Влияние давления и температуры на спектральные коэффициенты поглощения этилена Текст научной статьи по специальности «Физика»

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 536.535.34

Д. В. Косенков, П. И. Бударин, К. Б. Панфилович

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭТИЛЕНА

Ключевые слова: коэффициент поглощения, инфракрасный спектр, температура, давление.

По измеренным инфракрасным спектрам пропускания газообразного этилена рассчитаны спектральные и массовые коэффициенты поглощения в интервале температур 289-343 К и давлений 0,1-5 МПа.

Key words: сoefficient absorption, infrared spectrum, pressure.

On the basis of experimentally obtained transmittance spectra of gaseous ethylene, spectral and mass absorption coefficients have been calculated over the temperature range 289-343 K and pressure range 0.1-5 MPa.

Эффективность работы современных промышленных аппаратов связана с повышением термодинамических параметров - давления и температуры. Рациональное использование энергоресурсов в них возможно в случаях достаточно точных расчетов процессов переноса тепла. При наличии радиационного и радиационно-кондуктивного теплообмена точность расчетов во многом будет определяться надежностью радиационных характеристик сред и в первую очередь спектральных коэффициентов поглощения. Проведенный обзор литературы показал, что спектральные и интегральные коэффициенты поглощения веществ в близи фазового перехода газ-жидкость и в закритическом состоянии почти не изучены. Наибольшее количество измерений выполнено при нормальных условиях. Получены лишь опытные данные для расчета радиационных характеристик водяного пара, оксида и диоксида углерода и небольшого количества алканов и олефинов в идеально-газовом состоянии. Спектральные характеристики газов, кроме бутана, гексана при давлениях до 10 МПа [1], не исследованы. Поэтому исследование радиационных характеристик сжатых газов является актуальной задачей, как с теоретической, так и с практической точки зрения.

В качестве исследуемого вещества был выбран газообразный этилен. В настоящее время этилен является основным видом сырья тяжелого органического синтеза. На основе этилена вырабатывается значительное количество пластмасс, растворителей, моющих средств, каучуков, смазочных материалов и т. д. Термодинамические свойства этилена широко представлены в [2].

ИК спектры пропускания регистрировались на двулучевом спектрофотометре SPECORD M80, с использованием специально разработанной кюветы, в области волновых чисел от 800 до 2200 см-1 при разных температурах 289-343 К и давлениях 0,1-5 МПа. Толщина исследуемого слоя L=0,00015 м. Используемая в эксперименте кювета позволяет регистрировать ИК спектры газов и жидкостей при повышенных давлениях и температурах.

По полученным спектрам пропускания были определены спектральные коэффициенты поглощения этилена, по методике в работе [3].

Спектральные коэффициенты поглощения были найдены по формуле

lnD

k = " (1) В качестве примера дан спектральный коэффициент поглощения полосы газообразного этилена (рис.1). Он заметно возрастает с повышением давления.

Анализ спектральных характеристик сжатых газов показывает, что можно выделить две характерные причины зависимости их от давления. Первая связана с уширением спектральных линий. Оно наблюдается как для идеально-газового состояния, так и при отклонении от него. Вторая связана с отклонением их поведения от идеально-газового.

к, 1/м

-1

___________________________________________________________________________________ю, см

Рис. 1 - Спектральный коэффициент поглощения полосы этилена при Т = 303 К, 1_ = 0,00015 м и давлениях: — 1,0239 МПа; ........ 3,0431 МПа

Рассчитан массовый коэффициент поглощения (рис.2) той же полосы поглощения этилена

!пй

Х “ Р1- ’ (2)

где й - пропускание, р - плотность, - - толщина слоя.

Применение массового коэффициента поглощения позволяет получить единую зависимость для всех исследованных давлений при Т=Сопв1.

Спектральные коэффициенты поглощения необходимы для расчета радиационного и радиационно-кондуктивного переноса тепла в сжатых газах.

На рис.3 представлены зависимости Хер от волнового числа для трех температур (303 К, 323 К, 343 К) в диапазоне давлений от 2 до 5 МПа, на примере одной полосы.

Рис. 2 - Массовый спектральный коэффициент поглощения полосы этилена при Т=303К, 1_=0,00015 м, давления те же, что и на рис.1

С ростом температуры коэффициент поглощения заметно уменьшается центре полосы. В области «крыльев» полосы характер зависимости от температуры меняется на возрастание. Полученные зависимости находят подтверждение в работе [4]. Характерное поведение средних коэффициентов поглощения подтверждается ранее проведенными исследованиями [4].

Рис. 3 - Средний массовый коэффициент поглощения полосы этилена при Р = Const, L=0,00015 м и различных температурах

Литература

1. Аляев, В.А. Радиационно-кондуктивный теплообмен в полупрозрачных органических жидкостях./ В.А.Аляев, К.Б. Панфилович. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2003. - 195 с.

2. Термодинамические свойства этилена: ГСССД. Серия монографий/Авт: В. В. Сычев, А.А. Вассерман, Е. А. Головский, А. Д. Козлов, Г. А. Спиридонов, В. А. Цымарный. -М: Издательство стандартов, 1981.-280 с.

3. Косенков, Д. В. Спектральные коэффициенты поглощения гексена при повышенных давлениях/ Д.

B. Косенков, П. А. Бударин, К. Б. Панфилович // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №11. -

C.108-112.

4. Бахшиев, Н.Г. Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий /Н. Г. Бахшиев - Л., 1972.- 137 с.

5. Бударин, А.П. Спектральные коэффициенты поглощения н-бутана и н-гексена при повышенных давлениях и температурах: Дисс. ... канд. техн. наук / А.П. Бударин. - Казань, 2007.- 108 с.

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