CC BY
14«c©il©qyiym°j©yrmal»#33(8i3,2©2© / technical science_55
Литература 5. Marlese Lessing. Datavalet Reveals Managed
1. www.orbitresearch.com SD-WAN Services. Web Editor - 2020.
2. www.velocloud.com 6. Michael Cooney. SD-WAN - What it means foren-
3. www.cisco.com terprise networking, security, cloud computing. Net-
4. www.shalaginov.com/2018/05/28 work World-2019.
УДК 621.311.61
Байрачний Борис 1ванович, Забгяка Наталiя Анатоливна, Байрачний Володимир Борисович, Руденко Наталiя Олександрiвна, Лещенко Сергш Анатолшович Нацюнальний технгчний унгверситет «Хартвський полтехнгчний iнститут», м. Хартв, Украта DOI: 10.24412/2520-2480-2020-3385-55-58 МОДЕЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ПАРАМЕТР1В СИНТЕЗУ ВОДНЮ РОЗЧИНЕННЯМ
СПЛАВУ АК7 В ЛУЖНИХ РОЗЧИНАХ
Bairachnyi Boris Ivanovich, Zabiiaka Nataliia Anatoliivna, Bairachnyi Volodymyr Borisovich, Rudenko Nataliia Oleksandrivna, Leshchenko Serhiy Anatoliiovich National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
MODELING OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF HYDROGEN SYNTHESIS BY DISSOLUTION OF AK7 ALLOY IN ALKALINE SOLUTIONS
Анотаця
Вpo6omi представлен до^дження фiзико-хiмiчних проце^в взаемодИ сплаву алюмтт АК7 з лужно-галогетдним розчином. В вiдповiдностi з даними математичного моделювання за програмою Statistica 6.0 встановлений механ1зм дИ окремих компонентiв електролту на ктетичш характеристики сплаву в за-даних межах дИ параметрiв. Отримаш дат свiдчать про те, що оптимальними умовами видшення водню е концентрацИ компонентiв електролту NaOH 2,5 моль/дм3 та NaF 0,2 моль/дм3 при температурi 303 К. Результати моделювання показують лШйне збшьшення питомог ваги розчинення сплаву та общему видi-лення водню при одночастй дИ цих компонентiв. До^джеш умови видшення водню на анодах iз сплаву АК7, ят визначили густини струму стабшьного протжання розчинення.
Abstract.
The paper presents the research ofphysic-chemical processes of interaction of an AK7 aluminum alloy with an alkali-halide solution. According to the mathematical modeling in program Statistica 6.0, the mechanism of action of individual electrolyte components and temperature on the kinetic characteristics of the alloy is established within the specified range of the parameters. The obtained data indicate that the optimum conditions for the evolution of hydrogen are the concentrations of the electrolyte components NaOH of 2.5 mol/dm3 and NaF of 0.2 mol/dm3 at the temperature of303 K. The simulation results show a linear increase in the specific gravity of dissolution of the alloy and the volume of hydrogen evolution with the simultaneous action of these components. Studies based on hydrogen evolution conditions at the anodes of alloy AK7 were studied, which determined the flux densities of stable dissolution process.
Ключовi слова: моделювання; хiмiчне розчинення; отримання водню; алюмiнат; питома вага розчинення; потенцiал електрода; густина струму.
Keywords: modeling; chemical dissolution; hydrogen production; aluminate; specific gravity of dissolution; electrode potential; flux density.
Експериментальним дослвдженням виробниц-тва водню шляхом деполяризуючого циклу анодного розчинення активованих алюмшевих сплавiв присвячеш сучасш науковi розробки, вивчеш деяш властивосп електродних матерiалiв, компоненпв електролтв та режимiв електролiзу.
На ефектившсть розчинення алюмшш в вод-них розчинах впливають поверхневi оксидш спо-луки гiдроксидiв алюмшш, яш проявляють автока-талггичний ефект [1]. В робот [2] розглянута мож-ливють виробництва водню з води юшзащею алюмшш з високими параметрами та низькими ви-тратами за допомогою сонячних джерел струму.
56
TECHNICAL SCIENCE / «е®иШШ1Ш=^®УШа1>#Ш®5ШШ
Системш дослвдження впливу складу сплавiв алю-мiнiю та режимiв 1х розчинення приведенi в роботi [3], в якш виданi рекомендацп синтезу водню за до-помогою енергоактивуючих сплавiв алюмiнiю з ви-користанням ввдновлювано! енергетики. Перспективам розвитку алюмоводнево! енергетики присвя-чено аналiтичний огляд [4], де показанi переваги у використанш водню. Разом з тим в сучасних публь кацiях, присвячених цiй проблемi, не висвiтлюeться вплив одночасно! ди кiнетичних параметрiв на швидшсть та енергоeмнiсть видiлення водню, коро-зп сплавiв алюмiнiю за мехашзмом воднево! деполяризаций
В робот розглянуто вплив складу та поверхш сплаву алюмiнiю АК7, компоненпв електролiту NaOH i NaF та анодно! поляризаци на швидкiсть ви-дiлення водню для задано! ваги та поверхш.
