CC BY
4
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 677.08.02.16./.022
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕНТНОГО ВЛОЖЕНИЯ КОРОТКОВОЛОКНИСТЫХ ОТХОДОВ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНО-СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
Ю.П . Вербицкая, А.М. Карпеня
В настоящее время в условиях острого дефицита сырьевых ресурсов для текстильной промышленности повторное использование волокнистых отходов имеет большое экономическое значение. Использование коротковолокнистых отходов позволяет значительно сократить расходы на сырье, загрузить простаивающие производственные мощности, а также создать дополнительные рабочие места.
Сотрудниками кафедры ПНХВ УО «ВГТУ» и ОАО «Витебскдрев» разработана технология получения органо-синтетических волокнистых плит строительного назначения с использованием коротковолокнистых отходов коврового производства. Получение теплоизоляционных материалов на основе отходов легкой промышленности позволяет значительно удешевить их производство и расширить ассортимент изоляционных материалов, способствует экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов в строительстве за счет уменьшения толщины и массы ограждающих конструкций, снижения теплопотерь при эксплуатации зданий и сооружений. Создание органо-синтетических волокнистых плит с высоким термическим сопротивлением, характеризующихся высокими потребительскими свойствами, обеспечивает расширение ассортимента строительных материалов и создание импортозамещающей продукции.
При производстве органо-синтетических волокнистых плит (ОСВП) по технологии ДСП в наружных слоях используется древесина лиственных и хвойных пород (сосна, ель, осина, береза, ольха и др.) в различных соотношениях. В роли связующего для наружных слоёв используется смола карбамидоформальдегидная КФ-НФП (продукт поликонденсации карбамида и формальдегида в присутствии кислотных и щелочных катализаторов).
В качестве внутреннего слоя используется материал с низким коэффициентом теплопроводности (коротковолокнистые текстильные отходы), позволяющий получить продукт, который обладает физико-механическими показателями качества, близкими к древесностружечным плитам и повышенными теплоизоляционными свойствами.
В лабораторных условиях УО «ВГТУ» полученные экспериментальные образцы ОСВП толщиной 16 мм и плотностью 400 кг/м3 с использованием отходов текстильной промышленности были подвергнуты испытаниям по определению коэффициента теплопроводности и температуропроводности.
Комплектация пакетов материалов представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Комплектация пакетов материалов
№ образца Древесная стружка, % Коротковолокнистые текстильные отходы, %
1 40 60
2 50 50
3 60 40
4 (ДСП) 100 -
Схема опытной установки, на которой определяются величины коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема опытной установки: 1 - автотрансформатор; 2 - теплоизолированная камера; 3 - тепловой электронагревательный элемент; 4 - ваттметр; 5 - исследуемый образец;
6 - термопары
Исследуемому материалу придается форма относительно тонкой квадратной пластины 5. Температурный перепад создается за счет теплового электронагревательного элемента (ТЭН) 3, помещенного в теплоизолированную камеру 2 для обеспечения одномерного постоянного теплового потока. Мощность теплового потока в (Вт) равна значению мощности, затрачиваемой на нагревание ТЭН и измеряется непосредственно ваттметром 4. Значение мощности теплового потока в задается автотрансформатором 1. Значения температур поверхностей исследуемого материала определяются с помощью термопар 6, горячие спаи которых зашиваются как со стороны воздействующего теплового потока (воздействующий на нижний слой), так и со стороны, не подвергаемой тепловому воздействию (верхний слой).
Коэффициент теплопроводности определяется методом стационарного режима, а коэффициент температуропроводности - методом нестационарного исследования. Поэтому необходимо фиксировать изменения температуры поверхностей материала с момента помещения образца в опытную установку и до момента наступления стационарного режима.
Для обеспечения постоянного теплового потока после включения опытной установки в питающую сеть ее необходимо прогревать в течение 15 - 20 минут. Образец должен полностью, без зазоров, закрывать окно теплоизолированной камеры, т. к. ошибка из-за контактного сопротивления может достигать 30 %. Значения температур фиксируются через равные максимально короткие промежутки времени.
Проведение опыта для определения коэффициента теплопроводности прекращается при достижение скорости изменения температуры на обеих сторонах образца 0,5 0С/мин.
Расчет коэффициента теплопроводности производился с использованием закона Фурье в форме
в
дп
(1)
и дифференциального уравнения теплопроводности в форме
д2Т д2Т д2Т
—г + —г + —т = 0, (2)
дх2 ду2 дг2
Решения вышеуказанных дифференциальных уравнений применительно к одномерным температурным полям для тел простой геометрической формы и позволяют найти коэффициент теплопроводности из соотношения:
Я= а К. (3)
- *С2
где Q - тепловой поток, Вт; К - коэффициент формы исследуемого материла, для неограниченного плоского тела рассчитывается по формуле
К = ТТ' (4)
Тр
где 5 - толщина плоского слоя, м; Тр - его расчетная поверхность, нормальная к направлению теплового потока, м2.
