CC BY
74
Аляев В.А. // Вестник Казан. технол. ун-та. №1-2. 2002. С. 213-219.
Бахшиев Н.Г. Спектроскопия межмолекулярного взаимодействия. Л.: Наука, 1972.
Варгафтик Н.Б. и др. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 349 с.
Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. Кн.1. М.: Инлит,1962. 520 с.
? В. А. Аляев - канд. техн. наук, проф., проректор по экономической и инновационной политике КГТУ; А. П. Бударин - асп. каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТУ; П. И. Бударин - канд. техн. наук, доцент той же кафедры ; К. Б. Панфилович - д-р техн. наук, проф. каф. вакуумной техники КГТУ.
УДК 536.632
З. И. Зарипов, С. А. Булаев, Г. Х. Мухамедзянов ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМЕСЕЙ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕЙ
Проведены комплексные измерения в теплопроводящем калориметре значений коэффициентов изобарной теплоемкости, температуропроводности смесей полиэтиленгликолей при температуре 298 - 363К в диапазоне давлений 0.098 - 196 МПа.
Исследованию теплофизических свойств смесей полиэтиленгликолей посвящено значительное количество работ. Наиболее исследованы в широкой области изменения параметров состояния такие свойства, как плотность г , коэффициент динамической вязкости ? [1]. Практически отсутствуют сведения по коэффициенту
теплопроводности 1 и коэффициента теплоемкости для большинства смесей полиэтиленгликолей при высоких давлениях, за исключением экспериментальных данных при атмосферном давлении [2, 3]. Для восполнения пробела в экспериментальных данных были выполнены исследования изобарной теплоемкости СР, температуропроводности а бинарных смесей моноэтиленгликоля (МЭГ), диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ) и тройной смеси МЭГ-ДЭГ-ТЭГ. Значения показателя преломления, плотности, интервалы температур и давлений, охваченных опытом, приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Основные физико-химические свойства бинарных смесей полиэтиленгликолей
Вещество Показатель преломления Плотность
гкгм Исследованный интервал
265 с.
параметров
Т, К Р, МПа
50%МЭГ-50%ДЭГ 1.4396 1112.7
50%МЭГ-50%ТЭГ 1.4431 1115.4
50%ДЭГ-50%ТЭГ 1.4515 1115.6
298-363
298-363
298-363
0.098-196
0.098-196
0.098-196
33,3%МЭГ-33,3%ДЭГ-33,3%ТЭГ 1.4436
1116.0
298-363
0. 098-196
Результаты исследований
Результаты измерения теплофизических свойств приведены в табл. 2-5. Полученные значения изобарной теплоемкости СР бинарной смеси МЭГ-ДЭГ при атмосферном давлении согласуются в пределах 1-2% с данными [3]. Характер изменения исследованных свойств в зависимости от давления и температуры типичен для органических жидкостей. Для бинарных смесей отмечено уменьшение отклонения СР от правила аддитивности с ростом температуры и увеличение отклонения от правила аддитивности с ростом молекулярной массы смеси.
Таблица 2 - Экспериментальные значения теплофизических свойств бинарной смеси МЭГ-ДЭГ в зависимости от температуры и давления
РМПа Т=298.15 К Т =323.15 К СР ?103,
Дж кг-1?К-1 а?108 , м2 с-1 СР ?103,
Дж кг-1?К-1 а?108 , м2 с-1
0.098 2311 8.70 2400 8.57
49 2248 9.28 2368 8.979
98 2213 9.71 2296 9.54
147 2185 10.12 2270 9.85
196 2169 10.32 2254 10.22
Т =348.15 К Т =363.15 К
0.98 2500 8.38 2567 8.33
49 2425 8.93 2485 8.93
98 2394 9.34 2443 9.37
147 2370 9.75 2414 9.75
196 2329 10.08 2387 10.09
Таблица 3 - Экспериментальные значения теплофизических свойств бинарной смеси МЭГ-ТЭГ в зависимости от температуры и давления
РМПа Т =303 К 5 1 Т =323.15 К
СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1 СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1
0.098 2343 8.50 2385 8.47
49 2278 8.96 2346 9.02
98 2252 9.50 2296 9.44
147 2232 10.06 2267 9.91
196 2197 10.60 2249 10.42
Т =348 .15 К Т =363.15 К
0.098 2438 8.44 2469 8.41
49 2387 9.00 2422 8.99
98 2343 9.46 2370 9.48
147 2320 9.83 2342 9.85
196 2288 10.39 2304 10.25
Таблица 4 - Экспериментальные значения теплофизических свойств бинарной смеси ДЭГ-ТЭГ в зависимости от температуры и давления
РМПа Т=298 .15 К Т=323 15 К
СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1 СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1
