Научная статья на тему 'Теплофизические свойства растворителей применительно к сверхкритическому флюидному SAS процессу диспергирования полимеров'

Теплофизические свойства растворителей применительно к сверхкритическому флюидному SAS процессу диспергирования полимеров Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
322
290
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИСПЕРГИРОВАНИЕ / СВЕРХКРИТИЧЕСКИЙ ФЛЮИД / ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ / РАСТВОРИТЕЛЬ / DISPERSING / SUPERCRITICAL FLUID / THERMAL CONDUCTIVITY / SOLVENT

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Гумеров Ф. М., Юзмухаметов Ф. Д., Габитов Р. Ф., Шакиров Н. З.

Приведены результаты экспериментального исследования молекулярных коэффициентов теплопроводности, температуропроводности ряда растворителей полимеров. Исследованиями охвачены представители ароматических углеводородов, эфиров и спиртов. Теплофизические свойства растворителей исследованы в диапазоне температур 270-600 К и давлении 0,1-50 МПа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Гумеров Ф. М., Юзмухаметов Ф. Д., Габитов Р. Ф., Шакиров Н. З.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The results of experimental research of thermal conductivity, thermal diffusivity of molecular number of solvent of polymers. Research included representatives of aromatic hydrocarbons, alcohols, ethers and thermophysical properties of solvents are investigated in the temperature range 270-600 k and a pressure of 0.1 -50 MPA.

Текст научной работы на тему «Теплофизические свойства растворителей применительно к сверхкритическому флюидному SAS процессу диспергирования полимеров»

УДК 537.33

Ф. М. Гумеров, Ф. Д. Юзмухаметов, Р. Ф. Габитов,

Н. З. Шакиров

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРИТЕЛЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СВЕРХКРИТИЧЕСКОМУ ФЛЮИДНОМУ SAS ПРОЦЕССУ

ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ

Ключевые слова: диспергирование, сверхкритический флюид, теплопроводность, растворитель.

Приведены результаты экспериментального исследования молекулярных коэффициентов теплопроводности, температуропроводности ряда растворителей полимеров. Исследованиями охвачены представители ароматических углеводородов, эфиров и спиртов. Теплофизические свойства растворителей исследованы в диапазоне температур 270-600 К и давлении 0,1-50 МПа.

Keywords: dispersing,supercritical fluid, thermal conductivity, solvent.

The results of experimental research of thermal conductivity, thermal diffusivity of molecular number of solvent of polymers. Research included representatives of aromatic hydrocarbons, alcohols, ethers and thermophysical properties of solvents are investigated in the temperature range 270-600 k and a pressure of 0.1 -50 MPA.

Введение

Использование композитных материалов, в состав которых входят полимерные компоненты, дисперигрованные до наноразмерного состояния, становятся все более актуальным в современной технике. Одно из перспективных направления переработки полимерных материалов связано с использованием суб- и сверхкритических флюидных сред [1].

В отличие от традиционных методов измельчения, технологии, основанные на использовании сверхкритических флюидных (СКФ) сред позволяют получать более однородные частицы с физико-химическими свойствами, размерами и морфологией, высокочувствительными к значениям режимных параметров осуществления процессов. Существенным достоинством СКФ технологий является их экологическая безопасность [2,3].

СКФ среды (при сопоставлении с

субкритическими флюидами), а именно она чаще всего находят применение в обсуждаемых процессах диспергирования, могут быть использованы как в качестве растворителя (метод RESS) [4,5], так и в роли антирастворителя и осадителя (метод SAS) [6, 19].

Возможности RESS метода для

дисперигрования полимерных материалов ограничены в виду низкой растворимости полимерных материалов в СКФ средах.

Наиболее предпочтительным представляется SAS метод дисперигрования полимерных материалов, так как СКФ среда используется в качестве антирастворителя и условие растворимости

диспергируемого материала достигается другими: органическими и неорганическими растворителями, находящимися преимущественно в жидком состоянии.