Розчинення сплаву АК7 проводилось в розчи-нах 2,5 моль/дм3 №ОН з домшками 0,050,17 моль/дм3 NaF. Швидк1сть взаемодп сплаву з електролггом та видiлення водню визначалась ваго-вими та об'емними вимiрами. Корозiйна поведiнка сплаву ощнювалась в лужному розчинi з домш-ками 0,1 моль/дм3 NaQ шляхом поляризаци потен-цюстатами Р-45х та П1-50.1.1 в трьохелектродних
комiрках ЯСЕ-2. Потенцiали вимiрювались за допо-могою хлорид срiбного електроду порiвняння i переводились у водневу шкалу. Вплив ди концентра-цп електролiту на швидкiсть корози АК7 вивчено методом математичного моделювання за допомо-гою програмного пакету Statistica 6.0.
Зразки поверхнею 1 см2, класом чистоти У5 (Яа=1-1,35) мкм перед дослвдженнями проходили операци знежирення та активацш в стандартних розчинах.
На рис. 1 показана залежшсть спаду ваги сплаву АК7 отриманого в результата розчинення в двохкомпонентному електролiтi NaOH та NaF про-тягом 1 години. Вона являе собою поверхню, яка показуе, що при шдвищенш концентрацп NaF збь льшуеться кшьюстъ розчиненого алюмiнiю. Результатом тако! взаемоди е видiлення водню, об'ем якого визначаеться реакщями сшвдп алюмшгю з NaOH та NaF.
Залежшсть об'ему водню в розчинах №ОН та NaF (рис.2) також мае вигляд площини в iнтервалах концентрацш NaF протягом 1 години, при постш-них температурi та клаа чистоти поверхнi.
Рис. 1. Змша швидкостi корози сплаву АК7 в лужних розчинах з домшками ЫаЕ протягом 1 години
<<Ш11ШетиМ~^®и©Ма[1>>#3да1)),2©2© / TECHNICAL SCIENCE 57
Рис. 2. Юлъюстъ видшеного водню в результатi розчинення АК7 в розчин ЫаОИ з домшками ЫаЕ про-
тягом 1 години
Розчинення алюмшш в розчинах NaOH вщбу-ваеться за мехашзмом корозп з водневою деполяри-зацieю коли стацiонарний потенщал юшзацп алю-мiнiю бiльш негативний за стацюнарний потенцiал водневого електроду. Мiж алюмiнieм та iонами водню реалiзуeться значна електрорушiйна сила ко-роткозамкнуто! системи алюмiнiй-iони, на яку впливае i температура хiмiчноl активностi розчину [5].
На рис. 3 приведет залежносп змiни потенць алiв сплаву АК7 в гальваностатичних умовах в ш-тервалах густин струму 0,5-5 А/дм2 в розчиш 2,5 моль/дм3 NaOH + 0,1 моль/дм3 №0. В роботi [5] приведет дат хiмiчного розчинення сплаву АК7 в даному розчинi.
Потенщали сплаву при густинах струму 0,54 А/дм2 мають негативне значения, яке не змiню-еться при тривалш аноднiй поляризаци (кр. 1-3), а поляризац1я густиною струму 5 А/дм2 призводить до >\п ни потешцал1в в позитивну область (кр. 4).
Рис. 3 Хронопотенцюграми анодного розчинення сплаву АК7 в розчиш 2,5 моль/дм3 ЫаОН з 0,1 моль/дм3 ЫаС1 при Т=298 К. Криви 1-1 А/дм2; 2-2 А/дм2; 3-3 А/дм2; 4-5 А/дм2
В табл. 1 приведет емшричш рiвняння розчи- №ОН з NaF. Вони сввдчать про змши швидкосл ко-нення сплаву АК7 та видшення водню в розчинах розп та об'ему водню, який видiляеться при взаемо-
ди сплаву з електролггом.
