【摘要】：隨著能源問題的日益凸顯,蓄冷技術的應用越來越受到重視。理想的蓄冷介質是幫助蓄冷技術快速推廣的關鍵。籠形水合物作為蓄冷介質的優(yōu)勢在于相變溫度在5~12℃之間,能很好地契合常規(guī)空調系統(tǒng),而不需要雙工況空調系統(tǒng),不會因為蓄冷工況溫度過低降低空調系統(tǒng)的能效比(COP)。同時,氣體水合物單位體積蓄冷量接近或大于冰的單位體積蓄冷量,可以有效減少蓄冷容器體積。本文基于籠形水合物工程應用中的蓄冷效率和經(jīng)濟性,針對各種促進劑對HCFC-141b(一氟二氯乙烷)籠形水合物生長期內生長速率的影響進行了一系列實驗研究,并對HCFC-141b水合物的熱物性進行測量,為籠型水合物應用于實際工程提供實驗依據(jù)。首先,文章通過對比添加0.1wt%的動力學促進劑——十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉和全氟烷基醚醇銨鹽型陰離子Intechem-01(FC-01)和熱力學促進劑——四氫呋喃(THF)和四丁基溴化銨(TBAB)在3℃靜態(tài)條件下,對HCFC-141b籠形水合物生長期內的促進作用,選出促進效果最佳的動力學促進劑,使用XRD對實驗生成的固體成分進行分析確定,并通過粒徑測試和表面張力測試進行進一步分析。然后,對不同濃度的FC-01對HCFC-141b水合物的生長期內生長速率的影響進行了研究,得出促進水合物生長的最佳濃度,并通過表面張力測試加以分析。接著,研究對比了不同質量配比的主、客體材料對HCFC-141b籠形水合物的生長速率的影響。最后,采用差示掃描量熱法(DSC)和冷卻法測量HCFC-141b水合物的相變潛熱,自行搭建冷卻裝置并通過Hot Disk對HCFC-141b水合物的導熱系數(shù)進行了測量分析。研究結果表明,3℃時,添加0.1wt%的FC-01在靜態(tài)制備HCFC-141b水合物實驗中表現(xiàn)出更好的生長促進效果,并通過XRD測試分析添加FC-01的樣品內的固體,確定其為Ⅱ型的HCFC-141b水合物。通過粒徑分析得出添加FC-01能讓HCFC-141b/H_2O的混合體系具備更好的分散效果和穩(wěn)定性,且其粒徑能長時間穩(wěn)定在350nm左右,能為水合反應提供更多反應場所,提高蓄冷效率。對比不同濃度FC-01對HCFC-141b水合物生長期內生長速率的影響,發(fā)現(xiàn)在3℃當FC-01濃度為0.06wt%時,HCFC-141b籠形水合物的生長速率最快。通過對0.1wt%的SDBS、SDS和FC-01水溶液的表面張力進行測試,發(fā)現(xiàn)FC-01對降低水的表面張力效果最佳,對不同質量濃度的FC-01水溶液進行測試,結果表明表面張力大小隨著FC-01質量濃度的增加先是出現(xiàn)大幅下降,然后逐漸趨于平緩,表面張力大小基本穩(wěn)定在21mN/cm左右,本實驗最低至19.94mN/cm。HCFC-141b/H_2O質量配比實驗中,當配比大于1:2.62即HCFC-141b過量時,籠形水合物具有相對更快的生長速率,且過量的HCFC-141b更容易分離,實際工程應用中可通過過量的客體材料來提升蓄冷速率。由于HCFC-141b水合物相變點在8.4℃且容易出現(xiàn)分相等因素,使用常溫DSC無法準確測量HCFC-141b的相變潛熱,采用自己搭建的實驗裝置通過冷卻法測得其相變潛熱為174.22J/g,更貼近于實際工程應用;采用自行設計的冷卻裝置通過Hot Disk測得HCFC-141b籠形水合物的導熱系數(shù)為0.435 W?m~(-1)?K~(-1),為蓄冷工程中設備選型提供實驗依據(jù)。
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB64
【圖文】：

