| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Polymerer i anlæg med CO2 som kølemiddel
2 Permeabilitet, opløselighed og diffusion
2.1 Opløselighed og diffusion
I det følgende bestemmes opløselighed og diffusion af CO2 på gasfase i HNBR, EPDM, som er bløde polymerer, der bruges som tætningsmateriale (bl.a. O-ringe). Resultaterne heraf skal efterfølgende bruges til at bestemme modelparametre til den termodynamiske model PC-SAFT, således at det er muligt at bestemme opløseligheden af CO2 i den pågældende polymer ved en given betingelse af tryk og temperatur.
2.1.1 Opløselighed
Hvor nemt gasser diffunderer gennem polymerer er bestemt af permeabiliteten. Permeabilitet er en proces i 2 trin. Opløsning af gas i polymeren og diffusion af gassen gennem polymeren. For at forstå permeabilitet er det derfor vigtigt at have viden omkring begge disse trin. Permeabilitet kan udtrykkes som produktet af opløselighed og diffusion. Man ønsker naturligvis en meget lav permeabilitet, da det giver længere levetid. Dette gælder både rør i offshore-industrien og kølecyklusser i køleindustrien. Tidligere studier har vist, at opløseligheden af CO2 i forskellige polymermaterialer er faldende med stigende temperatur. Diffusionen derimod er altid stigende med temperaturen. Disse 2 tendenser modvirker hinanden mht. permeabiliteten. Af samme årsag er det et stort ønske at kunne opstille modeller for opløselighed og diffusion og deraf beregne permeabiliteten. Når et polymermateriale placeres i et system med overtryk af f.eks. CO2, vil gassen absorberes i polymeren. Derved vil vægten af polymerprøven stige, indtil der er opnået en mætningsligevægt. Figur 5 viser et typisk forløb, hvor en gas opløses i en polymer og det omvendte forløb, hvor en gas desorberes. Polymerprøven har samme facon som en flad cylinder eller en disk.

Figur 5: Masseændring af polymer som funktion af tid ved absorption/desorption af en gas.
På den første del af figuren ses, at ved trykstigning vil massen først falde for derefter at stige indtil ligevægt. Det virker meget fornuftigt, at ændringen i massen er størst fra starten. Reduktionen i vægten fra starten skyldes opdriftseffekten. Når trykket stiger, stiger opdriften, og vægten vil derfor reduceres. Efter effekten af opdriften har vist sig, øges vægten som forventet. Det samme gør sig gældende på den anden del af figuren. Bare omvendt. Masseændringen bestemmes som forskellen mellem massen ved ”toppunktet” og massen ved ligevægt. Denne masse må naturligvis være massen af gas. Opløseligheden S beregnes som:

2.1.2 Diffusion
Masseændringen viser sig at være lineær afhængig af kvadratroden af tiden, for den første tidlige del af forsøget. ”Toppunktet” skal da vælges som nyt 0-punkt for x-aksen. Dette skyldes, at en ændring på x-aksen (på f.eks. 1) ikke svarer til den samme ændring i tid overalt.

Jo højere værdierne er for kvadratroden af tiden, desto større er forskellen i ”rigtig” tid.
Da den lineære sammenhæng mellem masseændringen og , kun er gældende i det første korte tidsrum, er det derfor vigtigt at ”toppunktet” vælges som nyt 0-punkt mht. x-aksen. Havde den lineære sammenhæng været gældende under hele forsøget, havde det ikke været nødvendigt at vælge nyt ”toppunkt”. I den første korte tidsperiode kan en disk/plade med rette antages at være et halvuendeligt emne. For et halvuendeligt emne gælder følgende:

hvor Q er masseændringen [mg], A er det tilgængelige overfladeareal [cm²], D er diffusionskoefficienten [cm²/s], t er tiden [s], cgræn, 0 er gaskoncentrationen af CO2 i overfladen af prøven i det første korte tidsrum [mg/cm³] og ccent,0 er gaskoncentrationen af CO2 i centrum af prøven i det første korte tidsrum [mg/cm³]. Cgræn,0 antages at være lig gaskoncentrationen overalt i emnet ved ligevægt. Dvs.:

Ved omskrivning af ligning (3) fås:

Plottes Q som funktion af kvadratroden af tid fås en ret linie med hældningen

Af dette kan diffusionskoefficienten D bestemmes. I figur 6 og figur 7 ses masseændringen som funktion af kvadratroden af tid for et af de udførte forsøg. Som tidligere beskrevet ses den lineære sammen hæng mellem masseændringen og for den første del af kurven.