В результате проведения эксперимента формируются исходные данные для расчета требуемого показателя. По этим данным строится графическая реализация опытных данных.
Дополнительно были измерены: мощность теплового потока Q (Вт), толщины плоского слоя 5 м, расчетная поверхность, нормальная к направлению теплового потока Тр (м2).
Экспериментальные исследования образцов проводились многократно. После проведения эксперимента рассчитывался коэффициент формы для каждого образца по формуле 4. Затем по формуле 3 рассчитывался коэффициент теплопроводности. Результаты расчета представлены на рисунке 2.
и
сэ
Е
н Щ
о &
О ■
; г
номер образца.
Рисунок 2 - Сравнительная диаграмма показателя "коэффициент теплопроводности полученных материалов"
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что органо-синтетические волокнистые плиты обладают улучшенным показателем коэффициента теплопроводности. Например, при использовании в составе
композиции коротковолокнистых текстильных отходов 60 %, коэффициент теплопроводности уменьшается в 4 раза по сравнению с ДСП. Это объясняется тем, что текстильные химические волокна по геометрическим показателям значительно уступают древесной стружке. В результате чего в единице объема готового материала содержится большее количество элементарных волокон. При производстве сохраняется большее количество воздушных пространств между волокнами, то есть материал получается более пористый, а значит менее теплопроводный. Данное утверждение доказывает представленная диаграмма: видно, что при увеличении содержания коротковолокнистых текстильных отходов в составе ОСВП - коэффициент теплопроводности уменьшается.
Расчет коэффициента температуропроводности производился по методике, описанной в [1].
Коэффициент температуропроводности плохих проводников тепла, при условии, что Bi = (практически Bi > 100), можно определить из выражения:
a = K mx, (5)
где К - коэффициент формы, характеризующий геометрическую форму и размеры тела.
Коэффициент формы для неограниченной пластины
K = (—)2. (6)
п
где 8- толщина пластины, м.
Для расчёта коэффициента температуропроводности разработана программа в математическом редакторе Maple V. В результате расчета получены следующие результаты, представленные на рисунке 3.
Рисунок 3 - Сравнительная диаграмма показателя "коэффициент температуропроводности полученных материалов"
Как известно, коэффициент температуропроводности характеризует соотношение между двумя тепловыми свойствами тела: способностью проводить тепло и способностью аккумулировать его. Если преобладает проводимость тепла, то коэффициент температуропроводности имеет высокие значения. Наоборот, если теплопроводность мала, а теплоемкость (объемная) велика, то значения
коэффициента температуропроводности будут малы. Как видно из рисунка 3, введение в состав ОСВП отходов синтетических волокон улучшает теплофизические показатели готовых плит. Вследствие того, что химические волокна меньше древесной стружки, в единице объема увеличивается количество элементарных химических волокон. Располагаясь хаотически, под воздействием температуры они сплавляются отдельными участками и создают сетчатую структуру во внутреннем слое, при этом увеличивая пористость материала. Таким образом, в данном случае ОСВП (рисунок 3) являются плохими проводниками тепла и имеют значительную теплоемкость, что позволяет использовать данные материалы в качестве теплоизоляционных материалов.
С целью определения возможности использования ОСВП в качестве теплоизоляционного материала проведем сравнительный анализ теплофизических характеристик для стен здания с прокладкой из ОСВП с разным процентным содержанием коротковолокнистых текстильных отходов в сравнении с ДСП, а также проведем расчет экономии условного топлива.
Тепловой поток через плоские поверхности в стационарном режиме определяется:
а =
_вн _н_ х г>< 10-з
кВТ,
2 *
(7)
I=1
5 2 п
где = —— термическое сопротивление плоской стенки, м С/Вт;
К
F = 1000 м2 - общая поверхность стен здания; _вн = 18 пС; _н = -10 пС. Потери тепла через стены здания уменьшаются за счёт увеличения термического сопротивления стен. Расход условного топлива на отопление здания определяется:
Бу.т.= О^3600 , кг/ч (8)
.у .т.
где ОН у т = 293ПП кДж/кг - теплота сгорания условного топлива.
Расход условного топлива рассчитываем за весь отопительный сезон. Экономия условного топлива за счёт повышения требований к теплоизоляции стен зданий
ЛБч у .т. = 3600 , кг/ч (9)
йР
у.т.
ЛВгод =ЛВчу.т т, кг/сезон (1П)
где т = 4600 часов - продолжительность отопительного сезона.
Таким образом, видно (таблица 2), что коэффициент теплопроводности наименьший у изоляционных ОСВП с содержанием коротковолокнистых текстильных отходов 60 %, т. е. количество тепла, протекающего в единицу времени через единицу поверхности при использовании данной ОСВП наименьшее, минимальны потери тепла.