Принцип использования антирастворителя в методике SAS (Supercritical Anti-Solvent) заключается в следующем: вначале осуществляется растворение исходного твердого материала в традиционном органическом растворителе; затем этот раствор вводят в контакт со сверхкритическая флюидной средой,

плохо растворяющей или не растворяющей диспергируемый материал. Варьируя условиями в диспергаторе (давление, температура, наличие различных полей и т.д.), можно достигать более или менее быстрого выделения фазы исходного материала в виде мелкодисперсных частиц.

Классификация растворителей

Как и все химические соединения, растворители разделяют на неорганические и органические. Важнейший неорганический растворитель - вода. Менее известные неорганические растворители - легкоплавкие галогениды (например, ВгБ3), оксогалогениды (например, сульфурилхлорид, тионилхлорид), азот содержащие растворители (жидкий аммиак) и др.

Круг органических растворителей шире.

Растворители можно классифицировать по их физическим свойствам [7].

Растворители с температурой кипения ниже 100оС относятся к низкокипящим, с температурой кипения выше 150оС - к высококипящим. По степени летучести растворители подразделяют на легколетучие, среднелетучие и труднолетучие.

В зависимости от вязкости растворители подразделяют на маловязкие (менее 2 мПа-с), средневязкие (2-10 мПа-с) и высоковязкие (более 10 мПа-с).

В соответствии с наличием / отсутствием дипольного момента и величиной диэлектрической проницаемости различают полярные и неполярные растворители. В зависимости от диэлектрической проницаемости и донорно - акцепторных свойств различают четыре группы растворителей:

1. Протонные растворители (вода, спирты, карбоновые кислоты и др.). Они являются донорами протонов и обладают высокой диэлектрической проницаемостью (е>15).

2. Апротонные биполярные растворители

(некоторые апротонные амиды, кетоны,

сульфоксиды). Обладают высокой диэлектрической проницаемостью (е<15), но не обладают донорно-акцепторными свойствами.

3. Электронодонорные растворители (эфиры).

4. Неполярные растворители с низкой диэлектрической проницаемостью (е>15). Это сероуглерод, углероды. Такие растворители не обладают донорно - акцепторными свойствами ни по отношению к протонам, ни по отношению к электронам.

