Спектральные коэффициенты поглощения гексена при повышенных давлениях Текст научной статьи по специальности «Физика»

Д. В. Косенков, П. И. Бударин, К. Б. Панфилович СПЕКТРАЛЬНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ГЕКСЕНА ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ

Ключевые слова: коэффициент поглощения, спектр, давление.

Даны спектры пропускания и коэффициенты поглощения газообразного гексена в интервале температур 345-445 К при давлении от 0,1 до 0,3 МПа и волновых числах от 400 до 4400 см'1. По спектрам пропускания рассчитаны массовые спектральные коэффициенты поглощения.

bywords: ^efficient absorption, spectrum, pressure.

Transmittance spectrum and absorption coefficients of gaseous hexane at pressures 0.1-0.3 MPa within the range of temperatures 345-445 K and wave numbers 400-4400 сm^1 have been given in the article. Mass spectral absorption coefficients have been calculated using the data of transmittance spectrum.

Современный уровень развития производства требует рационального использования энергии. Ряд технологических процессов в химической и нефтеперерабатывающей отрасли производства проводятся при повышенных давлениях и температурах. Для расчета теплообмена в них надо знать достоверные теплофизические свойства веществ, одними из которых являются оптические характеристики - коэффициенты поглощения и показатели преломления полупрозрачных сред.

В справочной литературе приводятся спектры пропускания многих веществ. Они измерены в основном при комнатной температуре и атмосферном давлении. Такие данные использовать для тепловых расчетов затруднительно. За исключением некоторых углеводородов [1-2], не изучено влияние повышенных давлений и температур на спектры органических веществ в газовой и жидкой фазах. Исследование радиационных характеристик сжатых газов является актуальной задачей, как с теоретической, так и с практической точки зрения.

В качестве объекта исследования нами был выбран гексен, широко используемый в промышленности. Его радиационные свойства при повышенных давлениях и температурах не исследованы.

Цель работы - получение спектральных коэффициентов поглощения гексена в газовой области в интервале волновых чисел от 400 до 4400 см-1, давлений от 0,1 до 0,3 МПа и температур 345-445 К. Оптические характеристики исследуемой жидкости изучались на экспериментально-измерительном стенде [3]. Спектры регистрировались инфракрасным спектрофотометром PERKIN ELEMER 16 PCFT-IR.

Коэффициенты поглощения гексена даны на рис.1при Т=387 К и разных давлениях. Они для каждого вещества зависят от температуры и давления.

Пропускание слоя газа толщиной L равно

D = e - kL , (1)

спектральный коэффициент поглощения равен

Рис. 1 - Спектральный коэффициент поглощения гексена при Т=387 К, Ь=0,015 м и давлениях: 1 - 0,3193 МПа; 2 - 0,1967 МПа; 3 - 0,0987 МПа

Рис. 2 - Массовый спектральный коэффициент поглощения гексена при Т=387 К, Ь=0,015 м, давления те же, что и на рис. 1

к _ -

!пР

(2)

Пропускание слоя можно выразить так же через массовый коэффициент поглоще-

ния х

_ е - X Р-

Р _ е

(3)

где р - плотность, кг/м .

Массовый спектральный коэффициент поглощения равен

X _

!пР Р- ’

(4)

1

Отдельная полоса поглощения гексена, с центром вблизи 630 см- , при Т=387 К, представлена на рис.3 в большем масштабе для таких же давлений.

Можно выделить две характерные причины зависимости спектральных характеристик от давления.

Первая связана с уширением спектральных линий. Оно наблюдается как для идеально-газового состояния, так и при отклонении от него. Ширина спектральной линии пропорциональна давлению. Поскольку линии группируются в полосы, то при определённых давлениях они начинают перекрываться. В случае полного перекрытия линий давление не влияет на спектральные коэффициенты поглощения идеального газа.

Второй аспект влияния давления на радиационные свойства газов связан с отклонением их поведения от идеально-газового. В этих условиях все теплофизические свойства (теплопроводность, вязкость, теплоемкость и др.) меняют характер зависимости от температуры и давления.

Применение массового спектрального коэффициента поглощения позволило получить обобщенные по давлению зависимости спектральных коэффициентов поглощения в виде единой функции для исследованных давлений (рис.2 и 4).

ю, см

-1

Рис. 3 - Спектральный коэффициент поглощения гексена при Т==387 К, 1_=0,015 мм и давлениях:! - 0,3193 МПа; 2 - 0,1967 МПа; 3 - 0,0987 МПа

-

На рис.3 каждому давлению соответствует отдельная линия. Влияние давления на спектр пропускания значительно. Массовые коэффициенты поглощения х при Т=сот1 и разных давлениях в исследованном интервале волновых чисел имеют единую зависимость, таким образом х является функцией только волнового числа. Полученные зависимости находят качественное подтверждение в работе Бахшиева Н.Г. [2].

Таким образом на спектральный коэффициент поглощения влияет температура и давление.

Массовый спектральный коэффициент поглощения х, для идеально-газового состояния, зависит только от температуры. Такие массовые коэффициенты поглощения можно использовать для расчетов коэффициентов поглощения газов при любых давлениях в идеально-газовом состоянии.

570 590 610 630 650 670 690

-1

СО, СМ

Рис. 4 - Массовый спектральный коэффициент поглощения гексена при Т=387 К, 1_=0,015 мм, давления те же, что и на рис.3

Литература

1. Панфилович, В.К. Экспериментально-теоретическое исследование радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей: Дисс. ... канд. техн. наук / В.К. Панфилович. - Казань, 2007. - 171 с.

2. Бахшиев, Н.Г. Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий /Н. Г. Бахшиев - Л., 1972.137 с.

3. Бударин, А.П. Оптические характеристики и радиационно-кондуктивный перенос тепла в плоском слое жидких н-бутана и н-гексана при давлениях до 10 МПа / В.А. Аляев, А.П. Бударин, П.И. Бударин, К.Б. Панфилович // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2003. - №2. - С.172-184.

© Д. В. Косенков - асп. каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТУ, [email protected]; П. И. Бударин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; К. Б. Панфилович - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.