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硫酸脲相变储热的实验研究.pdf

硫酸脲相变储热的实验研究

UC
2013-05-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《硫酸脲相变储热的实验研究pdf》,可适用于工程科技领域

叼化学研究与应用年第卷第柏Chemical蛐rcha砸Allpl蛔岫锄Vol·No·‘l硫酸脲相变储热的实验研究★余洛汀(四川联台太五::摹罴成都)(=)f巧.陈天朗B弓(四川联合孚曩成都)’擅囊奉文研究了尿素在相变储热方面的应用.厉!素情康曼稃·相变潜热大·但它在发生相交化时存在严重过j々并伴黼热分解将尿素与琉酸作用形成一种熔点为℃的固态物质(硫酸腻).通过对硫瞳腻详细的相窒化热性能研究发现这种瞻质有望成为一种薪噩相交储热材料。美■翊相变储热材料中圈法分羹.垦薹盟热分析磕酸脲一.前言当前如何节能和开发新能源越来越引起重视.年鼍用一些铀质的届一液相变潜热来吸收和释放热能是一种储存热能有效利用能源的途径.由于圃藏相变的储热密度大可在恒定的沮度上完成蓄、放热过程巳在储存太阳能农业温室种植、房屋取暖、熔盐发电、案热匐收等多方面得封应用n。目前国外对于相变储热的研究已很广泛.国内在此方面所做工作尚不多.大多仍在研究早期出现的Na~SO··HO和a=·H等无机水合盐体系.水台盐在发生相变化时常产生很难解决的“直析和“过冷并有较严重的窟蚀问题。其它可用作框变材料的物质如石腑类、脂肪酸类等也由于相变潜热不够大、熔凝过程复杂.成本价格高昂等因素在实际应用中受到限制。以新的逮径寻找新的相变材辩是目前一个重要和热门的研究方面。尿素作为化肥广泛使用价廉易得相变温度不高相变措热值较大。但对其相变热性曹旨研究发现尿素有严重过冷现象并伴随有热分解产生。本文中将尿素与罩I酸作用形成硫酸纛熔点降低有效克服了上述缺陷井保持了较大的储热量。二.实验部分尿素熔点为l.℃/latin比热为o’卡/克·℃(℃)。比重为.g/a|I’("C)结晶热为.kJ/ks。为考察尿素在固一液相变时的情形用热分析方法记录尿素在加热和冷却过程中温度随时何的变化将其绘制成曲线如图.由图可见尿素在凝坷时有℃的过冷。并且在熔化时还产生部分热分解。Roy和Ach.,~yya用热失重(TG)的方法观察到了它三个阶段的热分解过程∞。因此单一屎素并不能★科咀尔公司青年科研基盘费时曩目车文干l年月日艘琦l年l】月日收刊謦玻冀维普资讯http:wwwcqvipcom化学研究与应罔第卷用作相变储热材料。但若将尿素作为主要成分与其它物质形成低共熔物(或化合物)可望克服上述缺陷将尿素与硫酸授一定比倒在冰浴中作用。反应完后冷却得到一种白色晶形固体。经分析晶体组成~Icoc<NH:)::·H∞。。dm蛐曾研究过这种晶体的形成啪。我们将其定名硫酸腺。为了探讨硫酸腺用作相变材料的可能性对其固一液相变的储热性能做了较详细的研究。熔化一凝固特性研究采用经典的热分析方法。相变潜热用。动态量热”和静态量热二种方法进行测定使用的是美国Dupoml型热分析仪和RD一型热导式自动量热计。比热的测定采用美国班取I【一ⅡERSerie~Thermalm以蓝宝石作标准参比。热失重分析亦是在Dupont热分析仪上完成的。。三.实验结果与讨论.柜变潜热:RD一型热导式量热计由量热系统、控温系统和自动记录装置三部分组成。在标定量热计时还要配备电能测定装置。仪器的工作原理由Tian氏方程给出定量描述嘲。