CC BY
20
УДК 536.632
Ш. А. Бикташев, Р. Р. Накипов, И. Р. Габитов, Р. А. Усманов, З. И. Зарипов
КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РЫБЬЕГО ЖИРА
В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 298-363 К И ДАВЛЕНИЙ ДО 30 МПа
Ключевые слова: коэффициент теплопроводности, омега-3, рыбий жир. Приведены результаты экспериментального исследования коэффициентов теплопроводности рыбьего жира.
Keywords: heat conductivity, omega-3, fish oil. The results of experimental investigation offish oil's heat conductivity are presented.
Введение
Исследованию влияния омега-3 жирных кислот на организм человека было посвящено множество работ [1, 2]. В данных исследованиях говориться о положительном влиянии от употребления человеком рыбьего жира, основного источника омега-3, на поддержание здоровья и профилактики различных заболеваний. В частности, предотвращение сердечного приступа, снижение уровня холестерина в крови, помощь организму в лечении аритмии, атеросклероза, воспалительных процессов, онкологических заболеваний [3].
Важнейшими омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами являются: альфа-линоленовая кислота (АЛК), эйкозапентаеновая кислота (ЭПК) и докозагексаеновая кислота (ДГК).
Рис. 1 - Структура основных полиненасыщенных жирных кислот
соон омега-3
До недавнего времени основным источником омега-3 в фармацевтике являлся рыбий жир. Однако данные жирные кислоты не синтезируются организмами рыб, они поступают туда вместе с микроводорослями. В настоящем времени именно микроводоросли являются основным источником жирных кислот омега-3. Для извлечения этих ценных компонентов применяют различные виды экстракции. Наиболее совершенным на данный момент считается сверхкритическая флюидная экстракция с диоксидом углерода в качестве экстрагента [4, 5, 6]. Эффективное экстрагирование характеризуется максимальным выходом целевого компонента, а также оптимальными по энергозатратам параметрами проведения процесса.
Для определения оптимальных параметров проведения процесса, в том числе необходимы данные по теплофизическим свойствам компонентов системы. Данная работа посвящена исследованию коэффициентов теплопроводности рыбьего жира, данные по которым отсутствуют литературе.
Материалы и методы исследования
В качестве исследуемого вещества используется рыбий жир OMEGA-3 "950" (nD25 = 1,4792, р425 = 904,8 кг/м3), производитель SOLGAR VITAMINE AND HERB, со следующим составом: эйкозапентаеновая кислота (ЭПК) 53,05 % (масс.), докозагексаеновая кислота (ДГК) 39,79 % (масс.), вспомогательные вещества (желатин, глицерин, смесь токоферолов) 7,16 % (масс.)
Исследования коэффициентов
теплопроводности были проведены на автоматизированной экспериментальной установке, реализующей метод нагретой нити [7].
Расчетная формула метода имеет вид:
Q A t
где X - коэффициент теплопроводности
Л 1 1 d 2 -
A, =-ln —
1 2П d,
геометрическая постоянная измерительной трубки, 1/м; Q = VUnp -количество тепла, выделяемое нагревателем, ватт; At = Ц4ст - перепад температур в слое исследуемой жидкости; Ц - температура нагретой нити; t^ - температура стенки.
Для проверки работоспособности экспериментальной установки были проведены
X = А
(1)
исследуемого образца, Вт/(м^К),
измерения
по
определению
20
контрольные
коэффициентов теплопроводности октана (пп2и = 1,3974), толуола марки ЧДА, воздуха и дистиллированной воды (пп2и = 1,3331; р42и = 998,2 кг/м3) в диапазоне температур 275-350 К и давлений до 20 МПа [8, 9].
Результаты контрольных измерений показали отклонение от литературных данных в пределах суммарных ошибок измерения [10, 11].
Экспериментальная часть
Исследование теплопроводности рыбьего жира в интервале температур 298-363 К и давлений до 30 МПа было проведено на экспериментальной
установке, реализующей метод нагретой нити, конструкция основных узлов которой, а также расчетная формула метода измерения и методика подробно описаны в [8, 12].
Результаты исследования и обсуждение
В общем случае, для большинства жидкостей, теплопроводность снижается с ростом температуры и возрастает с ростом давления. Данное поведение обусловлено изменением в расстоянии между молекулами вещества, что имеет существенное влияние на перенос тепла от одного изотермического слоя к другому.
Анализ результатов экспериментальных данных показывает, что данная закономерность сохраняется и в нашем случае. Как видно из рисунка 2, для исследуемого образца рыбьего жира зависимость теплопроводности от давления имеет практически линейный характер.