Figur 6 Masseændringen som funktion af t0,5 for N8805-90 ved 40 bar og 60 ºC.

Figur 7 Masseændringen som funktion af t0,5 for N8805-90 ved 40 bar og 60 ºC.
Diffusionskoefficienten følger en Arrhenius afhængighed:

hvor D0 er den preeksponentielle faktor [cm²/s], ED er aktiveringsenergien [J/mol] for diffusion, R er gaskonstanten [J/(mol·K)] og T er temperaturen i kelvin. Ved omskrivning fås:

Ved at plotte log D som funktion af 1/T, fås en ret linie, hvor hældningen er bestemt som -ED/R, og log D0 er skæringen med y-aksen. Heraf er det muligt at bestemme ED og D0. Der er i dette projekt ikke lavet beregninger på ED og D0, da disse værdier ikke er væsentlige for projektet. Log D er dog stadig plottet med 1/T for at vise den lineære tendens.
2.1.3 Beskrivelse af forsøgsudstyr
Udstyret til bestemmelse af gassers opløselighed i polymermaterialer består af følgende:
- Højtryksvægt fra (Sartorius Supermicro, S3D-P) fra Sartorius AG, Tyskland, med tilhørende interface og display. Vægten må anvendes ved forsøg op til 150 bar og ved temperaturer mellem 0 ºC og 150 ºC.
- Vakuumpumpe (Drytel 30) med tilhørende manometer (CFA 212), begge fra Alcatel. Vakuumpumpen når typisk ned omkring 10-3 hPa (10-3 mbar). Manometret kan måle ned til 10-7 hPa (10-7 mbar).
- En tranducer (EPXO-P02-200B) fra Entran Sensors & Electronics. Denne måler trykket og omsætter det til en spændingsforskel over en modstand i en ”Wheatstones bro”.
- Dødvægt til kalibrering af transducer af mærket Desgranges et Hudt model 26000.
- Der er brugt CO2 gas med en renhed > 99,99 %.
I figur 8 - figur 9 ses anlægget.

Figur 8: Til venstre - Højtryksvægt; til højre – Vakuumpumpe.

Figur 9: Til venstre - Vægt til kalibrering af transducer, til højre – Transducer.
På figur 10 ses en skematisk tegning over anlægget.

Figur 10: Skitse af anlæg.
V1, V2 og V4 er almindelige åben/lukke ventiler. V3 er en overtryksventil, som åbner ved tryk > 150 bar. V5 er en reduktionsventil. Denne udskiftes alt efter, hvilket tryk, der ønskes i systemet. Selve vægten består af 2 tynde glastråde, hvor der i enden hænger et lille bæger af glas/polymer. Vægtforskellen mellem de to tråde + bæger registreres og vises på displayet.
2.1.4 Fremgangsmåde
I det efterfølgende er det beskrevet, hvorledes laboratorieforsøgene er udført. Inden start er det vigtigt, at glasholderne er rene og tørre, og at hele anlægget står i vatter. Inden da er det også en god ide at undersøge, om anlægget er tæt overalt. Polymerprøverne, der skal bruges, er diske, der er banket ud af en ca. 1 mm tyk polymerplade. Diskenes størrelse bestemmes vha. et digitalt skydelærred og overfladearealet udregnes heraf. Densiteten er bestemt af de virksomheder, der har leveret polymerprøverne. Til alle forsøgene er der brugt 6 diske, og det samlede overfladeareal er derfor ikke udregnet pr. disk men samlet. I tabel 1 er relevante data samlet.
Polymer |
Tykkelse
[cm] |
Diameter
[cm] |
Overfladeareal
(6 stk) [cm²] |
Densitet
[mg/cm³] |
E3804-90 |
0,107-
0,109 |
0,85-0,88 |
8,52-9,11 |
1190 |
N8805-90 |
0,096-
0,098 |
0,85-0,88 |
8,35-8,92 |
1210 |
Tabel 1 Prøvernes størrelse mm.
Det er vigtigt at diskene, når de skal placeres i glasholderne, placeres således, at et så stort overfladeareal som muligt er tilgængeligt. Pga. tidsbegrænsningen har det kun været muligt at undersøge opløseligheden af CO2 i 2 polymerer. Det drejer sig om N8805-90, som er en hydreret nitril med hårdhedsgraden 90 shore A og E3804-90, som er EPDM ligeledes med en hårdhedsgrad på 90 shore A. Begge disse polymerer er forholdsvis bløde polymerer, der bruges som tætningsmateriale. På figur 11 og figur 12 ses den kemiske struktur for polymererne E3804-90 og N8805-90.

