Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
1. Экспериментальное исследование плотности индивидуаль
ных жидкостей и их смесей 12
Описание экспериментальной установки 12
Измерение плотности жидкостей методом гидростатического взвешивания 17
Калибровка элементов подвесной системы и контрольные измерения плотности н.ундекана и н.гек-
сана 21
1.4. Расчет погрешности измерения плотности жидкостей
методом гидростатического взвешивания 24
2. Результаты измерения плотности избранных кислородсо
держащих органических соединений и их смесей 36
Объекты исследования, их очистка и контроль чистоты. 36
Результаты экспериментального исследования плотности бинарных жидких систем и их компонентов.... 37
3. Обработка и обобщение опытных данных о плотности
исследованных веществ 58
3.1. Составление индивидуальных уравнений состояния
для исследованных веществ в жидкой фазе 58
О концентрационной зависимости плотности исследованных систем 62
Обобщение индивидуальных уравнений состояния
для исследованных систем в жидкой фазе 67
3.4. Расчет термических свойств и разности теплоємко
стей Ср~Ovизученных жидких систем на основе сос
тавленных уравнений состояния 76
Стр.
3.5. Расчет калорических и акустических свойств на
основе уравнения состояния 78
3.6. Расчет теплоємностей ( Ср, Cv ) скорости звука
( W ) и показателя адиабаты {/Ґ ) для J3 -цианпро-
пионового альдегида 80
4. Экспериментальное исследование изобарной теплоемкости
3 -цианпропионового альдегида 84
4.1. Кратное описание экспериментальной установки
для измерения изобарной теплоемкости жидкостей
при атмосферном давлении 84
Методика измерения изобарной теплоемкости 86
Результаты экспериментального определения температурной зависимости изобарной теплоемкости
J* - цианпропионового альдегида..... 89
5. Экспериментальное исследование коэффициента динамичес
кой вязкости индивидуальных жидкостей и их смесей.... 92
Описание экспериментальной установки для измерения динамической вязкости жидкостей 92
Вискозиметр 94
Методика измерения динамической вязкости с помощью вискозиметра с вынесенным капилляром 96
Калибровка вискозиметра и контрольные измерения динамической вязкости эталонных жидкостей 98
Оценка погрешности измерения вязкости 102
Результаты экспериментального исследования динамической вязкости индивидуальных веществ и
их смесей 114
6. Обработка и обобщение опытных данных о динамической
вязкости исследованных веществ 133
Стр.
Выводы и заключения 149
Литература 152
Документы о внедрении результатов исследования 170
Приложения 173
Введение к работе
Настоящая диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию и разработке методов расчета теплофизичесних свойств группы кислород - и азотсодержащих органических соединений, получивших широкое применение в современной химической технологии.
К числу таких соединений, в частности, относятся индиви -дуальные масляные альдегиды нормального и изо- строения, индивидуальные нормальный и изо- бутиловый спирты и смеси спиртов. Н-масляный альдегид применяется в основном для синтеза 2 - этил -гексанола. Процесс получения 2 - этилгенсанола конденсацией н-масляного альдегида внедрен по разработкам ВНИИнефтехима в 1980г. в производственном объединении "Пермьнефтеоргсинтез".
Изо - масляный альдегид может служить сырьем для производства изо-бутилового спирта, неогептилгликоля, изобутилизобутира-та, некоторых витаминов.
Нормальный и изо-бутиловый спирты ( смесь спиртов) приме -няготся в качестве растворителей в лакокрасочной промышленности, для синтеза пластификаторов, гербицидов и т.п. Процесс получения этих спиртов внедрен по разработкам ВНИИнефтехима в производственных объединениях "Ангарскнефтеоргсинтез", "Перьмнефтеоргсин-тез" и Салаватском нефтехимическом комбинате.
J3 -цианпропионовый альдегид является исходным сырьем для получения глутаминовой кислоты и триптофана. В настоящее время по разработкам ВНИИнефтехима ведется проектирование промышленной установки для получения J5 -цианпропионового альдегида.
Для расчета процессов и проектирования современного технологического оборудования, в котором получают или используют нормальный, масляный и изо-масляный альдегиды,нормальный и изобути-
ловый спирты, а также их бинарные смеси различного состава необходимо располагать достоверной информацией об их термических, калорических, переносных и других теплофизических свойствах.
К сожалению, до настоящего времени несмотря на значительное развитие теории жидкостей, мы не располагаем надежными методами предсказания теплофизических свойств веществ, в особенности соединений сложного строения, полярных соединений, к числу которых относятся и перечисленные выше вещества и их смеси. Вместе с тем запросы практики требуют получения такой информации, которая бы отвечала достаточно высоким требованиям точности. И такая информация по указанной выше причине может быть получена только экспериментальным путем.
К настоящему времени уже накоплен определенный экспериментальный материал о теплофизических свойствах ряда индивидуальных спиртов и альдегидов, значительно меньше изучены их смеси.
В приводимой ниже таблице обобщены сведения, характеризующие современное состояние исследований теплофизических свойств группы интересующих нас химических соединений и их смесей.
Легко видеть, что наиболее полные данные имеются для н.бутилового спирта; для этого вещества получены опытные данные о плотности, вязкости, теплопроводности, давлении насыщения, теплоемкости и т.д. Значительно меньше изучен изобутиловый спирт: здесь вся информация ограничена плотностью и вязкостью. Крайне ограниченное количество данных имеется для н.масляного и изо-масляного альдегидов.
Практически для них, кроме данных о плотности и теплопроводности, нет других опытных данных, в частности, данных о динамической вязкости. Практически не проводились систематические исследования смеси спиртов и альдегидов: здесь имеются разрозненные данные о теплопроводности лишь при одной температуре
Таблица
Кратний обзор экспериментальных исследований теплофизических свойств н.бутилового и йзобутилового спиртов, н.масляного и изоыасляного
альдегидов и их смесей
Вещество
Исследованное свойство
Изученная область давлений (Р ) и температур ( t )
Библиогр. ссылка
Продолжение табл.
