CC BY
52
УДК 532.133
И. Р. Габитов, Д. Ю. Саламатов, Р. Р. Накипов, Р. А. Шарафутдинов, З. И. Зарипов
КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ
В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 313-473К И ДАВЛЕНИЙ Д О 30МПа
Ключевые слова: коэффициент динамической вязкости, вискозиметрия, олеиновая кислота, сверхкритическое водное
окисление.
Получены новые данные по коэффициентам динамической вязкости олеиновой кислоты в диапазоне температур 313-453 К и давлений до 30 МПа. Результаты были получены с помощью капиллярного вискозиметра и вискозиметра, реализующего метода падающего груза.
Key words: dynamic viscosity coefficients, viscometry, oleic acid, supercritical water oxidation.
The new data on dynamic viscosity coefficientsofoleic acid have been obtained in the temperature range of313 - 453K and pressures up to 30 MPa.
Введение
Одной из наиболее актуальных тенденций современной промышленности является широкое применение сверхкритических флюидных СКФ технологий. В частности большое распространение получил процесс сверхкритического водного окисления (СКВО), являющийся альтернативой традиционным методам очистки сточных вод и утилизации промышленных отходов [1-4]. Суть его заключается в следующем: содержащиеся в промышленных стоках и отходах органические вещества плохо растворяются в воде при нормальных условиях, однако, при переведении воды в сверхкритическое (СК) состояние (1кр = 374,15°С; Ркр = 22,13 бар) в присутствии окислителя - происходит превращение таких органических веществ в диоксид углерода и чистую воду .Неорганические же соединения слабо растворяются в СК воде и выпадают в осадок в виде солей [5].
Процесс сверхкритического водного окисления исследуется на кафедре Теоретических основ теплотехники КНИТУ [5-10]. В рамках исследования была спроектирована и реализована пилотная проточная установка для СКВО [7].Однако для дальнейшего масштабирования установки до промышленных масштабов, необходимо построить математическую модель процесса. Необходимым условием для построения такой модели является наличие достоверных данных по теплофизическим свойствам модельных жидкостей. В качестве модельной жидкости органического соединения была выбрана олеиновая кислота, исследованию динамической вязкости которой и посвящена настоящая статья.
Изучением вязкости олеиновой кислоты занималось в разное время довольно большое количество исследователей [11-16]. Однако, в приведенных работах динамическая вязкость олеиновой кислоты исследовалась лишь до 90-110°С (363,15-383,15К) и только при атмосферном давлении. Настоящая работа исследует вязкость этой кислоты при температурах до 473 Ки давлений
до 30 МПа. Значения в отсутствуют в литературе.
указанном диапазоне
Материалы и методы исследования
Олеиновая кислота С17Н33СООН-
мононенасыщенная жирная кислота, относящаяся к группе ненасыщенных жирных кислот Омега-9.
Рис. 1 - Конфигурация олеиновой кислоты
Олеиновая кислота, использованная в исследовании, произведенаЗАО «Купавнареактив». Для определения объективных показателей исследуемых веществ были измерены ихплотности, и показатель преломления при температуре 25°С. Измерение показателя преломления проводились с использованием рефрактометра ИРФ-23. Для измерения плотности был использован стеклянный пикнометр ПЖ2-10 КШ 7/16. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 веществ
Характеристики исследуемых
Исследуемое вещество Показатель преломления nD25 Плотность р25, кг/м3
Олеиновая кислота 1,4602 0,9101
Гептан 1,3875 0,6797
Экспериментальная часть
Эксперименты по определению коэффициентов динамическойвязкости были проведены на экспериментальной установке, реализующей метод падающего груза. Схема установки, её основные
элементы, а также методика измерения были описаны ранее [17,18].
Для подтверждения работоспособности установки были проведены контрольные измерения коэффициентов динамической вязкости
гептана, характеристики использованного гептана приведены в таблице 1. Сравнение полученных экспериментальных данных с литературными приведено на рисунке 2. Отклонение от литературных данных не превышает 1%.
Рис. 2 - Коэффициенты динамической вязкости гептана: о - результаты эксперимента; □ -литературные данные [19]
Результаты и обсуждение
Расчетная формула для определения коэффициентов динамической вязкости по методу падающего груза имеет следующий вид:
(1)
где Я, г - радиусы цилиндрической трубки и грузика соответственно, м; И - расстояние, которое проходит груз, м; т - время падения груза, с; рф ирж -плотность груза и исследуемойжидкости, кг-м3; g -ускорение свободного падения, м-с-2.
Как видно из формулы, для определения коэффициента динамической вязкости необходимо иметь данные по плотности исследуемого вещества при соответствующих параметрах. Такие данные были получены ранее и имеются в литературе [20].
Полученные в ходе проведения измерений результаты, приведены на рисунке 3в виде зависимостей коэффициента теплопроводности от температуры и давления, которые имеют характерный для жидкости вид: вязкость падает с ростом температуры и растет с повышением давления.
Значения п, полученные на установке, реализующей метод падающего груза, были сравнены с результатами, полученными с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ при атмосферном давлении (рис. 4).