Таблица 2 - Теплофизические характеристики кирпичной стены
Коэффициент теплопроводности, Хб [Вт/м*0С] Термическое Тепловой поток через Расход условного топлива на отопление здания, В у.т. [кг/ч]
Виды стен сопротивление, Ri м2*0С/Вт плоские поверхности, Q кВт
Контрольный образец ДСП 0,207 0,096 91,5 11,24
Образец № 1 0,055 0,363 48,8 5,99
Образец № 2 0,048 0,416 44,7 5,49
Образец № 3 0,045 0,444 42,8 5,26
Результаты расчета показывают, что наименьшее количество топлива необходимо для отопления здания, в конструкцию стен которых входит прокладка из ОСВП.
Определим экономию условного топлива за счёт использования в конструкции стен здания прокладки из ОСВП с содержанием коротковолокнистых текстильных отходов 40 % в сравнении с ДСП и образцами № 1 и № 2. Результаты расчетов представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Экономия условного топлива
Вид стен Экономия условного топлива в час, кг/ч Экономия условного топлива за отопительный сезон, кг/сезон
Образец № 1 5,25 24,150
Образец № 2 5,75 26,450
Образец № 3 5,98 27,508
Анализ таблицы 3 показал, что новый вид изоляционных материалов ОСВП с содержанием коротковолокнистых текстильных отходов 40 % является плохим проводником тепла и имеет значительную теплоемкость.
В результате проведения эксперимента установлено, что органо-синтетические волокнистые плиты обладают улучшенным показателем коэффициента теплопроводности. При использовании в составе композиции коротковолокнистых текстильных отходов 40%, коэффициент теплопроводности уменьшается в 4 раза по сравнению с ДСП. Следовательно, ОСВП обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, что позволяет использовать данные плиты в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве.
Список использованных источников
1. Осипова, В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена / В. А. Осипова. - Москва : Энергия, 1969. - 390 с.
2. Леонович, А. А. Физико-химические основы образования древесных плит / А. А. Леонович. - Санкт-Петербург : Химиздат, 2003. - 192 с.: ил.
3. Поспелова, Т. Г. Основы энергосбережения / Т. Г. Поспелова. - Минск : Технопринт, 2000. - 352 с.
Статья поступила в редакцию 14.10.2011 г.
SUMMARY
The technology of production of organic-synthetic fibrous plates from the short fibers wastes of light industry with the fibers length from 0.5 to 25 mm was developed.
As a result of experimental researches it was found out, that a new kind of building plates, with the 60 % amount of textile waste addition has the best properties of heat isolation. Therefore it is possible to recommend them for wide application in industry.
УДК 547.92+547.288.4+547.362+547.574.2
ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИИ «СТРУКТУРА-ЗАПАХ» СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ О КС И МА а - ИОНОНА
Н.А. Жуковская, Е.А. Дикусар, В.И . Поткин, Ю.С. Зубенко, С.К. Петкевич, С.Г. Стёпин
а-Ионон или транс-4-(2,6,6-триметил-2-циклогексен-1-ил)-3-бутен-2-он 1 содержится в некоторых природных эфирных маслах, обладает запахом фиалки с древесно-фруктовой нотой [1]. Он является многотоннажным промышленным продуктом и широко используется в парфюмерных композициях, отдушках и пищевых ароматизаторах [2, 3]. В промышленносаи -ионон 1 получают конденсацией цитраля с ацетоном с последующей циклизацией полученного псевдоионона. Ранее мы сообщали о синтезе и изучении корреляции структура-запах сложных эфиров оксимов цитраля и ментона [4, 5].
Целью данной работы является разработка технологичной методики получения широкого ряда новых сложных эфиров - производных оксима а-ионона 2. Сложные эфиры оксима а-ионона 3-23 синтезировали взаимодействием оксима а-ионона 2 с ангидридами алкилкарбоновых кислот в присутствии каталитических количеств хлорной кислоты (эфиры 3-6) или с хлорангидридами карбоновых кис от в присутствии пиридина (эфиры 7-23). Выходы сложных эфиров оксимаа -ионона 321 составили 87 - 92 %.
Строение синтезированных соединений 2-23 подтвердили данные элементного анализа, масс-спектрометрического определения молекулярной массы, ИК-, УФ- и ЯМР 1Н-спектров.
R = СНз (3), C2H5 (4), СНз(СН2)2 (5), (СН3)2СН (6), СН3(СН2)3 (7), (СН3)2СНСН2 (8), (СНз)зС (9), СНз(СН2)4 (10), СНз(СН2)5 (11), СНз(СН2)б (12), СНз(СН2)зСН(С2Н5) (13), СНз(СН2)7 (14), СНз(СН)8 (15), СНз(СН)и (16), цикло-С бН11 (17), С6Н5 (18), СН3 О (19), С2Н5О (20), C2H5CHCI (21), Cl2C=CClCH2 (22),
