Исследование условий фазового равновесия термодинамической системы "азот-вода" при давлениях до 10 МПа и температурах до +50°С

• Автор: Подмурная, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 122 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Уравнение фазового равновесия системы «газ-вода»
1.2.Анализ теоретических методов расчета параметров сложных систем
1.3.Обзор экспериментальных исследований фазового равновесия системы «азот-вода»
Выводы по главе
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ «АЗОТ-ВОДА»
2.1 Экспериментальная установка
2.1 Л.Принцип действия
2.1.2.Состав и основные узлы установки
2.1.3.Методика экспериментальных исследований
2.1,4.0ценка метрологических характеристик установки
2.2. Рабочие условия экспериментальных исследований Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВТОРОГО СМЕШАННОГО ВИРИАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СИСТЕМЫ «АЗОТ-ВОДА»
3.1. Результаты экспериментальных исследований растворимости воды в азоте
3.2.Вычисление второго смешанного вириального коэффициента системы «азот-вода»
3.2.1. Исходные данные
3.2.2. Определение второго смешанного вириального коэффициента

3.2.3. Сравнение с данными других источников
3.2.4. Оценка погрешности экспериментально полученных величин второго вириального коэффициента
3.3. Интерполяция второго смешанного вириального коэффициента на основе потенциала взаимодействия системы
Выводы по главе
ГЛАВА 4. УСЛОВИЯ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМЫ «АЗОТ-ВОДА»
4.1. Растворимость (молярная доля) воды в азоте
4.2.Повышающий коэффициент
4.3. Оценка погрешности данных Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Правила комбинирования ПРИЛОЖЕНИЯ 2. Литературные экспериментальные данные по исследованию растворимости воды в азоте ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Методика расчета погрешности измерения растворимости (молярной доли) воды и повышающего коэффициента
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Экспериментальные данные настоящей работы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность.
Сложные системы «газ-вода» широко используются в самых разных областях науки и техники: электронике, химической и газовой
промышленности, в атомной энергетике и криогенной технике. При этом часто необходимы достоверные высокоточные данные о соотношении между температурой конденсации воды и равновесным составом фаз системы при высоких давлениях. В последние годы наблюдается рост разнообразия таких систем по составу, температуре, давлению при увеличении требований к точности этих данных.
Все это в полной мере относится и к системе «азот-вода», широко распространенной в природе. Исследование фазового равновесия ее наряду с получением необходимых закономерностей, позволяет сделать заключение о пригодности некоторых моделей межмолекулярного взаимодействия и уравнений состояния. Тем самым решается ряд важных задач гигрометрии.
Теоретические и экспериментальные исследования показали, что с повышением давления и понижением температуры наблюдается отклонение поведения сложных систем «газ-вода» от идеальной системы. Одним из проявлений неидеального поведения является изменение соотношений «температура конденсации воды - растворимость воды в газе». Другими словами, при увеличении давления наблюдается отклонение температуры конденсации воды от соответствующей температуры для модели идеального газа.
Вместе с тем, применение существующих к настоящему времени моделей не позволяет сделать количественную оценку этих отклонений на современном уровне точности для всего многообразия систем «газ-вода». Отчасти это связано с тем, что до сих пор не решена задача построения единого уравнения состояния, сочетающего точность и простоту в

Садингтон и Крэйс (Saddington, A.W. and Krase, N.W.) [40] измеряли массовую плотность воды в азоте при температуре от 323,15 К до 373,15 К и давлении от 10 до 30 МПа при «отклонении результатов от среднего значения» от 0,4 до 3,5 %. Как и в предыдущей работе, по массовой плотности воды вычислена молярная доля воды по формуле (1.55). При этом погрешность косвенного измерения молярной доли воды изменяется от
1,7 до 4,5 % в зависимости от давления и температуры. (Приложение 2, таблица 2).
Сравнение результатов этих работ обнаруживает заметные расхождения (до 6 %). В работе [40] отмечается, что в исследованиях Бартлета [39], по-видимому, не исключено влияние дроссельного эффекта.
В исследованиях Ригби и Праузнитца (Rigby, М. and Prausnitz, I. М.) [25, 41] измерялась молярная доля воды в азоте, аргоне, метане при температуре от 298,15 К до 373,15 К и давлении до 10 МПа с погрешностью не хуже 1 % (Приложение 2, таблица 3). Сравнивая свои результаты с данными работ [39], [40] при давлении 5 МПа и температуре 323,15 К, авторы [25] отмечают хорошее соответствие с данными Бартлета и худшее с работой [40].
Сидоров И.П. и соавторы [42] (Приложение 2, таблица 4) измеряли молярную плотность воды в азоте при температуре 373,15 К и давлении от 5 до 40 МПа, которая затем пересчитывалась ими в молярную долю воды. Погрешность экспериментальных данных, по оценке авторов, при определении молярной доли воды не превышает 2 %, а различия с данными работы [40] достигают 10 %.
Особое место занимает работа [43], в которой собственные экспериментальные данные при температуре (240 ч-350) °С и давлении до 50 МПа «интерполированы и сглажены», а также - согласованы с данными работ [44, 45, 39, 40, 25, 42] «построением изобар и изотерм растворимости». В результате получены дискретные значения растворимости воды при