Вязкость высших спиртов при различных температурах и давлениях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ
доктор технических наук, профессор НАЗИЕВ Я. М. кандидат технических наук, доцент ШАХВЕРДИЕВ А. Н.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ГАСАНОВ Г. Т. кандидат техн. наук, вед. науч. сотр. АГАЕВ Н. А.
Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский центр сырья, веществ и материалов Госстандарта России.
Защита диссертации состоится « ^ 3 » _
1992 г. н _&___час. на заседании специализированного
Совета К 054. 04. 01 но присуждению ученой степени кандидата технических наук в Азербайджанском техническом университете по адресу: 370602, ГСП, г. Баку, пр. Лзнзбе-кова, 25.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан *_____¡992 г_
Ученый секретарь специализированного Совета, к. т. п., доцсч:т
ОБцАН ХАРАХТдРХ'ША РАБОТЫ .
Актуальность темь: Баг<нсе место среди скрьея!:* материалов современной химической промьлленности на. сегодняшний день при-' надлежит спиртам. Спрос на них с клядым годом увеличивается, так как они является ценным скрьём для производства пластификаторов, поверхностно-активных веществ и моюцнх средств, синтетических масел и присадок к топлива*«, используются в производстве пластмасс, каучуков, искусственных волокон, растворителей, красителей, ядохимикатов, педикаментов к многих других органически соединений. Сказанное свидетельствует о значительной роли спиртов в различна отраслях народного хозяйства.
"е^-упарсдлгЯ Согэ по теорет:гческой и прикладной хю-'ип ЗиРАС, косрдинирую:у;й усилия многих стран по изучению свойств веществ, учиптзая паленое значение спиртов в различных отраслях энергетической, холодильной, химической и других промьщенностей, откосит их к технически важнга веществам и рекомендует всестороннее изучение их теплофизических свойств. Одним из основных тепло-физических свойств веществ, в частности, является динамическая вязкость. Коэффициент динамический вязкости в сроком диапазоне тегператур и давлений требуется для научно-обоснованного проектирования оборудования, вкбора оптимальных термодинамических параметров процесса и повышения экономической эффективности промышленных установок.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с керрдина-ционнгаи планами научно-исследовательских работ АН СССР по комплексным проблемам «Теплофизика и теплоэнергетика" и Азербайджанской республики по естественным, общественным и технически«' наукам на 1986-1990 годы „Теплофизические свойства веществ".
создание экспериментальной установки для измерения динамической вязкости жидкостей при высоких параметрах состояние; .
- экспериментальное исследование динамической вязкости н.октнло-еого, н.нонилового, н.децилового, н.ундецилового и и.додецило-г:го спиртов в жидком состоянии и вблизи линии насыщения;
- экспериментальное исследование плотности и
зависимости н.ундецилового и н.додецилового спиртов в жидком состоянии
и вблизи лиши насыщения; -•установление закономерностей изменения динамической вязкости исследованных спиртов от температуры н давления;
- обработка и обобщение полученных экспериментальных данных по ' -динамической вязкости и плотности исследованных спиртов;
- составление таблиц рекомендованных значений динамической вязкости исследованных спиртов в широком диапазоне температур и давлений.
-сконструирована, собрана и налажена экспериментальная установи для исследования динамической вязкости жидкостей по методу вынесенного капилляра;
- получены экспериментальные данные по динамической вязкости н.октилового, н.нонилового, н.децилового, н.ундецилового и н.додецилового спиртов в интервале температур от комнатной до СОС К и давлений от атмосферного до 60 1Ша, причём, два после, них вещества л исследованном интервале температур и давлений I яучени вперзыа;
- впервые получены экспериментальные значения плотнобти для ;ки,ц н.ун^ецвдового и н.додециловс.го спиртов в интервале теиперату
от комнатной до 598 К и давлений от атмосферного до 50 МПа;
■ впервые получены экспериментальна значения давления напьтден-
ных паров и плотности вблизи лилии насыщения для н.ундецилозо-го и н.додецилового спиртов;
• полученные экспериментальные данные аналитически описаны и обобщены единым уравнением;
• установлена связь между вязкостью и плотностью исследованных спиртов, аналогичным уравнению состояния жидкости.
