Моделирование технологической схемы процесса получения композиционных материалов на основе аэрогелей
Аннотация
В работе рассмотрен метод прямого синтеза функциональных соединений в объеме неорганических аэрогелей, совмещенный со сверхкритической сушкой композиционных материалов. Рассмотрены три основные стадии процессов получения материалов. Первая стадия включала в себя синтез функциональных соединений на поверхности гелей. Вторая стадия – вытеснение растворителя из свободного объема аппарата путем протока через автоклав сверхкритического диоксида углерода. Третья стадия – сверхкритическая сушка, в результате которой происходит удаление растворителя из пор материала. Приведены параметры ведения процессов синтеза и сверхкритической сушки. Представлена и описана технологическая схема промышленной установки объемом 70 литров для ведения сверхкритических процессов, расположенная в ООО «Ниагара», г. Щелково. Для представленных процессов разработана математическая модель с использованием программного пакета CHEMCAD, который позволяет определить материальный и тепловой балансы как отдельных аппаратов, так и технологической схемы в целом. Проведен расчет влияния количества изопропанола на расход диоксида углерода. По полученным данным проведен анализ энергетических затрат на проведение процесса синтеза функциональных соединений в объеме аэрогелей. На основе математической модели определен энерго- и ресурсоэффективный способ технологического оформления процессов синтеза и сверхкритической сушки. Установлено уменьшение энергетических затрат технологической схемы с использованием тепла после компримирования.
Литература
Gibiat V., Lefeuvre O., Woignier T., Pelous J., Phalippou J. Journal of Non-Crystalline Solids. 1995. V. 186. P. 244–255.
Hanzawa Y., Kaneko K, Pekala R. W., Dresselhaus M. S. Langmuir. 1996. V. 12. P. 6167 – 6169.
Buratti C. Energy and Buildings. 2017. V. 152. P. 472–482.
Xu F., Xu J., Xu H. Energy Storage Materials. 2017. V. 7. P. 8–16.
Yang F., Zhu J., Zou X. Ceramics International. 2018. V. 44. N 1. P. 1078–1085.
Anas M., Gönel A.G., Bozbag S.E., Erkey C. Journal of CO2 Utilization. 2017. V. 21. P. 82–88.
Khoshnevis H., Mint S. M., Yedinak E. Chemical Physics Letters. 2018. V. 693. P. 146–151.
Hajime T., Hajime I., Yamamoto T., Suzuki T. Drying Technology. 2016. V. 19. P. 313 – 324.
Hirashima H., Kojima C., Kohama K., Imai H. J. Sol-Gel Sci. Techn. 1997. V. 8. P. 843–846.
Perez-Caballero F., Peikolainen A.-L., Uibu M., Kuusik R., Volobujeva O., Koel M. Microporous and Mesoporous Materials. 2017. V. 108. P. 230 – 236.
Maleki H., Duraes L., Portugal A. Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. V. 385. P. 55–74.
Camargo P., Satyanarayana K., Wypych F. Mater. Res. 2009. V. 12. P. 1–39.
Hyung Min Kim, Ye Ji Noh, Jaesang Yu, Seong Yun Kim, Jae Ryoun Youn. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2015. V.75. P. 39–45.
Koebel M., Rigacci A., Achard P. J Sol-Gel Sci Technol. 2012. V. 63 (3). P. 315–339
Akimov Y. K. Instruments and Experimental Techniques. 2003. V. 46. N 3. P. 287–299.
Dorcheh A. S., Abbasi M. H. Journal of Materials Processing Technology. 2016 V. 199. N 1-3. P. 10–26.
Akimov Y. K. Instruments and Experimental Techniques. 2003. V. 46. N 3. P. 287–299.
Dorcheh A. S., Abbasi M. H. Journal of Materials Processing Technology. 2016 V. 199. N 1-3. P. 10–26.
Gumerova G. I., Nuretdinov R. R., Rezhevski P., Kopitovski E., Gumerov F. M. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2003. N 2.
Ryzhov D.A., Shakirova A.M., Koshkina L.Y. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016. N 18.
E. Torres-Ramón, C.M. García-Rodríguez, K.H. Estévez-Sánchez, I.I. Ruiz-López, G.C. Rodríguez-Jimenes, G. Romero de la Vega, M.A. García-Alvarado. The Journal of Supercritical Fluids. 2021. V. 170. 105160.
Yong-qiang Feng, Wei Zhang, Hassan Niaz, Zhi-xia He, Shuang Wang, Xin Wang, Yu-zhuang Liu. Energy Conversion and Management. 2021. V. 212. 112773.