0.098 2,243 7.96 2,323 7.79
49 2,207 8.38 2,269 8.32
98 2,156 8.84 2,198 8.86
147 2,109 9.28 2,155 9.28
196 2,097 9.52 2,141 9.58
Т=34 8.15 К Т=363.15 К 0.098 2,403 7.71 2,451 7.66
49 2,320 8.33 2,404 8.14
98 2,282 8.72 2,351 8.65
147 2,251 9.13 2,304 9.13
196 2,208 9.56 2,282 9.56
Таблица 5 - Экспериментальные значения теплофизических свойств тройной смеси МЭГ-ДЭГ-ТЭГ в зависимости от температуры и давления
РМПа Т=303 .15 К Т= 323. 15 К
СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1 СР ?103,
Дж кг -1?К-1 а?108 ,
м2 с- 1
0.098 2,284 8.54 2, 365 8.39
49 2,226 9.11 2, 283 9.09
98 2,198 9.49 2, 265 9.45
147 2,179 9.81 2, 236 9.77
196 2,146 10.17 2, 203 10.17
Т=348 .15 К Т =363 ; .15 К
0.098 2,426 8.33 2, 491 8.31
49 2,336 9.07 2, 408 8.95
98 2,307 9.51 2, 366 9.45
147 2,267 9.94 2, 305 10.00
196 2,242 10.34 2, 273 10.45
Используя ранее полученные соотношения [4,8] для обобщения экспериментальных данных по теплофизическим свойствам органических жидкостей получены единые зависимости для Ср , а (рис.1-2) в виде
(1)
(2)
где - изотермическое изменение энтропии в интервале давлений от атмосферного Ро до Р и температуре Т, кДж/(кг-К); Ср(Р,Т), Ср(Р0,Т) - изобарная теплоемкость
соответственно при давлении Р и Ро и температуре Т, кДж/(кг-К); а(Р,Т) и а(Р0 , Т) - температуропроводность соответственно при давлении Р и Ро и температуре Т,
м2/с; И-газовая постоянная, кДж/(кг-К); А и В -константы уравнений. При расчете ББТ были использованы данные [1].
Погрешности расчета по выражениям (1-2) сопоставимы с погрешностью измерения и не превышают ±2.5 %. Для определения теплоемкости СР(Р,Т) и а(Р,Т) необходимо располагать данными по теплоемкости, температуропроводности при атмосферном давлении СР(Р0,Т), а(Р0 ,Т) и значениями удельного объема v= £(Р,Т). Уравнения (1,2) можно использовать для расчета и прогнозирования теплоемкости и температуропроводности бинарных и тройных смесей полиэтиленгликолей.
Рис. 1 - Относительное изменение тепло-
емкости при различных температурах и давлениях в зависимости от ?БТ:
1 - 50% МЭГ-50% ДЭГ; 2 - 50% МЭГ-50% ТЭГ; 3 - 50% ДЭГ-50% ТЭГ; 4 - 33,3% МЭГ-33,3% ДЭГ-33,3% ТЭГ
Рис. 2 - Относительное изменение температуропроводности при различных температурах и давлениях в зависимости от ?БТ: 1 - 50% МЭГ-50% ДЭГ; 2 - 50% МЭГ-50%ТЭГ; 3 - 50% ДЭГ-50% ТЭГ; 4 - 33,3% МЭГ-33,3% ДЭГ-33,3% ТЭГ
Экспериментальная часть
Исследования выполнены на модернизированной установке, реализующей метод теплопроводящего калориметра, с автоматическим сбором и обработкой информации [4-6] по методике [6,7]. Результаты контрольных измерений Ср и а дистиллированной воды, выполненные ранее на данной экспериментальной установке [6], показали хорошую согласованность с литературными данными. Доверительные границы общей погрешности измерения (Р=0.95) составляют для изобарной теплоемкости 1.8%, для температуропроводности - менее 2.9%.
Литература
Фомина М. Г., Сагдеев Д.И., Мухамедзянов Г.Х. Черкассы, 1986. Деп. в ОНИИТЭХИМ.
№ 1136-Х11-86.
Богачева И.С, Земдиханов К.Б., Мухамедзянов Г.Х., Садыков А.Х.,Усманов А.Г. // ЖФХ. 1980. Т.54. №6. С.1468.
Зарипов З.И., Мухамедзянов Г.Х. Черкассы. 198 8. Деп. в ОНИИТЭХИМ.
Зарипов З. И. Экспериментальные исследования изобарной теплоемкости полиэтилен- и полипропиленгликолей в интервале температур от 298К до 363К и давлениях до 150 Мпа: Дис ... канд. техн. наук / КХТИ. Казань, 1985. 120 с.
Бурцев С.А., Зарипов З.И., Мухамедзянов Г.Х. Деп. в ВИНИТИ. 2000. № 2400-В00. Зарипов З.И., Бурцев С.А., Гаврилов А.В., Мухамедзянов Г.Х. // Материалы Х Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. Казань, 2002.
С.156.
Зарипов З.И., Бурцев С.А., Гаврилов А.В и др. // Вестник Казанского технол. унта. Казань. 2002. №1-2. С.208.
Мухамедзянов Г.Х. Теплопроводность жидких органических соединений: Дис. ...д-ра. техн. наук / КХТИ. Казань, 1974. 510 с.
? З. И. Зарипов - канд. техн. наук, докторант каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТУ; С. А. Булаев - асп. той же кафедры; Г. Х. Мухамедзянов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
