化工学报 ›› 2019, Vol. 70 ›› Issue (5): 1674-1681.DOI: 10.11949/j.issn.0438-1157.20181289
收稿日期:
2018-11-02
修回日期:
2019-01-15
出版日期:
2019-05-05
发布日期:
2019-05-05
通讯作者:
孙志高
作者简介:
<named-content content-type="corresp-name">周麟晨</named-content>(1995—),男,硕士研究生,<email>963443807@qq.com</email>|孙志高(1966—),男,博士,教授,<email>szg.yzu@163.com</email>
基金资助:
Linchen ZHOU(),Zhigao SUN(),Ling LU,Sai WANG,Juan LI,Cuimin LI
Received:
2018-11-02
Revised:
2019-01-15
Online:
2019-05-05
Published:
2019-05-05
Contact:
Zhigao SUN
摘要:
为了促进水合物形成,在HCFC–141b、有机相变材料(正癸酸和十二醇)和水体系中添加表面活性剂Tween 80和Span 80作为乳化剂,采用高速搅拌的方法制备了有机相变材料-表面活性剂-制冷剂-水乳液体系,增大水分子与制冷剂的接触面积。实验研究了静态条件下有机相变材料和表面活性剂添加量对水合物形成的影响。研究结果表明添加乳化剂可以有效提高水合物的蓄冷量,减少水合物形成诱导时间,降低水合物生成的随机性;温度越低,水合物促进效果越好。水合物生成/分解循环实验表明,添加Tween 80的乳液体系的稳定性好,有机相变乳液提高了水合物生成/分解循环过程的稳定性。
中图分类号:
周麟晨, 孙志高, 陆玲, 王赛, 李娟, 李翠敏. 有机相变乳液中HCFC–141b水合物生成及稳定性[J]. 化工学报, 2019, 70(5): 1674-1681.
Linchen ZHOU, Zhigao SUN, Ling LU, Sai WANG, Juan LI, Cuimin LI. Formation and stability of HCFC–141b hydrate in organic phase change emulsion[J]. CIESC Journal, 2019, 70(5): 1674-1681.
实验编号 | 添加剂/%(mass) | 实验温度/℃ |
---|---|---|
E1 | 1%CA–DE | 0.2 |
E2 | 1%CA–DE+0.5%Tween 80 | 0.2 |
E3 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E4 | 1%CA–DE+2%Tween 80 | 0.2 |
E5 | 1%CA–DE+3%Tween 80 | 0.2 |
E6 | 1%CA–DE+5%Tween 80 | 0.2 |
E7 | 2%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E8 | 3%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E9 | 1%CA–DE+0.1%Span 80 | 0.2 |
E10 | 1%CA–DE+0.5%Span 80 | 0.2 |
E11 | 1%CA-DE+1%Span 80 | 0.2 |
E12 | 1%CA–DE+1%Tween80+0.1%Span 80 | 0.2 |
E13 | 1%CA–DE+1%Tween80+0.5%Span 80 | 0.2 |
E14 | 1%CA–DE+1%Tween80+1%Span 80 | 0.2 |
E15 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 1 |
E16 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 3 |
表1 实验体系
Table 1 Experimental systems
实验编号 | 添加剂/%(mass) | 实验温度/℃ |
---|---|---|
E1 | 1%CA–DE | 0.2 |
E2 | 1%CA–DE+0.5%Tween 80 | 0.2 |
E3 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E4 | 1%CA–DE+2%Tween 80 | 0.2 |
E5 | 1%CA–DE+3%Tween 80 | 0.2 |
E6 | 1%CA–DE+5%Tween 80 | 0.2 |
E7 | 2%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E8 | 3%CA–DE+1%Tween 80 | 0.2 |
E9 | 1%CA–DE+0.1%Span 80 | 0.2 |
E10 | 1%CA–DE+0.5%Span 80 | 0.2 |
E11 | 1%CA-DE+1%Span 80 | 0.2 |
E12 | 1%CA–DE+1%Tween80+0.1%Span 80 | 0.2 |
E13 | 1%CA–DE+1%Tween80+0.5%Span 80 | 0.2 |
E14 | 1%CA–DE+1%Tween80+1%Span 80 | 0.2 |
E15 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 1 |
E16 | 1%CA–DE+1%Tween 80 | 3 |
实验编号 | 实验温度/℃ | 诱导时间/min | 平均诱导时间/min | 诱导时间 标准方差 |
---|---|---|---|---|
E1 | 0.2 | 113,88,173 | 125 | 35.67 |
E2 | 0.2 | 28,42,121 | 64 | 40.94 |
E3 | 0.2 | 25,11,42 | 26 | 12.68 |
E4 | 0.2 | 71,150,201 | 141 | 53.48 |
E5 | 0.2 | 324,338,256 | 306 | 35.81 |
E6 | 0.2 | 467,621,436 | 508 | 80.90 |
E7 | 0.2 | 23,78,65 | 55 | 23.47 |
E8 | 0.2 | 115,116,76 | 102 | 18.62 |
