發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 12:53

　　 CaCO3污垢沉積在換熱設(shè)備表面上,會(huì)造成換熱表面污垢熱阻增加,降低換熱設(shè)備的換熱效率,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了降低CaCO3污垢沉積在換熱表面給換熱設(shè)備帶來的危害,較為行之有效的方法就是向循環(huán)冷卻水中添加一定量的阻垢劑。羧甲基纖維素鈉(Sodium Carboxymethyl Cellulose)具有良好的阻垢特性,它無任何毒性,不會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成任何污染,屬于環(huán)境友好型阻垢劑。本文采用實(shí)驗(yàn)與分子動(dòng)力學(xué)模擬兩種手段對SCMC的阻垢特性展開研究。采用三種實(shí)驗(yàn)方法;pH位移法、電化學(xué)阻抗譜分析、流動(dòng)實(shí)驗(yàn)法對SCMC的阻垢性能進(jìn)行評定。pH位移法實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明SCMC的阻垢效率可達(dá)到93%。電化學(xué)方法得到SCMC的阻垢效率為75%。而流動(dòng)實(shí)驗(yàn)法得出SCMC的阻垢效率達(dá)到93.2%。三種方法均表明SCMC可以有效的抑制CaCO3污垢的生長。另外,通過環(huán)形在線監(jiān)測流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)探究實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行條件以及SCMC的物性變化對SCMC阻垢性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:在一定的范圍內(nèi),SCMC的阻垢效率隨著濃度和溫度的增加而增加。然而,隨著實(shí)驗(yàn)流體流速的增加,SCMC的阻垢效率反而降低。SCMC取代度越大,阻垢效率越強(qiáng),當(dāng)SCMC取代度為0.9時(shí),阻垢效率可以達(dá)到100%。通過掃描電鏡和能譜分析儀對添加阻垢劑前后不銹鋼表面的形貌和成分進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入SCMC后,不銹鋼的表面CaC03污垢的形貌發(fā)生顯著的變化,由規(guī)則的立方體方解石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的球狀結(jié)構(gòu),方解石的外表面被緊緊的包裹,包裹物質(zhì)的成分含有SCMC。由于SCMC的阻垢機(jī)理很難通過實(shí)驗(yàn)的方法直接給出確切解釋,因此基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法,從微觀的角度探究SCMC與不同方解石晶面(1-10,104,110)間相互作用。首先在無水模擬體系下,對SCMC實(shí)現(xiàn)阻垢特性的官能團(tuán)進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SCMC與方解石晶面間較強(qiáng)的相互作用主要取決于SCMC分子中的羧基和羥基官能團(tuán)。在一定的范圍內(nèi),SCMC聚合度和取代度越大,其與方解石晶面間的相互作用越強(qiáng)。為了更接近阻垢劑的實(shí)際存在環(huán)境,本文還構(gòu)建了水環(huán)境下SCMC與方解石各晶面間相互作用的模擬體系。在該模擬體系下,探究了 SCMC濃度,體系溫度變化,對SCMC在方解石表面吸附特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在一定的范圍內(nèi),SCMC濃度越大,出現(xiàn)在方解石晶體表面上方的阻垢劑分子數(shù)目越多,其與方解石(104)晶面間的相互作用越強(qiáng),阻垢效率也越強(qiáng)。另外,升高體系溫度也會(huì)促進(jìn)SCMC與方解石晶面的相互作用。該結(jié)論與本文實(shí)驗(yàn)研究中SCMC濃度和溫度對阻垢效率影響的結(jié)論相一致。因此基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法很好的解釋了本文的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果�；�于分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法,對SCMC在不同金屬表面的緩蝕特性進(jìn)行探究。首先在無水模擬體系下,對SCMC分子中能夠?qū)崿F(xiàn)緩蝕特性的四種氧原子進(jìn)行分析。最終發(fā)現(xiàn),對于Fe、Cu、Al三種金屬表面,SCMC分子中的羧基與羥基官能團(tuán)對其緩蝕特性起到?jīng)Q定性的作用。SCMC與Fe表面間的相互作用最強(qiáng)。在一定的范圍內(nèi),SCMC濃度、取代度和聚合度越大,其與金屬表面間的相互作用越強(qiáng)。在有水環(huán)境下,SCMC仍然能夠掙脫水分子的束縛,最終吸附在金屬表面。但是水分子的存在削弱了 SCMC與金屬表面的相互作用能。通過潤濕特性模擬體系的計(jì)算結(jié)果可知,添加緩蝕劑可以減小水分子在金屬表面的潤濕面積,防止水分子與金屬表面接觸,從而起到保護(hù)金屬表面的作用。
【學(xué)位單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TQ085.412
【部分圖文】：