Таблица 1 - Физические свойства органических растворителей

№ п/п V, мПа-с ^вспышк К Раствори м. в воде % С 3 □ Ц п 20 Цо Э

1 0,245 -41 6,5 300 74,12 1,3526

2 0,435 14 2,0 50 84,93 1,4244 ),32

3 -30 0,18 0,01 2,625 76,143 1,6255

4 0,318 -20 Хорошая 200 58,079 ),43

5 0,58 0,82 250 4,796 119,38 1,4459 0,31

6 0,597 10 Хорошая 5 32,63 32,04 1,3286 072

7 0,326 -23 0,014 300 1,892 86,18 1,3749

8 0,86 0,44 20 5,64 133,41 1,4379

9 0,969 0,077 20 2,234 153,83 1,4603 0,14

10 0,455 -3 9,7 200 6,053 88,1 1,3724 0,45

11 1,22 12,2 Хорошая 1000 26,8 46,069 1,3611

12 0,647 -11 0,18 5 2,284 78,11 1,5011 0,25

13 0,35 41,05 1,3441

14 2,43 12- 22,5 Хорошая 980 18,3 60,09 1,3776

15 0,840 13 0,81 10 10,4

16 1,31 12 хорошая 10 2,209 88,1 1,4224

17 0,584 4 0,014 0,6 2,366 92,14 1,4969

18 34 9,0 10 1,4053

19 0,732 25 1,37 200 116,26 1,395

20 2,1 49 хорошая 200 90,042 1,408

21 0,809 32 0,018 50 2,594 106,16 1,5055

22 0,80 58 хорошая 10 101,15 1,434

23 1,022 46 2,3 10 2023 84,16 1,4262 0,03

24 2,473 95 Хорошая 20 48,9 78,13 1,4795

25 2,03 87 0,2 3 123,11 1,1562

Продолжение табл. 1

№ п/ п Наименование Хим. форм ^кипен> вс Р 1 насыщ кПа Р, кг/м3 Ткр К Р МПа

1 Диэтиловый эфир сно 34,5 72,1 0,714 466,7 3,644

2 Метиленхлорид СН2СІ2 40,1 52,4 1,336

3 Сероуглерод С32 46,3 2,643 1,263 546,2 7,90

4 Ацетон с2нбо 56,1 24,3 0,792 508,1 4,70

5 Хлороформ СНСІ3 61,7 26 1,489 536,5 5,35

6 Метанол СН40 64,7 11,8 0,792 513,3 7,977

7 п-Гексан С^!4 68,7 20,1 0,659 507,6 3,03

8 1,1,1- трихлорметан С2Н2СІ2 74,1 16,1 1,338 539 4,03

9 Четыреххлористый углерод ССІ4 76,7 15,3 1,595 556,2 4,545

10 Этилацетат С2Н0 77,1 12,0 0,901 523,5 3,78

11 Этанол С2Н0 78,3 8,0 0,802 516,2 6,395

12 Бензол СбНб 80,1 13 0,879 562 4,895

13 Ацетонитрил С2НЫ 81,6 0,785 7 547,8 4,927

14 Изопропиловый спирт СНО 82,4 1,33 0,785 5 508,1 5,3

15 Дихлорэтан С2Н4СІ2 83,5 10,65 1,253

16 1,4-Диоксан СН02 101,3 4,9 1,036 586,5 5,17

17 Толуол СуН8 110,6 0,867 591,7 4,108

18 1-Бутанол СНО 117,4 0,83 0,810

19 п-Бутилацетат СбНі202 126,3 2,4 0,881

20 Этилцелозольв СН02 135,6 0,71 0,931

21 О-Ксилол СН 144,4 0,88 0,880 630,3 3,732

22 NN -диметилформа-мид С5Нц0ії 153,0 0,49 0,944

23 Циклогексан СбНі2 155,7 0,64 0,948 554 4,11

24 Диметилсульфок- сид С2Нб80 189,0 1,948

25 Нитробензол СбН5Ы02 210,8 0,037 1,205

Обозначения в таблице: 1Кипею — температура кипения[7] ; Рнасыщ, — давление насыщения паров [7]; р плотность [7]; V — динамическая вязкость [7]; Т^. Ркр критические температура и давление [8,-12]; *вспышп температура самовоспламенения; □ -диэлектрическая проницаемость [12-13]; ц — молекулярная масса; п^2- показатель преломления; Э — элюирующая сила растворителя при хроматографии на силикогеле [11].

В зависимости от кислотно - основных свойств, растворители могут быть кислотными (уксусная кислота), основными (пиридин),

нейтральными (бензол).

В промышленных масштабах в основном применяются смесевые растворители, что

определяются их меньшей стоимостью по сравнению с

индивидуальными. При разработке новых технологических процессов, в частности, 8Л8

метода диспергирования полимерных материалов лучше использовать индивидуальные растворители (состоящие из одного химического соединения). Использование индивидуальных растворителей упрощает подбор растворителя, определение его критических параметров для ориентации на соответствующие области фазовой диаграммы системы растворитель - «растворяемый материал -сверхкритический диоксид углерода»,

математическое моделирование и оптимизацию технологического процесса.

В отличие от смесевых растворителей, индивидуальные растворители характеризуются константами своих физических свойств. Хотя для смесевых растворителей также характерен некоторый диапазон, в пределах которого изменяются эти свойства.

Растворителями богаты практически все известные классы органических соединений: предельные углеводороды; хлорированные углеводороды; ароматические соединения; спирты; простые и сложные эфиры; кетоны и др.

Физические свойства некоторых наиболее распространенных органических растворителей в порядке возрастания температур кипения при атмосферном давлении приведена в таблице 1. Термодинамика растворов Растворы низкомолекулярных и / или высокомолекулярных соединений являются обратимыми средствами. Они подчиняются правилу фаз Гиббса и могут быть описаны обычными диаграммами состояния.

Растворение является самопроизвольным процессам и сопровождается уменьшением изобарно-изотермического потенциала (АС): АС=АН-ТА при Р1Т=еош1, где АН - изменение энтальпии системы, А -изменение энтропии системы, Т - абсолютная температура, Р - давление.

