Теплопроводность гвл: преимущества и недостатки ГВЛ листов для пола, их характеристика

Содержание

Гвл технические характеристики применение. Звукоизоляция и теплопроводность

Содержание

Гвл технические характеристики применение. Звукоизоляция и теплопроводность
Гвл для печи. Эксплуатационные качества
Гвл для чего предназначен. Гипсоволокно: чем отличается от гипсокартона
Гипсоволокнистый лист шумоизоляция. Структура и свойства гипсоволокнистых листов
Применение гвл на улице. Технология монтажа пола с использованием гипсоволокнистых листов
Гвл вес. Вес элементов

Гвл технические характеристики применение. Звукоизоляция и теплопроводность

При выборе материала для обшивки, важны такие показатели, как теплопроводность и звукоизоляция. Как известно, они зависят от плотности, так как ГОСТами допускается достаточно широкая вилка в плотности ГВЛ, смотреть эти характеристики надо по каждому конкретному производителю. Чтобы можно было хотя бы примерно ориентироваться, есть такие данные:

Теплопроводность ГВЛ плотностью от 1000 кг/м3 до 1200 кг/м3 имеет теплопроводность от 0,22 Вт/м °С до 0,36 Вт/м °С.
Теплопроводность ГКЛ находится примерно в том же диапазоне — от 0,21 до 0,34 Вт/(м×К).

Основные технические характеристики ГВЛ

Если говорить о звукоизоляции, наблюдается та же картина: характеристики примерно равны. ГВЛ дает лишь на 2 дБ лучшую защиту по сравнению с ГКЛ. Стоит также помнить, что при желании можно найти акустический гипсокартон. Он имеет специальные характеристики, применяется для обшивки магазинов, концертных залов, студий. Если говорить о частном домостроении его стоит использовать в спальнях.

Что тише ГКЛ или ГВЛ

Если смотреть на характеристики, разницы по звукоизоляции между ГКЛ и ГВЛ нет. Но этот параметр учитывает «проведение» звука. Тут, действительно, большой разницы нет. Вот по ощущениям она есть. И значительная. Помещение, обшитое гипсоволокнистыми плитами, намного тише. Оно не такое гулкое. Звуки от гладкого картона отражаются, а в неоднородной поверхности волоконных плит «вязнут». Так что если вам важна тишина в доме, выбирая между ГВЛ и ГКЛ останавливайте выбор на гипсоволокне.

Гвл для печи. Эксплуатационные качества

Как правило, при выборе материала покупателя интересуют не «сухие» цифры, а достоинства и недостатки изделия. Поэтому далее ознакомимся с эксплуатационными качествами ГВЛ.

На форумах многие люди спрашивают у специалистов – горит ли ГВЛ на самом деле или нет? Несмотря на заверения производителей, об огнестойкости этого материала можно говорить с некоторой оговоркой.

ГВЛ не воспламеняется

По ГОСТ 30244-94 материал классифицируется как Г1, т.е. является слабо горючим. По ГОСТ 30402-96 он относится к классу воспламеняемости В1 – не воспламеняется. Но как это происходит на практике?

При воздействии открытого огня поверхность материала обугливается, но не загорается. Причем в процессе воздействия высокой температуры, кристаллы, которые содержатся в структуре гипсоволокна, распадаются. При этом высвобождается вода, которая противостоит пламени.

В результате огнестойкость ГВЛ в минутах, как показывают испытания, в среднем составляет 90 минут и более. Т.е. столько времени материал противостоит распространению огня на поверхности, расположенному за ним. Это позволяет использовать гипсоволокно для противопожарной защиты деревянных и прочих горючих конструкций.

Предел огнестойкости ГВЛ зависит от его толщины. Чем материал толще, тем, соответственно, предел огнестойкости выше.

Гипсоволоконные листы надежно фиксируются саморезами

Итак, горит или нет гипсоволокно – мы разобрались, теперь ознакомимся с другими немаловажными качествами материала:

высокая плотность, которая сравнимая с плотностью керамзитобетона. Это позволяет вкручивать в гипсоволокно саморезы без дюбелей и даже забивать в него гвозди;
материал не крошится. Благодаря этому гипсоволоконные листы можно обрабатывать тем же инструментом, что и дерево;

ГВЛ можно использовать как напольный материал

высокая прочность (вдвое больше чем у гипсокартона) – это позволяет использовать материал не только для отделки стен или потолка, но и пола. В частности, листы ГВЛ зачастую используют при обустройстве так называемой сухой стяжки .

Кроме того, они выдерживают большие механические нагрузки. Благодаря этому к листам можно крепить достаточно тяжелые предметы мебели, к примеру, полочки;

ГВЛ способен выдерживать большие механические нагрузки

невысокий коэффициент теплопроводности позволяет в некоторой степени утеплить помещение. На ощупь листы всегда остаются теплыми;
морозостойкость – это качество позволяет использовать материал для отделки неотапливаемых помещений. В частности, его можно использовать в дачных домах, на балконах, в тамбурах и т.д.;
высокая гигроскопичность – это свойство позволяет регулировать уровень влажности в помещении. Т.е. при высокой влажности материал впитывает влагу, а при низкой – наоборот, отдает ее.

ГВЛ можно использовать для отделки тамбуров и балконов

Конечно, наряду с достоинствами, у ГВЛ имеются и некоторые недостатки:

масса выше, чем у ГКЛ, что несколько усложняет транспортировку и работу с материалом;
в результате высокой плотности ГВЛ не способен деформироваться. Другими словами листы не гнутся. Поэтому отделывать радиусные поверхности ими сложней;
материал более хрупкий, чем гипсокартон, поэтому работать с ним нужно аккуратно. Особенно это касается наиболее тонких листов .