Практическая.ценность работы Собранную экспериментальную гстановку для определения динамической вязкости жидкостей при вы-:оких значениях температуры и давления могло рекомендовать для ;альнейиего использования её аспирантами и студентами в научных ¡аборртсриях университета.
полученные экспериментальные данные могут быть использованы ! организациях отраслей химической, газовой, нефтехимической,и ф. промк^ленностей, занимающихся разработкой и проектированием технологических процессов получения, переработки и технологичес-ссго использования спиртов.
Полученные данные по динам», ческой вязкости спиртов аттесто-¡анк во Всесоюзном научно-исследовательском центре по материалам I веществам Госстандарта СССР, где им присвоена квалификация .Рекомендуемые справочные данные". Кроме того, результаты экспе-г ' риментального исследования динамической вязкости всех исследован-дах в настоящей работе спиртов внедрены в информационный комплекс \втоматиэированной единой системы теплофизического абонирования ; ЛВЕЕТА) и используются при моделировании технологических процессе химических и нефтехимических производств.
Апробация работы основные результаты диссертационной рг ' боты доложены и обсуждены:
- на ХИ республиканской научной конференции аспирантов БУУов Азербайджана ( Баку, 19В9 );
- на Всесовзном совещании-семинаре молодых учёных ( Тамбов, Ш
- на республиканской научно-практической конференции молодьрс учёных и специалистов Т&дтлцскстана ( Курган-Тюбе, 1991 );
- на XI Международном Сжпозиуме по теплофизическим свойствам веществ ( С^А, 1991 );
- на Международном Симпозиуме по Энергии, Экологии, Экономии ( Баку, 1991 );
- на научных конференциях профессорско-преподавательского соет: и АзШ» им.Ч.1ль;!рьма, проводимых в 19оо-1990 годах.
Публикации Ло теме диссертационной работы опубликовано 14 работ, которые в своей совокупности охватывают основной мат риал диссертации., в то>л числе I Сбзор ( ТФЦ.-!■.'.: 1£ТАН, 1991 )
Структура и объём работы г'..иссертаг,ионная работа состой из введения, четырёх глав, выводов, списка использованной лит с, туры, состоящего из 97 наименований и двух приложений. Кзлож на страницах машинописного текста, включая 21 рисунков
Во ввепении'обоснована актуальность настоящих исследовани сформулирована цель научных исследований, научная новизна и пр тичсская ценность полученных результатов. .
■В перьой главе даётся обзор имеющихся литературных данный
гзкости алифатических спиртов при вгсоких параметрах состояния краткое описание наиболее распространён:«:« современных методов сспериментальиого исследования вязкости одноатилалс спиртов.
Исходя из этого анализа, показана необходимость проведения ютоя его исследования и выбрана экспериментальная установка, залиэующая метод капилляра выносного варианта.
Во второй главе приводится подробное описание использованной юпериментальноЯ установки, описание методики проведения опытов, змерения основных опытных велстин ( давления и температуры ),( тределеиия основных геометрических размеров вискозиметра и ка-ллляра, вь-вод расчётного уравнения вискозиметра с выносным ка-млляром, а такте поправки к расчётному уравнения вискозиметра.
Основньтл; узлами собранной экспериментальной установки яв-тотся измерительная часть, система термостатирования,создания и змерения температуры, система создания и измерения давления, истема автоматического измерения времени.
fia рис.1 показана измерительная часть установки. Она состоит з толстостенной трубки высокого давления 3 внелим диаметром i мм, внутренним 6 мм и длиной IC5C мм. lia трубку в зоне расио-окения капилляра горячей посадкой надет медный блок 2 диа. этом 5С мм и длиной 5СС ми, имеяций по длине два отверстия: одно ля размещения платинового термометра сопротивления конструкции Ш.ТЯТк с погрегностью С,01 1С и другое для дифференциальной хро-ель-алюмелевой термопары. Глубина отверстия под i/ГС выбрана с аким расчётом, чтобы чувствительный элемент термометра находился а одном уровне с капилляром вискозиметра, lia медный блок был на-отан электрический нагреватель из нихр-Умовой проволоки диаметром ,d мм ¡1 изолированный от корпуса небольшими по размеру фарфоре-
Измерительная часть установки для измерения
вши чавкаю: для создания и под-^ржання температуры. Для поддержания постоянства температуры на наружной поверхносги медного блока выточены две продольные канавки глубино? и 'нириной по 3 .км, в которое уложены два дополнительных электронагревателя также из нихремовсй проволоки диаметром 0,3 мм. На медный блок надевается хоро::ю изолированный с наружной поверхности и с торцов термостат I , изготовленный из листового железа в виде двух половин полуцилиндрической формы с наружны« диаметром 2С0 мм и внутренним ?С мм, заполненных стекловатой для предотвращения' отвода тепла. Концы электронагревателей выводились наружу и питание ¡1х осуществлялось через стабилизатор напряжения от электросети переменного тока и лЛТРн.