Figur 11: Strukturformel for E3804-90.

Figur 12: Strukturformel for N8805-90.
Opløseligheden af CO2 i disse polymerer er blevet undersøgt ved 3 forskellige temperaturer (20 ºC, 60 ºC, og 80 ºC) og ved 3 forskellige tryk (10 bar, 40 bar og 50 bar).
Der blev lavet forsøg på opløseligheden af CO2 ved 20 ºC og hhv. 10 og 40 bar. Disse forsøg blev udført, da der på det pågældende tidspunkt ikke var modtaget andre prøver.
2.1.5 Behandling af forsøgsresultater
I dette afsnit er det vist, hvordan data fra de eksperimentelle forsøg bruges til at bestemme opløselighed og diffusion. Som tidligere beskrevet er der lavet forsøg med de 2 polymerer E3804-90 og N8805-90 ved 3 forskellige temperaturer og 3 forskellige tryk. Dette giver 9 forskellige kombinationer. Til hver kombination er der lavet en 4-dobbelt bestemmelse. 2 gange har prøven været under tryk og 2 gange under vakuum. Det må forventes, at den mængde CO2, der tilføres polymeren under tryk, er den samme, som frigives under vakuum. Derfor kaldes det en 4-dobbelt bestemmelse, selvom de 4 forsøg kun er udført fuldstændig ens i par af 2 go 2. Det samme gør sig naturligvis gældende for diffusion. Inden forsøgets startes, evakueres systemet, for at fjerne den atmosfæriske luft, der er til stede i systemet.
2.1.6 Resultater - Opløselighed
På figur 13 er der vist et eksempel på et forsøg, der er kørt under tryk

Figur 13: Eksempel fra forsøg, hvor en polymerprøve (N8805-90) er kørt ved 40 bar og 20 ºC.
Masseændringen bestemmes som forskellen mellem massen ved ”toppunktet” og massen ved ligevægt. I det ovenstående tilfælde er masseændringen bestemt til at være 37,209 mg. Inden forsøgets start er massen af polymeren målt til 0,4355 g (435,5 mg). Af ligning (1) bestemmes opløseligheden til 0,085 [mg/mg]. Det har vist sig, at værdierne for opløseligheden passer sammen i par. De 2 forløb under tryk er næsten ens, og de 2 forløb med vakuum passer sammen. Opløseligheden i E3804 og N8805 er lidt større, når der køres forsøg under vakuum. Masseændringen her er simpelthen en lille smule større. Da der naturligvis ikke kan fjernes mere CO2 fra prøven under vakuum, end der er tilført under tryk, og der ikke er nogen masseændring af betydning af hele polymeren efter afslutning af de 4 forsøg, må det skyldes opdriftseffekten. Opdriftseffekten er mere markant ved at ændre trykket fra f.eks. 40 bar til 0 bar end den modsatte vej. Dette kan skyldes, at det går hurtigere at opnå stabilt vakuum end at opnå stabilt tryk. Det observeres også, at forskellen i opløseligheden også er mest markant ved højt tryk. Dette styrker teorien om, at det skyldes en forskel i opdriftseffekten, da denne jo er trykafhængig. Af samme grund har man ikke valgt at bestemme opløseligheden som en gennemsnitsværdi af de 4 forløb, men derimod i par. Tryk for sig og vakuum for sig. Opløseligheden under tryk bestemmes så som en gennemsnitsværdi af de 2 forløb. Det samme er gældende for vakuum.
På samme måde bestemmes opløseligheden ved andre forhold af tryk og temperatur. På figur 14 – figur 15 ses resultaterne for opløseligheden for hhv. E3804-90 og N8805-90.