Кроме того цена на ГВЛ несколько выше, чем на гипсокартон. В этом вы можете убедиться из следующей таблицы:

Чтобы гипсоволоконные листы прослужили долго, их нельзя покрывать силикатными красками и шпатлевками, а также составами на основе жидкого стекла.

Таким образом, гипсоволоконные листы являются неплохой альтернативой гипсокартону, особенно в тех случаях, когда от материала требуется высокая прочность или огнестойкость.

Источник: https://proremont-dom.ru/novosti/gvl-harakteristiki-gvl-chto-eto-takoe-razmery-i-tehnicheskie-harakteristiki

Гвл для чего предназначен. Гипсоволокно: чем отличается от гипсокартона

Основных отличий между гипсокартоном и гипсоволокном не так уж и много, вернее сказать, всего одно. Если гипсокартон изготавливается из чистого гипса, который помещается внутрь картонной оболочки, то в гипсоволоконных плитах при изготовлении в гипсовый раствор добавляются волокна из целлюлозы, которые обуславливают все характеристики этого материала.

Гипсоволоконная плита не помещается внутрь картонной оболочки. По сути, такая комбинация природного и искусственного материала позволила создать плиты, которые можно отнести как к гипсокартону, так и к ДСП – нечто среднее, сочетающее в себе все преимущества и того, и другого материала.

Что выбрать: гипсоволокно или гипсокартон

Теперь о свойствах и преимуществах, которые позволят определиться с вопросом, что выбрать: гипосволокно или гипсокартон. К преимуществам этого материала можно отнести следующее.

Высокая прочность. Если лист гипсокартона достаточно просто переломить или даже пробить руками, то с гипсоволокном такой номер не проходит. Волокна целлюлозы делают эти листы настолько прочными, что они в состоянии выдерживать даже нагрузку от громоздкой и тяжелой мебели. Да-да, вы не ослышались – одной из областей применения гипсоволоконных плит является устройство пола сухим способом. Эту технологию еще называют сухая стяжка – именно здесь используется гипсоволокно для пола.
Применение гипсоволокна для устройства сухой стяжки фото
Повышенная устойчивость к влаге. Существует два типа гипсоволоконных плит – обычные и влагостойкие. Если сравнивать влагостойкий гипсокартон с аналогичной гипсоволокнистой плитой, то последняя обладает большей устойчивостью к воздействию влаги. Она может длительное время находиться в воде и не разбухать – гипсоволокно в ванной можно назвать идеальным вариантом для выравнивания стен потолков и даже пола.
Подвержен деформации в меньшей степени, чем гипсокартон. Этот момент можно отнести как к достоинствам, так и к недостаткам. С одной стороны, это хорошо (материал практически не подвергается механическим и другим воздействиям), а с другой – плохо (гипсоволокно мало подходит для изготовления фигурных потолков ).
Высокая степень тепло- и звукоизоляции, которая достигается благодаря все той же целлюлозе. Если использовать гипсоволокно для создания межкомнатных перегородок , то смело можно отказываться от утеплителя, который закладывается в полость между листами.
Высокая пожарная безопасность. Как известно, гипсокартон относят к группе воспламеняемости В2, а гипсоволокно к группе В1 – он практически не подвержен горению благодаря отсутствию картонной оболочки.

Гипсоволокнистый лист шумоизоляция. Структура и свойства гипсоволокнистых листов

Гипсоволокнистый лист, в отличие от гипсокартонного, представляет собой однородный слой, изготовленный из измельчённой целлюлозы, выполненной в виде волокон, и гипса. Для улучшения водоотталкивающих свойств производители дополнительно пропитывают верхние слои специальными пропитками.

Характерной особенностью ГВЛ является высокая прочность листов, достигаемая за счёт высокой плотности более 1200 кг/м³. Им не присуща хрупкость, поэтому их намного проще транспортировать, чем гипсокартон, а при монтаже необязательно использовать специализированные крепежи. Наблюдается разница и в пластичности – создавать арки или другие сложные поверхности не получится.

Стоит знать

Среди основных свойств ГВЛ можно выделить следующие:

способны выдерживать значительные нагрузки в среднем от 40 до 100 кг/м²при толщинах 9,5 и 12,5 мм соответственно;
высокая огнестойкость , позволяющая монтировать листы в помещениях с повышенной температурой;
при выполнении разреза материала кромка не раскрашивается , в отличие от ГКЛ;
обладают достаточным уровнем звукоизоляции и минимальной теплопроводностью;
допускается применение в качестве черновых полов.

Источник: https://gorizont-pro.ru/novosti/gvlv-plity-osobennosti

Применение гвл на улице. Технология монтажа пола с использованием гипсоволокнистых листов

Подготовка поверхности

Если производите укладку на деревянный пол ры, укрепить подвижные половицы, исключить причины скрипа;

Бетонное перекрытие достаточно очистить от мусора;

Как укладывать ГВЛ листы на пол?

Уложить по периметру помещения монтажную ленту 10х10 мм (из пеноплена, изолона или базальтовой ваты) для звуко и шумопоглощения и на случай деформации, в связи с температурными колебаниями;

Расстелить внахлёст по всей поверхности пола полиэтиленовую плёнку для устройства пароизоляции пола;

Закрепить направляющие из алюминиевого профиля или лаги из дерева, которые будут способствовать равномерности распределения керамзита и в дальнейшем послужат для крепления ГВЛ;

Сделать засыпку пола керамзитом

Возьмите шлаковую пемзу, керамзитный песок или Компэвита и выровните с помощью уровня.