. со избежание нагрева исследуемой жидкости и уплотнений, при выходе из блока га трубку 3 установлен холодильник 4 , через которой прокаливается протонная веда.
Сосуд высокого давления (автоклав) 5 изготовлен из нерлса-ре-ггцей стали марки iXItnlGT. для выравнивания и поддержания постоянства температуры на него такие горячей посадкой по высоте надет массивней медный блок ди :.<етром 2С мм и длиной 260 мм. На медный блок автоклава был намотан медный змеевик 6 , через который пропускалась вода постоянной температуры из ультра-термостата U-1C. Кроме того, по длине медного блока были просверлены два отверстия: одно для размещения термометра и другое для термопары. Термопара подключалась к потенциометру P363-I.
Давление в опытах измерялось грузопоряневыми манометрами 1/Л-6С0 и '.Ш-СО класса точности 0,05.
Для измерения времени истечения ртути между контактами вискозиметра использовался электронно-счётный частотомер 55041.
Вискозиметр изготовлен из тугоплавкого стекла марки пСупр' макс", геометрические размеры которого определялись на катетометре Н1.1—сЗ.
В измерениях использовались капилляры от ртутных термомет ров, диаметры которых, определялись абсолютным и относительны!/ методами.
В третье? главе приводятся физико-химические показатели и следованных спиртов, результаты контрольных опытов с такими хо рзао изученными веществами, как н.бутиловый спирт.и толуол, а также результаты экспериментального исследования плотности и ?¡ - Т$- зависимости н.ундецилового и н.додецилового спиртов и динамической вязкости н.октилового, ц.нонплового, н.дециловогс н.ундецилового и н.додецилового спиртов.
Для исследования использованы спирты марки иХЧ" Ьовочерка ского завода химических реактивов.
После контрольньгх опытов были проведены основные измереш вязкости, ¡измерения проводились по изотермам и в каждой из низ определялось 6 и более опытных точек.
Было проведено сравнение полученных данных с имеющимися . тературными.
В этой главе приводятся также результаты экспериментальн измерения плотности и - Т5 зависимости н.ундецилового и н.додецилового спиртов на установке, реализующей метод пьезом постоянного объёма. Эти результаты во всем исследованном инте ле температур и'давлений получены впервые.
Чс-твертая глава посвящена обработке и аналитическому опи ни» получешшх результатов. С з'Гой целью были проверены уравн •2р«нкеля, Панченкова, Голубева и рад других, ни одно из этих
нений но оказалось пригодным для аналитического описания вязкости исследованных спиртов.
Наиболее подходящим для аналитического описания вязкости ■ вблизи линии наскцения оказалась форт.-ула
где CLl- коэффициенты уравнения, определяемые из опытных данных методом нзюлзны'их квадратов; Т - приведённая температура, t 1нр ' значение вязкости при критической температуре.
Значения Cti в уравнении ( I ) равны: и.ехтиловый асс = с, 255о4391; CX Q1 =-0,10419434; ■ ас2 = С,22С2ККо; ' О. Q3 = 0,25742с24; <3^ =-0,37599411; C(
н.нснплопь-П асс = 0,I3C5o37o; CXQ1 =-C,II9489C0; Oc2 = Cf4?55¿217; С* G3 =-ó,IIC7C2C9; Q = 0,13759674; O j, =-0,60179639; a CG = C,22913555.
