Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров (стр. 2 из 7)

Что является движущей силой процесса заполнения пор, закрытых с одного конца (глухих пор)? Сформулируйте закон, который выражается используемым соотношением.

Решение:

Относительное заполнение поры

< 1,поэтому n < 0 есть

величина отрицательная, поэтому

есть разность давлений внешнего и внутри поры, то есть движущая сила процесса заполнения поры. Таким образом, продолжительность заполнения поры пропорциональна вязкости жидкого полимера и обратно пропорциональна движущей силе процесса. Для заполнения поры на 7 мкм (70% полной глубины) потребуется

Ответ:τ=43 с

9.Вычислить толщину переходного слоя δ в системе, содержащей m_св=13 г фенольного связующего при содержании наполнителя (лавсан) 60% масс., если массовая доля переходного слоя γ=0,34.Удельная поверхность наполнителя S_уд=6 м²/г, плотность связующего ρ=1,2 г/см³. Расчёт вести по соотношению

δ=

,

где m- масса связующего на 1 г наполнителя.

Что такое переходный слой и где он локализуется?

Решение:

Среднюю толщину переходного слоя δ определяют как отношение объёма V переходного слоя к его поверхности, принимаемой равной поверхности наполнителя S=S_уд∙m_нап (1).

Масса наполнителя m_нап=

(2)

Величина V=

(3). С учетом соотношений (1-3) получаем:

δ=

Ответ: δ=0,03∙10^-4 см=0,03 мкм

10. Методом обращенной газовой хроматографии (ОГХ) получено, что время удерживания τ паров этанола вискозной стренговой нитью (ВСН), помещенной в колонну хроматографа, составляет τ=50,5 с. Объемная скорость газа-носителя V_г=0,3 мл/с. Объем V сорбированного нитью пара этанола вычислить по соотношению V=V_г∙(τ-τ_о)=V_г∙Δτ (1), где τ_о=15 с – время удерживания несорбируемого компонента (“мёртвое” время колонки).

Считая пары этанола идеальным газом, следует найти количество молей и количество частиц в объёме V. При расчете суммарной поверхности S волокон принять, что сорбированный этанол покрыл поверхность мономолекулярным слоем, а площадь, занимаемая одной молекулой этанола, составляет δ=20∙10^{-20 м2}. Найти удельную поверхность ВСН S_уд=

(2) при массе нити m=4,618 г.

Что называют молем? Что такое удельная поверхность твердого материала?

Назовите основные части и принцип работы газового хроматографа.

Решение:

Количество молей n сорбированных паров находим с использованием объема одного моля идеального газа 22400 мл/моль: n=

Количество сорбированных молекул N определяем через число Авогадро А=6,02∙10²³ частиц/моль:

N=n∙A

Поверхность сорбции S определяем как площадь мономолекулярного слоя:

S=δN=δnA.

Отсюда удельная поверхность S_уд:

S_уд=

= = = = ≈12,13 м²/г

Ответ:S=56 м²; S_уд≈12 м²/г

11. Рассматривается процесс отверждения эпоксидной смолы ЭД-20.

Температурная зависимость изобарной мольной теплоёмкости этой смолы С_р^олиг, Дж/моль∙К, определяется соотношением

С_р^олиг=595+0,47Т+0,0002Т² (1),

а температурная зависимость изобарной мольной теплоёмкости продукта с молекулярной массой 800 (димера) имеет вид

С_р^прод

=7019-37,9Т+0,0607Т² (2), то же для продукта с молекулярной массой 2000: С_р^прод ₂₀₀₀=17290-93,4Т+0,15Т² (3).

Вычислить тепловой эффект отверждения при 100°С, если при 30°С он составляет -122 кДж/моль, по соотношению:

Q₃₇₃=Q₃₀₃+Δα_o(373-303)+

Δα₁(373²-303²)+ Δα₂(373³-303³) (4)

Решение:

В данной задаче рассматриваются две модельные реакции

2 Ол.