Можно использовать вспененный или волокнистый утеплитель.

На момент этой операции возможны монтажные работы по разводке коммуникаций под полом или устройство системы тёплого пола.

Первый слой

Для этого слоя вам понадобятся малоформатные гипсоволокнистые листы. Их укладывают по длине помещения, от угла, ближнего к двери (если утеплитель насыпной) и от противоположной стены (при других видах утеплителя).

Листы крепят саморезами (длина самореза = толщине листа) «заподлицо». Обрезку ножовкой или лобзиком производят в конце ряда.

Следующие ряды укладывают, сдвинув на 30-40 см. Если монтажная лента выступает над уровнем листа, её срезают. Клеевое соединение листов между собой допускает швы не более 2 мм, выдавленный сжатием клей убирают.

Второй слой

Это слой стандартного ГВЛ укладывают на обработанную клеящей мастикой или ПВА-клеем поверхность первого, поперёк укладки — листы первого и второго слоя располагаются относительно друг друга под прямым углом;

Есть возможность сразу использовать двухслойное покрытие фабричной склейки; если края листов имеют фальцы, сборка ведётся, как при технологии укладки ламината;

Если настилается и третий слой, то он составляется из листов стандартного размера с дополнительным слоем вспененных материалов.

Толщина этого слоя должна соответствовать сумме величин толщины нижних слоёв.

В завершение

Головки саморезов и швы шпатлюют, вся поверхность грунтуется для создания безупречно ровной основы и настилается лицевой пол, ковролин, ламинат, линолеум, паркет, керамогранит или плитка.

Гвл вес. Вес элементов

Масса ГВЛ важна не только потому, что нужно точно рассчитывать нагрузку на сооружение и точный вес будущей отделки, но и потому, что по ней можно определить качество изделий.

Низкокачественные варианты, изготовленные с нарушением технологии, заметно легче, поэтому обязательно уточняйте этот аспект. По нему вы легко увидите, что за товар перед вами.

Разберемся с основными типами материала и их массой:

Иллюстрация	Описание
	Лист 10 мм . Чаще всего выпускается размером 1200х2500 мм, этот формат идеально подходит для отделки стен и потолков внутри помещений. Вес квадратного метра равен 12 кг, вес листа 10 мм составляет примерно 36 килограммов. Вес ГВЛ 10 мм немного больше, чем у гипсокартона, но и надежность заметно выше.
	12,5 мм . Этот вариант также используется для отделки стен и хорошо подходит там, где нужна высокая прочность и устойчивость к деформациям. Выпускается в разных листах, но чаще всего делается, как и первый вариант, 1200х2500 мм. Вес квадратного метра составляет 14 килограммов, плита весит около 42 кг.
	15 мм . Более прочный вариант, который используется при сооружении перегородок и внутренней отделке фасадов. Размеры листов бывают разные, все зависит от целей использования. Квадратный метр весит примерно 18 килограммов.
	18 мм . Основная сфера использования – сооружение чернового настила пола. Листы выпускаются в небольшом формате, так как вес квадратного метра составляет 20 килограммов. Выпускаются как варианты с прямыми торцами, так и изделия с пазами для более качественного соединения.
	20 мм . Этот вариант используется для пола. У бренда «Кнауф» такие плиты так и называются – «суперпол» и выпускаются с широкими пазами по краям для идеальной стыковки элементов между собой. На фото хорошо видна система соединения, благодаря которой любой человек своими руками может собрать прочный и ровный пол. Квадратный метр весит около 24 кг. Площадь одного листа – 0,75 м.кв., его масса – 18 килограммов.

Коэффициент теплопроводности гипсокартона: сравнение с материалами

Одним из достоинств универсального материала для внутренней отделки, является низкая теплопроводность гипсокартона. Плиты ГКЛ «дышат», то есть впитывают и отдают влагу. Плиты ГКЛ отвечают экологическим нормам, состоят в основном из сухого гипса, крахмала и бумаги. Они обеспечивают довольно хорошую теплоизоляцию и комфортную температуру в помещении.

При помощи универсального материала — гипсокартон создаются уникальные предметы интерьера

Вернуться к оглавлению

Полное содержание материала

1 Как обеспечить теплоизоляцию стен с использованием гипсокартона
2 Виды утеплителей для теплоизоляционных слоев
3 Правила монтажа листов ГКЛ с утеплителем
4 Утепленные плиты ГКЛ

Как обеспечить теплоизоляцию стен с использованием гипсокартона

Свойства материалов пропускать тепло и передавать его холодным участкам называют теплопроводностью. Определяет эту способность у гипсокартона коэффициент теплопроводности. В среднем он составляет от 0,21 до 0,34 Вт/ (м×К). Самые лучшие показатели у плиты ГКЛ «Кнауф»-0,15 Вт/ (м×К). По этим параметрам его приравнивают к одному из самых теплых экологичных материалов — дереву. А по сравнению с фанерой или гипсовой штукатуркой теплопроводность гипса ниже.

Гипсокартон КНАУФ соизмерим по теплопроводности с деревом

Понятно, что в силу своей ограниченной толщины, стеновой лист 12,5 мм, не может обеспечить полную теплоизоляцию стен. Но, в сочетании с утеплителями прекрасно удерживает тепло. Еще одним преимуществом конструкций, монтированных на профиль, является то, что внутри образуется прослойка из воздуха, которая становится дополнительным теплоизолятором. Чем больше слой воздушной прослойки, тем ниже показатель теплопроводности. К тому же это обеспечивает дополнительную вентиляцию стены, препятствует скоплению влаги и образованию конденсата. На стыке соприкосновения холодных и теплых температур образуется конденсат («точка росы»). Воздушная прослойка обеспечивает дополнительную вентиляцию стены, которая препятствует накоплению конденсата.