Figur 14: Opløseligheden af CO2 i E3804-90 som funktion af tryk og temperatur.

Figur 15: Opløseligheden af CO2 i N8805-90 som funktion af tryk og temperatur.
Af overstående 2 figurer ses det, at opløseligheden er stigende med stigende tryk og faldende temperatur. Tidligere studier [3]-[8] af CO2´s opløselighed i diverse polymerer har vist samme mønster.
2.1.7 Resultater - Diffusion
Som tidligere beskrevet, er diffusionskoefficienten lineært afhængig af kvadratroden af t. På figur 16 ses den lineære sammenhæng for det forsøg, der også er vist på figur 13

Figur 16: Masseændringen som funktion af t0,5 for den tidlige del af forsøget. Eksempel er fra forsøget, hvor polymerprøven (N8805-90) er kørt ved 40 bar og 20 ºC.
Det bemærkes, at der næsten ikke er nogen masseændring i den allerførste del af kurven. Dette er tilfældet ved alle de forsøg, der er kørt under tryk. Dette skyldes, at absorptionen af CO2 under tryk fra starten er lidt langsommere end desorptionen under vakuum. Det er ikke muligt at se på kurverne for opløselighed, da forsøgene er kørt over en lang tidsperiode. Hvis man ønsker det, kan man nærstudere området omkring ”toppunktet” ved at tilpasse akserne, således at man zoomer ind på grafen. Her vil det ses, at ”toppunktet” er meget mere spidst under vakuum end under tryk. Ifølge ligning (4) kan hældningen af den rette linie udtrykkes som

Ved omskrivning fås diffusionskoefficienten som:

Hældningen findes i Excel ved at tilføje en tendenslinie. I tilfældet på figur 16 er hældningen bestemt som 0,4936 [mg/(t½)]. Overfladearealet er bestemt af prøvens diameter og tykkelse. Diameteren og tykkelsen afviger lidt fra prøve til prøve, så overfladearealet og dermed diffusionskoefficienten er opgivet som et interval. Når værdierne plottes i et diagram, er der dog valgt et gennemsnit for overskuelighedens skyld. Da opløseligheden er medbestemmende for diffusionskoefficienten, er der ved præsentationen af disse resultater også taget hensyn til forskellen i værdierne for forsøg kørt under tryk og forsøg kørt under vakuum. Overfladearealet er udregnet til mellem 8,35 [cm²] og 8,92 [cm²], og diffusionskoefficienten er udregnet til mellem 2,25·10-7 [cm²/s] og 2,57·10-7 [cm²/s]. På figur 17 – figur 18 ses resultaterne for diffusionskoefficienten for hhv. E3804-90 og N8805-90.

Figur 17: Diffusionskoefficienten for CO2 i E3804-90 som funktion af tryk og temperatur.