E9 | 0.2 | 25,142,72 | 80 | 48.07 |
E10 | 0.2 | 45,17,56 | 39 | 16.42 |
E11 | 0.2 | 120,55,62 | 79 | 29.13 |
E12 | 0.2 | 40,69,76 | 62 | 15.58 |
E13 | 0.2 | 76,110,45 | 77 | 26.55 |
E14 | 0.2 | 26,158,254 | 146 | 93.47 |
E15 | 1 | 119,44,105 | 89 | 32.56 |
E16 | 3 | 127,212,312 | 217 | 75.61 |
表2 水合物生成诱导时间
Table 2 Hydrate formation induction time
实验编号 | 实验温度/℃ | 诱导时间/min | 平均诱导时间/min | 诱导时间 标准方差 |
---|---|---|---|---|
E1 | 0.2 | 113,88,173 | 125 | 35.67 |
E2 | 0.2 | 28,42,121 | 64 | 40.94 |
E3 | 0.2 | 25,11,42 | 26 | 12.68 |
E4 | 0.2 | 71,150,201 | 141 | 53.48 |
E5 | 0.2 | 324,338,256 | 306 | 35.81 |
E6 | 0.2 | 467,621,436 | 508 | 80.90 |
E7 | 0.2 | 23,78,65 | 55 | 23.47 |
E8 | 0.2 | 115,116,76 | 102 | 18.62 |
E9 | 0.2 | 25,142,72 | 80 | 48.07 |
E10 | 0.2 | 45,17,56 | 39 | 16.42 |
E11 | 0.2 | 120,55,62 | 79 | 29.13 |
E12 | 0.2 | 40,69,76 | 62 | 15.58 |
E13 | 0.2 | 76,110,45 | 77 | 26.55 |
E14 | 0.2 | 26,158,254 | 146 | 93.47 |
E15 | 1 | 119,44,105 | 89 | 32.56 |
E16 | 3 | 127,212,312 | 217 | 75.61 |
实验编号 | 结晶温度/℃ | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 第六次 | |
E1 | 0.25 | 1.67 | 0.48 | 0.27 | 0.26 | 0.25 |
E3 | 0.25 | 4.49 | 4.26 | 4.17 | 3.65 | 3.82 |
E10 | 0.22 | 2.67 | 2.73 | 2.96 | 2.27 | 1.44 |
E12 | 0.24 | 3.73 | 3.70 | 3.62 | 3.45 | 2.96 |
表3 水合物循环实验对结晶温度的影响
Table 3 Effect of cycle experiments on hydrate crystallization temperature
实验编号 | 结晶温度/℃ | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 第六次 | |
E1 | 0.25 | 1.67 | 0.48 | 0.27 | 0.26 | 0.25 |
E3 | 0.25 | 4.49 | 4.26 | 4.17 | 3.65 | 3.82 |
E10 | 0.22 | 2.67 | 2.73 | 2.96 | 2.27 | 1.44 |
E12 | 0.24 | 3.73 | 3.70 | 3.62 | 3.45 | 2.96 |
1 | 谢应明, 魏晶晶, 刘道平, 等 . 四丁基氯化铵水合物的蓄冷特性[J]. 化工学报, 2010, 61(S2): 77-80. |
Xie Y M , Wei J J , Liu D P , et al . The cold storage characteristics of tetrabutylammonium chloride hydrate [J]. CIESC Journal, 2010, 61(S2): 77-80. | |
2 | Akiya T , Shimazaki T , Oowa M , et al . Formation conditions of clathrates between HFC alternative refrigerants and water [J]. International Journal of Thermophysics, 1999, 20(6): 1753-1763. |
3 | 陈晶贵, 樊栓狮, 梁德青, 等 . HCFC–141b水合物空调蓄冷系统实验研究[J]. 化工学报, 2003, 54(S1): 125-130. |
Chen J G , Fan S S , Liang D Q , et al . Experimental study on HCFC– 141b hydrate air conditioning cold storage system [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2003, 54(S1): 125-130. | |
4 | 郝文峰, 樊栓狮, 王金渠 . 搅拌对甲烷水合物生成的影响[J]. 天然气化工(C1化学与化工), 2005, 30(3): 5-7. |
Hao W F , Fan S S , Wang J Q . Effects of stirring on the formation of methane hydrate [J]. Natural Gas Chemical Industry (C1 Chemistry and Chemical Engineering), 2005, 30(3): 5-7. | |
5 | Ohmura R , Kashiwazaki S , Shiota S , et al . Structure-I and structure-H hydrate formation using water spraying [J]. Energy & Fuels, 2002, 16(5): 1141-1147. |