Между утеплителем и гипсокартоном возникает воздушный слой, препятствующий возникновению влаги

Вернуться к оглавлению

Виды утеплителей для теплоизоляционных слоев

Необходимо сразу отметить, что правильнее стены утеплять снаружи, особенно пенопластом и полистиролом. Это не «дышащие» материалы, поэтому если их использовать для утепления наружных стен внутри помещения, создается эффект термоса. Возникает угроза образования конденсата. Такие помещения нуждаются в регулярной принудительной вентиляции. Их можно использовать для простеночных перегородок из листов ГКЛ внутри помещения, так как там нет резких колебаний температуры, а роль дышащей мембраны выполняю листы гипса.

В местах воздушных прослоек возникает конденсат

Любой утеплитель в сочетании с листами ГКЛ, кроме теплоизоляционных свойств, одновременно выполняет функцию шумоизоляции.

Какие утеплители чаще используют в сочетании с гипсокартоном?

Для того чтобы сделать минимальный размер гипсокартонной конструкции, лучше всего подойдет изолон. Это относительно новый материал, представляет собой вспененный пенополиэтилен, внутри которого находятся закрытые воздушные пузырьки. Существует достаточно много видов этого материала по толщине и характеристикам. Он может быть фольгированным с одной или двух сторон. Отличается от объемных утеплителей тем, что при низкой теплопроводности изолон имеет минимальную толщину. По этой причине можно сделать минимальную ширину гипсокартонного слоя. Но следует обратить внимание на необходимость наличия воздушной прослойки, он тоже не пропускает влагу.
Утепление изолоном помещения фольгированным утеплителем под гипсокартон
Различного типа стекловата в матах и плитах довольно часто используется для теплоизоляции в сочетание с листами ГКЛ, монтированных на профиль. Она изготавливается из тонких нитей стекла, образующиеся при высоких температурах. Основной недостаток в том, что микрочастицы материала при монтаже могут спровоцировать раздражение кожных покровов. Поэтому лучше работать в спецодежде, надевать перчатки.
Утепление стены стекловатой с применением крепежей и гидроизоляции
У базальтовых утеплителей технология изготовления подобная стекловолокну. Только в этом случай до температуры плавления доводят различные горные породы, после чего они образуют тонкие нити. Преимущество базальтовых утеплителей в их безвредности для здоровья человека. Как и стекловолокно, эти утеплители имеют в своей структуре микропоры, благодаря чему могут впитывать и испарять влагу.
Утепление помещения базальтовым материалом

По теплопередаче все утеплители имеют в несколько раз меньший коэффициент теплопроводности (в среднем 0,03-0,04 Вт/ (м×К)). В сочетании с гипсокартоном, образуют непреодолимый барьер для холода.

Вернуться к оглавлению

Правила монтажа листов ГКЛ с утеплителем

При монтаже гипсокартонных конструкций на профиль, между стеной, полом и потолком на металлокаркас клеят уплотнительную ленту из вспененных материалов. Она выполняет две основные функции: служит утеплителем между бетонными конструкциями и профилем, предотвращает возникновение дребезжания при вибрации металла.

Накладывание уплотнительной ленты на профиль

Прежде чем монтировать каркас, нужно решить, какой вид утеплителя будет использован. От этого зависит толщина конструкции. Расстояние между листами должно соответствовать ширине утеплителя.

Выбор утеплителя под гипсокартон, важный этап в процессе монтажа

На наружных стенах необходимо после слоя утеплителя закрепить пароизоляцию (мелко перфорированную пленку). Она создаст влагонепроницаемый барьер, препятствующий проникновение конденсата в гипсокартон, а влажные потоки помещения будут впитываться в листы ГКЛ и удаляться через них.

Советуем посмотреть: как утеплить стену минватой.

Вернуться к оглавлению

Утепленные плиты ГКЛ

Последнее время на рынке появился новый материал — «теплый гипсокартон». Он выпускается нескольких видов. Утеплитель приклеивают к одному листу ГКЛ либо закреплен между двумя. Используется как для наружных, так и внутренних работ. Толщина плит с одним слоем достигает 60 мм, двухслойный до 100 мм, размер 1200 х 2500 мм. Основная сфера применения: быстровозводимые конструкции, летние дачные дома, подсобные помещения. Внутри зданий его приклеивают к стенам. В качестве утеплителя чаще используют полистирол, толщина слоя варьируется в зависимости от его ширины. Основным преимуществом материала является низкая теплопроводность и высокая скорость монтажа.

Двойной гипсокартон с утеплителем

Низкая теплопроводность листов ГКЛ — еще одно дополнительное преимущество материала, которое делает его востребованным на строительном рынке.

Смотрите в видео: свойства утеплителей под гипсокартон

GVL Производство с левулиновой кислотой

Левулиновая кислота (LA) считается одним из «10 лучших» строительных блоков для будущих биоперерабатывающих заводов, предложенных Министерством энергетики США. Это одна из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива благодаря ее совместимости с существующими процессами, рыночной экономике и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрогенизация LA для получения γ-валеролактона (GVL) является активной областью исследований из-за возможности использования GVL в качестве самостоятельного биотоплива и для его последующего преобразования в углеводородное топливо. Эта статья содержит новую конструкцию простого, рентабельного и безопасного реактора гидрирования для преобразования левулиновой кислоты в γ-валеролактон (GVL) с использованием органической жидкости с высокой температурой кипения.

