Переносные свойства растительных масел Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЭНЕРГЕТИКА

УДК 536.632

Р. Р. Габитов, Р. Р. Накипов, Ф. Н. Шамсетдинов,

Р. А. Усманов, И. Х. Хайруллин, З. И. Зарипов

ПЕРЕНОСНЫЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Ключевые слова: коэффициент теплопроводности, рапсовое и пальмовое масло, метод нагретой нити, кинематическая

вязкость, вискозиметр.

Приведены результаты экспериментального исследования теплопроводности и кинематической вязкости рапсового и пальмового масел.

Keywords: Thermal conductivity, rapeseed and palm oil, hot-wire method, kinematic viscosity, viscometer.

An experimental study of thermal conductivity and kinematic viscosity of rapeseed and palm oil.

Введение

Для моделирования и оптимизации

технологических процессов производства биодизельного топлива в ходе реакции трансэтерификации, проводимой в суб - и сверхкритических условиях [1], необходимы данные о тепло-физических характеристиках компонентов, участвующих в данной реакции - растительных масел и спиртов. Одними из важнейших теплофизических характеристик веществ являются коэффициент теплопроводности [5] и кинематическая вязкость. В данной работе представлены экспериментальные данные по

исследованию коэффициента теплопроводности и кинематической вязкости рапсового и пальмового масел.

Материалы и методы исследования

В качестве исследуемых веществ при

измерении теплопроводности используются: рапсовое (пД0 =1.4775, А25 =921.71 кг/м3, М=932 г/моль) и пищевое пальмовое масло (п40с=1.4657, р415=923 кг/м3, М=810-860 г/моль), а при измерении

рапсовое (п20с М=932 г/моль) и техническое пальмовое масло

кинематическои

вязкости

=1,4719; р425 =921.71 кг/м3;

(n40D=1.4576,

р440=897,32 кг/м3, М=810-860 г/моль).

Определение плотности, исследуемых веществ, проводилось пикнометрическим способом при атмосферном давлении. Для исследований применялись стандартные стеклянные пикнометры (ГОСТ 7465-67) объемом 5мл и 10 мл. Взвешивание осуществлялось на аналитических весах модели ВЛА-200 и электронных весах «МеИег РМ 600».

Исследование теплопроводности было проведены на экспериментальной установке (см. рис.1), созданной на основе метода нагретой нити

[2]. Абсолютный вариант метода нагретой нити из-за простоты конструкции и детальной разработки теории занимает ведущее место в исследованиях теплопроводностей жидкостей и газов. Кроме этого, применение малых зазоров и небольших перепадов температур позволяет не только исключить конвекцию, но и свести к минимуму влияние

лучистого теплообмена на результаты измерений. Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности слоя исследуемого вещества основано на измерении теплового потока и градиента температур в исследуемом веществе.

Конструкция основных узлов и принцип работы экспериментальной установки, а так же методика измерения подробно изложены в работе

[3].

Рис.

грузопоршневой манометр, 2 - разделительный сосуд, 3 - сосуд с исследуемым веществом, 4 -сосуд с азотом, 5 - насос высокого давления, 6 -термостат, 7 - термостат, 8 - термостатирующий блок, 9 - автоклав, 10 - система сбора первичной информации

Расчетная формула метода имеет вид:

^ = Q ln d 2 / d

(1)

2ШЫ ж

где Р - количество тепла, выделенное на измерительном участке нагревателя, Вт; ^ -

диаметр проволоки внутреннего термометра, мм; d2 - внутренний диаметр капилляра, мм; 1 - длина

измерительного участка, мм; Д1ж - перепад температуры в слое жидкости, 0С.

Для проверки работоспособности экспериментальной установки были проведены контрольные измерения по определению коэффициента теплопроводности воды

(п2£ = 1,33307; р420= 998,2кг/м3) и толуола марки ЧДА, для которых имеются надежные экспериментальные данные в литературе [4,6].

Результаты контрольных измерений показали отклонения от литературных данных в пределах суммарных ошибок измерения. Доверительные границы общей погрешности измерений (Р=0,95), в соответствии с рекомендациями [7], для теплопроводности не превысили + 2%.

Кинематическая вязкость технического пальмового и рапсового масел определялась по методике, согласно ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94), с помощью капиллярных стеклянных вискозиметров ВПЖ-1 и ВПЖ-2 с диаметрами капилляров 0,73; 1,16 и 1,31 мм. Измерение вязкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара. Кинематическая вязкость жидкости у (мм2/с) вычисляется по среднему времени истечения жидкости (из нескольких измерений) по формуле:

у = (я /9,807)К, (2)

где К- постоянная вискозиметра, мм2/с2; т- время истечения жидкости, с; §- ускорение свободного падения в месте измерений в м/с2.