- Г ОС 00 = 0,151С51Л9; Ct а =-0,13341734; G :2 = C,527649^5 асз =-C,I066C743; Ct^ = 0,12029262;
а c5 =-c ,7iee5£o:; qc6 = o,i77e¡542.
к. ундецплорь'й CfGC =-0,56330C56; = °.234,?s59ü;
QC2 =-G,ICÜI6745; Cfc3 = 0,2G75fc669; ам =-G,I84l0934;
н.додецклевкй Q00 = 0,64776550; Q0I =-0,54109982; ac2 = 0,15241003; ÜQ3 =-0,22321254; Q M = 0,16757906;
Выражение; ( I ) описывает экспериментальное данные п среднем
Выражение ( I ) описывает экспериментальные данные в среднем с погрешностью за исключением некоторых точек, где погреш-
ность описания доходит до 2,5".
Используя термодинамическое подобие для исследуемых спиртов вблизи линии насьгцения, г.редлокена обобщённая формула:
где 1Х- приведённая вязкость; 1% -- 1 /%г*ип ; 1ткип
значение вязкости при температуре кипения; А, В, С, постоянные для данного класса вецеств.
Найденные методом наименьшие квадратов эти постоянные имеют следующие значения: А •= 0,328457-1С2; . В —0,Ш01Ь2-Ю2; С = 0,465133-1С2; 2) =-0,II3496-IC2r
•' Для расчёта барической зависимости вязкости применено видоизменённое уравнение Тейта
где Д^ и 8г - коэффициенты, которые находятся обработкой экспериментальных данных по вязкости; £ - значение вязкости при различных температурах и давлениях; £ - значение вязкости на линии насыщения.
Значение Л^и В^ найдены, мет о дом половинного деления по специально разработанной программе на 3Li>i. Ь пределах погрешности опытных данных ддя всех спиртов А^ = Idem, Обработкой всего массива окспориыентальных данных было найдено, «то А » = '49752,4
если 7 ьвражена в 10 lk'е..
,В исследовиы:он инторааде темпера-сур и давлений является функцией теиператури и рписывается полиномом
èi - коэффициенты уравнения и имеют сле/iyoi 'енк."
н.октштовый = 3d,2CC4I . g l =-ЬЗ, 73590 . g 2 = Û7,95370 g 3 =-3û,7d472 a. ундец иловый 6 0 = 49,00242 =-143,0536 g2 = IB5,BC07 =-81,44059
н.дециловый Û c = 29,45033 g j =-41,52005
£,2 = 21,21006 53 = 3,355077
= 53,22bII £> о =-14,50717 л.додециловый Ь 0 = 44,59170 bj =-122,9405 Ь2 = 159,7797 —171,03859.
Выражение ( 4 ) передаёт экспериментальные данные с погрешностью опытных данных.
С целью обобщения значений вязкости исследуемых спиртов значения ^¿в уравнении ( 4 ) проанализированы и выявлено, что они зависят линейно от параметра («^УПс). Зависимость ¿t от (У/ Лс) описывается следующим образом:
где У4 - молекулярная масса спирта; Пс углерода в молекуле спирта.
Значения êQ, 6 q, êj, 6'2, Б 2« ^ 3> S 3. , ниже: •
Ь2 = 2216,678 б"2 =-133,43о5
Ь' О =-1169,37 = 71,2542
Для индивидуального описания вязкости спиртов оказалась пригодным уравнение
устанавливающая связь мен,ну вязкостью и плотностью при соответствующих температурах и давлениях. Ъ ( 6 ) £ - значение вязкости на линии кисгден::я; с и Л - коэффициенты.
3¡гтеи'.ч: С и .2) доя каждого' спирта найдены методом наименьших квадратов на ЗБМ и их температурные оависимости списаны следующим образом
Значения коэффициентов С^ и о£; приве; еш
к. зкт::лоп:Г с2 =-0X05,455813; С 5 = 40660,49254;
=-70147, Ь6411; (¿4 = 218294,04020;
н.нон/ловнй с 2 = 49253,22619 с 5 =-20060, 14940 С11 =131966,31687 С/ 4 =-417731,7693
-4675,13357; ' 120460,76291; -7132,00595; 190655,63234; -91724,97611;