گاز سیکلوپنتان

فهرست مطالب

مصرف انرژی سهم قابل توجهی در هزینه‌ها دارد. از این رو، استفاده از مواد عایق برای وسایل و تجهیزات تبرید، سهم ارزشمندی در ایجاد این تعادل دارد. یکی از مواد استراتژیک در تولید فوم عایق سیستم‌های تبرید، گاز سیکلوپنتان می‌باشد که در ادامه به بررسی آن می‌پردازیم.

گاز سیکلوپنتان چیست

سیکلوپنتان یک سیکلوآلکان هیدروکربنی با فرمول مولکولی C₅H₁₀ است. مایعی بی رنگ در دمای اتاق که تحت شرایطی می‌تواند به فاز گازی تبدیل شود. سیکلوپنتان، اشتعال پذیری بالا و بوی تقریبا شیرینی دارد.

از سیکلوپنتان به عنوان عامل پف‌زا در تولید فوم‌های پلی یورتان به ویژه برای تولید محصولات عایق استفاده می‌شود.

سیکلوپنتان بر خلاف سایر عوامل پف‌زای دیگر مانند کلرو فلئورو کربن‌ها (CFCs) و هیدروکلرو فلئوروکربن‌ها (HCFCs) که پتانسیل تخریب لایه اُزن را دارند دوستدار محیط زیست می‌باشد زیرا سیکلوپنتان پتانسیل بسیار کمی در تخریب لایه اُزن دارد و غیر سمی می‌باشد. از این رو انتخابی مناسب برای تولید فوم عایق است.

سیکلوپنتان به عنوان حلال نیز کاربرد دارد و به عنوان یک حد واسط در سنتز ترکیبات دیگر نقش دارد.

هنگامی که مخلوط پلی اُل و ایزوسیانات ترکیب شده و واکنش می‌دهند، سیکلوپنتان به عنوان گاز برای ایجاد ساختار سلولی و خواص عایق فوم اضافه می‌شود. گاز به سرعت منبسط می‌شود و در سراسر مخلوط پخش می‌شود و منجر به تشکیل فوم با ساختار سلول بسته می‌شود.

به دلیل قابلیت اشتعال سیکلوپنتان، اقدامات احتیاطی برای اطمینان از تهویه مناسب و اجتناب از منابع اشتعال در هنگام استفاده از آن باید رعایت شود (گاز سیکلوپنتان قابلیت اشتعال و انفجار بالایی دارد و در کلاسB طبقه بندی می شود).

گاز سیکلوپنتان چگونه تولید می شود

گاز سیکلوپنتان معمولاً از طریق پالایش و فرآوری نفت یا گاز طبیعی تولید می‌شود. در ادامه نگاه کلی به فرایند تولید این گاز می‌اندازیم:

استخراج مواد اولیه: نفت خام یا گاز طبیعی از ذخایر زیرزمینی از طریق فرایندهای حفاری استخراج می‌شود.
پالایش: با عبور از طریق یک فرآیند پالایشی، ناخالصی‌ها و اجزای ناخواسته موجود در نفت خام یا گاز طبیعی حذف می‌شوند. این فرایند معمولاً شامل تقطیر و سایر تکنیک‌های جداسازی است.
ایزومریزاسیون: در مورد تولید سیکلوپنتان از فرآیند خاصی به نام ایزومریزاسیون استفاده می‌شود. ایزومریزاسیون، شامل بازآرایی ساختار مولکولی هیدروکربن‌ها برای تشکیل ایزومرها است. در این حالت پنتان معمولی (یک هیدروکربن با زنجیره مستقیم) به سیکلوپنتان (یک هیدروکربن حلقوی) تبدیل می‌شود.
خالص سازی: سیکلوپنتان تولید شده تحت فرایندهای خالص سازی قرار می‌گیرد تا ناخالصی‌های باقی مانده حذف شده و محصولی با کیفیت و اطمینان کامل حاصل شود.

