Физико-химическое взаимодействие в многокомпонентных системах, содержащих соли щелочных и щелочноземельных металлов : Разработка теплоаккумулирующих материалов

• Автор: Гаматаева, Барият Юнусовна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 316 с. : ил

Введение.

Глава 1.0. Теплоаккумулирующие материалы.

1.1. Классификационные характеристики

1.2. Способы накопления энергии с использованием расплавов

1.3. Роль неорганических расплавов в решение проблем энергосбережения.

Глава 2.0. Методы изучения фазовых равновесий и физикохимических свойств солевых многокомпонентных систем

2.1. Методы изучения физикохимических взаимодействий в солевых системах

2.1.1. Состояние, проблемы и перспективы развития

2.1.2.Аналитическое описание фазовых диаграмм

2.1.3.Прогнозирование и расчет физикохимических свойств

солевых систем.

2.1.4.0писание химических превращений во взаимных
системах.
2.2. Физикохимические основы разработки композиционных материалов на
основе МКС.
2.2.1 Диаграммы состояния МКС основа композиционного материазоведения.
2.2.2.Физикохимические принципы и механизмы синтеза энергоемких материалов.
2.2.3.Вычислительный эксперимент составная часть методов изучения МКС.
2.3.Комплексная методология создания солевых ТАМ.
2.3.1 .Общий алгоритм методологии.
2.3.2.Алгоритм прогнозирования диаграмм состояния систем
2.3.3.Алгоритм дискретнонепрерывной модели исследования свойств расплавов
2.3.4.Алгоритм моделирования реакций в многокомпонентных системах
2.3.5.Алгоритм оценки химикотехнологической эффективности расплавовтеплонакопителей
2.4. Методологическое и инструментальное обеспечение
исследований
2.4.1 .Расчетнотеоретические методы топохимического анализа 2 2.4.2.Экспериментальные методы исследования
Экспериментальная часть
Глава 3.0. Исследование фазовых равновесий в солевых системах
3.1 .Фазовые комплексы систем
3.1.1. Трехкомпонеитная система ЫС1КСгКЮз2.
3.1.2. Трехкомпонентная система иИ0зКСгЫ
3.1.3. Трехкомпонентная система 1лЮ3МаС1 КЫ.
3.1.4. Тройная взаимная система К,СаС1,Мо.
3.1.5. Система ЫЫЫаКт0зКЫ8гЫ0з2.
3.2.Топологический анализ фазовых диа1рамм.
Глава 4.0.Физикохимические взаимодействия в пятерной взаимной
системе 1д, Ыа, Са, ВаГ, ,т
4.1.Топологическая модель фазовой диаграммы пятерной
взаимной системы.
4.1.1. Система 1л, ВаЛ7, ГО4.
4.1.2. Система 1л, СаУГ, г
4.1.3. Четверная система 1л, , Са, В а .
4.1.4. Система 1л, Са, ВаЛ7, .
4.1.5. Дифференциация пятерной взаимной системы 1л, , Са, ВаЛ7, Ю4.
Глава 5.0.Химическое взаимодействие в пятерных взаимных системах.
5.1.Химические реакции в пятерной взаимной системе
У, 3, Са, ВаОТ, ГО
5.2. Химические реакции в пятерной взаимной системе
У, 8гС1,Г, С,
Глава б.О.Исследование физикохимических свойств композиционных
расплавов
Глава у.О. Решение прикладных задач
7.1. Дизайн композиционных расплавов теплонакопителей
7.2.Синтез изоморфных смесей из молибдатов и вольфраматов щелочных и щелочноземельных металлов
7.3.Высокотемпературная коррозия сталей в хлориднитратных и вольфрамагных расплавах щелочных и щелочноземельных металлов
Глава 8.0. Информационноисследовательская система поиска
композиционных материалов на базе МКС
8.1. Подготовка и проведение компьютерного эксперимента
8.2. Современные технические и программные средства автоматизации
8.3. Базовое программное обеспечение.
8.4. Компьютерное моделирование физикохимических свойств расплавов
8.5. Проект интегральной информационноисследовательской системы химического дизайна
8.6. Контролируемый ввод входных параметров
8.7. Информационный комплекс химикотехнологического процесса.
8.8. Визуализация результатов работы проаммного комплекса
