CC BY
13Статья поступила в редакцию 31.08.15. Ред. рег. № 2320
The article has entered in publishing office 31.08.15. Ed. reg. No. 2320
УДК 66.063.62:661.961
doi: 10.15518/isjaee.2015.17-18.010
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ СУСПЕНЗИЙ АЛЮМИНИЯ В ВОДЕ НА ОСНОВЕ ЗАГУСТИТЕЛЯ АГАР-АГАР
Г.Ф. Терентьев, Е.В. Курьянова, В.Н. Курьянов, М.М. Султанов
Филиал НИУ «МЭИ» в г. Волжском 404110 г. Волжский, Волгоградская обл., пр. Ленина, д. 69 Тел.: (8443) 210160, факс: (8443) 210166, e-mail: [email protected]
Заключение совета рецензентов: 03.09.15 Заключение совета экспертов: 06.09.15 Принято к публикации: 09.09.15
В работе представлены экспериментальные исследования получения устойчивых суспензий алюминия в воде на основе загустителя агар-агар, а также экспериментальные исследования по проверке схемы проточного реактора водорода. Представлен анализ по результатам экспериментальных работ по способу получения водорода в системе «алюминий + водный раствор щелочи», рассмотрены возможности регулирования рабочего процесса в проточном реакторе получения водорода в системе «алюминий + водный раствор щелочи».
Ключевые слова: водная суспензия алюминия, загуститель агар-агар, алюминиевая пудра, проточный реактор.
EXPERIMENTAL STUDIES FOR PRODUCING STABLE SUSPENSION ALUMINUM IN WATER BASED ON THICKENER AGAR-AGAR
G.F. Terentyev, E.V. Kuryanova, V.N. Kuryanov, M.M. Sultanov
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin str., Volzhsky, Volgograd reg., 404110, Russia Tel.: (8443) 210160, fax: (8443) 210166, e-mail: [email protected]
Referred: 03.09.15 Expertise: 06.09.15 Accepted: 09.09.15
The work presents experimental studies obtaining stable suspensions of aluminum in water-based thickener agar-agar, as well as experimental studies to verify the circuit flow reactor hydrogen. The analysis of the results of experimental studies on the method of hydrogen production in the "aluminum + aqueous solution of alkali," considered the possibility of regulating the working process in a flow reactor for producing hydrogen in the "aluminum + aqueous solution of alkali."
Keywords: an aqueous suspension of aluminum, viscosifying agent agar-agar, aluminum powder, the flow reactor.
Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника».
Образование: Ленинградский механический институт (1962).
Область научных интересов: водородная энергетика, диагностика энергетического оборудования, теория горения, энергетические установки. Публикации: 160.
Author information: Ph.D., associate professor, professor of the department "Heat and power engineering and thermal engineering" of the Volzhsky branch of "National Research University "MPEI". Education: Leningrad Mechanical Institute (1962).
Research interests: hydrogen power, diagnostics of power equipment, theory of combustion, Геннадий Федорович power plants.
Терентьев Publications: 160.
Gennady F. Terentyev
Г.Ф. Терентьев, Е.В. Курьянова и др. ...Получение устойчивых суспензий алюминия в воде на основе загустителя агар-агар
Елена Викторовна
Курьянова Elena V. Kuryanova
Сведения об авторе: ассистент кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника». Образование: ВФ МЭИ (2006).
Область научных интересов: альтернативная энергетика, диагностика энергетического оборудования.
Публикации: 15.
Author information: assistant of Heat Engineering Department of Volzhsky Branch of the Moscow Power Engineering Institute.
Education: Volzhsky Branch of the Moscow Power Engineering Institute (Technical University) (2006).
Research interests: renewables, equipment diagnostics. Publications: 15.
Василий Николаевич
Курьянов Vasyliy N. Kuryanov
Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника» ВФ МЭИ.
Образование: ВФ МЭИ (2006).
Область научных интересов: диагностика систем, энергоэффективность оборудования. Публикации: 25.
Author information: Ph. D. (Tech.), associate professor of Heat Engineering Department Volzhsky Branch of the Moscow Power Engineering Institute.