جزئیات خاص فرایند تولید سیکلوپنتان، بسته به فناوری و تجهیزات مورد استفاده توسط سازنده می‌تواند متفاوت باشد.

مقایسه گاز سیکلوپنتان با سایر گازها

زمانی که گاز سیکلوپنتان را باسایر گازها مانند CFCs (chlorofluorocarbons), کلروفلئورو کربن‌ها و HCFCs (hydrochlorofluorocarbons), هیدروکلروفلئورورکربن‌ها و گاز R141b (1,1-dichloro-1-fluoroethane), مقایسه می‌کنیم فاکتورهای زیر را باید در نظر بگیریم:

Ozone Depletion Potential (ODP): پتانسیل تخریب لایه اُزن

HCFCs و CFCs پتانسیل بالایی در تخریب لایه اُزن دارند. اما گاز سیکلوپنتان کمترین میزان تخریب لایه اُزن را دارد یا به عبارتی صفر است.

Global Warming Potential (GWP): پتانسیل گرمایش جهانی

HCFCs و CFCs این دو گاز (GWP) بالایی دارند. و به عنوان گازهای گلخانه ای قوی در تغییر شرایط آب و هوایی موثر هستند. در صورتی که گاز سیکلوپنتان GWP پائینی دارد از این رو دوستدار محیط زیست می‌باشد.

محدودیت‌های تولید و استفاده: CFC ها و برخی از HCFC ها به دلیل اثرات مضرشان بر لایه اُزن حذف شده اند یا در حال حذف تدریجی هستند. تولید و استفاده از آن‌ها تحت موافقت نامه‌های بین المللی مانند پروتکل مونترال تنظیم می‌شود. سیکلوپنتان مشمول این محدودیت‌ها نیست و می‌تواند به عنوان جایگزینی برای عامل دمنده در کاربردهای مختلف استفاده شود.
ملاحظات ایمنی: سیکلوپنتان قابلیت اشتعال بالایی دارد از این رو زمان حمل و نقل باید ملاحظات ایمنی رعایت شود. در صورتی که HCFCs و CFCs غیر قابل اشتعال هستند و برای سلامتی انسان‌ها و محیط زیست خطر ساز می‌باشند.

به طور خلاصه، سیکلوپنتان در مقایسه با CFC ها، HCFC ها و R141b به عنوان یک گزینه سازگار با محیط زیست برجسته‌تر است.

اقدامات ایمنی زمان استفاده از گاز سیکلوپنتان

هنگام استفاده از گاز سیکلوپنتان، رعایت اقدامات ایمنی برای اطمینان از حفاظت از افراد و محیط زیست بسیار مهم است. برخی از اقدامات ایمنی که باید در نظر گرفته شوند در ادامه بیان شده است:

تهویه کافی: استفاده از تهویه مناسب در ناحیه ای که گاز سیکلوپنتان در آن استفاده یا ذخیره می‌شود ضروری است. تهویه خوب به پراکندگی بخارات احتمالی و کاهش خطر تجمع کمک می‌کند.
اجتناب از منابع اشتعال مانند شعله‌های باز، جرقه‌ها یا سطوح داغ در مجاورت سیکلوپنتان.
نگهداری از سیکلوپنتان درتجهیزات نگهداری تایید شده و مکان‌های تعیین شده و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مناسب مانند دستکش، عینک ایمنی و لباس محافظ.
تکمیل تجهیزات اطفای حریق مانند کپسول‌های آتش نشانی.
حصول اطمینان از آموزش و دانش کافی افرادی که با سیکلوپنتان کار می‌کنند.
کنترل علائم احتمالی نشت گاز (بوهای غیر معمول یا صداهای خش خش).
رجوع به برگه داده های ایمنی (SDS) و پیروی از دستورالعمل های خاص ارائه شده توسط سازنده یا تامین کننده سیکلوپنتان برای اطلاعات و توصیه های ایمنی جامع بسیار مهم است

مزایای استفاده از گاز سیکلو پنتان

صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار CO₂
سازگاری با محیط زیست
عدم تخریب لایه ازن
افزایش عملکرد عایق با ضخامت عایق کم
مناسب برای سیستم‌های تبرید که نیاز به عایق نازک با عملکرد بالا دارند

کاربردهای گاز سیکلوپنتان

تولید فوم‌های اتاق‌های سردخانه ای و انبارها
تولید فوم یخچال‌ها و سیستم‌های تبرید
تولید فوم ساندویچ پانل‌ها و …..

