Влияние темпа нагрева заготовок на основе углерода на свойства получаемых из них таблеток

В работе приведен анализ образцов углерода, стеарата натрия и стеарата никеля. Представлены результаты термического анализа исследуемых материалов, их насыпная плотность и плотность после утряски, а также условия фабрикации порошков и свойства, полученных на их основе таблеток.

РЕФЕРАТ ……………………………………………………………………………………………………. 11

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 12

1 Обзор …………………………………………………………………………………………………… 14

1.1 Перспективные виды топлив …………………………………………………………….. 14

1.2 Применение водорода в качестве альтернативного источника энергии 15

1.3 Основные способы хранения водорода ……………………………………………… 16

1.4 Сорбция как перспективный способ хранения водорода ……………………. 18

1.5 Свойства углеродных материалов …………………………………………………….. 19

1.5.1 Кристаллическая решетка ………………………………………………………… 21

1.5.2 Физические свойства графитовых материалов ………………………….. 22

1.5.3 Химические свойства графитовых материалов …………………………. 25

1.6 Обеспечение развитой поверхности углеродных таблеток ………………… 26

1.6.1 Свойства стеарата никеля…………………………………………………………. 27

1.6.2 Свойства стеарата натрия …………………………………………………………. 28

1.6.3 Свойства хлорида никеля …………………………………………………………. 29

Вывод по главе 1 …………………………………………………………………………………………. 30

3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 31

3.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………… 31

1.1.1 Анализ конкурентных технических решений ……………………………. 32

3.1.2 Диаграмма Исикавы ……………………………………………………………………… 36

3.2 Планирование НИР …………………………………………………………………………….. 38

3.2.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………….. 39

3.2.2 Планирование этапов и работ по выполнению НИР ………………………. 40

3.2.3 Разработка плана проекта ……………………………………………………………… 41
3.3 Бюджет научного исследования ………………………………………………………….. 43

3.3.1 Материальные затраты …………………………………………………………………. 44

3.3.2 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………. 46

3.3.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы………………….. 49

3.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………………… 49

3.3.5 Накладные расходы………………………………………………………………………. 50

3.3.6 Формирование бюджета затрат исследовательского проекта …………. 50

3.4 Организационная структура проекта …………………………………………………… 51

3.5 Матрица ответственности …………………………………………………………………… 52

3.6 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………… 54

4 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 59

4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………….. 60

4.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПВЭМ и
установке …………………………………………………………………………………………………. 61

4.2.1 Организационные мероприятия…………………………………………………….. 61

4.2.2 Организация рабочего места при работе на ПЭВМ ……………………….. 62

4.3 Условия безопасной работы………………………………………………………………… 64

4.4 Электробезопасность ………………………………………………………………………….. 67

4.5 Требования безопасности во время работы с прессом………………………….. 69

4.6 Пожарная безопасность ………………………………………………………………………. 70

4.6.1 Основы пожарной безопасности …………………………………………………… 70

4.6.2 Правила пожарной безопасности при работе с трубчатой печью …… 72

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 74
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА ……………………………………………………….. 75

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………….. 78

Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 81

Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 100

Приложение В……………………………………………………………………………………………. 103

Приложение Г ……………………………………………………………………………………………. 106
РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа: 162 страницы, 37 рисунков, 48
таблиц, 28 источников, 31 формула, 4 приложения.
Ключевые слова: технический углерод, стеарат натрия, стеарат никеля,
прессование, таблетирование.
Разработка новых методик формования порошков с целью получения
таблеток с заданными свойствами плотности, пористости и прочности является
актуальной проблемой в области разработки материалов для хранения
водорода.
Объектом исследования являются углерод, стеарат натрия, стеарат
никеля, порошки, получаемые путем смешения углерода и стеаратов, таблетки,
получаемые путем прессования порошков с их дальнейшим нагревом.
Цель работы: Определение оптимальных параметров, влияющих на
режим нагрева, при фабрикации порошков на основе углерода с добавлением
различных пластификаторов.
Структура работы: магистерская диссертация состоит из четырех частей.
В первой части проведен обзор и анализ свойств углеродных материалов
используемых при сорбции водорода; способов обеспечения развитой
внутренней поверхности таблеток; веществ, выступающих в роли
пластификаторов при фабрикации углерода.
Во второй – представлено описание химического синтеза стеарата
никеля, термический анализ материалов, используемых в ходе исследования и
их свойства, а также условия фабрикации порошков и свойства, полученных
таблеток.
В третьей части приведен предпроектный анализ работы, экономический
расчет затрат на проведение исследования, составлен календарный план
работы.
В четвертой – рассмотрена охрана труда и техника безопасности при
проведении научно-исследовательской работы.

Одним из способов хранения энергии является использование
накопителей, в которых энергия сохраняется в химической форме. К таким
можно отнести водород, на производство которого требуется совершить
определенные затраты энергии. Преимущества водорода состоят в возможности
его применения, как в традиционных бензиновых двигателях, так и в
электрических топливных ячейках.
На основании результатов проведенных исследований, приведенных в
настоящей работе, можно сделать ряд выводов:
1. Проведен обзор и анализ свойств углеродных материалов
используемых при сорбции водорода; способов обеспечения развитой
внутренней поверхности таблеток; веществ, выступающих в роли
пластификаторов при фабрикации углерода. Показаны существующие и
перспективные способы хранения водорода, представлены характеристики
материалов-пластификаторов (стеараты никеля и натрия). Анализ свойств и
строения таких материалов позволил получить необходимые данные для
проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
2. Определены основные факторы, влияющие на режим нагрева
углеродных заготовок, к которым можно отнести долю пластификатора,
входящего в состав таблетки; режим нагрева заготовок, давление прессования
при изготовлении образцов, а также время выдержки при заданном давлении.
3. Проведен выбор оптимальных параметров фабрикации углеродных
материалов. Исходя из удовлетворительных результатов экспериментов, выбор
оптимальных параметров основывался на экономической эффективности.
Таким образом, в данном случае оптимальными параметрами являются:
– давление прессования – 20 МПа;
– время выдержки – 10 мин.;
– доля пластификатора – 3 масс.%;
– режим нагрева – 3 ºС/мин.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА

