Фазовая диаграмма системы тетрахлорэтилен-н-октадекан Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.123.2: 543.572.3

Е. В. Дорохина (асп.)1, А. В. Колядо (асп.)1, И. К. Гаркушин (д.х.н., проф., зав. каф.)1, М. К. Боева (д.х .н., проф.)2

Фазовая диаграмма системы тетрахлорэтилен-н-октадекан

1 Самарский государственный технический университет кафедра общей и неорганической химии 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244; тел. (486) 2784477, e-mail: [email protected] 2Башкирский государственный университет, кафедра неорганической химиии 450007, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32; тел. (347) 2226370, e-mail: [email protected]

E. V. Dorohina1, A. V. Kolyado1, I. K. Garkushin1, M. K. Boeva2

The phase diagramme of system ethylene tetrachloride- w-octadecane

1 Samara State Engineering University 244, Molodogvardejsky Str., 443100, Samara, Russia; ph. (486) 2784477, e-mail: [email protected]

2Bashkir State University 32, Frunze Str., 450007, Ufa, Russia; ph.(347) 2226370, e-mail: [email protected]

Рассчитан ликвидус двухкомпонентной системы тетрахлорэтилен—и-октадекан по методу Шре-дера—Ле-Шателье. Экспериментально изучены фазовые равновесия и определены характеристики эвтектики в системе тетрахлорэтилен— и-октадекан. Сравнение рассчитанных по методу Шредера и Ле-Шателье и построенных по экспериментальным данным ликвидусов систем показало, что изученные системы близки к идеальным.

Ключевые слова: и-октадекан; тетрахлорэти-лен; фазовые равновесия; четыреххлористый углерод; эвтектика.

The liquidus of a binary system ethylene tetrachloride-n-octadecane on Schroder-Le-Shatele's method is counted. Phase equilibriums are experimentally learnt and performances of eutectics in systems ethylene tetrachloride-n-octadecan are determined. Comparison counted on Schroder and Le-Shatele's method liquiduses of systems and constructed under experimental data has demonstrated, that the learnt systems are close to the ideal.

Key words: n-octadecane; ethylene tetrachloride; phase equilibriums; perchloromethane; eutectic.

Класс предельных углеводородов является наиболее изученным, и по теплофизическим характеристикам предельные углеводороды могут быть использованы в качестве рабочих тел систем терморегулирования. Парафиновые углеводороды нормального строения устойчивы к большому числу рабочих циклов, являются химически стойкими и коррозионно-неак-тивными соединениями. Для обеспечения возможности использования теплоносителя на основе и-октадекана в области температур от 5 до 100 оС и повышения температуры вспышки теплоносителя была исследована система тет-рахлорэтилен—и-октадекан.

С целью планирования эксперимента был построен ликвидус изучаемой системы с помощью уравнения Шредера — Ле-Шателье 1:

ln X =

AH \Те - T)

R-T-T '

где Х{ — мольная доля вещества;

ЛтН{— молярная энтальпия плавления вещества, Дж/моль;

Те — температура плавления эвтектического состава, К;

Т — температура плавления чистого вещества, К.

Теплофизические свойства индивидуальных веществ приведены в табл. 1 2 3 4.

В работе 5 для расчета эвтектик и ликвидусов в рядах предельных углеводородов при одном неизменном компоненте предложена следующая система уравнений:

ln X1

ln X =

,KHi jTe - Ti)

R-Te-Tl a A- (Te - T2)

R-T-T,

X1 + X2 = 1

10474.6- (T - 250.65)

InX1 =-^-

8.314-T-250.65

61408.6-(T -301.18)

InX 2 =-^-'-

8.314-Te-301.18

X. + X2 = 1

Дата поступления 27.05.10

Таблица 1

Теплофизические характеристики индивидуальных веществ

№ Вещество Температура кристаллизации Энтальпия плавления

п/п °С К Дж/моль Дж/г

1 Тетрахлорэтилен -22.35 250.65 10474.6 63.1

2 н-Октадекан 28.18 301.18 61408.6 244.46

Путем решения системы уравнений были получены значения температуры и состава эвтектики исследуемой системы С2С14—н-С18Н38. Состав эвтектики — 99.32 % мол. тет-рахлорэтилена и 0.68% мол. н-октадекана (99.55% мас. тетрахлорэтилена и 0.45% мас. н-октадекана); температура плавления эвтектического состава 250.3 К (—22.7 оС).

Построение ликвидуса системы тетрахлор-этилен—н-октадекан по уравнению Шредера — Ле-Шателье проводили следующим образом. Для построения левой ветви ликвидуса значения температур плавления составов Т, принадлежащие интервалу 250.65К>Т> >250.3К, подставлялись в уравнение Шредера—Ле-Ша-телье, записанное для тетрахлорэтилена:

ln (1 - Хг ) =

AH •( - T ) R • Т • Т

Для построения правой ветви ликвидуса значения температур плавления составов Т, принадлежащие интервалу 301.18 К > Т^ > >250.3 К, подставлялись в уравнение Шредера — Ле-Шателье, записанное для н-октадекана:

ln (X ) =

AmH2 • (Те - T2 )

R • Т • Т

Ликвидус системы тетрахлорэтилен— н-октадекан, построенный по уравнению Шре-дера—Ле-Шателье, показан на рис. 1.