6 | Xu C G , Li X S , Lv Q N , et al . Hydrate-based CO2 (carbon dioxide) capture from IGCC (integrated gasification combined cycle) synthesis gas using bubble method with a set of visual equipment [J]. Energy, 2012, 44(1): 358-366. |
7 | Fesenko E E , Popov V I , Novikov V V , et al . Structure formation in water by the action of weak magnetic fields and xenon. Electron microscopy analysis [J]. Biofizika, 2002, 47(3): 393-394. |
8 | 刘永红, 郭开华, 梁德青, 等 . 超声波作用下的制冷剂水合物结晶过程研究[J]. 工程热物理学报, 2003, 24(3): 385-387. |
Liu Y H , Guo K H , Liang D Q , et al . Crystallization process of refrigerant hydrate under ultrasonic wave [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2003, 24(3): 385-387. | |
9 | 马鸿凯, 孙志高, 焦丽君, 等 . 添加剂对静态条件下HCFC–141b水合物生成的促进作用[J]. 制冷学报, 2016, 37(1): 101-105. |
Ma H K , Sun Z G , Jiao L J , et al . Promoting effect of additives on the formation of HCFC–141b hydrate under static conditions [J]. Journal of Refrigeration, 2016, 37 (1): 101-105. | |
10 | Moraveji M K , Ghaffarkhah A , Sadeghi A . Effect of three representative surfactants on experimental and theoretical investigation of methane hydrate induction methane hydrate formation rate and induction time [J]. Egyptian Journal of Petroleum, 2016, 26(2): 331-339. |
11 | 徐勇军, 叶国兴, 杨晓西, 等 . 表面活性剂对水合物生成的影响及其应用前景[J]. 天然气工业, 2002, 22(1): 85-87. |
Xu Y J , Ye G X , Yang X X , et al . Effect of surfactants on hydrate formation and its application prospects [J]. Natural Gas Industry, 2002, 22(1): 85-87. | |
12 | 章春笋, 樊栓狮, 郭彦坤, 等 . 不同类型表面活性剂对天然气水合物形成过程的影响[J]. 天然气工业, 2003, 23(1): 91-95. |
Zhang C S , Fan S S , Guo Y K , et al . Effects of different types of surfactants on the formation of natural gas hydrates [J]. Natural Gas Industry, 2003, 23(1): 91-95. | |
13 | Rahmati M , Manteghian M , Pahlavanzadeh H . Experimental and theoretical investigation of methane hydrate induction time in the presence of triangular silver nanoparticles [J]. Chemical Engineering Research & Design, 2017, 120: 325-332. |
14 | 周诗岽, 余益松, 甘作全, 等 . 纳米石墨颗粒对气体水合物生成诱导时间的影响[J]. 天然气化工, 2015, 40(1): 60-64. |
Zhou S Z , Yu Y S , Gan Z Q , et al . Influence of nanographite particles on gas hydrate formation induction time [J]. Natural Gas Chemical Industry, 2015, 40(1): 60-64. | |
15 | Wang Y H , Lang X M , Fan S S . Accelerated nucleation of tetrahydrofuran (THF) hydrate in presence of ZIF-61 [J]. Journal of Energy Chemistry, 2012, 21(3): 299-301. |
16 | 李娜, 马振魁 . 利用纳米粒子强化微乳液体系HCFC–141b水合物的生成[J]. 科学通报, 2011, 56(22): 1846-1853. |
Li N , Ma Z K . Generation of HCFC–141b hydrate by microparticle-enhanced microemulsion system [J]. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(22): 1846-1853. | |
17 | Long F , Fan S S , Wan Y H , et al . Promoting effect of super absorbent polymer on hydrate formation [J]. Journal of Energy Chemistry, 2010, 19(3): 251-254. |
18 | 胡亚飞, 蔡晶, 李小森 . 环戊烷-甲烷水合物生成过程的温度特性[J]. 化工进展, 2016, 35(5): 1418-1427. |