Растворимость химических соединений в растворителях определяется термодинамическим сродством, мерой которого является разность изобарно-изометрического потенциала

компонентов:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

АГ _ с — С

смеси раствора / 1 компонентов

Чем больше по абсолютной величине АОсмеси, тем больше сродство между компонентами, тем лучше растворимость.

Другими словами можно сказать, что при растворении главенствует принцип «Подобное растворяется в подобном». Максимальное значение АОсмеси будет в том случае, если растворяемое вещество и растворитель близки по химической природе.

Особенности растворения полимеров.

Растворы полимеров (высокомолекулярных соединений) обладают целым рядом особенностей по сравнению с растворами низкомолекулярных соединений из-за специфических свойств

макромолекул: больших размеров, широкого

диапазона гибкости, большого набора конформаций (пространственных конфигураций), способности изменять конформации при изменении температуры или смеси растворителя и т.д.

Особенностью процесса растворения

высокомолекулярных соединений является их набухание. Скорость диффузии макромолекул значительно меньше, чем скорость диффузии молекул растворителя. Поэтому последние быстрее проникают в полимерную фазу, чем макромолекулы в растворитель. В результате объем полимера сильно увеличивается. Набухание не всегда может закончиться растворением. Если полимер и

растворитель смешиваются друг с другом ограниченно, в конце процесса образуются две фазы: насыщенный раствор полимера в растворителе и насыщенный раствор растворителя в полимере. С изменением условий, например, температуры,

ограниченное растворение может перейти в неограниченное, и наоборот.

Полимеры пространственного (трехмерного) строения в лучшем случае могут только набухать. Наличие химических связей не позволяет макромолекулам оторваться друг от друга и перейти в раствор. Полимеры, имеющие пространственную структуру молекул и после нагревания теряющие свойства расплавляться, называют реактопластами. При их полимеризации используется отвердитель.

Теория импульсного метода экспериментального определения комплекса теплофизических свойств веществ

Моделирование процесса и в дальнейшем проектирование на основе модели промышленных установок для диспергирования материалов, в том числе, полимеров не возможно без знания теплофизических свойств (ТФС), как полимеров, так и их растворителей. При чем, такие сведения необходимы для широкой области параметров состояния, включая и сверхкритическое состояние. К теплофизическим свойствам относятся коэффициенты тепло- и температуропроводности, тепловая активность, теплоемкость, вязкость и др. Все приведенные теплофизические свойства являются физическими константами вещества зависящими только от параметров состояния.

Имеющиеся в настоящее время справочные значения ТФС, в частности в справочниках по теплопроводности жидкостей и газов, значения

теплопроводности Xе жидких органических

растворителей в основном базируются на экспериментальном материале, полученном

традиционными методами. Традиционные методы измерения (метод плоского слоя, метод коаксиальных цилиндров, метод нагретой нити) дают эффективные значения ТФС, т. е. искажены радиационным

теплопереносом. Эти значения могут отличаться от истинных молекулярных до 20% и более. Органические растворители, в большинстве своем, при тех толщинах исследуемой среды, которые имеют

место в традиционных методах (0,5^0,7мм), являются полупрозрачными средами.

Напротив, значения ТФС полимерных материалов полученные традиционными методами можно считать истинными - молекулярными т.к. являются оптически толстыми - не прозрачными для теплового излучения средами.

Когда нет завершенной теории, особое

Рис. 1 - Автоклав в сборе с измерительной ячейкой

значение приобретают экспериментальные исследования, которые обеспечивают недостающей информацией.

Международной комиссии по

термодинамике и термохимии ежегодно появляется потребность в данных о свойствах 10 - 15 тысяч веществ и материалов, очевидно, что только создание высокопроизводительных прецизионных методов комплексного измерения свойств могут решить эту проблему.