50
40 —•—0,098 МПа —■—9,8 МПа
^30 к К ¿20 у —19.6 МПа —•—29,4 МПа
10
1 1 1 1
300 350 400 450 500 Температура, К
Рис. 3 - Зависимость коэффициента динамической вязкости олеиновой кислоты п (Па-с) от температуры при различных давлениях
Рис. 4 - Сравнение значений коэффициента динамической вязкости олеиновой кислоты, полученных двумя методами: о - методом падающего груза; □ - методом капиллярной вискозиметрии
Расхождение между значениями, полученными двумя методами, не превышает 2%.
Заключение
Настоящая работа была посвящена исследованию коэффициентов динамической вязкости в диапазоне температур 313,15-453,15Ки давлений до 30 МПа. Полученные в ходе исследования зависимости имеют характерный вид: вязкость падает с ростом температуры и растет с повышением давления.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-1900749).
Литература
1. А.А. Галкин, В.В. Лунин,Успехи химии, 74, 1 (2005);
2. Ю.Е. Горбатый, Г.В.Бондаренко,Сверхкритические флюиды. Теория и практика,2, 45(2007);
3. В. БлагутннаДммия и жизнь, 6, 26-29(2004);
4. М. Поляков, В.Н. Баграташвили, Журн. Рос.хим. о-ва им. Д.И. Менделеева, 15, 1, 44-48 (2012);
5. А.А. Захаров, Р.А. Усманов, Вестник Казан. технол. ун-та, 1, 43 (2013);
6. Р.А. Каюмов, А.А. Сагдеев, А.Т. Галимова, Ф.М. Гумеров, Р.А. Усманов, Вестник Казан. технол. ун-та, 15,1, 43-46 (2012);
7. Р.Р. Габитов, В.Ю. Захарчук, В.А. Павлов, Р.А. Усманов,Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 15, 119-120 (2012);
8. Р.А. Каюмов, А.А. Сагдеев, А.Т. Галимова, Ф.М. Гумеров, Р.А. Усманов, Вестник Казан. технол. ун-та, 15,1, 43-46 (2012);
9. Р.А. Усманов, Р.Р. Габитов, Ф.М. Гумеров, И.Ш. Абдуллин, Вестник Казан. технол. ун-та, 17, 23, 229231 (2014);
10. Э.Ш. Гаязова, В.А. Павлов, Р.А. Усманов, Ф.М. Гумеров, Р.З. Мусин, С.В. Фридланд, Исследование процесса очистки сточных вод производства целлюлозы из соломы рапса двуокисью марганца в сверхкритических условиях. Новые технологии, Москва, 2014. 28-31;
11. Mauricio Sales-Cruz,a Gloria Aca-Aca,b Oscar Sanchez-Daza,c Teresa LöpezArenas, 20th European Symposium on Computer Aided Process Engineering - ESCAPE20. Elsevier, 2010;
12. Fidel Oscar Cedeño González, M.a Manuela Prieto González, Juan Carlos BadaGancedo, Rafael Alonso Suárez, Grasas y Aceites, 50, 5, 1 (1999);
13. L.A. García-Zapateiro, J.M. Franco, C. Valencia, M.A. Delgado, C. Gallegos, M.V. Ruiz-Méndez, Grasas y Aceites, 64, 5, 497-508 (2013);
14. H. Noureddini', B.C. Teoh and L. Davis Clements, Chemical and Biomolecular Engineering Research and Publications,10, 1189-1191 (1992);
15. DaniellaValeri , Antonio J. A. Meirelles, Journal of the American oil Chemist's Society, 74, 10, 1221-1226 (1997);
16. Gerhard Knothe, Kevin R. Steidley, Fuel, 84, 9, 10591065 (2005);
17. Ф.Н. Шамсетдинов, И.Р. Габитов, З.И. Зарипов, А.В. Радаев, А.Н. Сабирзянов, ВестникКазан. технол .ун-та, 16, 18, 112-114 (2013);
18. А.Р. Габитова, И.Р. Габитов, З.И. Зарипов, Вестник технол. ун-та, 18, 17, 252-254 (2015);
19. NISTstandardreferencedatabase 23, Version 9.0;
20. Ф.Н. Шамсетдинов, С.А. Булаев,Г.Х. Мухамедзянов, Вестник Казан. технол. ун-та, 3, 44-50 (2011);
© И. Р. Габитов - аспирант каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, gabitov.ilgiz@gmail.com; Д. Ю. Саламатов -студент той же кафедры, dimkoy28@mail.ru; Р. Р. Накипов - аспиранттой же кафедры, nakip88@yandex.ru; Р. А. Шарафутдинов - к.т.н., доцент каф. Физики и каф. Инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования; З. И. Зарипов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, zufar_zaripov@mail.ru.
©I.R. Gabitov - post-graduate student of the Heat Engineering department, KNRTU, gabitov.ilgiz@gmail.com; D. Yu. Salamatov -undergraduate student of the same department, dimkoy28@mail.ru; R. R. Nakipov - post-graduate student of the same department, nakip88@yandex.ru; R. A. Sharafutdinov - PhD, assistant professor at the department of Physics and the department of Engineering computer graphics; Z. I. Zaripov - doctor of technical sciences, professor of the same department, zufar_zaripov@mail.ru.