удельный вес
Изобутиловый спирт
вязкость
—ti-
плотность на линии насыщения
плотность
ll, масляный альдегид
— И—
теплопроводность
теплопроводность
плотность
Изомасляный альдегид
Смеси: Н.бути- плотность ловый спирт + Н.бутилацетат
Смеси: н.бутиловый спирт + изобутиловый спирт
Смеси: Н.бутиловый спирт + метиловый спирт
Р = 1-500 атм; t = 20-300DC
вязкость
Р = 1-500 кгс/см2, ^ = 3I5-676K
Р = 1-800 атм,
t = 493,15-549,I5K
z* = 148-262,3С
50-500 бар, 435-628К
0,1-50 МПа, 299-628К
р t
р t
I атм,п -80-60С
0,1-50 МПа, 365-625К
теплопроводность
0,1-50 МПа, 305-625К
0,1-49,0 МПа, 298,15-398К
0.98-2500 бар, ЗОЗК
теплопровод- Р
ность ?
0,98-2500 бар, ЗОЗК
теплопровод- Р
ность f
( I )
( б )
(16 ) (17)
(19 ) (19 ) (20 )
(19) (19 ) (159)
(158) (158)
9 ( ЗОЗК ), правда, в широкой области давлений, и о плотности для одной смеси. Плотность и вязкость технически важных смесей н.бутилового, изобутилового спиртов, н.масляного и изомасляного альдегидов не изучалась.
Следует отметить, что крайне ограниченное количество публикаций о свойствах веществ близкого в упомянутым соединениям строения не позволяет без экспериментов прогнозировать теплофизичес-кие свойства интересующих нас смесей.
Именно по этой причине нами была поставлена работа по комплексному экспериментальному исследованию/7, ^,7"- зависимости и коэффициента динамической вязкости важных бинарных систем, состоящих из альдегидов и спиртов нормального строения и их изосое-динений, сильно отличающихся по ряду физических свойств. Кроме того, была измерена изобарная теплоемкость одной многокомпонентной смеси - J5 -цианиропионового альдегида, являющегося исходным сырьем для получения глутаминовой кислоты и триптофона.
С целью более обоснованного обобщения опытных данных о плотности и вязкости бинарных смесей на тех же экспериментальных установках были получены соответствующие опытные данные и для отдельных компонентов в широкой области параметров состояния.
Сравнение этих данных с результатами измерений, проведенных другими авторами, имеет важное значение для выявления достоверности получаемой информации.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ по комплексной проблеме "Теплофизика" АН СССР и АН Азерб.ССР.
Цель исследования:
- экспериментальное изучение Р , <^, 7" - зависимости и коэффициента динамической вязкости бинарных систем, состоящих из альдегидов и спиртов нормального строения и из изосоединений
10 ( 7 систем), а также изобарной теплоемкости в -цианпропионово-го альдегида в широкой области параметров состояния;
составление индивидуальных уравнений состояния для изученных систем и обобщенных уравнений и расчет на их основе термических свойств изученных веществ;
обобщение результатов измерения динамической вязкости и получение уравнений, описывающих ее зависимость от давления,температуры и концентрации компонентов смеси;
расчет по уравнению состояния с использованием известных термодинамических соотношений значений изобарной и изохорной теплоемкости, скорости звука, изменения энтальпии, показателя адиабаты для J3 -цианпропионового альдегида в широкой области параметров состояния;
составление подробных таблиц термических и калорических свойств, а также динамической вязкости для изученных систем;
передача полученных результатов соответствующим организациям, занимающихся расчетом технологических процессов и проектирование соответствующего оборудования.
Научная новизна:
- проведено экспериментальное исследование /7,^,7- -за
висимости и динамической вязкости бинарных систем, состоящих из
альдегидов и спиртов нормального строения и их изосоединений. Для
восьми изученных систем было получено 587 значений плотности и
581 значений динамической вязкости в интервале температур 290 -
- 530К и давлений 0,1 - 60 МПа;
впервые получены экспериментальные данные об изобарной теплоемкости J3 - цианпропионового альдегида при атмосферном давлении и различных температурах;
составлены индивидуальные термические уравнения состояния;
на основе опытных данных методом наименьших квадратов найдены коэффициенты уравнений и составлены уравнения состояния в обоб -щенной форме;
составлены эмпирические уравнения, описывающие зависимость плотности и вязкости смесей от параметров состояния ( давления, температуры и концентрации компонентов смеси;
предложена методика расчета калорических и акустических величин для многокомпонентных систем.
Практическая ценность работы:
получение надежной информации о плотности и динамической вязкости бинарных модельных систем (спирт-альдегид), используемых в технологических процессах производства масляных альдегидов и бутиловых спиртов методом оксосинтеза, а также значений динами -ческой вязкости н- и изомасляного альдегидов - компонентов смесей в широком интервале параметров состояния;
получение достоверных значений плотности изобарной теплоемкости целевого продукта технологического процесса получения
-цианпропионового альдегида в широком интервале параметров состояния;
составление удобных для практических расчетов таблиц справочных данных для коэффициентов динамической вязкости и плотности индивидуальных альдегидов, спиртов и их смесей;
пополнение отраслевого фонда Миннефтехимпрома СССР точной информацией о теплофизических свойствах ряда технически важных веществ;
расчетно-теоретическое исследование по составлению индивидуальных уравнений состояния и обобщенного уравнения, которые могут быть использованы для расчета различных термических, калорических свойств, а также скорости звука изученных систем.
