Kvarca un grafīta iegremdējamie sildītāji: kurš ir labāks augstas temperatūras{1}}izkausētā sāls lietojumiem?

Nitrāti, hlorīdi un fluorīdi ir augstas{0}}temperatūras kausētu sāļu piemēri, kas kļūst arvien populārāki izmantošanai, piemēram, saules siltuma uzglabāšanai, augstas-temperatūras ķīmiskajiem procesiem un moderniem kodolreaktoriem. Izkausētie sāļi ir lieliski piemēroti enerģijas uzkrāšanai un siltuma pārvietošanai, taču tie arī apgrūtina materiālus, ko izmanto iegremdēšanai. Kvarcs un grafīts ir divi nemetālisku materiālu piemēri, ko bieži izmanto kausētu sāļu karsēšanai. Tas ir tāpēc, ka tie ir ļoti stabili augstā temperatūrā un viegli nerūsē. Bet katram materiālam ir savi plusi un mīnusi, ja runa ir par izkausētu sāli, it īpaši, ja temperatūra pārsniedz 500 grādus. Šajā ziņā mēs salīdzināsim kvarca un grafīta iegremdējamos sildītājus, pamatojoties uz svarīgām lietām, piemēram, cik tie var kļūt karsti, cik labi tie darbojas ar ķimikālijām, cik labi tie vada siltumu, cik tie ir uzticami un cik ekonomiski tie ir-.

Izkausētā sāls sildītāja meklēšana ārkārtēja karstuma tīģelī
Izkausētu sāļu izmantošana kā siltuma pārneses šķidrums rada lielu slodzi uz sildīšanas materiāliem. Šie sāļi var kļūt ļoti karsti, no 500 grādiem līdz 800 grādiem, un tie ir diezgan kodīgi un ķīmiski reaģējoši, īpaši situācijās, kas ir ļoti oksidējošas vai ļoti reducējošas. Ir svarīgi zināt tādu materiālu kā kvarca un grafīta ierobežojumus, jo arvien vairāk enerģijas uzglabāšanas ierīču un ķīmiskās apstrādes prasa izkausētus sāļus. Abi materiāli ir lieliski piemēroti tādu lietu sildīšanai, kas nav metāls, taču tie darbojas ļoti atšķirīgi ekstremālās situācijās, piemēram, ja ir patiešām augsta temperatūra vai agresīva kausēta sāls vide.

Materiālu atklāšana: dabas īpašību apskate mikroskopā
Aplūkojot kvarcu un grafītu līdzās, jūs varat redzēt, ka to dabiskās īpašības padara tos piemērotus lietošanai dažādās augstās temperatūrās{0}}.

Kvarcs: Kvarcs (SiO₂) ir amorfa viela, kurai nav skaidras formas. Tas kūst aptuveni 1700 grādu temperatūrā un slikti oksidējas mērenā temperatūrā. Kvarcs viegli nerūsē oksidējošos apstākļos, taču tas kļūst mīkstāks augstākā temperatūrā, aptuveni 1000 grādu temperatūrā. Kvarcu bieži izmanto situācijās, kad tā lielā tīrība un reaktivitātes trūkums ir ļoti svarīgi. Tas labi darbojas arī mērenā karstumā un ir vēlams vietās, kur ir svarīgs zems piesārņojums, tostarp pusvadītāju un farmācijas nozarēs. Kvarcam var rasties problēmas vietās ar ļoti augstu karstuma un ķīmisko reaktivitāti, jo tas nevar izturēt lielus termiskos triecienus un ir jutīgs pret dažiem izkausētiem sāļiem, īpaši sāļiem, kuru pamatā ir fluorīds{9}}.

Grafīta, kristāliska oglekļa forma, kušanas temperatūra ir aptuveni 3500 grādi, kas ir ievērojami augstāka nekā kvarca kušanas temperatūra. Tas arī lieliski iztur augstu temperatūru. Tas daudz labāk vada siltumu nekā kvarcs (~1,4 W/m·K), jo tam ir ievērojami augstāka siltumvadītspēja (~100-150 W/m·K). Tāpēc grafīts ir lieliski piemērots vietām, kur siltumam nepieciešams ātri pārvietoties. Bet grafīts ir vājš, jo tas reaģē ar skābekli temperatūrā virs 450 grādiem, kā rezultātā tas oksidējas un zaudē veiktspēju. Grafīts vislabāk darbojas inertā vai reducējošā atmosfērā, taču tam ir nepieciešami aizsargpārklājumi vai inertas gāzes vide, lai tas laika gaitā paliktu stabils, ja ir klāt skābeklis vai naidīgi sāļi.

Uzstāšanās Molten Salt arēnā: cīņa daudzos līmeņos
Izmantotā izkausētā sāls veidam ir liela ietekme uz to, cik labi kvarca un grafīta sildītāji darbojas kausētā sāls lietojumos.

Nitrātu kausētie sāļi: šie sāļi ir ļoti oksidējoši, un tos plaši izmanto saules siltuma uzglabāšanas sistēmās. Kvarcs labi darbojas ar nitrātu sāļiem un ir labākais materiāls šiem lietojumiem. Tas saglabājas stabils šo sāļu klātbūtnē temperatūrā līdz 800 grādiem. Bet, ja ir daudz siltuma un daudz nitrātu sāļu, kvarcs var sadalīties ķīmisko procesu dēļ, kas rada šķīstošus silikātus. Grafīts labi iztur augstu temperatūru, taču tas nav tik labs nitrātu sāļiem, jo ​​tas sāk oksidēties virs 450 grādiem, kas pasliktina tā ilglaicīgu -efektivitāti.

