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L'encapsulation en métal optimise des réactions chimiques

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L'industrie chimique consomme des millions de tonnes de matériaux d'emballage comme catalytique sup- les médias gauches ou les adsorbants dans les réacteurs et les systèmes fixed-bed de stockage de chaleur. Les chercheurs de Fraunhofer ont développé des moyens d'encapsuler ces particules de remplisseur en métal qui multiplie leur conductivité thermique par cinq.

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Des matériaux d'emballage aléatoires sont employés dans beaucoup de systèmes de réacteurs chimiques et de stockage de chaleur en tant que des médias catalytiques ou adsorbants de soutien. Plusieurs millions de tonnes de ces matériaux fonctionnels sont consommés chaque année dans des processus industriels pour produire la matière de base chimique. Pour s'assurer que ces processus produisent les résultats désirés, les matériaux d'emballage doivent pouvoir conduire la chaleur efficacement. Ce n'est pas toujours facile, parce que les lacunes entre millimètre-mesurent des particules empêchent la chaleur d'être conduite de façon optimale dans tout le lit emballé. Les compagnies chimiques doivent donc établir les structures thermoconductibles spéciales dans leurs réacteurs. ? C'est long et cher ? dit Jörg Adler, un chercheur à l'institut de Fraunhofer pour les technologies et les systèmes en céramique IKTS à Dresde. En même temps que des collègues aux instituts de Fraunhofer pour des machines-outils et à la technologie IWU de formation à Chemnitz et pour la technologie et la biotechnologie dièdres IGB à Stuttgart, Adler a développé un concept qui augmente la capacité de transfert de chaleur du matériel d'emballage de cinq fois. Leur concept implique d'encapsuler les particules cylindrique de remplisseur en métal. Les points de contact entre les particules métal-encapsulées forment un cadre en métal qui permet à la chaleur d'être conduite dans tout le lit emballé plus rapidement et plus efficacement.

Cinq fois plus efficace

Les scientifiques ont effectué les essais dans le laboratoire qui montrent que ce gain d'efficacité est réalisable, utilisant un système de stockage de chaleur se composant d'un lit emballé de huit-litre de zéolite aluminium-encapsulé granulent. Adler énumère les avantages : ? Le lit emballé est chauffé même à une température plus rapidement. Cela prend de manière significative moins de temps de charger et décharger le milieu de stockage de chaleur. Ceci permet pour augmenter l'efficacité des réactions chimiques et par conséquent pour augmenter la qualité du produit. ? Les chercheurs comptent qu'il sera possible d'obtenir encore de meilleurs résultats utilisant un métal avec une conductivité thermique plus élevée, telle que le cuivre. Les particules de la matière d'emballage employées dans les essais en laboratoire sont de cinq millimètres long et encapsulés dans une couche d'aluminium avec une épaisseur de 0.25 millimètre. Les scientifiques les produisent utilisant un processus particulièrement développé qui pourrait être facilement adapté à la production en série. Le matériel d'emballage est versé dans de longs, minces tubes en métal, compacts pour l'empêcher de se renverser dehors, et les tubes sont alors coupés en sections pour former les particules cylindrique pas plus que quelques millimètres dans la longueur.

? L'industrie chimique emploie de grandes quantités de matériaux d'emballage qui, idéalement, sont attendus pour demeurer dans les réacteurs pendant beaucoup d'années. Un des problèmes est qu'elles sont sujettes à l'abrasion de poudre pendant l'expédition et en service, causé par des particules frottant contre une une autre. Ceci ne se produit plus quand elles sont encapsulées en métal, et ainsi le matériel d'emballage dure-t-il plus longtemps ? dit Adler.

L'application de la chaleur aux granules de zéolite qui sont saturés avec de l'eau fait sécher et absorber les granules la chaleur. Quand les granules sont réhydratés, la chaleur absorbée est libérée. Cet effet physique les rend appropriés pour l'usage dans des systèmes de stockage de chaleur. Dans cette application aussi, dit Adler ? l'efficacité du processus dépend de la conductivité thermique du matériel de zéolite. Il est souvent nécessaire d'installer les unités très compliquées de chaleur-échangeur, qui sont chères et réduisent le volume disponible pour le stockage de chaleur réel. Le matériel d'emballage métal-encapsulé a pu être une amélioration valable ici. Dans le laboratoire, nous avons pu raccourcir de manière significative la durée de cycle de stockage de chaleur. ?

Maintenant que les chercheurs ont démontré la praticabilité et la fonctionnalité de la technique d'encapsulation dans le laboratoire, ils veulent passer à la prochaine étape sur le chemin à l'application industrielle. ? Nous devons optimiser plus loin le matériel et le processus de fabrication, et des données de rassemblement afin de déterminer exactement dans quelle mesure les avantages d'une conductivité thermique plus élevée sont supérieurs aux coûts additionnels d'encapsulation en métal ? dit Adler.

L'industrie chimique emploie de grandes quantités de matériaux d'emballage en tant que des médias catalytiques et adsorbants de soutien. Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique sans subir n'importe quel changement chimique lui-même. Un adsorbant enlève et stocke les produits spécifiques d'une réaction chimique. Aussi bien qu'être employée pour optimiser des réactions chimiques, les matériaux d'emballage jouent également un rôle dans les systèmes modernes de stockage de chaleur. Dans un réacteur à couche entassée, un gaz ou un liquide traverse le matériel et déclenche une réaction chimique sur la surface des particules minuscules.