Одним из таких методов является реализованный нами метод импульсно нагреваемого малоинерционного зонда в стадии иррегулярного теплового режима в автоматизированном варианте. Принципиальной особенностью этого метода является то, что за время измерения тепловая волна от зонда проникает в среду на очень маленькую глубину. Если эта глубина меньше длины свободного пробега фотона, то зондируется прозрачная среда и получаемые значения ТФС можно отождествить с молекулярными.

Метод импульсно нагреваемого зонда базируется на использовании уравнения теплопроводности в виде

(ЗТ '/Зт)— аУ2Т ' = 0.

Постановка задачи для идеальной модели плоского источника тепла при т > 0

следующая:

ЗТ' З2Т '

= а-

2

(1)

^ Зх

При следующих краевых условиях, в силу симметрии температурного поля относительно оси X : при т = 0 , Т ' = 0 ; при X ^ го , Т ' ^ 0 ; при X = 0 , — Х(ЗТ'/Зх) = , где Т ' = Т — Т0 .

Решая (1) относительно температуры пластины для двух моментов времени, получается зависимость для определения тепловой активности ^ жидкости, в которую погружен плоский источник тепла:

= де (У'ч —-/й)

х =

л/^(Т2 — Т1)

(2)

Постановка задачи для идеальной модели линейного источника тепла в силу симметрии температурного поля при т > 0 следующая:

2

З 2Т ' 1 ЗТ'

= а—- + -— (3)

, Зг2 г Зг

ЗТ' Зт

при т = 0 при Г = Г0

При следующих краевых условиях:

Т' = 0 ; при Г — да , Т' —— 0 ;

- 2л Г0 Х(ЗТ'/Зг )= .

Решая (3) относительно температуры линейного источника тепла (Г. Карслоу и Д.

Егер) Т' = (чк/4яХ) 1п(4ат/ г^С ) для двух

моментов времени, получается зависимость для определения теплопроводности X жидкости, в которую погружен источник тепла:

Х = Зк. |п(т2/т1) (4)

4л Т2 - Т1 ^

Измерениям можно придать комплексный характер, если использовать плоский источник тепла ограниченной ширины. Постановка задачи для идеальной модели плоского источника тепла бесконечной длины — да < у < да ограниченной

ширины — В/2 < X < В/2 при т > 0 следующая:

ЗТ'

Зт

= а

( З2Т' З 2ТЛ

,2

+ -

.2

(5)

.Зх" Зz ^

При следующих краевых условиях, с учетом симметричности температурного поля относительно осей х и z: при т = 0 , Т' = 0; при X — да, Т' — 0 ; при z — да , Т' — 0 ; при X > (В/2) ,

— Х(ЗТ'/Зх) = ; при z = 0, — Х(ЗТ'^) = .

При т — 0 решение уравнения (5) асимптотически приближается к решению идеальной модели плоского источника тепла (2). При т — да решение уравнения (5) асимптотически приближается к решению идеальной модели линейного источника тепла (4).

Если одна из плоскостей плоского источника тепла ограниченной ширины контактирует со средой,

имеющей свойства Х',а' , а другая -со средой -X',а' , то при т — 0 и т —да получается соответственно:

х,= 2Ч8 — л/т7 ) (6) и

х*ЛХТ2 — Т1)

Х- = _Лк_. |п(т2/т 1) (7)

2 Х'л Т2 — Т1

Способ измерения температуропроводности основан на балансировке моста (Рисунок 1), задания характеристик импульса, измерение изменения значений напряжения на диагонали моста и построение термограммы предварительно для эталонного вещества. При этом согласно модели (3, 4), определяют для некоторого момента времени величину

Кэт = (Тт;ээ — Тт0 )/^ф,ээ , (8)

где к эт - расчетная величина для эталонной жидкости, Т; и Тт0 - избыточная температура

зонда в моменты времени т,ээ и т0 ,

^9^ээ = (ТТ,ЭЭ — ТТ0 ^^“Чээ/т0 ) . Затем

балансировку моста, задание характеристик импульса, измерение п дискретных значений напряжения, построение термограммы проводят для исследуемого вещества, определяют Т; - Т'т0 , и

Т,, при условии

к эт = Ki = (т; — Тт0 )/ tgфi, (9)