Глава 9.0. Результаты и их обсуждение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Эвтектические составы, содержащие только нитраты щелочных и щелочноземельных металлов кроме 1ЛМ, могут использоваться при рабочих температурах лишь на С выше их температур плавления изза разложения. Число компонентов в таких эвтектических системах п составляет от 1 до 4. Если п 4, происходит вырождение как по температурам плавления, так и по физикохимическим свойствам, что при неизменной теплоаккумулирующей способности влечет за собой повышение стоимости аккумулируемой энергии. Однако разработка таких аккумуляторов связана с решением ряда сложных технических вопросов например, коррозионной совместимости ТАМ и конструкционных материалов, интенсификации теплообмена в режиме заряда и разряда, регенерации ТАМ и др. Среди фазопереходных ТАМ, использующихся для аккумулирования тепловой энергии, наилучшие показатели теплопроводности и стабильности характерны для эвтектических сплавов металлов. Авторы работ , проанализировав литературные данные о термодинамических параметрах многокомпонентных систем на основе металлов, выделили из них наиболее перспективные для применения в качестве рабочих материалов тепловых аккумуляторов табл. Таблица 4. Система, мас. Л9 С р, кгм 3 ДНШсм. I . Эпп . СМ . П4А1 1 8 0. А5. Мй 5 5 1. Размерность I кДж кг1 II ГДжм1. Среди ионных соединений лучшими высокотемпературными энергонакопителями являются фториды, хлориды, карбонаты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов табл. Проведенный нами 6сравнительный анализ и систематизация композиционных неорганических расплавов табл. Значения ДНП, найдены в эксперименте либо рассчитаны по принципу аддитивности по энтропии1,,. Таблица 5. Система, мас. Ь1С1. ЬС 0 9. ЫО4. ЫаО4ЗЗКС1 6 4. Р.Л2 0 8. К.2ЬС 5 4. Ь1Р. З.З 1
i 0 6. КТ. Джм3 МДжм3 ж. Низко 0 С 2п4 Оа пМс Ме 1п, 2п, Эп, С1 . Бп пМе Меэд рь, сл . С точки зрения теплового аккумулирования недостатком солевых систем является сравнительно низкая теплопроводность и нежелательное увеличение объема на при плавлении, изза чего в аккумуляторе необходимо предусматривать свободный объем для теплового расширения расплава. Температу 1 Система 1пл С р, кгм ж. Низко ОаС1зпМеС1х АЮЬпМеСГ МеЫа, КЬ, 8Ь, Те, Ва, КН4, Ре, К, М, Ве. Ы, Мо, Сб 0 низко . Средне ЫЫОзпМеА Ме, К, 8г, Л1, Са АЫС1, 4 . М1етА МеЫ, 3, К, Бг, АС1, , ОН, 0 . НМстА Ме Ы, 0, К, М, Са, 8г, Ва АС1, Р, СО4, СОз 0. Среди соединений, реакций с участием которых используются в качестве термохимических накопителей, особое место занимают расплавы и сплавы веществ, широко распространенных в природе металлов, оксидов, гидроксидов, солей и др. Состояние исследований в этой области рассмотрено в работах. В целях аккумулирования могут быть использованы 4 основных тина реакций с участием расплавов неорганических веществсхемаЗ 1 синтез сложных координационных соединений,, соединений внсдрсния и аммиакатов,, 2 гидратация оксидов щелочноземельных металлов СаО, , 3 разложение карбонатов, сульфатов и гидроксидов щелочноземельных металлов, гидросульфата аммония 4, гидридов металлов 4обменное разложение в точках полной конверсии во взаимных многокомпонентных системах, образованных ионными расплавами неорганических веществ гидроксидов, солей5. Интерес представляют химические реакции с участием ионных соединений,, обладающие способностью монотропного аккумулирования. АХ . X . X, , , X ионные соединения, п, т, с, стехиометрические коэффициенты в реакции обмена, тепловой эффект реакции. Процессы такого типа используют и для синтеза различных соединений. Например, реакция обменного разложения, протекающая в точке полной конверсии тройной взаимной системы , , С1, с одной стороны, наиболее экономичный способ получения фторида кальция, а с другой, процесс, который может использоваться в термохимических аккумуляторах 9. Джкг1. Для обратимого аккумулирования рекомендуют использовать порошкообразную смесь эквивалентных количеств хлорида кальция и фторида натрия. Термохимическое уравнение реакции имеет вид СаС 2 2 2I 1. Джмоль V Реакция начинается при температуре 0С. Максимальная температура разогрева смеси 0С. МеОНг Ме0Н ОкДж МеСа,
2 карбонатов МеС МеОСОг ОкДж , Са, , Ва
3 сульфатов . М3 ,i3 , , I
М0. Г0. X . X
Примеры тр. Н ОИ
ЗН Озак. Схема З.