Реактор гидрирования состоит из источника тепла — органической жидкости (называемой «DOWTHERM A» или «thermex») и каталитического реактора. Преимущества высококипящих жидкостей, а также достижения в технологиях гидрокрекинга и риформинга, обеспечиваемые нефтяной и газовой промышленностью, делают органическую концепцию более подходящей и безопасной (вода, вступающая в контакт с жидким металлом, хорошо известна в металлургической промышленности как опасность взрыва пара) для обогрева реактора гидрирования. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.3b, которое одновременно решает уравнения неразрывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с уравнениями кинетики химических реакций. Было показано, что тепловой поток, обеспечиваемый органической жидкостью DOWTHERM A, может обеспечить необходимый тепловой поток, необходимый для поддержания процесса гидрирования. Обнаружено уменьшение массовых долей водорода и левулиновой кислоты вдоль оси реактора.

Массовая доля ГВЛ увеличивалась вдоль оси реактора.

биоочистительный завод левулиновая кислота (ЛК) реактор гидрирования γ-валеролактон (ГВЛ) альтернативные виды топлива CFD дифениловая смесь Уравнение Навье-Стокса уравнение энергии моделирование процесса катализ кинетика

1. Введение

Использование биомассы для производства топлива и химикатов стало важной темой исследований из-за растущей озабоченности по поводу истощения запасов ископаемого углерода и воздействия на окружающую среду (например, загрязнения воздуха) нашей постоянная зависимость от этих ресурсов ^[1] . Левулиновая кислота (LA) считается одним из «10 лучших строительных блоков» для будущих биоперерабатывающих заводов по предложению Министерства энергетики США ^[2] . Он считается одной из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива ^[3] на основании его совместимости с существующими процессами, рыночной экономики и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрогенизация ЛК с получением γ-валеролактона (ГВЛ) является активной областью исследований в связи с возможностью использования ГВЛ в качестве биотоплива при его последующем преобразовании в углеводородное топливо ^[4] . ГВЛ считается устойчивой жидкостью, так как она возобновляема ^[5] . Он обладает рядом очень привлекательных физических и химических свойств ^[6] . Его давление паров удивительно низкое даже при повышенных температурах, и он не гидролизуется при нейтральном pH. ГВЛ является безопасным материалом для крупномасштабного применения и может быть использован для производства энергии путем добавления его в бензин ^[5] . Берецкий и др. показали, что GVL значительно снижает концентрацию CO, несгоревшего топлива и дыма в выхлопных газах. Уменьшение дыма было особенно заметным в свете совсем недавнего предположения, что черный углерод является вторым по значимости парниковым газом в атмосфере после двуокиси углерода 9.0011 [7] . Ликурси и др. ^[8] изучили и оптимизировали каскадную стратегию каталитической валоризации левулиновой кислоты. Их исследование проведено с использованием воды в качестве единственного растворителя реакции и гетерогенных коммерческих каталитических систем, которые являются более экономичными, доступными и воспроизводимыми. На рис. 1 показаны процессы преобразования LA в биотопливо GVL и GVL в биотопливо на основе 2-бутанола и 2-пентанола.

Рисунок 1. Превращение левулиновой кислоты в ГВЛ и левулиновой кислоты в 2-бутанол и 2-пентанол.

1.1. Катализаторы производственного процесса ГВЛ

Гидрирование LA в ГВЛ описано с использованием как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов ^[9] . Филиз и др. ^[10] изучал каталитическое гидрирование LA на рутениевых катализаторах, нанесенных на оксид циркония. Они подготовили четыре различных катализатора Ru/ZrO ₂ с различной предварительной обработкой и использовали разные циркониевые носители. Они обнаружили, что один из катализаторов дает выход более 99% ГВЛ в мягких условиях. Этот катализатор также был надежным и мог быть использован повторно не менее четырех раз без какой-либо потери активности или селективности. Было показано, что активность может быть связана с наличием мелких частиц рутения вместе с кислотными центрами на катализаторе ^[10] . На рис. 2 представлена схема реактора гидрирования ЛА до ГВЛ.

Рисунок 2. Схема процесса превращения левулиновой кислоты (ЛК) в γ-валеролактон (ГВЛ).

Фтуни и др. ^[11] сравнили стабильность различных нанесенных катализаторов на основе Ru в типичных условиях гидрирования LA в диоксане. Было показано, что Ru/ZrO ₂ работает лучше, чем Ru/C и Ru/TiO ₂ . Первые каталитические материалы показали высокую активность, селективность и стабильность при повторной переработке. Реакцию гидрирования исследовали при давлении водорода 30 бар и температуре 423 К в диоксане в качестве растворителя. Все катализаторы показали отличные выходы ГВЛ при использовании в свежем виде, но только Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 может поддерживать эти высокие выходы при многократном повторном использовании. Широко используемый катализатор Ru/TiO ₂ уже показал быстрые признаки дезактивации после первого каталитического испытания. Частичная дезактивация была обусловлена частичным покрытием наночастиц Ru. Напротив, опора из диоксида циркония показала высокую морфологическую и структурную стабильность даже после пяти испытаний на переработку. В свежем катализаторе Ru/ZrO ₂ было обнаружено, что Ru полностью атомарно диспергирован на свежем катализаторе даже при содержании Ru 1 мас. %, при этом при рециркуляции наблюдается некоторый генезис наночастиц Ru. Дальнейшие исследования с Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 показал, что диоксан можно легко заменить более щадящими растворителями, в том числе самим ГВЛ. Добавление воды способствует селективной реакции гидрирования.