Результаты и их обсуждение

На экспериментальной установке были исследованы коэффициенты теплопроводности рапсового масла в интервале температур от 273 К до 373 К и давлении от 0,098 до 19,6 МПа и пальмового масла в том же интервале температур при атмосферном давлении. Результаты измерений представлены на рис. 2-4.

В общем случае, у большинства жидкостей теплопроводность с ростом температуры снижается, исключение составляют вода и глицерин. При повышении давления теплопроводность жидкостей повышается.

Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что данная закономерность сохраняется и в нашем случае -теплопроводность рапсового и пальмового масел с ростом температуры уменьшается, а с увеличением давления увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением температуры расстояние между молекулами растительных масел растет и переход тепла от одного изотермического слоя к другому ухудшается.

Как видно из графиков (см. рис.1-3), зависимость теплопроводности от температуры и давления имеет практически линейный характер. В исследуемом интервале температуры и давлений теплопроводность рапсового масла снижается, примерно, на 7 - 8 %, а пальмового на 4,5% (атмосферное давление). Как видно из рис. 4, в исследуемом интервале температур и при атмосферном давлении, теплопроводность пальмового масла выше, чем у рапсового масла и эта разница возрастает с ростом температуры.

т, к

Рис. 2 - Зависимость теплопроводности к

рапсового масла от температуры Т при давлении: 1- 0,098 МПа; 2- 4.9 МПа; 3- 9,8 МПа; 4- 14,7 МПа; 5- 19,6 МПа

т, к

Рис. 3 - Зависимость теплопроводности к

пальмового масла от температуры Т при давлении 0,1 МПа

т, к

Рис. 4 - Зависимость теплопроводности к от температуры Т при давлении 0,1 МПа: 1-пальмовое масло; 2- рапсовое масло

Полученные данные по кинематической вязкости технического пальмового масла и рапсового масла в интервале температур от 303 К до 363 К и атмосферном давлении представлены в виде графиков (см. рис. 5).

т, к

Рис. 5 - Зависимость кинематической вязкости у от температуры Т при давлении 0,1 МПа: 1-пальмовое масло; 2-рапсовое масло

Как известно, с повышением температуры вязкость большинства жидкостей снижается и это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Данная закономерность характерна и для пальмового и рапсового масел. Как видно из графика, в исследуемом интервале температур, скорость снижения вязкости с ростом температуры падает, так у пальмового масла при повышении температуры с 308 до 313 К вязкость снижается в 2,94 раза; а с 353 до 358 К только 1,11 раза. Данная закономерность характерна и для рапсового масла, но в меньшей степени.

Заключение

На основе экспериментальных исследований установлена закономерность изменения

теплопроводности и кинематической вязкости

пальмового и рапсового масел от температуры при различных давлениях.

Работа выполнена в "Совместном научнообразовательном центре подготовки специалистов в области теории критических явлений и сверхкритических флюидных технологий" ФГБОУ ВПО "Казанский национальный исследовательский технологический университет» при финансовой поддержке: Мин. Обр. и Науки РФ, грант № гос. регистр. 012011560471, тема № 3.3374, 2012 (ПНИЛ Г 03-22-12).

Литература

1. Р.А.Усманов, Ш.А. Бикташев, Ф.М. Гумеров, Ф.Р. Габитов, Вестник Казан. технолог. ун-та, 13, 2, 221-224 (2010);

2. А.Х. Садыков. Автореф. дис. канд. техн. наук, Казанский гос. технолог. ун-т, Казань, 1978. 26с;

3. Ф.Н. Шамсетдинов, З.И. Зарипов, А.Х. Садыков, Г.Х. Мухаметзянов, Вестник Казан. технолог. ун-та, 14, 230-234 (2011);

4. З.И Зарипов, С.А.Бурцев, А.В. Гаврилов, С.А. Булаев, Г. Х. Мухаметзянов, Вестник Казан. технолог. ун-та, 12, 208-212 (2002);

5. Л.П Филиппов, Исследование теплопроводности жидкостей. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 239с;

6. Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филиппов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий. Теплопроводность газов и жидкостей. М.: Изд-во стандартов, 1978. 472с;

7. ГОСТ 8.310-90. ГСИ. Государственная служба стандартных справочных данных. Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1990. 13с.

© Р. Р. Габитов - асп. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Накипов - студ. КНИТУ; Ф. Н. Шамсетдинов - канд. техн. наук, асс. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, [email protected]; Р. А. Усманов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; И. Х. Хайруллин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; З. И. Зарипов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, [email protected].