Hlorīda un karbonāta kausētie sāļi: šos sāļus parasti izmanto rūpnieciskos procesos, kas notiek augstā temperatūrā un kuriem ir mazāka iespēja oksidēties. Grafīts ir lieliski piemērots šiem lietojumiem, jo ​​tas labi vada siltumu un viegli nesadalās vidē, kas ir inerta vai samazinās. Tas darbojas labi pat tad, ja temperatūra pārsniedz 600 grādus, kas ir tad, kad kvarcs var sākt zaudēt savu stabilitāti. Taču grafītam ir nepieciešams aizsargpārklājums, lai tas neoksidētu, kad tas nonāk saskarē ar skābekli. Šie pārklājumi var padarīt darbības sarežģītākas un dārgākas.

Fluora kausētie sāļi: sāļi ar fluoru tajos ir ļoti kodīgi gan kvarcam, gan grafītam. Fluora joni ļoti ātri bojā abus materiālus, izraisot to sadalīšanos un sabojāšanos. Fluora korozija ir ārkārtīgi kaitīga kvarcam, taču grafīts ir arī ļoti porains un var absorbēt šos kaitīgos jonus, padarot to tikpat sliktu. Šajos augstajos apstākļos abiem materiāliem nepieciešama papildu aizsardzība, tostarp īpaši pārklājumi vai sakausējumi, kas ir spēcīgāki pret fluorīda joniem.

Tirdzniecības-izslēgšanas tabula: saraksts ar svarīgām lietām, par kurām jāpadomā, pieņemot lēmumu
Faktors lēmumā

Sildītājs ar kvarcu

Grafīta sildītājs

Augstākā temperatūra, kurā tā var darboties

Augsts (apmēram 1000 grādi)

Very high (>1500 grādi iestatījumos ar mazu vai bez skābekļa)

Siltumvadītspēja

Zems (apmēram 1,4 W/m·K)

Augsts (apmēram 100–150 W/m·K)

Saderība ar oksidējošu vidi

Lieliski

Slikti (nepieciešama aizsardzība virs 450 grādiem)

Saderība ar mazāk piesārņotu vidi

Labi

Ļoti labi

Izturība pret termisko šoku

Mērens (jutīgs pret straujām temperatūras izmaiņām)

Lieliski (jo tai ir lieliska vadītspēja un tas ir elastīgs)

Materiāla tīrība un piesārņojuma risks

Ļoti augsts, nav metāla piesārņojuma

Mērens, iespējams oglekļa daļiņu zudums

Izmaksas vidēji

Ļoti augsts

No augsta līdz ļoti augstam atkarībā no grafīta kvalitātes un apstrādes veida.

Labākais kausētā sāls veids

Nitrāti un daži hlorīdi, kuru temperatūra ir zemāka

Hlorīdi un karbonāti, kas ir stabili augstā temperatūrā (ar aizsargājošu vidi)

Izvēles izdarīšana: Sāls un temperatūra ir svarīgi
Izvēloties kvarca un grafīta iegremdējamos sildītājus, ir jāņem vērā dažas svarīgas lietas.

Uzziniet, no kā ir izgatavots izkausētais sāls un kādā atmosfērā tas atrodas. Oksidējošiem apstākļiem, piemēram, nitrātu sāļiem, izmantojiet kvarcu. Lai samazinātu situācijas, piemēram, hlorīdus un karbonātus, izmantojiet grafītu.

Uzziniet darba temperatūru: Grafīts ir labāka izvēle, ja temperatūra saglabājas virs 800 grādiem, jo ​​tam ir labāka siltumvadītspēja un tas var izturēt augstu temperatūru.

Pārbaudiet sistēmas sarežģītību: ja jūsu sistēma ir pakļauta skābekļa vai spēcīgu ķīmisku vielu iedarbībai, grafītam var būt nepieciešami sarežģītāki aizsargpārklājumi vai inertas gāzes atmosfēra, kas padarīs sistēmu dārgāku un sarežģītāku.

Runājiet ar profesionāļiem: ja izmantojat visprogresīvākos vai jauktos kausētos sāļus, ieteicams pārbaudīt materiālu saderību ar piegādātāju, lai pārliecinātos, ka sistēma darbojas ilgu laiku.

Secinājums: divi čempioni dažādām ekstrēma jomām
Noslēgumā jāsaka, ka gan grafīts, gan kvarcs ir labas alternatīvas augstas{0}}temperatūras kausēta sāls izmantošanai. Tomēr to stiprās puses un trūkumi lielā mērā ir atkarīgi no temperatūras un ķīmiskās vides. Kvarcs ir vislabākais situācijās, kas oksidējas mērenā temperatūrā, savukārt grafīts ir vislabākais biotopiem, kas reducējas augstā temperatūrā. Pareizā izvēle ir atkarīga no jūsu izkausētā sāls vides specifisko vajadzību zināšanām un tai nepieciešamajām ilgtermiņa -termiskajām, ķīmiskajām un mehāniskajām īpašībām.