1.2. CFD-моделирование производства биотоплива

Wensel et al. ^{[12] Компания} выполнила компьютерное гидродинамическое моделирование (CFD) процесса биоочистки янтарной кислоты и побочного продукта. При моделировании CFD использовался метод конечных объемов (FVM). Моделирование включало кинетические, стехиометрические, массовые и энергетические уравнения баланса, чтобы моделировать влияние температуры на входе, скорости вращения крыльчатки, диаметра и расстояния между ними, температуры на входе и объема ферментера на площадь теплопередачи охлаждающей рубашки ферментера. Прогнозируемые концентрации растворенного диоксида углерода в ферментере хорошо согласовывались с указанными в литературе. Также учитывалось влияние скорости рециркуляции микрофильтрации, числа стадий микрофильтрации и диаметра частиц абсорбирующего сорбента на требования к размерам и энергопотребление. Урожаи и расчетные требования к объему и площади для операционных единиц были получены для базового процесса. Их работа представляет собой первую зарегистрированную модель процесса производства биоянтарной кислоты в промышленных масштабах. Горшкова и др. ^[13] выполнил трехфазную модель CFD для реакторов с орошаемым слоем. Их модель была расширена за счет включения реакций, переноса массы и переноса тепла. Неподвижный газ и жидкость внутри пористых частиц моделировались отдельно от объемной газовой и жидкой фаз, протекающих снаружи частиц с конвективным и диффузионным массообменом между внутренней и внешней жидкостями. Предполагалось, что каталитические реакции протекают внутри частиц катализатора. В данной работе моделировался процесс гидрирования октана (C ₈ H ₁₆ ) в реакторе Ni/Al ₂ O ₃. Реакция сильно экзотермична, что приводит к испарению и конденсации компонентов. Все подмодели были реализованы в программе Fluent (версия 12.1). Были проведены численные тесты, чтобы показать, что модель CFD позволяет исследовать локальные изменения в реакторе, вызванные, например, осушкой слоя или эффектами неравномерной подачи жидкости.

2. Результаты и выводы

Предложена новая конструкция каталитического реактора гидрирования для превращения левулиновой кислоты в γ-валеролактон (ГВЛ) с использованием высококипящих органических жидкостей. Реактор гидрирования изготовлен из материала слоя катализатора. Принято, что радиус реактора 0,05 м, а высота реактора 0,4 м. Химическая реакция гидрирования происходила внутри каталитического реактора, где тепло подавалось через органическую жидкость для приведения в действие эндотермической реакционной системы. Тепловой поток подавался по внутреннему и внешнему радиусу реактора. Левулиновую кислоту и водород смешивали в стехиометрических количествах и вводили через вход реактора гидрирования. Эта модель исследует гидрирование LA до GVL. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.3b, которое одновременно решает уравнения непрерывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с помощью уравнений кинетики химических реакций. Численные результаты были получены для теплового потока 2730 (Вт/м²). Предполагается, что температура реагентов, поступающих в реактор гидрирования, составляла 200 °С. На рис. 3 показано трехмерное поле температуры внутри реактора гидрирования.

Рис. 3. Трехмерный график температурного поля реактора гидрирования.

Как видно на рисунке 1, температура в нижней части установки риформинга выше, чем температура в верхней части. Это связано с двумя причинами: во-первых, эндотермические реакции поглощают тепло, а во-вторых, теплопроводность раствора (левулиновой кислоты и водорода) имеет меньшее значение. Температура на внутренней и внешней поверхностях реактора была намного выше, чем температура внутри объема реактора, что связано с тем, что они подвергаются воздействию тепла, поступающего от органической жидкости. Более низкая теплопроводность привела к более высокому градиенту температуры поперек радиальной оси реактора. На рис. 4 показано трехмерное поле концентрации левулиновой кислоты внутри реактора гидрирования.

Рисунок 4. Трехмерный график поля концентрации левулиновой кислоты (ЛК).

На рис. 5 показано, что LA практически полностью конвертируется (100% конверсия). На рис. 3 показано трехмерное поле концентрации ГВЛ внутри реактора гидрирования.

Рис. 5. Трехмерный график поля концентрации γ-валеролактона (GVL).

На рис. 3 показано, что МА почти полностью трансформировалась в γ-валеролактон (ГВЛ). Концентрация ГВЛ в верхней части реактора гидрирования имела самые высокие значения. Тепло, переносимое DOWTHERM A и подаваемое в реактор гидрирования, может быть получено за счет использования солнечной энергии или других источников тепла, таких как горелка печи или солнечная энергия. станция. Водород, необходимый для реакции гидрирования, может быть получен с использованием системы парового риформинга метана. На рис. 6 показана предлагаемая система производства ГВЛ.

Рисунок 6. Предлагаемая система производства γ-валеролактона (GVL).

Расчетная модель для моделирования горелки ГВЛ была разработана с использованием программного обеспечения Fire Dynamics Simulator (FDS) версии 5.0. Моделирование FDS может предоставить много подробной информации о горелке GVL, включая локальную и переходную скорость газа, температуру газа, концентрацию частиц, температуру твердой стенки, скорость горения топлива, радиационный тепловой поток, конвективный тепловой поток и HRR. Температурное поле на t = 42,1 с показано на рис. 7.

Максимальная температура пламени ГВЛ, полученная при времени = 42,1 с, приближается к 570 °С.