Прод ₈₀₀ (I)

5 Ол.

Прод₂₀₀₀ (II),

где Ол.- исходный олигомер со средней молекулярной массой 400.

В соответствии с правилами термодинамики величины Δα_i рассчитываются по соотношениям:

Δα_i=α_{i прод 800}- 2α_i

для реакции (I) и

Δα_i=α_{i прод 2000}- 2α_i

для реакции (II)

1.Расчёт теплового эффекта реакции (I) при 373К:

Δα_o=7019-2∙595=5829

Δα₁=-37,9-2∙0,466=-38,832

Δα₂=0,061- 0,00042=0,0605,

При этом обязателен учет знака коэффициентов α_i:

Q₃₇₃=-122000

+5829∙70-19,416∙47320+0,02∙24076990=- 122000Дж/моль-29195 Дж/2 моль = -122000 Дж/моль –14597 Дж/моль ≈-137 кДж/моль

2.Расчёт теплового эффекта реакции (II) при 373 К:

∆α_o=17290-5∙595=17290-2975=14315

∆α₁=-93,36-5∙0,466=-93,36-2,33=-95,69

∆α₂=0,15- 0,00021∙5=0,15-0,00105=0,14895

Q₃₇₃=-122000+(14317∙70-0,5∙95,69∙47320+0,33∙0,14895∙24076990)=-122000+(1002190-2264025+1177112)=-122000+(2179302-2264025)=-122000

-

-84723Дж/5моль=-122000 Дж-16945Дж ≈139 кДж/моль

Ответ: Q₃₇₃=-122-15=-137 кДж/моль

Q₃₇₃=-122-17=-139 кДж/моль

13. Найти поверхность S наполнителя в образце массой m=21,6 г при соотношении связующего и наполнителя 3:2 по массе, если в качестве наполнителя использована капроновая нить с удельной поверхностью S_уд=10 м²/г

Решение:

Материал содержит две массовые части из пяти, то есть 40% масс.

Следовательно , масса наполнителя m_нап=21,6∙0,4=8,64 г.Суммарная поверхность S всех макрочастиц наполнителя

S=m_нап∙S_уд=8,642∙10

=86,4 м²

Ответ:S=86,4 м²

14. Найти во сколько раз кажущаяся поверхность S_расч капроновой нити толщиной Т=2 текс, состоящей из 50 элементарных волокон, отличается от удельной поверхности S_уд=10 м²/г, плотность капрона ρ=1,14 г/см³. Элементарные волокна считать круглыми цилиндрами с поперечным сечением F=

мкм².Почему удельная (истинная) поверхность значительно больше кажущейся (расчётной) поверхности?

Решение:

Общее сечение нити F=

= =1754 мкм²

Сечение элементарного волокна F_вол=

=35 мкм²

Условный радиус элементарного волокна r =

3,34 мкм=

=3,34∙10^{-6 м.}

Из сущности определения толщины в тексах: 2 г – 1000 м

1 г – 500 м =

Поверхность круглого элементарного волокна определяется в основном как поверхность круглого цилиндра: S=

=6,28∙3,34∙10^-6 м∙500 м =

=21∙500∙10^-6 м²=10488∙10^-6 м²=0,0104876 м²≈0,0105 м²

S_расч=nS=0,0104 м²∙50=0,52 м²/г

Искомое отношение S_уд/S_расч=

≈19

Большое отличие S_уд от S_расч обусловлено тем, что при вычислении S_расч не учитывали дефекты поверхности.

Ответ:

≈19

15. Исходя из выражений для средней степени превращения связующего в композиции x=x_св(1-γ)+yγ (1) и степени превращения связующего в переходном слое y=x_св+χ (2), вывести соотношение для вычисления параметра влияния χ (x_св- степень превращения связующего в объёме, γ- массовая доля связующего,образовавшего переходный слой).