，?２５ｍｇ，５０ｍｇ，??ｌＯＯｍｇ的ＳＣＭＣ阻垢劑樣品于５００ｎｉｌ蒸餾水中，待其充分溶解后加入一定量的ＣａＣＩ２，充??分?jǐn)嚢韬蠹尤耄危幔龋茫埃吃噭�，并攪拌均勻�??表２－１羧甲基纖維素鈉的物ｆｔ??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ?ｏｆ?Ｓｏｄｉｕｍ?Ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ???取代度?ｐＨ值??鈉含量???０．２－１．５?６．Ｂ－８．５?＾２％?＜１２．４％??＃５?Ｉ??、?１??ｉ??．ｗ．ｗ’??圖２－１?ｐＨ測量儀實(shí)物圖??Ｆｉｇ．?２－１?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｐＨ?ｍｅｔｅｒ??－１１－??

第２章實(shí)驗(yàn)與分子動(dòng)力學(xué)模擬方法??加５?ｍＶ?的正弦擾動(dòng)。????ＲＥＦ?？??????ＷＯＲＫ?？????應(yīng)〇??１??電化學(xué)分析儀?ＩＩ????ｒｉ?１?＾?ｒ￣ｉ?．??參眺極??工作電極?１??扣電極—＾?Ｌｉ??Ｌ?噼．雨??：究恐棚！??Ｄｄｌ?Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?＾＾??圖２－２電化學(xué)實(shí)驗(yàn)示意圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??（ａ）飽和甘汞電極?（ｂ）粕電極?（ｃ）工作電極??圖２－３電化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖??Ｆｉｇ．?２－３?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??２．１．２．２電化學(xué)阻抗譜原理??－１３－??

??的方式流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段，因此在循環(huán)系統(tǒng)中増?jiān)O(shè)循環(huán)水泵，以克服循環(huán)系統(tǒng)的壓力降，實(shí)現(xiàn)工??質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過程中，循環(huán)工質(zhì)流量的變化會(huì)影響實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的結(jié)果，在循環(huán)系統(tǒng)中??安裝電磁流量計(jì)，一方面可以有效的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)運(yùn)行前平衡階段循環(huán)工質(zhì)的流量波動(dòng)情況，??并可以進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)節(jié)，以保證實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。另一方面，在探宄循環(huán)??工質(zhì)流量變化對阻垢劑阻垢特性的影響吋，可以通過電磁流量計(jì)調(diào)節(jié)不同的流量數(shù)值，以??獲取不同流量下阻垢劑的阻垢特性。??實(shí)驗(yàn)段??實(shí)驗(yàn)段的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和尺寸如圖２－７所示，實(shí)驗(yàn)段為環(huán)形流動(dòng)通道，由有機(jī)玻璃套筒和??３１６Ａ不銹鋼管相嵌而成，不銹鋼管位于同軸有機(jī)玻璃管的內(nèi)部，總長為４２０ｍｍ，從其起??始位置１００ｍｍ處幵始為加熱段，加熱段的總長為１５０ｍｍ。不銹鋼電加熱棒布置在不銹鋼??管的正中心位置，直徑為１４?ｍｍ，長度２５０?ｍｍ，通過直流電源對其供電。加熱棒的兩端??是絕緣的，因此其軸向傳熱可忽略不計(jì)。在不銹鋼管的四周均勻的布置４根直徑為２?ｍｍ，??長度１７５?ｍｍ的ＰＴ１００熱電阻，用于監(jiān)測換熱壁面溫度的變化。在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中，循環(huán)??工質(zhì)自下而上流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段環(huán)形流動(dòng)通道，避免了重力因素造成的污垢沉積的影響。??ｉＢｉＴ??，，１！｜１１?！?１??＾＾－?！?Ｉ?１．．．：：?Ｉ?Ｉ??ｓ?ｉｉｐｉｌ—５??ｓ?Ｉ?ｌｉｉｌｌ??ｉｌｌ?—??ｉ?丨額＿勸浪ｉｊｉ：??＾?Ｖ?賴賴Ｓ醜擇墩？．??ＯＤ＾１４?ｍｍ??圖２－７實(shí)驗(yàn)段的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸??Ｆｉｇ．?２－７?Ｄｅｔａｉｌｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2888738