Figur 18: Diffusionskoefficienten for CO2 i N8805-90 som funktion af tryk og temperatur.
Det bemærkes, at log D er nogenlunde lineært afhængig af den reciprokke temperatur. Det bemærkes desuden, at diffusionskoefficienten også afhænger af trykket. Det ses, at større tryk giver større diffusionskoefficient og større præeksponentiel faktor D0. Det ses også, at diffusionskoefficienten for N8805 og E3804 er størst ved forsøg, der er kørt under tryk. Dette er også forventet, da D er reciprokt afhængig af opløseligheden, som jo var størst ved forsøg, der var kørt under vakuum. Hældningerne på figur 17 og figur 18 ser ud til at være nogenlunde konstante. Dvs. at aktiveringsenergien ikke er trykafhængig. Dette lyder fornuftigt, da aktiveringsenergien er en intramolekylær størrelse. Da kurverne ikke ligger oven i hinanden, er den præeksponentielle faktor D0 til gengæld trykafhængig.
2.1.8 Observationer
Efter endt forsøg er polymerprøverne blevet vejet for at se, om de har ændret vægt. Der har ikke vist sig nogen bemærkelsesværdige ændringer i massen. De fleste har ændret sig en smule, men kun ude på 4. decimal af vægten (målt i g.). Denne lille ændring kan skyldes måleusikkerhed. Nogle få prøver har haft en lidt større masseændring. Op til ca. 0,45 % og altid negativ. Det er stadigvæk en meget lille masseændring, men da den altid er negativ, kan det skyldes, at den mængde atmosfæriske luft, der er til stede i polymeren, fra start ikke er diffunderet tilbage i polymeren efter sidste forsøg og inden den afsluttende vejning. Der er som regel gået mellem 4 og 5 døgn, efter prøven er fjernet fra forsøgsopstillingen og til den sidste vejning. Måske er der på dette tidspunkt endnu ikke indtrådt ligevægt, og det er derfor nødvendigt at vente længere tid. En anden mulighed kan være, at CO2 har opløst en lille del af polymeren, som derefter er trykket ud under vakuum. Dette er heller ikke utænkeligt, da det er velkendt, at CO2 er ødelæggende for nogle elastomerer. En anden observation der er gjort er ved forsøget som er vist på figur 19.

Figur 19: Masseændringen for CO2 i E3804-90 som funktion af tryk og temperatur.
På figur 19 ses et lidt specielt tilfælde. Det bemærkes, at der først er sket et opløselighedsforløb, men i stedet for at opnå ligevægt er massen konstant stigende. Først til allersidst viser der sig en lille smule stabilitet. Da der ikke er observeret nogen trykstigning, som kan forklare masseforøgelsen, skyldes det muligvis at polymeren svulmer op. Pga. af den da faldende densitet er opløseligheden stigende, og deraf stiger vægten. Lignende observationer [6] er gjort for CO2 i HDPE. Der er dog ikke nogen synlige ændringer af polymeren efter endt forsøg. Det er der til gengæld på det forsøg, hvor N8805-90 er kørt ved 50 [bar] og 20 ºC. På figur 20 ses et billede af polymeren efter endt forsøg.
![Figur 20: N8805-90 efter forsøg under 50 [bar] og 20 ºC.](images/s27b.jpg)
Figur 20: N8805-90 efter forsøg under 50 [bar] og 20 ºC.
Den observerede boble er ca. 1 mm høj (ligesom selve skiven) og ca. 3 mm i diameter. Det er tydeligt, at der er sket en opsvulmning. Den aftog dog i løbet af nogle timer, og efter 2 døgn var den helt væk. Det var kun denne ene skive, hvor der var sket en opsvulmning, og det er heller ikke observeret efter andre forsøg. Selvom det er bemærkelsesværdigt, er det ikke underligt, at det lige sker ved dette forsøg. Det er det forsøg, hvor opløseligheden i polymeren er størst. Dvs. den udsættes for mest transport af CO2 ind og ud af polymeren. Den afsluttende afvejning har ikke vist nogen masseændring. Der er en difference på 0,0001 g, som lige så godt kan skyldes vægtens usikkerhed.
2.1.9 Konklusion
Eksperimenter til bestemmelse af opløselighed og diffusion af CO2 i E3804-90 (EPDM) og N8805-90 (HNBR) er udført ved tryk mellem 10 [bar] og 50 [bar] og temperaturer mellem 20 ºC og 80 ºC. Overordnet må det siges, at resultaterne stemmer godt overens med tidligere lignende eksperimenter, og at resultaterne også viser den rigtige tendens mht. tryk og temperatur. Det kan tydeligt konkluderes, at det har været muligt at måle og bestemme hhv. opløselighed og diffusionskoefficienten af CO2 i de forskellige polymerer. Der har vist sig en meget tydelig tendens. Opløseligheden stiger ved højere tryk og lavere temperatur.
Generel opløselighed af CO2 i HNBR er omkring dobbelt så stor som i EPDM, derimod er diffusion ca. en størrelsesorden mindre. Dermed for alle temperatur og trykspænd er permeabiliteten af CO2 mindre i HNBR end i EPDM (dvs. selvom opløselighed er højere i HNBR, så er diffusionskoefficienten betydelig mindre). Dette medfører, at permeabiliteten er mindre i HNBR).
2.2 Permeabilitet
Permeabilitet og diffusivitet af CO2 var målt i en række polymerer, som er brugt som paknings- og tætningsmaterialer i køleanlæg. Målingerne er blevet udført ved hjælp af højtrykspermeationscelle. Alle målinger er udført ved 45-50 bar og temperaturspænd fra 40 – 80ºC. Det følgende er et kort opsummering af en større afhandling, som er vedhæftet i Bilag A.
2.2.1 Beskrivelse af forsøgsudstyret
Permeabilitetsmålinger er blevet udført ved hjælp af en højtrykspermaetionscelle, som er designet og fremstillet af Institut for kemiteknik ved Denmarks Tekniske Universitet. Permaetionscellen består af to kamre; højtrykskammer (primær) og lavtrykskammer (sekundær), jævnfør figur 21. Polymerprøven placeres imellem disse to kamre. De to kamre er isolerede for at opretholde en konstant temperatur. Ved test opsamles temperaturen samt tryk i de to kamre som funktion af tiden. For flere informationer se Bilag A.

