Исследование влияния вакуума на процессы преобразования веществ

Актуальность

Медицина, металлургия, добывающая и перерабатывающая промышленность – все эти и многие другие сферы деятельности общества не могут обходиться без использования вакуумных, компрессорных и пневматических систем. В зависимости от уровня давления изменяется и технология его применения, что влияет на процесс преобразования веществ. Для затрачивания меньших ресурсов и повышения эффективности процессов преобразования веществ необходимо выбрать наиболее подходящее давление сжатого или разреженного газа.

Цель

Определить области применения вакуума и избыточного давления.

Задачи

1. Провести и описать эксперимент выращивания кристаллов калия натриевой соли в вакууме и атмосфере.

2. Смоделировать процесс сушки веществ при различных давлениях.

3. Сделать заключение об эффективности применения вакуума и избыточного давления для рассматриваемых процессов преобразования.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Вакуумный компрессор
• Сосуд Вульфа

Описание

В процессе работы автором было выполнено следующее:

• синтез и анализ литературных источников для определения областей применения вакуума и избыточного давления;
• математическое моделирование для представления процесса сушки веществ при различных давлениях;
• эксперимент для наблюдения за ростом кристаллов в вакууме и атмосфере в реальном времени.

Результаты работы / выводы

В ходе исследования проанализированы свойства вакуума и избыточного давления, выделены основные области их применения, проведено математическое моделирование процесса охлаждения веществ в вакуумной камере и при повышенном давлении, а также произведён и описан эксперимент по выращиванию кристаллов калия натриевой соли в вакууме.

Из результатов математического моделирования можно сделать вывод о том, что с увеличением давления тепло, необходимое для сушки любого вещества с достаточным содержанием влаги увеличивается в связи с увеличением температуры испарения воды. Поэтому сушить вещества эффективнее в условиях пониженного давления.

На основе экспериментальных данных проведена оценка влияния вакуума на скорость роста кристаллов. В вакууме кристаллы растут в 120 раз быстрее, чем в атмосфере; исходя из этого, можно сделать вывод о том, что при повышении давления время роста кристаллов увеличивается, значит, для данного процесса эффективнее применять вакуум.

Перспективы использования результатов работы

Результаты данной работы можно использовать для оптимизации процессов преобразования веществ в промышленных масштабах.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГТУ имени Н.Э. Баумана

Награды / достижения

1. Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – призёр.

2. Олимпиада школьников «Шаг в будущее» – работа рекомендована к преставлению на Всемирный смотр-конкурс научных и инженерных достижений школьников Regeneron ISEF.