где к - расчетная величина для исследуемого вещества, Т| - избыточная температура зонда в

момент времени т,, tgФi = (тт, — т;о )/ 1п(т^ т0)

и рассчитывают значение коэффициента температуропроводности исследуемого вещества по зависимости

а, =(а,ээт,ээ У; (10)

где а, и а,ээ - температуропроводность

соответственно исследуемого и эталонного веществ. На основе решения математической модели теплообмена между потоком вязкой несжимаемой жидкости и импульсно нагреваемой пластиной

ограниченной ширины был разработан способ измерения кинематической вязкости V жидкостей:

Т ' = 2С

Яь V X-У*-В

Т ' = С3!п

КІ

Ре

(£-+ 1пх- w - в/2

С з ц, /2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

V = е “ , (11)

где С3= 0,000716. Граница применимости (11) определяется выражением

Fo>C4 (Reв/2)-1/2Pe-1, (12)

где С4 =140.

Если известна температуропроводность плёнки (газообразной, жидкой или твердой), с которой контактирует зонд, то можно измерить её толщину. Для этого используется уравнение, полученное Спириным для эффективной глубины проникновения

температурного поля в среду I эф = (2/л/я^/ат .

Погрешность измерения толщины пленок, по нашей оценке, составляет 4-5%; она в основном зависит от надежности данных по температуропроводности.

Приведённые модели справедливы для идеальных источников тепла. Хотя применяемые в качестве источников тепла зонды практически соответствуют моделям, все же приходится вносить некоторые поправки на отклонение от идеальности. Рассматриваются следующие поправки: на влияние тепловой инерционности зондов, на влияние конечности характерных размеров, на излучение с поверхности зондов. Сумма всех вводимых поправок в случае измерения X органических жидкостей линейным зондом 0 5 мкм в наших опытах.

В качестве линейного источника тепла используется платиновая проволока 0 5 мкм длиной 30-80 мм. Этими зондами измерены X и а органических жидкостей по модели (3) и (4). Погрешность измерения X 1-1,2%, а а - 3%.

А при измерении % и X плоскими зондами сумма поправок не превышала 4-6%. В случае же измерения а по компенсационной схеме отпадала необходимость во введении поправок. Погрешность измерения % и X органических жидкостей по зависимостям (5), (6) и (7) оценивается в 3%. Погрешность измерения кинематической вязкости по модели (11) составляла 5-6%.

Погрешность результатов измерений определялась в соответствии с ГОСТ8.207-76.

Предложенные способы измерения теплофизических свойств защищены патентами на изобретение [15 - 17]. Используемые для измерения ТФС зонды включены в мостовую схему, описанную в [15-17]. Малые размеры измерительных зондов позволяют измерять ТФС исследуемого вещества в предельно малых объемах. Так. Для исследования достаточно до 1 см3 вещества, что позволяет снизить затраты на эксперимент, так как исследовались химические соединения марки Ч. Д.А и Х.А. Это также, особенно важно в случае дорогостоящих, трудно синтезируемых химических соединений. На рис. 1 представлен автоклав в сборе с измерительной ячейкой. Автоклав снабжен двухслойной медной рубашкой. На каждом слое медной рубашки в цилиндрические спиральные пазы уложены магнезиальные нагревательные кабели. На внутреннем слое таких нагревателей три, что необходимо для выравнивания температурного поля по оси измерительной ячейки. Контроль и автоматическое регулирование температуры осуществляется через хромель-алюмелевые термопары, представляющие собой магнезиальные кабели, заделанные в тело рубашек.

Экспериментальная часть

Результаты измерения коэффициентов теплопроводности (далее теплопроводности) приведены на рис. 2 и 3. Особое внимание уделялось измерению ТФС при высоких температурах, вплоть до температур термического разложения, где эффект влияния излучения на результаты измерения традиционными методами максимален. Напротив, особого внимания на измерение ТФС при повышенных давлениях нами не уделялось, поскольку эксперименты показали, что в пределах погрешности измерений эффект влияния давления на ТФС, как для молекулярных, так и эффективных значений свойств был одинаков. С ростом Т расхождения полученных нами значений

ХЭ от справочных Х*^ [18] З^величиваются до 23%.