将尿素与硫酸按照不同比例作用对备产物做量热分析得到具有最大相交潜热的产物Ico(NHOzI·H。|其相变潜热值为kgJ/(℃)。再采用差示扫描量热法(Ⅸ)对硫酸脲的相变过程进行动态涮定啪得到热瀛一温度图谱如图。一n’|l图l尿素在加热一冷却过程中的相变曲残图硫酸朦的DSC图谱图中曲线与其基线的延长线之同形成一块面积面积的大小采用将这条曲线积分的方法求得这便是硫酸腺的潜热。由于峰形不对称熔点是由仪器用外推法求得升温速率为℃/m.山。涮得硫酸腺熔化热为Ok'~ks熔化温度为.℃并从圈中可观察出硫酸脲具有一致的熔解性。在用DSC测试硫酸腮的凝固过程时由于试样用量少仪器中热皿内自成核条件差未获准确数据。.熔化一凝固特性:将D克硫酸脲试样置于的铝制容器中根据经典的热分析方法在空气恒温窒中加热熔化然后再使其冷却凝固记录试样温度在加热一冷却过程中随时闻的变化得剜硫酸脲维普资讯http:wwwcqvipcom第期余洛汀等硫酸臁相变储热的赛验研究的相变曲线如图所示:.()由网可见硫酸腮的熔化区间是~℃凝固区间是~℃。在加热和冷却过程中均出现明显的温度变化平台区”。()第三次和第四十一趺热循环曲线基本吻合表明硫酸腮的熔化一凝固特性历经四十狄热循环后没有发生变化。在有限次的寿命实验研究中尚束发现硫酸脲储热性能发生明显的衰减。此外.红外光谱分析也表明多次热循环后硫酸腮的分子结构并未改变。()硫酸碌在凝固过程中有钓~l℃的过冷(玻璃容器中)。以Coldfinger效应促晶”或使用铝蟊容器过冷即可克服。.差热分折硫酸脲的热失重分析(TGA)图谱如图。将热分解情况列于表中。袁l硫鼍■的热失■Il\n圈硫酸脲加热一冷却热槽环曲残rmp‘:lJurl’I囤硫酸脲的TGA图谱加热至℃时·硫酸脲开始分解。在此温度之前是一个长的温度平台区即不会受热分解a硫酸腺的相变温度为℃远低于其分解温度。此外将硫酸熙试样加热至l∞℃并保沮】小时后对该试样的红外光谱分析表明硫酸腮在长时同的熔化状态中没有发生暂质变化。比热、导热系数和比■:相变材辩的储热量实际包含了潜热储热和显热储热.大的比热可提高星热绪热量。比热的铡定过去常采用绝热量热的方法操作烦琐费时。本文利用DSC来量比热。这种方法具有试样少、速度快、操作倚便的优点其铡量精度可达.。导热系数表征了相变材料的热传导效率.导热系数高便能在较小的蓄放热温差下增加换热a本文使用的导热系鼓测定装置为成都科技大学设计田并加设了一个恒温系统。采用比重瓶法测定了硫酸腮的密窿。维普资讯http:wwwcqvipcom化学研究与应用第喜硫酸腮的热钧性参敦列于表中。导热系敦J·ml’S·Ic({直)硫酸腻的总储热量可用以下公式求得口:广r.口I()们’d日l()船JrJ式中为重量q。、为固、液态比热LIH为相变潜热。其值为./。.与俺热曩螭构材科的相窖性相变材料与储热器结构材辩的相容性(即腐蚀性)研究是必不可少的这关系刊实际应用中对结构材料的选择。本文应用失重分析的方法测试了硫酸腙对侣、饿铜、不铸钢、塑料和聚氯乙烯的腐蚀作用(见表)。温度(℃)lB时回(小时)失重(克)m..o∞O.o..ooo窿蚀(%).帅n.仉Oo.∞oOO★做铝的分析肘是将铝片放置在碱瞳腮中进行一十星期的熔化一麓同循环(每无糖环一趺)。一周后取出冼净烘干嚣重。结果表明.罩I酸腮除了对铁有一些腐蚀外对其它材料均无腐蚀性.特别是用铝或铝合垒作容器不但传热好还能促进晶棱生长有救克服凝固时的过冷问题。结语.作为化肥广泛使用的尿素相变潜热太价康易得。但取素在熔化一凝固过程中产生部分热分解和过冷现象因而单纯的尿素不能用作相变储热材辩。但着将尿素与某些钳质形成共熔混台物可望得剜有价值的相变材料【。..