Рис. 2 - Зависимость коэффициента теплопроводности А исследуемого образца от давления Р при температуре: 1 - 313К; 2 - 333К; 3 - 353К; 4 - 373К
Рис. 3 - Зависимость коэффициента теплопроводности А исследуемого образца от температуры при давлении: 1 - 0,098 МПа; 2 - 4,9 МПа; 3 - 9,8 МПа; 4 - 14,7 МПа; 5- 19,6 МПа; 6 -24,5 МПа; 7 - 29,4 МПа
Рисунок 3 показывает нелинейное поведение зависимости теплопроводности от температуры. В начале диапазона наблюдается небольшой рост (1-1,5 %) с максимумом при температуре 330К, затем с ростом температуры теплопроводность снижается. Такое поведение характерно для ассоциированных жидкостей с ОН группой.
Для описания экспериментальных данных было использовано уравнение Тейт-типа (2). Данные уравнения были неоднократно успешно использованы для описания различных термодинамических [13] и переносных свойств (вязкость, теплопроводность) [14].
А<Г-р) = А<Г,
1 -Ain
15 +р
(2)
I
где А,(Т, р) - коэффициент теплопроводности исследуемого вещества при параметрах температуры Т и давления р; А,(Т, р0) - коэффициент теплопроводности исследуемого вещества при температуре и давлении р0; р0- атмосферное давление = 0,098 МПа; А и В - параметры уравнения, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры уравнения Тейта
Т, К А В
313,15 0,4995 259,88
333,15 0,6457 308,65
353,15 0,5139 220,11
363,15 0,473 191,25
373,15 0,5084 197,02
Рассчитанные по уравнению Тейта значения коэффициентов теплопроводности хорошо согласуются с данными, полученными эмпирически с предельным отклонением в 2%, что говорит о возможности использования данного уравнения для прогнозирования значений коэффициентов теплопроводности в более широком диапазоне изменения параметров состояния.
Заключение
В настоящей работе на основе экспериментальных данных установлена закономерность изменения коэффициентов теплопроводности рыбьего жира OMEGA-3 "950" от давления и температуры.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-03-12078 офи-м).
Литература
1. W.E.M Lands, Fish, Omega-3 and human health, second edition. AOCS Publishing, Orlando, 1986. 235 c.;
2. J.E. Kinsella, Seafood and Fish oils in Human health and Disease. Marcel Dekker Inc., New York, 1987. 317c.;
3. D. Scott, K. Srirama, Carani B. Sanjeevi, Current Diabetes Reviews, 3, 198-203 (2007);
4. Ш. А. Бикташев, Л. Я. Яруллин, Ф. М. Гумеров, Ф. Р. Габитов, Р. А. Усманов, И. М. Абдулагатов, B. Willson, Вестник Казан. технолог. ун-та, 17, 251-253 (2011);
5. F. Timelli, E. LeBlanc, Long Fu, Journal. of food science, 60, 4, 703-706 (1995);
6. А.К. Чернышев, Ф.М. Гумеров, Г.Н. Цветинский, Р.С. Яруллин, С.В. Иванов, Б.В. Левин, М.И. Шафран, И.Ф. Жилин, А.Г. Бесков, К.А. Чернышев. Диоксид углерода: свойства, улавливание (получение), применение. Изд-во «Инфохим», М., 2013. С. 580-694;
7. Н.В. Цедерберг, Теплопроводность газов и
жидкостей. Изд-во Госэнергоиздат, М., 1963. 408 с.;
8. F.N. Shamsetdinov, Z.I. Zaripov, F.M. Gumerov, F.R. Gabitov, I.M. Abdulagatov, M.I. Huber, A.F. Kazakov. International journal of refrigeration, 36, 4, 1347-1368 (2013);
9. Р.Р. Габитов, Р.Р. Накипов, Ф.Н. Шамсетдинов, Р.А. Усманов, И.Х. Хайруллин, З.И. Зарипов. Вестник Казан. технолог. ун-та, 15, 21, 25-27 (2012);
10. Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филиппов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий. Теплопроводность газов и жидкостей. Изд-во стандартов, М., 1978. 472 с.;
11. NIST database, National Institute of Standards and Technology, Boulder, US;
12. Ф.Н. Шамсетдинов, З.И Зарипов, А.Х. Садыков, Г.Х. Мухаметзянов, Вестник Казан. технолог. ун-та, 14, 230-234 (2011);
13. Assael, M.J., Mylona, S.K., Huber, M.L., Perkins, R.A. J. Phys. Chem. Ref., 41, 2, 023101-023101:023112 (2012);
14. Ganiev, Y., Musoyan, M.O., Rastorguev, Y.V., Grigor'ev, B.A., M. Pichal, O. Shifner. Water and Steam, Hemisphere, NY, 1989, pp. 132-139.
© Ш. А. Бикташев - асп. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Накипов - студент той же кафедры, [email protected]; И. Р. Габитов - асп. той же кафедры, [email protected]; Р. А. Усманов - докторант, к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected]; З. И. Зарипов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, [email protected];