—Тагг/с-л колес %

•С' 1 ■йп/олатм Егї

■” ■- . --

>-

Л

эе

£«■

■о-

о

51Я

о

»111

■=

О

^1-

■ ” ЯШ ЭЯ 9 эт Я 'ЛЯ Т.Е

V , ЙЮаНМОГЕ* Й Ееюалстрае В —*— □еюапмй'И ЕМ "Ь —•— йюолмогн Ю М"1з □б-Е-.чтвї К МТа Бенаї^в 33 Г,Па Беиапсфае 33 ИТа

<;■ -

ТЕ

Рис. 2 - Молекулярная теплопроводность

толуола, бензола и о-м-п-ксилолов

Выводы

1.К

Рис. 3 - Молекулярная теплопроводность

гекилового, децилового спиртов и дифенилового эфира

Впервые измерены температуропроводности бензола, толуола, о-м-п-ксилолов в диапазоне температур 290-500К по линии насыщения (рис. 4). Температуропроводности этилбензола и

изопропилбензола измерены в диапазоне температур 290-600К и давлений 0,1-30 МПа (рис. 4). Ранее температуропроводность исследованных нами соединений определялась только расчетным путем по данным о теплопроводности, теплоемкости и плотности.

І.Е

Рис. 4 - Молекулярная температуропроводность ароматических углеводородов

Измеренные значения а и X ароматических углеводородов взаимосогласованы, т.к. исследованы одним и тем же измерительным узлом при одних и тех же Р и Т. Рассчитанные по таким значениям а и X величины других теплофизических свойств - X и

срр так же взаимосогласованы.

Расхождения наших значений а со справочными при высоких температурах доходят до 10%, это объясняется тем, что в традиционных методах измерения не учитывается радиационный тепловой поток.

Впервые экспериментально получены молекулярные значения тепло- и

температуропроводности в широкой области параметров состояния для бензола, толуола, о, n, m -ксилолов, этилбензола, изопропилбензола,

дифенилового эфира, гексилового и децилового спиртов. Полученные нами значения ТФС достоверны в пределах погрешности измерений. Достоверность наших значений также

подтверждается согласием, в пределах погрешности, с результатами других исследователей, которые получали ТФС, не искаженные радиационным теплопереносом. Внесение расчетной поправки на радиационный теплоперенос на эффективные (справочные) значения ТФС уменьшает

расхождения данных, полученных традиционными методами, с нашими результатами с 6-23% до 1-2%.

Благодарности. Работа выполнена при поддержке РФФИ (11-08-12090-офи-м), Минобр РФ (грант, № госрегистрации G12G1156G41).

Литература

1. Гумеров Ф.М., Сабирзянов А.Н., Гумерова Г.И. Суб -и сверхкритические флюи-ды в процессах переработки полимеров. (Монография). Изд-во «ФЭН», Казань, 2GGG, 32S с.; 2GG7, 325 с

2. Гумеров, Ф.М. Программно-методическое

обеспечение учебного курса «Основы сверхкритических флюидных технологий/ Ф.М. Гумеров, Д.Г.Амирханов, Р.А.Газизов, О.А.Лонщаков, Р.Р. Габитов, Т.Р. Билалов, А. Н. Сабирзянов //Сверхкритические флюиды: теория и практика. -2GG9.- Т.4-№1.-С. 7S-S4

3. Сверхкритические флюиды: Практикум по основам

сверхкритических флюидных технологий: учебное

пособие. 2-е переработанное и дополненное издание. Р.А.Газизов, Д.Г. Амирханов, Ф.М.Гумеров, В.Ф.Хайрутдинов и др. -Казань: Изд-во ООО

«Инновационно-издательский дом «Бутлеровское наследие». 2G1G. 452 с.

4. Гильмутдинов, И. М. Диспергирование полимерных материалов с использованием сверхкритических флюидных сред / И.М. Гильмутдинов, В.Ф. Хайрутдинов, И.В. Кузнецова, А.А. Мухамадиев, И.Р. Габитов, Ф.М. Гумеров, А. Н. Сабирзянов //Сверхкритические флюиды: теория и практика. -2GG9.-№3.-С. 25-3S.