尿素与赢酿作用形威的赢馥腺.熔点.℃.潜热.~/kS。在相交温度O一O℃范围内的相变储热材料中硫酸脲储热量仅扶于(H)·H:o。后者熔点℃潜热kJ/kg·已在室内加温和熔盐发电方面得到应用.但B(H)·HzO毒性大价格昂贵(参考价l元/kg)。另外的同沮区的相交材料还有联苯、硬醋酸、羡、缺等。它们相变潜热较小价格也较高。硫酸腺按成本计。每公斤仅.d元(参考价)是一种价廉易得的楣变材辩。.碱酸脲在相变化和多次热循环过程中不分层具有一致曲熔解性过冷问曩易于解决。』量~~竺豫维普资讯http:wwwcqvipcom弟期余洛汀等:硫酸臃相变储熟的实验研究它的比热、密度和导热系数值都较大I其总储热量为.kJ/【g.硫酸脲无毒庸蚀性小化学稳定性好不分解不易燃价格低廉储热容量和储热密度郜较大有望成为一种实用的新受相变储热材料。参考文献HP.Gye叫一SotsrThermalEne~"SⅪraRcJdelPI曲自hiIIgC~mpenyDordrecbt.B~onT.Ance,e~T.Gad^膻aIJuea~Recoverysy岫V乩No,().HRoyand|LAcharr~Tecbnolosy.TI^wr目|Lll盯m.JC乩S∞h伽曲()田安民等.一高等化学学报一.JP.E日er。J.Ercd虮Soc.()且tlh且IThermalEnd's口粕gB山G.eeshinRddelPI功|lEhlnBcmm~..罗澄曩等.一糖理化学实验高等教育出版牡G.培克曼.R吉利警热技术及其应用一程祖直奚士光译.机橇工生出J氟社T.W酣F.tTliaandY置啦啦o^l雠Jpn.Qjcre挪rO嘶.Smxis~M盟cn伽oftheA!孙庇J.Soh唧h嚼m时Vo.P.DrvEsrIGATIONOFLA巳NTHEATTHERMAI.EN旺tGYmLAGEOFAMI兀瓜EOFI瓜EADSIII问瓜ICAaDh(Depaz~nemofApp~ieclChemis~,.Sich~UnionUnivmsilyChengdu)咖(DepertmeutofChemisU'rySiohuanUnionUnivmsit'y.Chensdu)B^囊C^TUreaisaverysnimblematerialforls~entheat~ennalen~g.vstoTagewithinthetempemmrerange℃withrespecttotheheatoffusionandmaterialcost.Butithastwoseriousdrawbacks:olleisaasupercodingtendencyandtheotherisitslowthermalstability.BformingaeutectiomaterialwithcAcid曲鹤e她wkswereremarkablyremoved.Inrids却therne曲freedngbehaviourand呻nal趣Ievaina~oliswel"ete:建ed璐ingdiffm~n'dalsC*nnl~$calo~Lmeu'y()、therznosrev~bnetry(TO)andotheranalysistechniques.Themateria.~.medsulfuriclJl"ea~ITI·P·."Cj皇suitsbleforlatenthea~ennalnIergysTm'ge.(青任墒辑孛文藻)|¨维普资讯http:wwwcqvipcom

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