30

о

Г

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

С2С14 Н -С 18С1з8

Содержание н -октадекана, мол. доля

Рис. 1. Кривая ликвидуса двойной системы С2С1— н-С18Нз8, построенная с помощью уравнения Шре-дера—Ле-Шателье

Экспериментальная часть

Экспериментальные исследования проводили с использованием установки на базе сред-нетемпературного дифференциального сканирующего калориметра теплового потока (микрокалориметр ДСК) 6' 7. Для регистрации выходных данных использовалась IBM-совместимая ПЭВМ с программным обеспечением DSK Tool 2.0 s.

Точность измерения температуры составляет ±0.25 оС. Исследования проводились в диапазоне температур от —60 до +30 оС. Для охлаждения теплового блока микрокалориметра ДСК применялся погружной теплообменник, заполненный сухим льдом. Скорость нагрева составляла 4 К/мин. Высокое качество разделения пиков достигалось за счет использования малых количеств навесок исследуемых образцов двухкомпонентных систем, равных от 0.015 до 0.020 г.

Для исследования использовали тетрахлор-этилен ТУ 6-01-956-86 высшего сорта с содержанием основного вещества 99.8% мас. и н-октадекан ТУ 6-09-3005-78 квалификации «ч» с содержанием основного вещества не менее 99.0% мас.

Определение показателя преломления составов в интервале температур от 10 до 40 0С проводили с помощью рефрактометра типа Аббе. Термостатирование призменного блока рефрактометра осуществляли с помощью жидкостного ультратермостата. Точность поддержания температуры составляла ±0.05 0С.

В результате проведения экспериментальных исследований 10 составов построена t—x-диаграмма системы C2Cl4—н-С^Н38, представленная на рис. 2. Температура плавления эвтектического состава Те данной системы составляет 250.5 К (— 22.5 оС). Содержание компонентов в эвтектическом составе: 99.08% мол. тетрахлорэтилена и 0.92% мол. н-октадекана (98.60% мас. тетрахлорэтилена и 1.40% мас. н-октадекана). Фазовые реакции, отвечающие различным элементам t—x-диаграммы, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Равновесия в системе тетрахлорэтилен-н-октадекан

Элемент диаграммы Равновесие Фазовая реакция

Линия a - e моновариантное Ж C2CI4

Точка e (эвтектика) нонвариантное Ж C2CI4 + Н-С18Н38

Линия e - b моновариантное Ж Н-С18Н38

Каждая ветвь ликвидуса была описана уравнениями:

1 _ _1_

a - e: t + 273 _ T

0.335R , 100 - X ■х in-

A mHi

100

e - b:

1

1

t + 273 T A_ H,

1.064R , X х in-

100

40

30

20

10

О

о

« r

a

^

с

u -10

H

-20

-30

-40

Ж

__Ж + C2 CI4

Ж + C

о о e (-22,5) " О о о

C2C14 + C18H38

1.520 1.510

g 1.500

| 1.490

(p

| 1.480

g. 1.470

I 1.460

oa

I 1,450 о

И 1,440 1.430 1.420

m

m.

> „ 115 С

о"с

С и

40 V

20 40 60 31

Содержание н -октадекана, мол. %

100

где X — содержание и-октадекана, % мол.;

Т1 и Т2 — температуры плавления тетрахлор-этилена и и-октадекана соответственно, К;

Л — универсальная газовая постоянная,

Дж/(моль-К);

ЛтИ1 и ЛтИ2 — молярная энтальпия плавления тетрахлорэтилена и и-октадекана соответственно, Дж/моль.

0 20 40 60 80 100

С2С14 Н -С18Н38

Содержание н -октадекана, мол. %

Рис. 2. Ь—х-диаграмма системы С2С14 — н-С^Нзй

В данной работе для исследуемой системы дополнительно определяли изменение показателя преломления в зависимости от состава двойной смеси и температуры. Изменение показателя преломления двойной системы представлено на рис. 3.

Рис. 3. Показатель преломления системы C2Cl4—

н-С18Н38

Сравнение теоретических расчетов, выполненных с использованием уравнения Шредера—Ле-Шателье, с экспериментальными данными показывает, что изучаемая система близка по свойствам к идеальной.

Состав с содержанием 20—25 % мас. н-ок-тадекана и 75—80 % мас. тетрахлорэтилена может быть использован в качестве малотоксичного, пожаровзрывобезопасного среднетемпе-ратурного теплоносителя.

Литература

1. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия.— М.: Высш. шк., 2003.— 527 с.

2. Вайсберг А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки.— М.: Ин. лит., 1958.— 520с.

3. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизичес-ким свойствам газов и жидкостей.— М.: Физ-матгиз, 1963.— 708 с.

4. Термические константы веществ: Справочник в 10 томах / Под ред. В. П. Глушко. Вып.1У. 4.II.— М., 1971.— 432с.

5. Гаркушин И. К., Люстрицкая Д. В., Агафонов И. А. Анализ, прогнозирование и экспериментальное исследование рядов двухкомпонентных систем с участием н-декана и н-ундекана.— Екатеринбург: Монография. УрО РАН, 2008.— 118с.

6. Мощенский Ю. В. ДСК-500 // Приборы и техника эксперимента.— 2003.— № 6.— C. 143.

7. Мощенский Ю. В. Микрокалориметр ДСК: Метод. указ. к лаб. работе.— Самара: СамГТУ, 2004.— 19 с.

8. Федотов С. В., Мощенский Ю. В. Интерфейсное программное обеспечение DSC Tool: Руководство пользователя.— Самара: СамГТУ, 2004.— 23 с.

b

0