Hu Y F , Cai J , Li X S . Temperature characteristics of cyclopentane-methane hydrate formation process [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2016, 35(5): 1418-1427. | |
19 | Wang M , Sun Z G , Qiu X H , et al . Hydrate dissociation equilibrium conditions for carbon dioxide + tetrahydrofuran [J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 2017, 62(2): 812-815. |
20 | Sabil K M , Duarte A R C , Zevenbergen J , et al . Kinetic of formation for single carbon dioxide and mixed carbon dioxide and tetrahydrofuran hydrates in water and sodium chloride aqueous solution [J]. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2010, 4(5): 798-805. |
21 | 朱明贵, 孙志高, 杨明明, 等 . 有机相变材料促进HCFC–141b水合物生成实验[J]. 化工进展, 2017, 36(4): 1265-1269. |
Zhu M G , Sun Z G , Yang M M , et al . Experimental study on the formation of HCFC–141b hydrate by organic phase change materials [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2017, 36(4): 1265-1269. | |
22 | Chen B , Xin F , Song X , et al . Kinetics of carbon dioxide hydration enhanced by phase change slurry of n-tetradecane [J]. Energy & Fuels, 2017, 31(4): 4245-4254. |
23 | 陈彬, 辛峰, 宋小飞, 等 . 相变浆液中甲烷水合物的生成过程强化[J]. 化工学报, 2016, 67(8): 3202-3208. |
Chen B , Xin F , Song X F , et al . Strengthening process of methane hydrate formation in phase change slurry [J]. CIESC Journal, 2016, 67(8): 3202-3208. | |
24 | Nakajima M , Ohmura R , Mori Y H . Clathrate hydrate formation from cyclopentane-in-water emulsions [J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2015, 47(22): 8933-8939. |
25 | 周锡堂, 樊栓狮, 梁德青, 等 . HCFC–141b乳化液生成气体水合物[J]. 化工学报, 2007, 58(3): 728-732. |
Zhou X T , Fan S S , Liang D Q , et al . Gas hydrate formation by HCFC–141b emulsion [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2007, 58(3): 728-732. | |
26 | 李璞, 张龙明, 覃小焕, 等 . 微乳液中R141b水合物快速生成实验研究[J]. 工程热物理学报, 2014, 35(12): 2358-2362. |
Li P , Zhang L M , Qin X H , et al . Experimental study on rapid formation of R141b hydrate in microemulsion [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2014, 35 (12): 2358-2362. | |
27 | 赵国玺, 朱㻉瑶 . 表面活性剂作用原理[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2003: 38-39. |
Zhao G X , Zhu Y Y . Principle of Surfactant Action [M]. Beijing: China Light Industry Press, 2003: 38-39. | |
28 | 杜建伟, 梁德青, 戴兴学, 等 . Span80促进甲烷水合物生成动力学研究[J]. 工程热物理学报, 2011, 32(2): 197-200. |
Du J W , Liang D Q , Dai X X , et al . Investigation on Span80 promoting methane hydrate formation kinetic [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2011, 32(2): 197-200. | |
29 | 孙建华, 吴强, 张保勇 . 非离子型吐温系列表面活性剂对瓦斯水合物生成过程的影响[J]. 煤炭学报, 2006,(2): 191-195. |
Sun J H , Wu Q , Zhang B Y . Effect of nonionic surfactant Tween on the process of gas hydrate formation [J]. Journal of China Coal Society, 2006, (2): 191-195. | |
30 | Nourafkan E . Evaluation of adsorption of nonionic surfactants blend at water/oil interfaces [J]. Journal of Dispersion Science & Technology, 2017, 39(5): 665-675. |