Figur 21: Forsøgsopstilling til opmåling af permeabiliteten af CO2 i polymermaterialer.

Figur 22: Billede af en isoleret permaetionscelle.
2.2.2 Fremgangsmåde
Permeabilitetsmålingerne er blevet udført på følgende polymermaterialer:
- TFM
- TFM + 20% glass
- PTFE
- PTFE + PPSO2 + Graphite
- PTFE + 10% Ekonol
- FKM
Deres størrelser er blevet ændret til at passe ind imellem de to trykkamre i permeationscellen, se tabel 2.
Polymer |
Udformning |
Tykkelse (l) [cm] |
Diameter (d) [cm] |
TFM |
Cirkulær |
0,104 |
10,00 |
TFM+20%Glass |
Cirkulær |
0,105 |
10,10 |
PTFE |
Cirkulær |
0,105 |
10,05 |
PTFE+PPSO2+Graphite |
Cirkulær |
0,098 |
10,10 |
PTFE+10%Ekonol |
Cirkulær |
0,098 |
10,05 |
FKM |
Cirkulær |
0,270 |
10,05 |
Tabel 2: Dimensioner af polymerprøver.
Efter anbringelse af testmaterialet i permeationscelle, suges der vakuum. Dette tager gennemsnitligt 24 timer for hvert forsøg. Herefter fyldes begge kamre med CO2-gas til et ønskeligt tryk opnås i begge kammer (dvs. 50bar i primærkammer og 45bar i sekundærkammer). Temperaturen i cellen opretholdes på et bestemt niveau ved hjælp af cirkulation af varm glycerin.
Trykforøgelse i det sekundære kammer er et udtryk for gasdiffusion og permeabilitet gennem den testede polymer. Tryk og temperatur opsamles, og trykdata er derefter brugt til at bestemme diffusion og permeabilitet af CO2 i polymeren.
2.2.3 Behandling af forsøgsresultater
Diffusionskoefficienten (D) er målt ved hjælp af time lag metoden. I denne metode er permeabiliteten beregnet ud fra trykforøgning i det sekundære kammer.
Indledningsvis var trykket af CO2-gassen typisk; 50bar i det primære kammer og 45bar i det sekundære kammer. Gassen når efter et stykke tid gennem polymermaterialet til lavtrykssiden. Dette observeres som trykforøgning i det sekundære kammer. I figur 23 ses trykforøgning i den sekundære kammer som funktion af tiden for CO2-TFM system ved 40ºC. Tiden der går, inden steady state flux er opnået, er kendt som time lag Θ.

