Исследование фазовых равновесий в системе дифенил – н-гексадекан

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование фазовых равновесий в системе дифенил - н-гексадекан

Гаркушин Иван Кириллович,

Колядо Александр Владимирович,

Яковлев Иван Геннадиевич

Кафедра общей и неорганической химии,

Самарский государственный технический университет

Аннотация

Рассмотрены фазовые равновесия в системе дифенил - н-гексадекан. Определены температура плавления и состав эвтектики. По экспериментальным данным построен ликвидус системы. Кроме того, проведен расчет системы методом Шредера - Ле Шателье и определены физико-химические показатели сплава эвтектического состава, такие как температура вспышки и плотность. Выявлена зависимость кинематической вязкости сплава эвтектического состава в диапазоне температур от 25 до 50 С.

Ключевые слова: дифференциальная сканирующая калориметрия, дифенил, н-гексадекан, фазовые равновесия.

Введение

Большинство процессов в химической промышленности протекают при высоких температурах. В последнее время для диапазона температур от 100 до 400 С все чаще находят применения высококипящие органические соединения, такие, как дифенил, дифенилоксид, нафталин, тетрахлордифенил (арохлор 1428), кремнийорганические соединения, глицерин и другие[1]. Высокие температуры плавления индивидуальных органических соединений приводят к серьезным затруднениям при использовании их в качестве однокомпонентного теплоносителя. Если температуры плавления теплоносителей превышают 30 С, то возможна их кристаллизация в системе, и приходится применять дополнительный обогрев коммуникаций и аппаратуры. В связи с чем, в промышленности применяют двух- и трехкомпонентные смеси органических веществ, обладающих более низкой температурой плавления, чем компоненты, входящие в их состав. В данной работе приведено исследование фазовых равновесий в системе дифенил - н-гексадекан и некоторые физико-химические свойства сплава эвтектического состава.

Экспериментальная часть

Оборудование и методика. Экспериментальные исследования проводили с использованием установки на базе среднетемпературного дифференциального сканирующего калориметра теплового потока (микрокалориметр ДСК) [2], термостатирование холодных спаев осуществляли с помощью ультратермостата U-10.

Точность измерения температуры составляла 0.25 С. Исследования проводили в диапазоне температур от -40 до 70 С. Скорость нагрева составов составляла 4 К/мин. Масса исследуемых образцов составляла от 10 до 15 мг.

Температура вспышки определяли в открытом тигле на аппарате ТВО. Измерение температуры осуществляли термометром ТЛ-2 с ценой деления 1 °С. Определение вязкости эвтектического состава в интервале температур от 25 до 50 С проводили с помощью вискозиметра ВПЖ-4, время истечения жидкости в вискозиметре определяли по механическому секундомеру СОП пр-2а-3.

Термостатирование вискозиметра осуществляли с помощью жидкостного термостата ЛТН-03, используя в качестве теплоносителя глицерин. Точность поддержания температуры составляла 0.01 С.

Плотность эвтектического состава при 25 °С определяли пикнометрическим методом в соответствии с требованиями ГОСТ 18995.1-73.

Для исследования использовали н-гексадекан ТУ 6-09-3659-74 заводского изготовления квалификации «чистый» и дифенил ГОСТ 13487-79 квалификации «ЧДА».

Результаты и их обсуждение

Прогнозирование характеристик фазовых равновесий в исследуемой системе осуществляли с помощью уравнений Шредера - Ле Шателье. Коэффициенты активности компонентов в растворе принимали равными 1:

где x_i - массовая доля компонента, - изменение энтальпии компонента, - температура плавления эвтектического состава, - температура плавления чистого компонента, R - универсальная газовая постоянная, равна 8.314 кДж/(кг•К).

Методика построения фазовой диаграммы с использованием уравнения Шредера - Ле Шателье приведена в работе [3; 4]. В результате расчетов был построен ликвидус иссле-дуемой системы и определены характеристики эвтектики: (C₆H₅)₂ - 20 % масс. и н-С₁₆Н₃₄ - 80 % масс.; температура плавления сплава эвтектического состава t_e = 11.0 ^oС.