Модель подробно описана в следующем документе: https://doi. org/10.3390/chemengineering3020032

Производство ГВЛ с использованием левулиновой кислоты

Левулиновая кислота (ЛК) считается одним из «10 лучших» строительных блоков для будущих биоперерабатывающих заводов, предложенных Министерством энергетики США. Это одна из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива благодаря ее совместимости с существующими процессами, рыночной экономике и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрогенизация LA для получения γ-валеролактона (GVL) является активной областью исследований из-за возможности использования GVL в качестве самостоятельного биотоплива и для его последующего преобразования в углеводородное топливо. Эта статья содержит новую конструкцию простого, рентабельного и безопасного реактора гидрирования для преобразования левулиновой кислоты в γ-валеролактон (GVL) с использованием органической жидкости с высокой температурой кипения. Реактор гидрирования состоит из источника тепла — органической жидкости (называемой «DOWTHERM A» или «thermex») и каталитического реактора. Преимущества высококипящих жидкостей, а также достижения в технологиях гидрокрекинга и риформинга, обеспечиваемые нефтяной и газовой промышленностью, делают органическую концепцию более подходящей и безопасной (вода, вступающая в контакт с жидким металлом, хорошо известна в металлургической промышленности как опасность взрыва пара) для обогрева реактора гидрирования. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.3b, которое одновременно решает уравнения неразрывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с уравнениями кинетики химических реакций. Было показано, что тепловой поток, обеспечиваемый органической жидкостью DOWTHERM A, может обеспечить необходимый тепловой поток, необходимый для поддержания процесса гидрирования. Обнаружено уменьшение массовых долей водорода и левулиновой кислоты вдоль оси реактора. Массовая доля ГВЛ увеличивалась вдоль оси реактора.