Figur 23: Trykforøgning i det sekundære kammer for CO2-TFM system ved 40ºC.
For CO2-TFM system er time lag bestemt til 1,51h. Når time lag er kendt, kan diffusiviteten bestemmes ved hjælp af følgende ligning:

hvor l er polymertykkelsen (for TFM, l = 0,104cm). Permeabiliteten er bestemt ved hjælp af følgende ligning:

hvor:
ρSTP |
Specifik molar volumen ved normale betingelser |
V |
Volumen af sekundært kammer |
ΔΡ |
Trykforskellen mellem primær og sekundær kammer |
A |
Tværsnitareal af polymermaterialet |
l |
Polymertykkelse |
ρstart |
Molardensitet ved start |
ρend |
Molardensitet ved slut |
For yderligere informationer omkring databehandling se Bilag A.
I tabel 3 ses et gennemregnet eksempel for CO2-TFM systemet.
CO2-TFM system ved 40C |
CO2 Mw [g/mol] |
44,009 |
Densitet af CO2 [Kg/m³] |
1,977 |
Densitet af CO2 [mol/cm³] ved STP |
4,49 x 10-5 |
Volumen af sekundært kammer (Vcell) i [cm³] |
22,057 |
Polymertykkelse (l) i [cm] |
0,104 |
Tværsnitareal af polymermaterialet (A) i [cm²] |
38,480 |
P1start [bar] |
45,655 |
P1end [bar] |
50,764 |
T1start[ºC] |
40,62 |
T1end[ºC] |
39,91 |
1start[mol/l] |
2,254 |
1end [mol/l] |
2,626 |
P [bar] |
5,135 |
Tid [sec] |
249461,8 |
Permeability (Pe) i [cm³ STP/cm. Sec. bar] |
3,8601 x 10-7 |
Time lag [h] - fra Figur 23 |
1,510 |
Diffusivitet (D) i [cm²/sec] |
3,3162 x 10-7 |
Tabel 3: Beregnet permeabilitet og diffusivitet for CO2-TFM system ved 40ºC.
2.2.4 Resultater og diskussion
Permeabilitet og diffusivitet er målt på 6 forskellige polymermaterialer. Resultaterne af eksperimenterne er opsummerede i tabel 4, hvor permeabilitet, diffusivitet og opløselighed er opgivet. Forsøgene er udført ved tre forskellige temperatur 40ºC, 60ºC og 80ºC. Indledningsvis var trykket af CO2-gassen typisk 50bar i det primære kammer og 45bar i det sekundære kammer.

Tabel 4: Permeabilitet, diffusivitet og opløselighed af CO2 i polymererne ved forskellige temperatur.
I figuren 24 er permeabiliteten vist som funktion af 1/T for alle testede polymertyper.

Figur 24: Permeabilitet af CO2 i polymer3erne som funktion af 1/T.
Man kan sige, at polymererne ligger i følgende rækkefølge fra ”bedst” til ”værst”, dvs. mindst permeabel til mest:
- TFM
- PTFE
- TFM + 10% glas
- FKM
- PTFE + 10% Ekonol
- PTFE + PPSO2 + grafit.
Der er dog ikke en stor forskel mellem de første fem. Den sidste (PTFE + PPSO2 + grafit) er væsentligt værre end de øvrige fem. Endvidere kan man sige, at polymererne bliver mere permeable, når man tilsætter noget (fx glas, ekonol, grafit, PPSO2). For yderligere informationer se Bilag A.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |
Version 1.0 April 2009, © Miljøstyrelsen.
|