Education: Volzhsky Branch of the Moscow Power Engineering Institute (Technical University) (2006).
Research interests: renewables, energy efficiency of equipment. Publications: 25.
Махсуд Мансурович
Султанов Maqsооd M. Sultanov
Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника». Образование: ВФ МЭИ (2001).
Область научных интересов: исследование и оптимизация режимов работы ТЭС. Публикации: 27.
Author information: Ph.D., associate professor of the department "Heat and power engineering and thermal engineering" of the Volzhsky Branch of MPEI.
Education: Volzhsky Branch of the Moscow Power Engineering Institute (Technical University) (2001).
Research interests: the study and optimization of thermal power plant operation. Publications: 27.
Для получения устойчивой суспензии алюминия в воде использовали агар-агар, для производства в промышленных масштабах возможно применение модифицированной полиакриловой кислоты, которая схожа по свойствам с агар-агаром. Агар-агар является растительным заменителем, образует в водных растворах плотный студень. Агар-агар нерастворим в холодной воде. Он полностью растворяется только при температурах от 95 до 100 градусов. Горячий раствор является прозрачным и ограниченно вязким. При охлаждении до температур 35-40° он становится
чистым и крепким гелем, который является термообратимым. При нагревании до 85-95° он опять становится жидким раствором, снова превращающимся в гель при 35-40° градусах.
Были проведены эксперименты для нахождения оптимальной величины загущения водной суспензии алюминия за счет растворения различных навесок агар-агара. Для осуществления опытов были взяты 6 навесок загустителя, который смешали с 10 г алюминиевой пасты и 100 мл дистиллированной воды. В емкость с водой добавляли пасту алюминия, содер-
Водородная экономика. Водородная экономика. Методы получения водорода
жимое в емкости тщательно перемешивали до получения однородной массы. Из-за специального покрытия частицы алюминия плохо смешивается с водой, поэтому наблюдалось расслоение водной суспензии алюминия. Большая часть алюминия оставалась на поверхности. Затем добавляли загуститель и перемешивали.
По мере увеличения массы загустителя получали более равномерное распределение массы алюминия в водной суспензии. Результаты исследования приведены на фотографиях (рис. 1), где представлены образцы замесов загущенной суспензии алюминиевой пудры при различной концентрации загустителя (агар-агара).
Рис. 1. Емкости с суспензией алюминий + агар-агар + вода Fig. 1. Containers with a suspension of aluminum + agar-agar + water
Количество агар-агара:
• Стакан № 0 - 0 г (алюминий и вода).
• Стакан № 1 - 0,015 г.
• Стакан № 2 - 0,031 г.
• Стакан № 3 - 0,05 г.
• Стакан № 4 - 0,156 г.
• Стакан № 5 - 0,302 г.
Исследования показали, что использовать большее количество агар-агара (свыше 0,5 г) нецелесообразно, так как суспензия сильно теряет свойство текучести.
Эксперименты показали, что с увеличением количества вносимого в суспензию загустителя система образует стабильную вязкую текучую массу.
Проведенные эксперименты по получению водорода на основе смешения загущенной водной суспензии алюминия и раствора щелочи показали, что процесс выделения водорода стабилен, т.е. загуститель не влияет на скорость выделения водорода.
Таким образом, экспериментально подтвержден способ регулирования рабочего процесса в проточном реакторе непрерывного действия по линии подачи загущенной водной суспензии алюминия.
Результаты проведенных исследований по приготовлению загущенной водной суспензии алюминия можно успешно использовать в строительной сфере промышленности, например, в производстве газобетона, существенно сократив энергозатраты на приготовление водных суспензий алюминия.
На рис. 2 представлены фотографии под микроскопом: а - алюминиевый порошок в сухом виде; Ь, с - водные суспензии алюминия с разным количеством загустителя.