Рис. 1. Т-x диаграмма системы (C₆H₅)₂ - н-С₁₆Н₃₄, построенная с помощью уравнения Шредера - Ле Шателье

Рис. 2. Т-x диаграмма системы (C₆H₅)₂ - н-С₁₆Н₃₄, построенная по экспериментальным данным.

Экспериментальные исследования фазовых равновесий в системе дифенил - н-гексадекан проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра теплового потока. Результаты экспериментальных исследований 6 составов позволили построить t-x диаграмму системы (C₆H₅)₂ - н-С₁₆Н₃₄ (рис. 2). Характеристики изученной эвтектики: (C₆H₅)₂ - 10 % масс. и н-С₁₆Н₃₄ - 90 % масс.; температура плавления эвтектического состава t_e = 14.10 0.20 ^oС.

Для каждого элемента фазовой диаграммы характерны следующие фазовые реакции:

линия ae: Ж Ж (C₆H₅)₂ (моновариантное равновесие),

точка e: Ж Ж (C₆H₅)₂ + н-C₁₆H₃₄ (нонвариантное равновесие),

линия eb: Ж Ж н-C₁₆H₃₄ (моновариантное равновесие).

Сравнение полученных данных представлено в табл. 1.

В данной работе для эвтектического состава исследуемой системы дополнительно определяли плотность, температуру вспышки, энтальпию плавления и зависимость вязкости от температуры. Результаты исследований представлены в табл. 2. На рис. 3 представлена зависимость вязкости эвтектического состава от температуры.

Табл. 1. Сравнение экспериментальных и расчетных данных

Табл. 2. Физические свойства эвтектического состава

Рис. 3. Вязкость эвтектического состава системы (C₆H₅)₂ - н-С₁₆Н₃₄

дифенил гексадекан эвтектика

Отклонение расчетных данных по температуре плавления и составе эвтектики от экспериментальных свидетельствует о наличие в исследуемой системе сильного межмолекулярного взаимодействия, которое может быть учтено с помощью коэффициентов активности компонентов системы. Существующие расчетные методы определения коэффициентов активности (ASOG, UNIFAC и другие) используют константы взаимодействия групп, определение которых проводят с помощью экспериментальных данных по системам, близким к прогнозируемой.

Учитывая, что фазовые равновесия в системах дифенил - н-алкан до настоящего момента времени не изучались, прогнозирование с использованием указанного метода в настоящее время не представляется возможным.

Выводы

1. Изучение фазовых равновесий в системе дифенил - н-гексадекан с помощью микрокалориметра ДСК позволило установить следующие характеристики эвтектики: t_е = 14.1 °С, (C₆H₅)₂ - 10 % масс. и н-С₁₆Н₃₄ - 90 % масс.

2. Прогнозирование методом Шредера - Ле Шателье показало незначительное отклонение состава от экспериментальных данных.

3. Состав, отвечающий эвтектике в системе дифенил - н-гексадекан может быть рекомендован к использованию в качестве теплоносителя, с температурным диапазоном эксплуатации от 15 до 270 С.

Литература

1. Каган С.З., Чечеткин А.В. Органические высокотемпературные теплоносители и их применение в промышленности. М.: Гос. науч.-технич. изд. химич. литер. 1951. 172с.

2. Мощенский Ю.В. Дифференциальный сканирующий колориметр ДСК-500. Приборы и техника эксперимента. 2003. №6. С.143-144.

3. Гаркушин И.К., Колядо А.В., Дорохина Е.В. Расчёт и исследование фазовых равновесий в двойных системах из органических веществ. Екатеринбург: УрО РАН. 2011. 191с.

4. Гаркушин И.К., Дорохина Е.В., Колядо А.В. Исследование двухкомпонентной системы четыреххлористый углерод - н-додекан. Бутлеровские сообщения. 2009. Т.16. №3. С.41-46.

Размещено на Allbest.ru