Введение к работе
Актуальность темы. Современное развитие сверхкритических флюидных технологий характеризуется внедрением новых технологических процессов в химические и нефтехимические отрасли промышленности, которые позволяют получить экологические виды топлива и произвести эффективную обработку растительного сырья. При проектировании и расчетах таких процессов и аппаратов необходимо располагать надежными теплофизическими свойствами веществ в широком диапазоне изменения температур и давлений, включая околокритическую, а также учитывать тепловые эффекты, вызванные растворением и изменением структур веществ под воздействием флюидного реагента.
Сведения об указанных свойствах с использованием суб- и сверхкритических флюидных сред представляют интерес как с прикладной точки зрения, которые являются основой для промышленной реализации, так и в теоретическом отношении. Располагая ими можно выявить закономерности изменения переносных свойств, которые могут служить основой при изучении представлений о механизме переноса тепла. И здесь особое значение приобретают экспериментальные исследования, которые призваны накопить недостающую информацию о свойствах многокомпонентных соединений.
Работа выполнена в "Совместном научно- образовательном центре подготовки специалистов в области теории критических явлений и сверхкритических флюидных технологий" ГОУ ВПО "Казанский государственный технологический университет при финансовой поддержке: Роснауки, госконтракт №02.740.11.5051 (в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России"); ФСРМФПНТС, госконтракт 6763р.9429 (программа "СТАРТ"); РФФИ, грант № 09-03-12135-офи-м; ОАО "Татнефтехиминвест-Холдинг", хоздоговоры № 02-08 и 03-08.
Цели диссертационной работы:
Разработка методологии измерения теплофизических свойств и тепловых эффектов калориметрическим методом в процессах сверхкритической флюидной обработки растительного сырья и обобщение экспериментальных данных.
Цель достигается решением следующих задач:
Создание автоматизированных экспериментальных установок и разработка методик для измерения теплофизических свойств и тепловых эффектов в широком интервале изменения параметров;
Экспериментальные исследования:
- изобарной теплоемкости и коэффициентов теплового расширения жирных кислот и растительных масел (рапсовое и пальмовое); - изобарной теплоемкости смесей жирных кислот и растительных масел в среде суб- и сверхкритических спиртовых реагентов;
- тепловых эффектов растворения кофеина в сверхкритическом диоксиде
углерода СК-СОг, изобарной теплоемкости и плотности двухкомпонентной
системы кофеин - СК С02.
Установление на основе полученных экспериментальных данных закономерностей изменения коэффициента теплового расширения, изобарной теплоемкости и теплоты растворения исследованных жидкостей и смесей в зависимости от температуры и давления.
Проведение обобщений результатов измерений с целью получения уравнений для расчета изобарной теплоемкости исследованных растительных масел.
Научная новизна.
Созданы автоматизированные экспериментальные установки для исследования теплофизических свойств и эффектов в широком интервале изменения параметров состояния, включая и околокритическую область.
Предложена методика измерений комплекса теплофизических свойств бинарных соединений.
Получены новые экспериментальные данные:
-изобарной теплоемкости и коэффициентов теплового расширения олеиновой кислоты, рапсового и пальмового масел в интервале температур 298 -363К и давлений 0.098 - 147МПа;
- изобарной теплоемкости смесей суб- и сверхкритических спиртов с олеи
новой кислотой и растительными маслами при давлениях 9,8-30 МПа и темпе
ратурах 298-623 К;
- теплоты растворения кофеина в СК-С02, изобарной теплоемкости и
плотности двухкомпонентной системы в интервале температур от 308 до 343 К
и давлений до 40 МПа.
4. Предложены обобщенные уравнения для расчета и прогнозирования
теплоемкости растительных масел в широкой области изменения состояния.
Практическая ценность.
Предложенные обобщенные зависимости позволяют рассчитать значения изобарной теплоемкости растительных масел при различных параметрах состояния. Полученные научные результаты могут быть использованы при проектировании различных процессов и аппаратов в нефтехимической и химической промышленности.
Достоверность результатов.
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается согласием экспериментальных данных с литературными, дублированием эксперимента, использованием современной аттестованной аппаратуры, расчетом погрешностей эксперимента, а также использованием результатов исследований при анализе и удовлетворительным совпадением результатов опытов и расчетов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: XII Российской конференции по теплофизическим
свойствам веществ (Москва, 2008), Всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Сверхкритические флюидные технологии в решении экологических проблем» (Архангельск, 2010), Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ» (Санкт-Петербург, 2010), итоговых научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского государственного технологического университета в 2007-2010 г.г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 научных работах, 8 из которых - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка, включающего 150 наименований. Работа проиллюстрирована 43 рисунком и 26 таблицами. Приложение занимает 20 страниц.