5. Кузнецова, И.В. Диспергирование фармацевтических, полимерных материалов с использованием сверхкритических флюидных сред/ И.В. Кузнецова, И.М. Гильмутдинов, В.Ф. Хайрутдинов, А. А. Мухамадиев, Ф.М. Гумеров, А. Н. Сабирзянов// Вестник Казан. технол. ун-та.- 2G1G.- №2.- C321-32S.

6. В.Ф.Хайрутдинов, Ф.Р.Габитов, Ф.М.Гумеров, B. Le Neindre, Е.С. Воробьев. Термодинамические основы процесса диспергирования поликарбоната с использованием метода SAS. // «Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика». Т. 6, №3, 2G11, c. 62-7S.

7. В.Уразов. Растворители.//Технологии в электронной промышленности, №1, 2GG6, с. 44-49.

S. Arvind P. Kudchadker, Douglas Ambose, Constantine Tsonopoulos. Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 7. Oxygent Compounds Other Than Alkanols and Cycloalkanols// J. Chem. Eng. Data 2GG1, 46, 457-479.

9. Tsonopoulos, C.; Ambrose, D., Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 3. Aromatic Hydrocarbons// J. Chem. Eng. Data, 1995, 40, 547-558.

10. Douglas Ambrose, Constantine Tsonopolos. Vapor-Liqiid Critical Oroperties of Elements and Compounds. 2. Normal Alkanes // J. Chem. Eng. data 1995, 40, 531-546.

11. С.Н.Сычев, К.С.Сычев, В.А.Гаврилина.

Высокоэффективная жидкостная хроматография на микроколоночных хроматографах серии «Милихром». www.ximicat.com./ebook.php?file=sychov_ana.djvupage=9

12. Химическая энциклопедия. www.xumuk.ru.

13. Татевский В.М. Физико-химические свойства

индивидуальных углеводородов Госатомиздат. М. 1960. 412 с.

14. Нестерова Т.Н., Нестеров И.А. Критические температуры и давления органических соединений. Анализ состояния базы данных и развитие методов прогнозирования. Самара: Изд. Самарского научного центра РАН, 2009. - 580 с.

15. Патент на А.С.№2139528. РФ, MKH4G01N25/18. Устройство и способ для измерения теплофизических свойств жидкостей и газов./ Габитов Ф.Р., Юзмухаметов Ф.Д., Тарзиманов А.А. ,Зайнуллин И.М., Саттаров И.Р.

(РФ).-№98100282; Заявлено 05.01.1998;

0публ.10.10.1999, Бюл. № 28.-7с.

16. Патент на А.С.№2209417. РФ, МКИ^0Ш25/18. Способ для определения свойств жидкости или газа и устройство для осуществления способа./ Габитов Ф.Р., Юзмухаметов Ф.Д., Тарзиманов А.А. ,Зайнуллин И.М., Шакиров Н.З. (РФ); Заявлено 20.06.2001; Опубликовано 27.07.2003. Бюл. 21.

17. Патент на А.С.№2233440. РФ, МКИ^0Ш25/18.

Способ для определения свойств жидкости или газа и устройство для осуществления способа./ Габитов Ф.Р., Юзмухаметов Ф.Д., Тарзиманов А.А. , Аляев В.А., Шангараев Р.Х.. (РФ); Заявлено 15.12.2002;

Опубликовано 27.07.2004. Бюл. 21.

18. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов/ Н.Б. Варгафтик, Л.П.Филиппов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -352 с.

19. В.Ф.Хайрутдинов, Ф.Р.Габитов, Ф.М.Гумеров. Термодинамические основы процесса диспергирования поликарбоната с использованием метода SAS. // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. Т.14, №7. С. 101-107

© Ф. М. Гумеров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, gum@kstu.ru; Ф. Д. Юзмухаметов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. З.Шакиров - соискатель той же кафедры; Р. Ф. Габитов -студент МНИТУ (МГТУ им. Баумана).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.