水合物的生長是一個多相、多元相互作用的過程，并且嚴格意義來一個反應動力學過程，而是一個由流體相向固體相轉變的過程，主要個時期。如果將客體分子與水生成水合物的過程看作是一個擬化學式子來表達：( ) ( )， ( )為氣體分子數(shù)， 為水合數(shù)，即水合物結構中，主體分子與物的生長是一個結晶動力學過程，在水合物體系中，當溶液處于過冷態(tài)時就會形成超過臨界尺寸的穩(wěn)定水合物晶核出現(xiàn)，在這之后水合物 1-1 為水合物生長各階段所消耗的客體摩爾數(shù)隨時間的變化圖。我們生長的誘導期是指水分子圍繞溶解的客體分子形成的不穩(wěn)定簇到亞核的過程，影響誘導期長短的因素主要有兩個，一是所形成的水合物簇的豐度（Abundance of labile clusters）差異，豐度大小決定了誘導響因素是競爭結構（Competing structures），在水合物形成過程中，定簇總裝在一起時，會形成其他的競爭結構延緩水合物的生長過程

圖 2-1 可視化低溫恒溫槽 圖 2-2 KH5200DE 型數(shù)控超聲波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 實驗材料實驗試劑采用廣州盛烯德化工產(chǎn)純度≥99.5%的 HCFC-141b，去離子水，產(chǎn)自廣學試劑廠純度≥98%的十二烷基硫酸鈉（SDS），純度≥98%的十二烷基苯磺酸鈉（SDB純度≥99%的四丁基溴化銨（TBAB），純度≥99.9%的四氫呋喃（THF）和上海修美產(chǎn)的純度≥99.9%的全氟烷基醚醇銨鹽型陰離子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化銨（TBAB），純品為白色晶體，屬于季銨鹽類化合物，是一種具表性的陽離子表面活性劑，TBAB 水溶液在一定條件下可形成穩(wěn)定的水合物。四氫呋喃（THF），無色易揮發(fā)液體，高度易燃，是一種雜環(huán)有機化合物。四喃水溶液在一定條件下可形成穩(wěn)定的水合物。十二烷基硫酸鈉（SDS），是一種白色或淡黃色粉末，溶于水，親水親油平衡值（H為 40，屬于親水基表面活性劑，298K 時十二烷基硫酸鈉的臨界膠束濃度（CMC）為 0.008mol·dm-3。

圖 2-1 可視化低溫恒溫槽 圖 2-2 KH5200DE 型數(shù)控超聲波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 實驗材料實驗試劑采用廣州盛烯德化工產(chǎn)純度≥99.5%的 HCFC-141b，去離子水，產(chǎn)自廣學試劑廠純度≥98%的十二烷基硫酸鈉（SDS），純度≥98%的十二烷基苯磺酸鈉（SDB純度≥99%的四丁基溴化銨（TBAB），純度≥99.9%的四氫呋喃（THF）和上海修美產(chǎn)的純度≥99.9%的全氟烷基醚醇銨鹽型陰離子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化銨（TBAB），純品為白色晶體，屬于季銨鹽類化合物，是一種具表性的陽離子表面活性劑，TBAB 水溶液在一定條件下可形成穩(wěn)定的水合物。四氫呋喃（THF），無色易揮發(fā)液體，高度易燃，是一種雜環(huán)有機化合物。四喃水溶液在一定條件下可形成穩(wěn)定的水合物。十二烷基硫酸鈉（SDS），是一種白色或淡黃色粉末，溶于水，親水親油平衡值（H為 40，屬于親水基表面活性劑，298K 時十二烷基硫酸鈉的臨界膠束濃度（CMC）為 0.008mol·dm-3。

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本文編號：2775457