EXERGETIC ANALYSIS OF THE THERMAL CONVERSION PROCESS IN PAN-BASED CARBON FIBRE PRODUCTION

Yıl 2015, Cilt: 22 Sayı: 97, 6 - 13, 31.03.2015

Andreas De Palmenaer Gunnar Seıde Thomas Grıes

https://doi.org/10.7216/130075992015229702

Cited By: 1

Öz

The processes of stabilisation and carbonisation in carbon fibre manufacture provides a large energy saving potential if an adequate furnace technology and process control is used. In this paper a general exergetic balance equation for the processes of stabilisation and carbonisation with the objective to determine the exergetic costs of producing carbon fibres is placed. After a short theoretical explanation of the carbon fibre manufacturing processes, this paper will resort to the general laws of thermodynamics and later determine the exergy of heat and mass flows in the processes. Experiments are carried out in a DSC and TGA combined with a mass spectrometry to determine the composition of the evolved gases during the stabilisation process. Furthermore DSC and TGA measurements are used to determine specific heat capacity and mass loss of the polyacrylonitrile precursor material. Included in the exergetic balance equation the measured material values leads to an exergy efficiency result of the carbon fibre conversion reaction.

Anahtar Kelimeler

carbon fibre, exergy, stabilisation, energy efficiency

PAN ESASLI KARBON LİF ÜRETİMİNDE TERMAL DÖNÜŞÜM PROSESİNİN EKZERJETİK ANALİZİ

Öz

Karbon lif üretimindeki stabilizasyon ve karbonizasyon prosesi, yeterli bir ısıtma teknolojisi ve kontrol prosesi kullanıldığı takdirde büyük bir enerji tasarruf potansiyeli sağlamaktadır. Bu çalışmada, karbon lif üretiminin ekzerjetik maliyetlerinin belirlenmesi amacıyla stabilizasyon ve karbonizasyon prosesleri için genel bir ekzerjetik denge eşitliği konu edilmiştir. Karbon lif üretim prosesine yönelik kısa bir teorik açıklamanın ardından termodinamiğin temel kanunlarına değinilmiş ve daha sonra sözkonusu proseslerdeki ısı ve kütle ekzerjisi tanımlanmıştır. Stabilizasyon prosesi süresince ortaya çıkan gazların içeriğinin belirlenmesi amacıyla kütle spektrometresi ile kombine edilmiş DSC ve TGA ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, öncül poliakrilonitril malzemesinin kütle kaybı ve spesifik ısı kapasitesinin belirlenmesi amacıyla da DSC ve TGA ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ekzerjetik denge eşitliğine ilave edilmiş ölçülen malzeme değerleri karbon lif dönüşüm reaksiyonunun ekzerji verimlilik sonuçlarına ulaşılmasını sağlamıştır

Anahtar Kelimeler

karbon lif, ekserji, stabilizasyon, enerji verimliliği

Kaynakça

• Morgan P., (2005), Carbon fibers and their composites. Taylor & Francis, Boca Raton
• Riedl K., (2006), Exergetische und exergoökonomische Bewertung von Verfahren der Energie- und Stoffwandlung. Merseburg, Martin-Luther-Universität, Halle-Wittenberg, House publisher, Dissertation
• Damodaran S., Desai P., Abhiraman A. S., (1990), Chemical and Physical Aspects of the Formation of Carbon Fibres from PAN-based Precursors. “Journal of the Textile Institute”, 81, No. 4, pp. 384-420
• Oguz G., (2004) Pyrolysis mass spectrometic analysis of copolymer of polyacrylonitrile and polyhiophene. Çankaya Ankara, Turkey, Middle East Technical University, House publisher, Masterthesis
• Surianarayanan M., Uchida T., Wakakura M., (1998) Evolved gases by simultaneous TG–MS technique and associated thermal hazard in drying of polyacrylonitrile. “Journal of Loss Prevention in the Process Industries” 11, pp. 99–108