Рис. 2. Алюминиевый порошок под микроскопом: а - сухой алюминий; b - суспензия алюминия с 0,2 г агар-агара; c - суспензия алюминия с 0,5 г агар-агара Fig. 2. Aluminium powder under microscope: a - dry aluminum; b - suspension of aluminum (0.2 g of agar-agar); c - suspension of aluminum (0.5 g of agar-agar)
Экспериментальные исследования проверки схемы проточного реактора водорода
Для исследования процесса работы проточного реактора водорода, в котором одновременно отводится водород и водные продукты реакции во время работы, была создана экспериментальная установка, представленная на рис. 3.
c
Г.Ф. Терентьев, Е.В. Курьянова и др. .Получение устойчивых суспензий алюминия в воде на основе загустителя агар-агар
I
b
Рис. 3. Экспериментальная установка проверки схемы проточного реактора: а - перед работой; b - во время работы Fig. 3. Experimental set for testing scheme flow reactor: a - before work; b - during operation
Экспериментальная установка содержала проточный реактор, в котором в донной части установлен фильтр для удержания частиц алюминия. Реактор снабжен двумя магистралями. В верхней части реактора установлена магистраль отвода получаемого водорода, в нижней части - магистраль отвода водных продуктов реакции. Водород отводился в газосборник, а водная часть продуктов реакции - в водосборник. На магистрали отвода водных продуктов реакции установлен кран, с помощью которого регулировался расход отвода водных продуктов реакции.
В результате проведенных экспериментов получен устойчивый рабочий процесс получения водорода в схеме проточного реактора. Способ получения водорода запатентован [1, 2].
На основе полученных результатов разработан ряд проектов энергетических систем с водородным реактором непрерывного действия [3]: автономная энергетическая установка для аварийного энергообеспечения ретранслятора сотовой связи на основе водородного реактора непрерывного действия; энергоустановка с электрохимическим генератором; мобильная установка заправки систем охлаждения турбогенераторов водородом.
Выводы
1. Экспериментально проверена возможность получения устойчивой водной суспензии алюминия путем загущения на основе агар-агара.
2. Экспериментально проверена устойчивость рабочего процесса при использовании загущенной водной суспензии алюминия на основе агар-агара.
3. Экспериментально проверена устойчивость рабочего процесса схемы проточного водородного реактора.
4. Разработаны проекты энергоустановок с водородным реактором непрерывного действия.
Работа выполнена по теме № 7.5704.2011 Минобрнауки.
Список литературы
1. Мокеев И.В., Терентьев Г.Ф. Моделирование рабочего процесса получения водородного топлива в системе «алюминий + раствор щелочи». «Ресурсо-энергосбереже-ние и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов»: 4-я Всерос. научно-практическая конференция, г. Волжский, 25-28 сентября 2012 г. // Сборник материалов конференции. Волжский: Филиал МЭИ в г. Волжском, 2012.
2. Патент РФ № ЯИ 2545290. Способ получения водорода за счет гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде / В.С. Кузеванов; М.М. Султанов; Г.Ф. Терентьев; П.В. Шамигулов // 15.11.2013.
3. Патент РФ № ЯИ 2553885. Генератор водорода / В.С. Кузеванов; М.М. Султанов; Г.Ф. Терентьев; П.В. Шамигулов // 15.11.2013.
References
1. Mokeev I.V., Terent'ev G.F. Modelirovanie rabocego processa poluceniâ vodorodnogo topliva v sis-teme «alûminij + rastvor seloci». «Resurso-ènergosberezenie i èkologo-ènergeticeskaâ bezopasnost' promyslennyh gorodov»: 4-â Vseros. naucno-prakticeskaâ konferenciâ, g. Volzskij, 25-28 sentâbrâ 2012 g. // Sbornik materialov konferencii. Volzskij: Filial MÈI v g. Volzskom, 2012.
2. Patent RF № RU 2545290. Sposob poluceniâ vodoroda za scet gidroliza tverdogo reagenta - alûminiâ v reakcionnom sosude / V.S. Kuzevanov; M.M. Sultanov; G.F. Terent'ev; P.V. Samigulov // 15.11.2013.
3. Patent RF № RU 2553885. Generator vodoroda / V.S. Kuzevanov; M.M. Sultanov; G.F. Terent'ev; P.V. Samigulov // 15.11.2013.
- TATA — OO
Транслитерация по ISO 9:1995
а
