CC BY
12
УДК 536.535.34
Д. В. Косенков, А. В. Пальцев, В. А. Аляев, К. Б. Панфилович
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОПИЛЕНА В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ
Ключевые слова: ИК-спектры, коэффициенты поглощения, давление, температура
Рассмотрено влияние температуры и давления на спектры пропускания газообразного пропилена
Keywords: IR-spectra, absorption coefficients, pressure, temperature The influence of temperature and pressure on the transmission spectra of gaseous propylene
Пропилен получается и применяется при повышенных термодинамических параметрах [1]. Точность расчетов теплообмена между средой и стенкой во многом определяется надежностью радиационных характеристик сред, в первую очередь оптических свойств - спектральных коэффициентов поглощения.
Инфракрасные спектры пропускания пропилена при комнатной температуре и атмосферном давлении приведены в справочной литературе. В основном спектры представлены графиками небольшого формата. Они предназначены для химического анализа, что не всегда позволяет их использовать для количественного и качественного расчетов.
Инфракрасные спектры пропускания сжатого пропилена в газовой фазе при повышенной температуре в литературе отсутствуют.
Инфракрасные спектры пропускания газообразного пропилена измерены нами в интервале давлений 0,1 - 6МПа и температур 299 - 374 К при толщине слоя 0,01 м. Использован специально спроектированный измерительный комплекс на базе спектрофотометра Вгикег У70 [2-4].
Результаты измерений показывают, что давление и температура оказывают сильное влияние на оптические свойства газообразного пропилена.
Рис. 1 - Поглощение полосы газообразного пропилена при Т=317 К, при различных давлениях и толщине слоя Ь=0,01 м
Повышение температуры приводит к уши-рению полос поглощения в спектре газообразного пропилена и снижению интенсивности в центре полосы (рис. 2) [5].
Рис. 2 - Поглощение полосы газообразного пропилена при Р=1 МПа, при различных температурах и толщине слоя Ь=0,01 м
Рассчитаны по закону Бугера спектральные коэффициенты поглощения пропилена (к, м-1) при заданных параметрах состояния. Использование моделей полос [6, 7] не представляется возможным, так как они разработаны для области идеального газового и не отражают свойства реальных газов.
Изотермы спектральных коэффициентов поглощения пропилена (рис. 3) при давлениях до 0,6 МПа практически совпадают. Это монотонно растущие кривые. Соответствуют они идеально-газовому состоянию. С ростом давления, по мере приближения к фазовому переходу, характер кривизны изотермы изменяется - они загибаются вверх. При фазовом переходе газ-жидкость к должен увеличиваться скачком. Закритическая изотерма вблизи критического давления плавно огибает ее. На ней к также достаточно сильно увеличивается.
к, м1
300
критическая / точка
100
.Р, МПа
0 1 2 3 4 5 6
Рис.З - Зависимость спектрального коэффициента поглощения пропилена от давления (газовая
фаза, Ь=0,01 м, ®= 3200 см1)
Опытные данные [8] при атмосферном давлении показывают, что интегральный коэффициент поглощения этилена при малых оптических толщинах слабо зависит от температуры газа. Наши измерения для пропилена аналогичны(рис. 4). При приближении к пограничной кривой линии откланяться вверх.
к, м"1
160
300 320 340 360 380
Рис. 4 - Зависимость спектрального коэффициента поглощения пропилена от температуры
(газовая фаза, Ь=0,01 м, ® = 3200 см1)
Анализ зависимостей спектральных коэффициентов поглощения пропилена от давления и температуры в газовой фазе показал, что при низких давлениях в области идеального газа увеличение поглощения связано с изменением ширины спектральной линии. При повышении давления на спектральные коэффициенты поглощения начинают оказывать влияние межмолекулярного взаимодействия [9], что приводит к усилению имеющихся и возникновению новых полос поглощения, неразрешенных в инфракрасной области при нормальных параметрах состояния. Изменяется профиль полосы. Увеличению спектральных коэффициентов поглощения способствует ассоциация молекул.
Общий характер изменения спектрального коэффициента поглощения пропилена при высоких давлениях аналогичен с зависимостью от давления теплофизических свойств - плотности, вязкости, теплопроводности и т.д. Объясняется это тем, что
одни и те же межмолекулярные взаимодействия ответственны за изменение этих свойств.
Располагая данными по оптическим свойствам любого органического вещества при повышенных параметрах состояния можно рассчитать радиационную составляющую коэффициента теплопроводности [10], вклад которой достигает порядка 10%.
Спроектированная установка входит в программу приоритетного направления развития вуза «Комплексное освоение ресурсов углеводородного сырья».
Литература
1. Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена: Пер. с немец. -Л.: Химия, 1973. 368 с.
2. Бударин А.П. Оптические характеристики и радиаци-онно-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. гос. технол. ун-та. Казань. 2003; №2. С. 172-184
3. Косенков Д.В. Спектральные характеристики газообразного пропилена при давлении до 1 Мпа /Д.В. Косенков, А.В. Пальцев, К.Б. Панфилович// Вестник Казанского технологического университета. Казань. 2013; т. 16, № 21. С.119.
4. Пальцев А.В. Экспериментальная установка для измерения ИК-спектров поглощения в околокритической области/А.В. Пальцев, Д.В. Косенков, К.Б. Панфилович// Вестник Казанского технологического университета. Казань. 2014; т. 18, № 8. С.260.
5. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ.-М.: Мир, 1982. -328 с., ил.
6. Edwards D.K., and Menard W. Comparison of models for correlation of total Band аbsortion. Appl Optics 3, 1964, p 621-625.
7. Тьен К. Л. Радиационные свойства газов// Успехи теплопередачи. М.: Мир, 1971, с.280-360.
8. Бударин П.И. Интегральные коэффициенты поглощения СО2 и С2Н4 (область фазового перехода и закрити-ческое состояние). -Дис. канд. тех. наук. Казань, 1984. 140 с.
9. Пеннер С.С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов. М.: ил, 1963, 492 с.
10. Аляев В.А., Панфилович К.Б. Радиационно-кондуктивный теплообмен в полупрозрачных органических жидкостях. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2003. - 195 с.
© Д. В. Косенков - ассистент кафедры вакуумной техники электрофизических установок, КНИТУ, dmi-kosenkov@yandex.ru; А. В. Пальцев - ведущий инженер ЗАО «Ферри Ватт»; В. А. Аляев - д.т.н., проф., зав. кафедрой вакуумной техники электрофизических установок, КНИТУ; К. Б. Панфилович - д.т.н., профессор кафедры вакуумной техники электрофизических установок,КНИТУ.
© D. V. Kosenkov- assistant department "Vacuum equipment electrical installations" KNRTU, dmi-kosenkov@yandex.ru; A. V. Paltsev - lead engineer CSC «Ferry Watt»;V. A. Alyayev - professor, head of department "Vacuum equipment electrical installations", KNRTU; K. B. Panfilovich- professor, head of department "Vacuum equipment electrical installations" KNRTU.