1. Введение
Использование биомассы для производства топлива и химикатов стало важной темой исследований из-за растущей озабоченности по поводу истощения запасов ископаемого углерода и воздействия на окружающую среду (например, загрязнения воздуха) нашей постоянная зависимость от этих ресурсов ^[1] . Левулиновая кислота (LA) считается одним из «10 лучших строительных блоков» для будущих биоперерабатывающих заводов по предложению Министерства энергетики США ^[2] . Он считается одной из наиболее важных молекул платформы для производства тонких химикатов и топлива ^[3] на основании его совместимости с существующими процессами, рыночной экономики и промышленной способности служить платформой для синтеза важных производных. Гидрогенизация ЛК с получением γ-валеролактона (ГВЛ) является активной областью исследований в связи с возможностью использования ГВЛ в качестве биотоплива при его последующем преобразовании в углеводородное топливо ^[4] . ГВЛ считается устойчивой жидкостью, так как она возобновляема ^[5] . Он обладает рядом очень привлекательных физических и химических свойств ^[6] . Его давление паров удивительно низкое даже при повышенных температурах, и он не гидролизуется при нейтральном pH. ГВЛ является безопасным материалом для крупномасштабного применения и может быть использован для производства энергии путем добавления его в бензин ^[5] . Берецкий и др. показали, что GVL значительно снижает концентрацию CO, несгоревшего топлива и дыма в выхлопных газах. Уменьшение дыма было особенно заметным в свете совсем недавнего предположения, что черный углерод является вторым по значимости парниковым газом в атмосфере после двуокиси углерода 9.0011 [7] . Ликурси и др. ^[8] изучили и оптимизировали каскадную стратегию каталитической валоризации левулиновой кислоты. Их исследование проведено с использованием воды в качестве единственного растворителя реакции и гетерогенных коммерческих каталитических систем, которые являются более экономичными, доступными и воспроизводимыми. На рис. 1 показаны процессы преобразования LA в биотопливо GVL и GVL в биотопливо на основе 2-бутанола и 2-пентанола.
Рисунок 1. Превращение левулиновой кислоты в ГВЛ и левулиновой кислоты в 2-бутанол и 2-пентанол.
1.1. Катализаторы производственного процесса ГВЛ
Гидрирование LA в ГВЛ описано с использованием как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов ^[9] . Филиз и др. ^[10] изучал каталитическое гидрирование LA на рутениевых катализаторах, нанесенных на оксид циркония. Они подготовили четыре различных катализатора Ru/ZrO ₂ с различной предварительной обработкой и использовали разные циркониевые носители. Они обнаружили, что один из катализаторов дает выход более 99% ГВЛ в мягких условиях. Этот катализатор также был надежным и мог быть использован повторно не менее четырех раз без какой-либо потери активности или селективности. Было показано, что активность может быть связана с наличием мелких частиц рутения вместе с кислотными центрами на катализаторе ^[10] . На рис. 2 представлена схема реактора гидрирования ЛА до ГВЛ.
Рисунок 2. Схема процесса превращения левулиновой кислоты (ЛК) в γ-валеролактон (ГВЛ).
Фтуни и др. ^[11] сравнили стабильность различных нанесенных катализаторов на основе Ru в типичных условиях гидрирования LA в диоксане. Было показано, что Ru/ZrO ₂ работает лучше, чем Ru/C и Ru/TiO ₂ . Первые каталитические материалы показали высокую активность, селективность и стабильность при повторной переработке. Реакцию гидрирования исследовали при давлении водорода 30 бар и температуре 423 К в диоксане в качестве растворителя. Все катализаторы показали отличные выходы ГВЛ при использовании в свежем виде, но только Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 может поддерживать эти высокие выходы при многократном повторном использовании. Широко используемый катализатор Ru/TiO ₂ уже показал быстрые признаки дезактивации после первого каталитического испытания. Частичная дезактивация была обусловлена частичным покрытием наночастиц Ru. Напротив, опора из диоксида циркония показала высокую морфологическую и структурную стабильность даже после пяти испытаний на переработку. В свежем катализаторе Ru/ZrO ₂ было обнаружено, что Ru полностью атомарно диспергирован на свежем катализаторе даже при содержании Ru 1 мас. %, при этом при рециркуляции наблюдается некоторый генезис наночастиц Ru. Дальнейшие исследования с Ru/ZrO 9Катализатор 0045 2 показал, что диоксан можно легко заменить более щадящими растворителями, в том числе самим ГВЛ. Добавление воды способствует селективной реакции гидрирования.
1.2. CFD-моделирование производства биотоплива
Wensel et al. ^{[12] Компания} выполнила компьютерное гидродинамическое моделирование (CFD) процесса биоочистки янтарной кислоты и побочного продукта. При моделировании CFD использовался метод конечных объемов (FVM). Моделирование включало кинетические, стехиометрические, массовые и энергетические уравнения баланса, чтобы моделировать влияние температуры на входе, скорости вращения крыльчатки, диаметра и расстояния между ними, температуры на входе и объема ферментера на площадь теплопередачи охлаждающей рубашки ферментера. Прогнозируемые концентрации растворенного диоксида углерода в ферментере хорошо согласовывались с указанными в литературе. Также учитывалось влияние скорости рециркуляции микрофильтрации, числа стадий микрофильтрации и диаметра частиц абсорбирующего сорбента на требования к размерам и энергопотребление. Урожаи и расчетные требования к объему и площади для операционных единиц были получены для базового процесса. Их работа представляет собой первую зарегистрированную модель процесса производства биоянтарной кислоты в промышленных масштабах. Горшкова и др. ^[13] выполнил трехфазную модель CFD для реакторов с орошаемым слоем. Их модель была расширена за счет включения реакций, переноса массы и переноса тепла. Неподвижный газ и жидкость внутри пористых частиц моделировались отдельно от объемной газовой и жидкой фаз, протекающих снаружи частиц с конвективным и диффузионным массообменом между внутренней и внешней жидкостями. Предполагалось, что каталитические реакции протекают внутри частиц катализатора. В данной работе моделировался процесс гидрирования октана (C ₈ H ₁₆ ) в реакторе Ni/Al ₂ O ₃. Реакция сильно экзотермична, что приводит к испарению и конденсации компонентов. Все подмодели были реализованы в программе Fluent (версия 12. 1). Были проведены численные тесты, чтобы показать, что модель CFD позволяет исследовать локальные изменения в реакторе, вызванные, например, осушкой слоя или эффектами неравномерной подачи жидкости.
2. Результаты и выводы
Предложена новая конструкция каталитического реактора гидрирования для превращения левулиновой кислоты в γ-валеролактон (ГВЛ) с использованием высококипящих органических жидкостей. Реактор гидрирования изготовлен из материала слоя катализатора. Принято, что радиус реактора 0,05 м, а высота реактора 0,4 м. Химическая реакция гидрирования происходила внутри каталитического реактора, где тепло подавалось через органическую жидкость для приведения в действие эндотермической реакционной системы. Тепловой поток подавался по внутреннему и внешнему радиусу реактора. Левулиновую кислоту и водород смешивали в стехиометрических количествах и вводили через вход реактора гидрирования. Эта модель исследует гидрирование LA до GVL. В этой работе использовалось мультифизическое программное обеспечение COMSOL версии 4.
3b, которое одновременно решает уравнения непрерывности, Навье-Стокса (поток жидкости), энергии (теплообмен) и диффузии с помощью уравнений кинетики химических реакций. Численные результаты были получены для теплового потока 2730 (Вт/м²). Предполагается, что температура реагентов, поступающих в реактор гидрирования, составляла 200 °С. На рис. 3 показано трехмерное поле температуры внутри реактора гидрирования.
Рис. 3. Трехмерный график температурного поля реактора гидрирования.
Как видно на рисунке 1, температура в нижней части установки риформинга выше, чем температура в верхней части. Это связано с двумя причинами: во-первых, эндотермические реакции поглощают тепло, а во-вторых, теплопроводность раствора (левулиновой кислоты и водорода) имеет меньшее значение. Температура на внутренней и внешней поверхностях реактора была намного выше, чем температура внутри объема реактора, что связано с тем, что они подвергаются воздействию тепла, поступающего от органической жидкости.
Более низкая теплопроводность привела к более высокому градиенту температуры поперек радиальной оси реактора. На рис. 4 показано трехмерное поле концентрации левулиновой кислоты внутри реактора гидрирования.
Рисунок 4. Трехмерный график поля концентрации левулиновой кислоты (ЛК).
На рис. 5 показано, что LA практически полностью конвертируется (100% конверсия). На рис. 3 показано трехмерное поле концентрации ГВЛ внутри реактора гидрирования.

Рис. 5. Трехмерный график поля концентрации γ-валеролактона (GVL).
На рис. 3 показано, что МА почти полностью трансформировалась в γ-валеролактон (ГВЛ). Концентрация ГВЛ в верхней части реактора гидрирования имела самые высокие значения. Тепло, переносимое DOWTHERM A и подаваемое в реактор гидрирования, может быть получено за счет использования солнечной энергии или других источников тепла, таких как горелка печи или солнечная энергия. станция. Водород, необходимый для реакции гидрирования, может быть получен с использованием системы парового риформинга метана.