Экспериментальное исследование теплофизических свойств карбоксиметилцеллюлозы Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Я_____________I

УДК 532.5:621.694

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ

А.Я. ЗОЛОТОНОСОВ

Казанский государственный энергетический университет

Исследована теплоемкость водных растворов карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) концентраций 4, 8,11,15 и 25% масс. при температурах 293, 313, 333 и 353 К.

Ранее, в работах [1, 2] была предложена математическая модель сопряженной задачи процессов гидродинамики и теплообмена при течении степенной жидкости во вращающихся криволинейных каналах типа «конфузор-диффузор».

Для решения системы необходимы данные по реологическим и теплофизическим свойствам водных растворов КМЦ концентраций 4, 8, 11, 15 и 25% масс.

Несмотря на то, что в литературе накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал, посвященный вопросам течения и теплообмена аномально-вязких сред, в том числе и водных растворов КМЦ, исследование гидродинамического и теплофизического поведения таких сред представляет научный и практический интерес, так как в промышленности приходится перерабатывать концентрированные растворы КМЦ при различных температурах и широком диапазоне напряжений и скоростей сдвига.

Ранее [3] методом ротационной вискозиметрии была исследована реология водных растворов КМЦ 4, 8, 11, 15 и 25% масс. концентраций при температурах 293,313, 333 и 353 К.

Показано, что эти растворы относятся к псевдопластичным системам и описываются реологическим законом Освальда-де Вилла.

Измерения теплоемкости водных растворов различных концентраций проводились в температурном интервале 293...353 К со скоростью нагрева 0,2 К/мин на дифференциальном сканирующем калориметре С80 фирмы 8е1агаш, описанном в работе [4]. Калибровка прибора по тепловому эффекту осуществлялась по Джоуль-эффекту, калибровка по температуре - при помощи набора стандартных образцов индия, никеля.

Для управления, сбора и обработки данных в калориметре С80 применялось программное обеспечение, адаптированное под Windows.

Перед началом эксперимента в интервале температур 293...353К определялась базовая линия с пустыми ячейками. Затем определялась дифференциально-сканирующая кривая для дистиллированной воды, используемой в качестве образца с известной теплоемкостью.

Далее на электронных весах с погрешностью ± 0,02 г готовились навески сухого КМЦ 4, 8, 11, 15 и 25 г, которые затем помещались в водонепроницаемые бюксы.

Для получения водных растворов КМЦ соответствующих концентраций навеску заливали дистиллированной водой за 3 часа до эксперимента,

© А.Я. Золотоносов

Проблемы энергетики, 2007, № 7-8

КРАТКИЕ СООБЩЕНИ

периодически перемешивая. Навеска исследуемого образца составляла 1,9...2 г. Погрешность измерения температуры изменялась в интервале + 0,10С.

В таблице приведены значения теплоемкостей водных растворов КМЦ различных концентраций в исследованном температурном интервале.

Данные эксперимента аппроксимировались интерполяционной формулой Лагранжа [5] третьей степени в четырех узлах интерполяции: точках *0=293 К, *1=313 К, *2=333 К, *з=353 К:

4% масс.: с(*) = 12194,4 + 153,552* - 0,482619*2 + 0,000505625*3;

8% масс.: с(*) = -12923,8 + 156,784* - 0,487211* + 0,000506042*3;

11% масс.: с(*)= -5697,99 + 89,0541* - 0,278719* + 0,000293125*;

15% масс.: с(*)= -6420,01+96,5324* - 0,305319*2 + 0,000322917*3;

25% масс.: с(*)= -13758,6+166,843* - 0,532174*2 + 0,000567242*3;

Таблица

Значения теплоемкостей водных растворов КМЦ при различных массовых концентрациях и температурах

Концентрация КМЦ, % масс Т, К ср, Дж / (кг К)

293 4082,13

4 313 4090,08

333 4091,76

353 4111,44

293 3916,33

8 313 3935,59

333 3945,22

353 3969,51

293 3840,27

11 313 3858,55

333 3874,05

353 3900,84

293 3775,24

15 313 3784,87

333 3792,82

353 3814,59

293 3709,09

25 313 3722,07

333 3735,46

353 3776,49

Полученные экспериментальные данные позволяют определять значения теплоемкостей водных растворов КМЦ концентраций 4, 8, 11, 15 и 25% масс. в интервале температур 293...353К.

Summary

The heat capacity of carboxylmethylcellulose aquatic solutions of 4,8,11,15 and 25 percent mass concentrations at the temperatures of 292,313,333 and 353 K. has been investigated

Литература

1. Золотоносов А.Я., Бахаева Т.Н. Конвективный теплообмен при течении аномально-вязких сред во вращающихася каналах сложной конфигурации: Материалы докладов IX аспирантско-магистерского семинара, посвященного «Дню энергетика». В 2-х т.- Казань: Изд. КГЭУ, 2006. - Т.2. - C.16.

© Проблемы энергетики, 2007, № 7-8

2. Бахаева Т.Н., Золотоносов Я.Д. Сопряженная задача гидродинамики и теплообмена при течении степенной жидкости во вращающихся криволинейных каналах типа «конфузор-диффузор»: Материалы докладов первой всероссийской молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». В 2-х т.- Казань: Изд. КГЭУ, 2006. - Т.2. - С.46-47.

3. Бахаева Т.Н., Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Экспериментальное исследование реологических свойств карбоксиметилцеллюлозы методом ротационной вискозиметрии // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2006. -№ 7-8. - С.106-109.

4. Уэндланд У. Термические методы анализа / Пер. с англ. под ред. Степанова В.А., Берштейна В.А. - М.: Мир, 1978. - 456 с.

5. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - М.: Наука, 1974. - 832 с.

Поступила 18.06.2007

© Проблемы энергетики, 2007, № 7-8