Уравнение для расчета коэффициентов теплового расширения непредельных углеводородов этиленового ряда Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 536.412

А. В. Гаврилов

УРАВНЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ЭТИЛЕНОВОГО РЯДА

Ключевые слова: непредельные углеводороды, теплофизические свойства, коэффициент теплового расширения.

В статье приведены результаты обобщения экспериментальных данных по коэффициентам теплового расширения аР непредельных углеводородов этиленового ряда, позволяющие рассчитывать аР в широком интервале температур и давлений.

Keywords: unsaturated hydrocarbons, thermal properties, thermal expansion.

The results of generalization of experimental data on the thermal expansion coefficient аР unsaturated hydrocarbons ethylene series, allowing to calculate аР in a wide range of temperatures and pressures.

Данная работа является продолжением исследования теплофизических свойств органических соединений [1,2] и посвящена обобщению экспериментальных данных по коэффициенту

теплового расширения аР представителей

непредельных углеводородов этиленового ряда CnH2n.

Достоверные данные о теплофизических

свойствах непредельных углеводородов этиленового ряда, являющихся основным продуктом при синтезе различных материалов в химической и нефтехимической промышленности, необходимы для совершенствования расчетных методик при разработке высокоэкономичных, энергосберегающих технологий. Недостаток существующих данных по плотности является ограничивающим фактором: часто

существуют большие разногласия между экспериментальными данными, полученными с использованием однотипных экспериментальных методов. Эти расхождения увеличиваются при

расчетах коэффициентов теплового расширения.

Кроме того, данные по коэффициенту теплового расширения чаще всего ограничены атмосферным давлением, практически отсутствуют сведения при высоких давлениях и температурах Т>323К. Полную информацию о аР могут дать уравнения состояния по P-V-T данным. С этой целью были выполнены исследования аР гексена-1, гептена-

1, децена-1, нонена-1 и тетрадецена-1 в интервале изменения температур от 298 до 363 К и давлений от

0,098 до 147 МПа [3].

Исходя из анализа существующих методов расчета термических коэффициентов, для обобщения экспериментальных данных по коэффициенту теплового расширения исследованных непредельных углеводородов наиболее целесообразной является зависимость безразмерного комплекса аР-Т от

приведенного удельного объема р = у .

/ ^ кр

Изучению связи данного комплекса аР-Т с другими параметрическими комплексами посвящена статья Л.П. Филиппова [4]. Автором приводятся зависимости

аР ■ Т = f(z, A), (1)

аР ■ Т = f (г, A) (2)

где 2 = Р_^ - фактор сжимаемости;

R■T

г = т - приведенная температура;

Т

кр

А - критерий подобия Филиппова и результаты обобщения коэффициентов теплового расширения на линии насыщения.

Аппроксимационные выражения имеют вид:

а Т 1 - 1В А- Ь - 0,02(4,3 + 1в2)2Ц -(- 1в2)1,5 , (3)

Р' = 2 ■ ( - 1в )2

1 г

аР -Т = 0,307 -г+-------+ 0,031-(0,2 -^ А) (4)

6 1 -г

где =(3,92 - 0,85 ^ А)-1

Отклонения экспериментальных данных от обобщающих зависимостей (3) и (4) для 50 веществ от одноатомных сжиженных инертных газов до многоатомных углеводородов лежат в пределах 3 %.

В другой работе [5] этим же автором предлагается зависимость безразмерного комплекса аР Т от приведенного удельного объема

аР ■ Т « р4 (5)

и приводится аппроксимационная формула

аРТ = 75 -(1 - 0,51ё А)-рр- f (6)

где / = 1,065 -1510-(р-0,53)(р-0,33)2 -

поправочный множитель.

Выражение (5) справедливо для коэффициента теплового расширения жидкостей вблизи линии насыщения. Фигурирующий здесь комплекс аР ■ Т/р5 рекомендуется автором

рассматривать и при изучении зависимости аР Т для плотной жидкости и сжатого газа.

Ранее в работе [3] были предложены зависимости безразмерной величины аР Т от приведенного удельного объема для ряда предельных углеводородов этиленового ряда, которые приведены на рис. 1.

Из рисунка следует, что зависимости аР = / (р) явно расслаиваются по жидкостям.

ap T

Рис. 1 - Зависимость безразмерного комплекса аР Т от приведенного удельного объема ф непредельных углеводородов этиленового ряда

При обобщении полученных

экспериментальных данных aP=J(p,T) зависимость (5) была приведена к виду

ap -T = A -фх (7)

где A = a0 + ax о + a2 •со2 (8)

X = x0 + Xj • со + x2 • со2 (9)

и получена зависимость коэффициентов А и Х от фактора ацентричности Питцера со в пределах гомологического ряда.

В данной работе приводятся результаты обработки более 140 экспериментальных точек аР гексена-1, гептена-1, децена-1, нонена-1 и тетрадецена-1 в интервале изменения температур от 298 до 363 К и давлений от 0,098 до 147 МПа и предлагается уравнение для расчета коэффициентов теплового расширения непредельных углеводородов этиленового ряда, представляющее собой модифицированное выражение (5), предложенное Л.П.Филипповым для описания свойств плотных газов и жидкостей.

На рис.2 приведена зависимость (аР-Т-с)/В от ф.

Все опытные точки группируются около единой обобщенной зависимости, которая аппроксимируется в виде

aPT = В -ф + с, (10)

где В = 18,13 о + 29,56; с = 0,79.

© А. В. Гаврилов - к.т.н., доц. каф. вакуумной техники элект]

Отклонение значений коэффициентов теплового расширения аР, рассчитанных по уравнению (10), с экспериментальными данными для всех веществ в большинстве случаев не превышают +2 %.

(а рТ-с)/В 103

Рис. 2 - Обобщенная зависимость комплекса (аРТ-с)/В от ф4

Литература

1. Гаврилов, А.В. Обобщение экспериментальных данных по термическим коэффициентам бромзамещенных и непредельных углеводородов этиленового ряда / А.В. Гаврилов, З.И. Зарипов, С.А. Бурцев, С.А. Булаев, Г.Х. Мухамедзянов // Вестник Казан. технол. ун-та. -2003. -№1. - С. 240-244.

2. Зарипов, З.И. Термимические и калорические свойства н-бутилового спирта / З.И. Зарипов, С.А. Бурцев, А.В. Гаврилов, С.А. Булаев, Г.Х. Мухамедзянов // Вестник Казан. технол. ун-та 2002 - № 1. - С.208-212.

3. Гаврилов, А.В. Термические свойства непредельных углеводородов при давлениях до 147 МПа / А.В. Гаврилов, З.И. Зарипов, С.А. Булаев, Г.Х. Мухамедзянов // Материалы X Росс. конф. по теплофизическим свойствам веществ. - Казань: КГТУ, 2002. - С.32.

4. Филиппов, Л.П. О коэффициенте теплового расширения жидкостей. Ультразвук и термодинамические свойства вещества / Л.П. Филиппов // Сб. науч. тр. - Курск: КГПИ, 1982. - С. 157-162.

5. Филиппов, Л.П. Прогнозирование теплофизических свойств жидкостей и газов / Филиппов Л.П. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 168 с.

установок КНИТУ, [email protected].