CC BY
55
УДК 536.632
З. И. Зарипов, С. А. Булаев, Г. Х. Мухамедзянов
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Н-АЛКЕНОВ
Проведены комплексные измерения в теплопроводящем калориметре значений коэффициентов изобарной теплоемкости температуропроводности и теплопроводности н-алкенов при температуре 298 - 363 К в диапазоне давлений 0.098 - 196 МПа. Получено хорошее согласие экспериментальных данных по изобарной теплоемкости, температуропроводности и теплопроводности с литературными данными.
Исследованию теплофизических свойств н-алкенов посвящено значительное количество работ. Наиболее исследованы в широкой области изменения параметров состояния такие свойства, как плотно /^коэффициент динамической вязкостз [1,2]. Практически отсутствуют сведения по теплоемкости, температуропроводности и коэффициенту теплопроводн/ для большинства н-алкенов при высоких давлениях, за исключением экспериментальных данных [3-5]. С целью восполнения этого пробела были выполнены исследования комплекса свойств: изобарной теплоемк Сри, температуропроводност а и коэффициента теплопроводнос к н-алкенов в интервале изменения температур Т от 298 до 363 К давлений Р до 196 МПа. Основные физико-химические свойства исследованных н-алкенов приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Основные физико-химические свойства н-алкенов_
Вещество Показатель преломления гЮ20 Плотность г425, кг/м3 Исследованный интервал параметров
Т, К Р, МПа
Гексен-1 1.3877 673.7 298-363 0.098-196
Гептен-1 1.3998 694.5 298-363 0.098-196
Нонен-1 1.4162 727.4 298-363 0.098-196
Децен-1 1.4192 738.7 298-363 0.098-196
Результаты исследований.
Результаты измерения теплофизических свойств приведены в табл. 2 - табл. 5. Экспериментальные данны Сро исследованных н-алкенов при атмосферном давлении и температуре 298 К занижены относительно [10] в среднем на 1%. Хорошее согласие по теплоемкости гексена-1 получено с данными [4] во всем исследованном интервале температур. Однако увеличением числа атомов углерода отклонения от данных [4] увеличиваются до 5%. Значения коэффициента теплопроводн! при давлениях до 50 МПа согласуются с экспериментальными и расчетными данными [5] в пределах суммарных ошибок измерений.
Таблица 2 - Экспериментальные значения теплофизических свойств
T=298.15 K T=323.15 K
Р, МПа СР Ч103, аЧ108 , /Ч103, СР Ч103, аЧ108 , /Ч103,
Дж кг-1?К-1 м2 с-1 Вт м-1К-1 Дж кг-1?К-1 м2 с-1 Вт м-1К-1
0.098 2171 7.72 112 2310 6.97 105
49 2032 9.03 131 2188 8.27 126
98 1981 9.85 144 2077 9.23 141
147 1936 10.59 156 2023 10.3 153
196 1875 11.36 166 1915 11.17 164
Т=348.15 К Т=363.15 К
4.9 2427 6.58 103 2494 6.42 99.2
49 2248 8.15 124 2291 8.0 123
98 2139 9.08 140 2171 9.06 140
147 2072 10.15 154 2087 10.14 154
196 1976 11.11 166 2020 11.04 167
Таблица 3 - Экспериментальные значения теплофизических свойств гептена-1 в зависимости от температуры и давления_
Р, МПа T=298.15 K T=323.15 K
СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1 СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1
0.098 2158 7.84 117 2252 7.25 110
49 2033 9.10 136 2107 8.56 132
98 1974 9.97 149 2000 9.68 145
147 1887 10.88 160 1927 10.53 157
196 1834 11.66 170 1871 11.33 167
T=348.15 K T=363.15 K
