p,ρ,T,x-измерения и термодинамические свойства водных растворов алифатических спиртов

• Автор: Абдурашидова, Аида Айдемировна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ работ по исследованию термодинамических

свойств водных растворов алифатических спиртов

1.1. Термодинамические свойства воды и спиртов

1.2. Термодинамические свойства смесей вода-спирт

ГЛАВА 2. Описание экспериментальной установки и методики

проведения р,р,Т,х-измерений

2.1. Описание экспериментальной установки

2.2. Методика проведения измерений

2.3. Оценка погрешностей измерений

ГЛАВА 3. Анализ результатов р,р,Т,х-измерений
3.1. Фактор сжимаемости смесей
3.2. Избыточный молярный объем
3.3. Парциальные молярные объемы компонентов смеси
3.4 Критические параметры смесей вода-спирт
ГЛАВА 4. Исследование уравнений состояния по данным р,р,Т,х-измерений. Расчет термических коэффициентов и изотермических изменений термодинамических функций
4.1 Исследование уравнений состояния
4.2 Термические коэффициенты смесей
4.3 Изотермическое изменение термодинамических функций
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Для промышленного внедрения так называемых сверхкритических флюидных технологий (СКФ-технологий), технологий типа сверхкритического водного окисления (СКВО) [1], разработки высокоэффективных термодинамических циклов с использованием смесевых рабочих тел в теплообменной аппаратуре [2,3] и т.д. необходимы достоверные данные о теплофизических свойствах технически важных веществ и их смесей в широком диапазоне параметров, включая критическое состояние.
К технически важным веществам относятся вода и спирты, например, метанол, этанол, н. пропанол (1-пропанол). Вода в сверхкритическом состоянии (Т>647.096 К; р>22.064 МПа) является универсальным растворителем органических и неорганических веществ и эффективным теплоносителем в теплообменных энергетических устройствах, особенно в реакторостроении [4]. Но высокие критические параметры воды ограничивают ее использование в качестве растворителя и теплоносителя в большинстве сверхкритических технологий. Диапазон рабочих параметров индивидуальных растворителей, необходимый для сверхкритических технологий, ограничен критическими значениями их температуры и давления-нижней границей сверхкритического состояния. В этой связи перспективным направлением является использование в качестве растворителей и теплоносителей гомогенных растворов веществ, отличающихся критическими параметрами и структурой. Преимущество смесей по сравнению с индивидуальными состоит в том, что можно изменить их критические параметры путем подбора компонентов и состава, что позволяет реализовать технологические процессы в широком диапазоне температур и давлений. Кроме того, использованием сверхкритических смесей можно унифицировать оборудование, пригодное для реализации различных вариантов СКФ-технологий и использования энергии источников с различными температурами, что экономически целесообразно. Применение
смесевых рабочих веществ в тепловых схемах энергоустановок, предназначенных для преобразования энергии нетрадиционных возобновляемых источников (НВИЭ) в электрическую, имеет также много экологических и экономических преимуществ перед индивидуальными рабочими веществами [5-8]..
Следовательно, для расчетов экологически чистых и экономически эффективных технологий нужны достоверные данные по фазовому равновесию и р,р,Т-зависимости (термические уравнения состояния) различных смесей в широком диапазоне параметров состояния, включая и критическое.
Новые сведения о физико-химических свойствах растворов полярных компонентов, какими являются вода и алифатические спирты, важны также для разработки термодинамической теории растворов и уравнений состояния. Пока не существует физически обоснованных уравнений состояния для описания теплофизических свойств таких сложных систем, какими являются водные растворы спиртов. Для инженерных расчетов подобные уравнения могут быть получены на основе экспериментальных исследований термических и калорических свойств чистых веществ и их смесей, например, путем проведения р,р,Т,х-измерений (х-концентрация спирта в мольных долях). Исследование р,р,Т,х-свойств систем вода-спирт дает фундаментальную информацию о межмолекулярных силах полярных компонентов и характере изменения водородного связывания компонентов раствора в зависимости от его состава, температуры и плотности.
Несмотря на то, что водные растворы алифатических спиртов являются объектом изучения со времен Д.И.Менделеева, большинство проведенных исследований термодинамических свойств ограничено температурой 573.15 К, а околокритическая и сверхкритическая области исследованы недостаточно. Результаты исследования критического состояния данного класса растворов разными авторами различными методами плохо согласуются между собой. Сведения о термическом разложении молекул спиртов при сверхкритических температурах противоречивы. Этим
„ см3/моль Ут, см3/моль Уга, см3/моль

X, мол.доли
X, мол.доли
X, мол.доли
Рис.33. Зависимость величины молярного объема смеси вода-метанол от состава и давления при температуре 623.15 К.
Зависимость величины
молярного объема смеси вода-метанол от состава и в диапазоне давлений 35-45 МПа при температуре 623.15 К почти линейная. В диапазоне давлений 25-35 МПа и состава х>0.5 концентрационная зависимость Ут заметно отклоняется от линейного характера.
Рис.34. Зависимость величины молярного объема смеси вода-этанол от состава и давления при температуре 623.15 К.
Величина молярного объема смеси вода-этанол при
температуре 623.15 К плавно растет с ростом концентрации этанола и убывает с ростом давления.
Рис.35. Зависимость величины молярного объема смеси вода-н.пропанол от состава и давления при температуре 623.15 К.
Величина молярного объема смеси вода-н. пропанол при температуре 623.15 К плавно растет с ростом концентрации н.пропанола и убывает с ростом давления.