CC BY
43
Р. А. Каюмов, А. Т. Тухватова, А. А. Сагдеев,
Н. Н. Саримов, Ф. Р. Габитов, Ф. М. Гумеров
ПОВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СТИРОЛА В СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ ДИОКСИДЕ УГЛЕРОДА
Ключевые слова: стирол, сверхкритический диоксид углерода, уравнение состояния
Пенга - Робинсона.
Приведены результаты экспериментальных исследований растворимости стирола в сверхкритическом диоксиде углерода с использованием динамического метода. Представлено математическое описание данных по растворимости с использованием уравнения Пенга-Робинсона и трех подгоночных параметров.
Keywords: styrene, supercritical carbon dioxide, Peng - Robinson equation of state.
Results of experimental researches of solubility of styrene in the supercritical carbon dioxide with use of a dynamic method are resulted. The mathematical description of the data on solubility with use of the equation of Peng-Robinson and three adjustable parameters is presented.
За пределами границы области существования двухфазного равновесия измерения растворимости стирола в сверхкритическом диоксиде углерода проведены с использованием динамического метода. Однако, учитывая влияние геометрических характеристик измерительной ячейки на эффективность решения проблемы капельного уноса растворяемого вещества, была изготовлена и использована ячейка, по размерам совпадающая с той, что была применена в работе [1]. В частности, речь идет о цилиндрическом сосуде, изготовленном из нержавеющей стали, с внутренним диаметром 40 мм и высотой рабочей части 290 мм, что в итоге определяет рабочий объем в 370 мл.
Наблюдения фазового равновесия в системе «стирол-диоксид углерода» с использованием оптической ячейки отчетливо демонстрируют тот факт, что при определенных запредельных уровнях заливки стирола, превышающих оптимальную, растворение диоксида углерода в жидкой фазе в процессе его нагнетания, сопровождающееся увеличением объема жидкой фазы и движением границы раздела фаз в направлении верхней границы измерительного объема может приводить к тому, что эта граница оказывается за пределами рабочего объема (в верхней отводящей трубке) и подача новой порции диоксида углерода лишь как поршень будет транспортировать жидкую фазу в сепаратор, искажая тем самым основы метода измерения растворимости.
По этой причине процедуре измерения растворимости стирола в сверхкритическом СО2 предшествовало изучение зависимости концентрации стирола в диоксиде углерода от степени заполнения измерительной ячейки стиролом. Неизменность значения концентрации, отвечающая некоторому диапазону изменения степени заполнения, являлась основанием для ее принятия за равновесную концентрацию или искомую растворимость.
Кроме того, в данной работе рассматривается задача математического моделирования растворимости стирола в сверхкритическом диоксиде углерода с использованием уравнения Пенга - Робинсона, приведенного в [3].
Были проведены расчеты с использованием трех подгоночных параметров и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными (рис. 1 - 3). В таблице 1 показаны подгоночные параметры и среднеквадратичная погрешность (выделенные курсивом подгоночные параметры для данного эксперимента были фиксированными).
Таблица 1 - Результаты численных экспериментов
т = 323 К
°и вп УН А
1,0885 2,2969 0,0000 0,0927
0,6061 0,0000 0,0044 0,1402
1,0000 1,6803 0,0000 0,1466
т = 328 К
1,0925 2,5628 0,0000 0,1176
0,7287 0,0000 0,0320 0,1417
1,0000 1,7041 0,0000 0,1651
т = 333 К
0,9707 2,2029 0,0000 0,0890
0,6411 0,0000 0,0029 0,1108
1,0000 2,0146 0,0000 0,1220
Растворимость,
мольн.доли
Р,МПа
Рис. 1 - Растворимость стирола в СК СО2 при Т = 323 К: 1 - экспериментальные данные, 2 - описание с использованием трех подгоночных параметров (О/ в/ Yi.j), 3 - описание с использованием двух подгоночных параметров (уц, О./), 4 - описание с использованием одного подгоночного параметра (в/
Растворимость,
мольн.доли
Давление, МПа
Рис. 2 - Растворимость стирола в СК СО2 при Т = 328 К: 1 - экспериментальные данные, 2 - описание с использованием трех подгоночных параметров (О/ в/ Yi.j), 3 - описание с использованием двух подгоночных параметров ^ь/, О./), 4 - описание с использованием одного подгоночного параметра (в/
Растворимость,
9 11 13 15 17 19 21 23 25
Давление, МПа
Рис. 3 - Растворимость стирола в СК СО2 при Т = 333 К: 1 - экспериментальные данные, 2 - описание с использованием трех подгоночных параметров (oj.j, в'ч, Yi.j), 3 - описание с использованием двух подгоночных параметров (Yi.j, °j'.j), 4 - описание с использованием одного подгоночного параметра (в.)
Таким образом, описание растворимости стирола в сверхкритическом диоксиде углерода на изотермах 323 К, 328 К, 333 К в диапазоне давлений от 8 до 24 МПа с использованием уравнения Пенга - Робинсона позволяет достигать значений погрешностей, свойственных результатам экспериментального исследования (8 - 13 %).
Литература
1. Jiang, С. Solubility behavior of solids and liquids in compressed gases / C. Jiang, Q. Pan, Z. Pan // J. of Supercritical Fluids. - 1998. - Vol.12. - P. 1-9.
2. Галлямов, Р.Ф. Суб- и сверхкритические флюидные среды в задачах каталитической химии / Р.Ф. Галлямов [и др.] // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2008. - №1. - С.32-41.
3. Тухватова, А.Т. Растворимость стирола в сверхкритическом диоксиде углерода / А.Т. Тухвато-ва [и др.] // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2009. - №3, Ч. I. - С. 30-38.
© Р. А. Каюмов - асп. каф. теоретических основ теплотехники КГТУ, [email protected]); А. Т. Тухватова - асп. той же кафедры; А. А. Сагдеев - канд. техн. наук, доц., заведующий кафедрой техники и физики низких температур НХТУ КГТУ; Н. Н. Саримов - канд. физ.-мат. наук, доцент, зав. каф. информационных систем и технологий НХТУ КГТУ; Ф. Р. Габитов - д-р техн. наук, проф. каф. теоретических основ теплотехники КГТУ; Ф. М. Гумеров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических основ теплотехники КГТУ.