31 | Barakat Y , Fortney L N , Schechter R S , et al . Criteria for structuring surfactants to maximize solubilization of oil and water(Ⅱ): Alkyl benzene sodium sulfonates [J]. Journal of Colloid & Interface Science, 1983, 92(2): 561-574. |
32 | Kaciev D . Nucleation: Basic Theory with Applications [M].Oxford: Butterworth Heinemann, 2000. |
33 | Davies S R , Hester K C , Lachance J W , et al . Studies of hydrate nucleation with high pressure differential scanning calorimetry [J]. Chemical Engineering Science, 2009, 64(2): 370-375. |
34 | 李刚, 谢应明, 刘道平, 等 . 四丁基溴化铵-四氢呋喃系蓄冷水合物[J]. 过程工程学报, 2009, 9(1): 186-189. |
Li G , Xie Y M , Liu D P , et al . Tetrabutylammonium bromide-tetrahydrofuran cold storage hydrate [J]. Chinese Journal of Process Engineering, 2009, 9(1): 186-189. | |
35 | Ohmura R , Ogawa M , Yasuoka A , et al . Statistical study of clathrate-hydrate nucleation in a water/hydrochlorofluorocarbon system: search for the nature of the “Memory Effect” [J]. Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107(22): 5289-5293. |
[1] | 张双星, 刘舫辰, 张义飞, 杜文静. R-134a脉动热管相变蓄放热实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 165-171. |
[2] | 江河, 袁俊飞, 王林, 邢谷雨. 均流腔结构对微细通道内相变流动特性影响的实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 235-244. |
[3] | 吴延鹏, 刘乾隆, 田东民, 陈凤君. 相变材料与热管耦合的电子器件热管理研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 25-31. |
[4] | 郑玉圆, 葛志伟, 韩翔宇, 王亮, 陈海生. 中高温钙基材料热化学储热的研究进展与展望[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3171-3192. |
[5] | 孟令玎, 崇汝青, 孙菲雪, 孟子晖, 刘文芳. 改性聚乙烯膜和氧化硅固定化碳酸酐酶[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3472-3484. |
[6] | 于旭东, 李琪, 陈念粗, 杜理, 任思颖, 曾英. 三元体系KCl + CaCl2 + H2O 298.2、323.2及348.2 K相平衡研究及计算[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3256-3265. |
[7] | 杨欣, 彭啸, 薛凯茹, 苏梦威, 吴燕. 分子印迹-TiO2光电催化降解增溶PHE废水性能研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3564-3571. |
[8] | 史昊鹏, 钟达文, 廉学新, 张君峰. 朝下多尺度沟槽翅片结构表面沸腾换热实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2880-2888. |
[9] | 史方哲, 甘云华. 超薄热管启动特性和传热性能数值模拟[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2814-2823. |
[10] | 邢美波, 张中天, 景栋梁, 张洪发. 磁调控水基碳纳米管协同多孔材料强化相变储/释能特性[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 3093-3102. |
[11] | 汤晓玲, 王嘉瑞, 朱玄烨, 郑仁朝. 基于Pickering乳液的卤醇脱卤酶催化合成手性环氧氯丙烷[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2926-2934. |
[12] | 张贲, 王松柏, 魏子亚, 郝婷婷, 马学虎, 温荣福. 超亲水多孔金属结构驱动的毛细液膜冷凝及传热强化[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2824-2835. |
[13] | 张澳, 罗英武. 低模量、高弹性、高剥离强度丙烯酸酯压敏胶[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 3079-3092. |
[14] | 蔡斌, 张效林, 罗倩, 党江涛, 左栗源, 刘欣梅. 导电薄膜材料的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2308-2321. |
[15] | 龙臻, 王谨航, 任俊杰, 何勇, 周雪冰, 梁德青. 离子液体协同PVCap抑制天然气水合物生成实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2639-2646. |
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