پنتان

پنتان دارای چهارایزومر n-پنتان، ایزوپنتان، نئوپنتان و سیکلوپنتان می‌باشد.

n-پنتان

فرمول مولکولی: C₅H₁₂

ساختار شیمیایی:

ایزوپنتان

فرمول مولکولی: C₅H₁₂

ساختار شیمیایی:

نئوپنتان

ساختارشیمیایی:

سیکلوپنتان

ساختار شیمیایی:

مقایسه خواص فیزیکی و شیمیایی سیکلوپنتان و سیکلو / ایزوپنتان

نقطه جوش

نقطه جوش ایزوپنتان 28 درجه سانتیگراد و سیکلوپنتان 49 درجه سانتیگراد و CFC-11 Trichlorofluoromethane فرئون-11، CFC-11 یا R-11 که یک کلروفلوئوروکربن (CFC) و مایعی بی رنگ با بوی شیرین که در دمای اتاق می‌جوشد 23.8 درجه سانتیگراد است. CFC-11 یک ماده تخریب کننده لایه ازن کلاس 1 است که به لایه ازن محافظ استراتوسفر زمین آسیب می‌رساند.

همان طور که می دانیم، واکنش بین پلی اُل و ایزوسیانات گرمازا است. هنگامی که دما به بالای 28 درجه سانتیگراد می‌رسد، ایزوپنتان تبخیر می‌شود. و سیکلوپنتان باید منتظر بماند تا دمای گرمازای واکنش به حدود 50 درجه سانتیگراد برسد.

بنابراین در خط تولید فوم یخچال با استفاده از سیکلوپنتان باید قالب را تا دمای مشخصی از قبل گرم کنند از این رو دمای محیط کارگاه فوم سازی افزایش می‌یابد. برای پیش گرم کردن قالب، یک منبع حرارتی برای حفظ دمای مشخصی در کارگاه فوم سازی نیاز است. این امر موجب افزایش انرژی و هزینه می‌گردد از این رو استفاده از سیکلوپنتان به عنوان عامل دمنده کمتر است.

هدایت حرارتی گاز

هدایت حرارتی CFC-11 0.008 (20°C) W.(m.k)-1

هدایت حرارتی سیکلوپنتان 0.010 (20°C) /W.(m.k)-1، هدایت حرارتی ایزوپنتان 0.013 (20°C) /W.(m.k)-1 می باشد.

هرچه میزان هدایت حرارتی گاز به عنوان عامل پف زا کمتر باشد، بهتر است، زیرا بخشی از عامل پف زا در سلول‌های فوم باقی می‌ماند و عامل پف زای باقی مانده در سلول‌ها مستقیماً بر هدایت حرارتی تأثیر می‌گذارد. در مورد هدایت حرارتی فوم پلی یورتان سخت، هرچه رسانایی حرارتی گاز باقی مانده در سلول‌ها کمتر باشد، اثر عایق حرارتی محصول فوم بهتر است.

فشار بخار

نقطه جوش ایزوپنتان در مقایسه با سیکلوپنتان پایین‌تر است. زمانی که دما پایین‌تر است ایزو پنتان همچنان در حالت گازی باقی می‌ماند و یک خاصیت محافظتی برای فوم ایجاد می‌کند.

در نتیجه پایداری ابعادی فوم بهبود پیدا کرده و چگالی فوم نیز کاهش می‌یابد. بنابراین توصیه می‌شود جهت کاهش هزینه‌ها و صرفه جویی در هزینه زمان تولید فوم یخچال و سیستم‌های تبرید از سیکلو/ایزوپنتان استفاده شود.