Таблиця 1
Р1вняння регресi'l' розчинення сплаву АК7 та видшення водню_
Умови розчинення Т, К Емтричш рiвняння розчинення сплаву АК7: АР - змша ваги зразка, г/м2тод ДV - змша обему водню, см3/м2тод
С NaOH моль/дм3 С NaF моль/дм3 т, год
2,5 0,05-0,17 1 298 1.1 ДР=546,65-11444,98с-337,7т+4Ш81,96с2+9783ст+807,39т2
1.2 ^2=300Д5-5776,31с-339,86т2+16476,8с2+8489,27ст+632,8т2
58
technical science / «е®ишш1ш=^®уша1>#ш®вдшэ
Характер змши функцiональних залежностей показуе, що при одночаснiй дп компонента елект-ролiта та часу розчинення визначальними в обох ва-рiантах е змiна концентрацп NaF (1.1, 1.2), NaCl та NaOH [5]. Така поведiнка сплаву зумовлена реакць ями, як мають мiсце при взаемодп AK7 з iонами OH, Cl та F.
При контактi сплаву з електролггом поверхне-вий оксид реагуе з NaOH, а попм алюмiнiй реагуе з водою. Результатом цього контакту е утворення алюмшапв, яш локалiзуються на поверхнi сплаву, а попм дифундують в приелектродний шар електро-л1ту. Кiнцевим продуктом цих реакцш е пдратова-ний оксид алюмшш Крiм того, до складу АК7 вхо-дять Si, Cu, Fe та незначна кшьшсть Mn та Zn. Всi щ домiшки з iонами ОН- утворюють поверхневi ri-дроксиди, яш переходять у ввдповщш оксиди. Так сполуки локалiзуються на сплавi в виглядi пористо! плiвки, яка мiняе склад i поступово дифундуе з по-верхнi. Розчинення сплаву супроводжуеться реак-цiями утворення Na2SiO3 та SiO2. Утворення пористого поверхневого шару SiO2 сприяе зменшенню швидкостi розчинення алюмшш i об'ему видше-ного водню. Анодна поляризацiя та домшки iонiв F прискорюють швидк1сть розчинення поверхневих оксидiв.
Приведенi данi вказують, що оптимальними умовами проведення синтезу водню за рахунок ш-тенсивно! корозп сплаву АК7 е розчин NaOH 2,5 моль/дм3 з домшками NaF 0,1 моль/дм3, Т=298 К, клас чистоти поверхнi V5 та анодна по-ляризацiя густинами струму ja=(0,5—4) А/дм2 в роз-чиш NaOH з домiшками 0,1 моль/дм3 NaCl.
Висновки
1. Визначено вплив концентрацп компонента електролiту NaOH та NaF на швидшсть розчинення сплаву АК7 за допомогою емтричних залежностей.
2. Встановлеш граничш величини густин струму анодного розчинення сплаву АК7 з видшен-ням водню при негативних потенцiалах сплаву, яш забезпечують його синтез на анодг
3. Дослiдженi процеси дозволяють розро-бити технологiчний процес алюмодеполяризацш-ного синтезу водню без використання мембранних електролiзерiв.
Список лiтератури
1. Anthony Newell, Ravindranathan Thampi K. Novel amorphous aluminum hydroxide catalysts for aluminum-water reactions to produce H2 on demand. International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. P.23446-23454.
2. Sheikhbahaei V., Baniasadi E., Naterer G.F. Experimental investigation of solar assisted hydrogen production from water and aluminum. International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. P.9181-9191.
3. Козин Л.Ф., Волков С.В. Современная энергетика и экология. Проблемы и перспективы. К.: Наукова думка, 2006. 772 с.
4. Шейдлин А.Е., Жук А.З. Концепция алю-моводородной энергетики. Российский химический журнал. 2006. №6. С. 105-108.
5. Заб1яка Н.А., Байрачний В.Б., Руденко Н.О., Желавська Ю.О. Вплив технолопчних пара-метрiв на ефектившсть видшення водню шляхом розчинення алюмшевого сплаву АК7. Colloquium-journal. 2019. №6 (30). С. 24-26.
УДК 004.4
Николаенко С.А.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические машины и электропривод» ФГБОУ В «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»
Кулаков В.
Студент 2 курса факультет «Энергетики» ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»
Куменко.Е.О.
Студент 3 курса факультет «Энергетики» ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛИНИЕЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ
Nikolaenko.S.A.
Candidate of technical Sciences, Associate Professor "Electric machines and electric drive» INFGBOU "Kuban state agrarian University named after I. T. Trubilin»
Kulakov V.
2nd year student, Faculty of Energy IN FGBOU "Kuban state agrarian University name I. T.Trubilin»
Kumenko.E.O. 3rd year student, faculty of "Energy" Kuban state agrarian University named after I. T. Trubilin»
DEVELOPMENT OF A PROGRAM FOR CONTROL OF A PRE-CLEANING LINE
