超临界CO2在聚合物中溶解度计算与实验装置的研究

摘要

超临界CO2具有良好的超临界特性,被广泛的应用于微孔塑料的发泡过程,其在聚合物中溶解度数据是发泡过程的一项重要指标;但是,目前溶解度数据相对缺乏,微孔泡沫塑料制造工艺难以精确,进行超临界 CO2在聚合物中的溶解度研究具有重要研究意义和使用价值。超临界 CO2在聚合物中溶解度实验条件在高压下进行,实验装置属于高压化工容器,装置的强度要求严格。因此,实验前对溶解度实验装置进行强度校核是设计溶解度测量实验容器的必要环节。
　　本文收集了5个预测精度比较高的半经验模型和10种聚合物的溶解度数据,通过与实验数据进行计算拟合得到模型方程式复杂程度及方程式的变量影响半经验模型的预测效果,分析比较各个半经验模型的预测效果,为如何选择半经验模型预测聚合物的溶解度提供参考。设计了一个基于体积法测量溶解度的实验方案,并依据预测计算对高压容器设备进行了设计。
　　传统的设计过程主要取决于强度设计准则,通过增加设计安全系数来保证容器的可靠性,增加容器壁的厚度保证强度要求。因此,设计出来的压力容器非常重,浪费了很多材料。在压力容器的应力分析过程中运用ANSYS软件可以方便地获得容器承受综合载荷后的整体应力和变形情况,能够快速找到最大应力处和危险截面,能够提高设计效率和可靠性。本文运用 ANSYS14.0软件的Workbench模块对设计的高压容器进行强度分析,验证了本文设计容器的安全性。

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第一章 绪论

1.1 本课题来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 溶解度、容器设计分析的基本理论

2.1 超临界CO2简介

2.2 溶解度的预测模型

2.3 ANSYS Workbench14.0软件介绍

第三章 基于半经验模型的溶解度计算

3.1 数据来源

3.2 半经验方程拟合结果

3.2 结论

第四章 溶解度实验方案与容器设计

4.1 方案

4.2 反应釜的设计

第五章 强度校核

5.1 压力容器应力介绍

5.2 容器的结构尺寸

5.3 筒体应力分析

5.4 CO2活塞容器应力分析

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果