1. Vidyaev D. G., Savostikov D. V., Boretsky E. A. and Verkhorubov D. L.
Hydrogen sorption by carbon nanostructured materials // Journal of Industrial
Pollution Control. – 2016 – Vol. 32, — p. 411-413.
2. Boretsky E. A., Egorova M. S. Creation of Favourable Conditions for
Introducing Hydrogen Fuel in Russia // IOP Conference Series: Materials
Science and Engineering. — 2016 — Vol. 132, Article number 012018. — p. 1-6.
3. Boretsky E. A., Egorova M. S., Filippova T. V., Chesnokova I. A., Barysheva
G. A. Development of Hydrogen Fuel Production as a Prospect for
Establishing Technological Competitive Advantages of Russia // The 27th
International Business Information Management Association Conference:
Proceedings IBIMA, Milano, May 4-5, 2016. — Norristown: IBIMA, 2016 — p.
1867-1875.
4. Борецкий Е. А., Верхорубов Д.Л. Савостиков Д.В. Перспективы
использования соединений черных металлов в качестве вспомогательных
веществ для таблетирования технического углерода // Изотопы:
технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов II
международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и
студентов, Томск, 30 октября-03 ноября 2017. — Томск: ТПУ, 2017 — C. 57.
5. Борецкий Е. А. Необходимость внедрения нового вида топлива в
контексте динамики цен на нефть // Ресурсоэффективные системы в
управлении и контроле: взгляд в будущее : сборник научных трудов V
Международной конференции школьников, студентов, аспирантов,
молодых ученых. В 3 томах. Том 3 / Томский политехнический
университет. – Томск, 3-8 октября 2016. — Томск : Изд-во Томского
политехнического университета, 2016. – С. 120.
6. Видяев Д. Г. , Борецкий Е. А. , Верхорубов Д. Л. Определение
сорбционных свойств наноразмерных материалов // Альтернативная
энергетика и экология. — 2015 — №. 23. — C. 73-77.
7. Борецкий Е. А. , Видяев Д. Г. , Савостиков Д. В. Аккумулирование
водорода углеродсодержащими наноструктурными системами // Известия
вузов. Физика. — 2015 — Т. 58 — №. 2/2. — C. 68-72.
8. Видяев Д. Г. , Борецкий Е. А. , Верхорубов Д. Л. Исследование
сорбционных способностей различных углеродных модификаций с целью
создания системы хранения водородного топлива // Энергетика:
эффективность, надежность, безопасность : материалы трудов XXI
Всероссийской научно-технической конференции: в 2 т., Томск, 2-4
Декабря 2015. — Томск: Скан, 2015 — Т. 2 — C. 165-167.
9. Борецкий Е. А. , Видяев Д. Г. , Верхорубов Д. Л. Определение
сорбционных свойств наноразмерных материалов // Изотопы:
технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов II
Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и
студентов, Томск, 19-23 Октября 2015. — Томск: Графика, 2015 — C. 28.
10.Борецкий Е. А. , Верхорубов Д. Л. , Видяев Д. Г. Экспериментальное
определение сорбции водорода наноструктурными материалами
[Электронный ресурс] // Физико-технические проблемы в науке,
промышленности и медицине: сборник тезисов докладов VII
Международной научно-практической конференции, Томск, 3-6 Июня
2015. — Томск: ТПУ, 2015 — C. 158 —
http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2015/C49/C49.pdf
11.Борецкий Е. А. , Савостиков Д. В. , Сидоркин А. С. Аккумулирование
водорода углеродсодержащих наноструктурными системами // Изотопы:
технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов
международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и
студентов, Томск, 20-24 Октября 2014. — Томск: ТПУ, 2014 — C. 47-48.
12.Борецкий Е.А. Новые технологические решения аккумулирования
водорода для транспортных средств как альтернатива современным
двигателям внутреннего сгорания и перспективы их использования в
экомобилях. Eurasia Green: тезисы работ участников международного
конкурса научно-исследовательских проектов молодых ученых и
студентов, Екатеринбург, 20-23 Апреля 2015. — Екатеринбург: УрГЭУ,
2015 — C. 10-11.
13.Особенности подготовки к переходу российского транспорта на
водородное топливо. Экономика России в XXI веке: сборник научных
трудов XII Всероссийской научно-практической конференции
«Экономические науки и прикладные исследования»: в 2 т., Томск, 17-21
Ноября 2015. — Томск: Изд-во ТПУ, 2015 — Т. 2 — C. 310-313.
14.Описание благоприятных условий для перехода Российского Автопрома
на водородное топливо. Инновационный менеджмент и технологическое
предпринимательство: материалы всероссийского молодежного научного
форума: в 2т., Новосибирск, 12-14 Ноября 2015. — Новосибирск: НГТУ,
2015 — Т. 1 — C. 122-125.