0.098 2359 6.61 103 2429 6.32 98.3
49 2221 7.82 123 2247 7.61 119
98 2066 9.09 139 2122 8.81 137
147 1993 10.10 153 2059 9.44 147
196 1943 10.73 162 1998 10.15 157
Таблица 4 - Экспериментальные значения теплофизических свойств нонена-1 в зависимости от температуры и давления
Т=298.15 К Т=323.15 К
Р, МПа СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1 СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1
0.098 2135 7.85 123 2241 7.24 115
49 2039 8.85 137 2147 8.15 130
98 1927 9.91 150 2056 9.02 143
147 1853 10.82 161 1985 9.85 156
196 1823 11.45 172 1948 10.42 165
T=348.15 K T=363.15 K
0.098 2343 6.71 109 2424 6.36 105
49 2220 7.78 127 2261 7.61 125
98 2105 8.76 141 2149 8.51 139
147 2057 9.41 152 2060 9.29 149
196 2011 10.01 162 2024 9.76 157
Таблица 5 - Экспериментальные значения теплофизических свойств децена-1 в зависимости от температуры и давления
Т=303.15 К Т=323.15 К
Р, МПа СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1 СР Ч103, Дж кг-1?К-1 аЧ108 , м2 с-1 /Ч103, Вт м-1К-1
0.098 2132 7.64 121 2200 7.22 115
49 2056 8.55 136 2115 8.15 131
98 1971 9.40 147 2005 9.07 143
147 1908 10.11 157 1957 9.68 153
196 1878 10.64 166 1913 10.26 161
T=348.15 K T=363.15 K
0.098 2292 6.72 109 2354 6.42 106
49 2172 7.75 126 2217 7.50 122
98 2072 8.59 138 2129 8.28 135
147 2003 9.15 148 2063 8.93 145
196 1963 9.82 157 2003 9.54 154
Расчетные значения скорости звука, полученные по термодинамическим соотношениям [11], с использованием
экспериментальных термических [12] и калорических свойств согласуются с данными [13] в пределах ±3 %.
Используя ранее полученные соотношения [8,14] для обобщения экспериментальных данных по теплофизическим свойствам
органических жидкостей получены единые зависимости дл Cp, а и л (рис.1-3) в виде:
Cp (P, T ) = Cp (Po, T)(1 + Л • ASt /R)
; (1)
a ( P, T ) = a ( P o, T )(1 + B •A St /R ),
(2)
(3)( P , T ) - Я ( Po, T ) = C •A St /R ,
p
где - изотермическое изменение энтропии в интервале давлений от атмосфернРодо Р и при температуре!, кДж/(кг К); Ср(Р,Т) и Ср(Р0,Т) изобарная теплоемкость соответственно при давлен Ри Ро и температуре!, кДж/(кг К); а(Р,Т) и а(Р0 ,Т) - температуропроводность соответственно при давлен Я и Ро и температуре!, м2/с; л(Р, Т) и л(Р0,Т) - теплопроводность соответственно при давлени Р и Ро и температуре Т, Вт/(м^К); R-газовая постоянная, кДж/(кгК);Д В и С - константы уравнений.
Рис. 1 - Относительное изменение-
теплоемкости СР(Р,Т)/СР(Р0,Т) при различных температурах и давлениях в зависимости от изменения ?ST: 1 -гексен-1; 2 - гептен-1; 3 - нонен-1; 4 -децен-1
Погрешности расчета по выражениям (1-3), сопоставимые с погрешностью измерения, не превышают ±2.5 %, что связано с более точным расчетом ST по значениям коэффициента теплового расширения [12]. Для определения теплоемкоСР(Р,Т), а(Р,Т) и л(Р,Т) необходимо располагать данными по теплоемкости, температуропроводности, теплопроводности при атмосферном давлени СР(Р0,Т), а(Р0,Т), л(Р0 ,Т) и значениями удельного объемам ЦР,Т) или коэффициента теплового расширения аР,Т). Уравнения (1-3) можно использовать для расчета и предсказания поведения теплоемкости, температуропроводности и теплопроводности н-алкено пВ2п при числе атомов углеродап>6.
А(Р,Т)-А (Р,.Т)
*
\.t *£ я3 -0.06
004
"Ч
■ 0.02 Y
■-■-■-■-0.00
■400 -300 -200 -100 0
Д Su
Рис. 2 - Относительное изменение температуропроводности а(Р,Т)/а(Р0,Т) при различных температурах и давлениях в зависимости от изменения ?ST: 1 - гексен-1; 2 - гептен-1; 3 - нонен-1; 4 - децен-1
Рис. 3 - Изменение теплопроводности л(Р,Т)- л (Р0,Т) при различных температурах и давлениях в зависимости от изменения ?ST: 1 - гексен-1; 2 -гептен-1; 3 - нонен-1; 4 - децен-1
Экспериментальная часть
Исследования выполнены на модернизированной установке, реализующей метод теплопроводящего калориметра с автоматическим сбором и обработкой информации [6-8] по методике [9]. Результаты контрольных измереСрш а дистиллированной воды, выполненные ранее на данной экспериментальной установке [8], показали хорошее согласие с литературными данными. Доверительные границы общей погрешности измерения (Р=0.95) составляют для изобарной теплоемкости, температуропроводности и коэффициента теплопроводности менее 2% соответственно.
Литература
Фомина М.Г.,Сагдеев Д.И., Мухамедзянов Г.ЛДинамическая вязкость и плотность 1-гексена, 1-гептена, 1-октена, 1-децена при температурах от 298 до 473 К и давлениях до 245 МПа. Таблицы ССД, ГСССД РСД 288-88. Деп. в ВНИкКМ).02.1989. №528-кк-89. 17с.
Хубатхузин А.А., Сагдеев Д.И., Мухамедзянов Г.ХВязкость и плотность органических жидкостей при низких температурах и давлениях до 196 Мпа / Казань, Казан. гос. технол. ун-т; 2000. Деп. в ВИНИТИ № 975-В00.
Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филиппов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцки Справочник по теплопроводности жидкостей и газов / .:1 Энергоатомиздат, 1990. 352с.
Мирзалиев А.А Изобарная теплоемкость олефинов, нитрилов и толуидинов при различных температурах и давлениях: Автор< дис. ... канд. техн. наук. Баку: Азербайджанский политехн. ин-т, 1990.
Шарафутдинов Р.А Молекулярная теплопроводность жидких н-алканов и алкенов при температурах до 650 К и давлениях до 50 Мпа: Дис. ... канд. техн. наук. Казань.: КХТИ, 1988. 144 с.
Зарипов З.И Экспериментальные исследования изобарной теплоемкости полиэтилен- и полипропиленгликолей в интервале температур от 298К до 363К и давлениях до 150 Мпа: Дис. ... канд. техн. наук. Казань.: КХТИ, 1985. 120 с. Зарипов З.И., Мухамедзянов Г.Х // Тепло- и массообмен в химической технологии: Межвуз. сб. науч. тр. / Казан. хим. технол. ин-т. Казань, 1984. С.65.
Зарипов З.И., Бурцев С.А., Гаврилов А.В., Мухамедзянов Г.Х// Материалы Х Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. Изд-во: Учреждение - Редакция " Бутлеровские сообщения ". Казань, 2002. С.156. Зарипов З.И., Бурцев С.А., Гаврилов А.Ви др. // Вестник Казан. технол. ун-та. 2002. №1-2. С.208 Luria M., Benson S.W. // J. Chem. and Eng. Data. 1977. V. 22. №1. P. 90.
Мелихов Ю.Ф // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. Сб. науч. тр. Курск: Кур. политехн. ин-т, 1982. С.28. Гаврилов А.В. Термические коэффициенты бромзамещенных и непредельных углеводородов этиленового ряда при температурах от 298 до 363 К и давлениях до 147 Мпа: Автореф. дис....канд. техн. наук. Казань: КГТУ,2003. Зотов В.В., Мелихов Ю.Ф., Мельников Г.А., Неручев Ю./■ Скорость звука в жидких углеводородах. Курск.: КГПУ. 1995. 77 с. Мухамедзянов Г.Х Теплопроводность жидких органических соединений: Дис. ...докт. техн. наук. Казань: КХТИ, 1974. 510 с.
У З. И. Зарипов - канд. техн. наук, докторант каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТС. А. Булаев - асп. той же кафедры;Г. Х. Мухамедзянов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры.
