Васильцова Тетяна Володимирівна. Теплофізичні властивості іонних рідин та їхніх розчинів з органічними сполуками

brief description

Васильцова Тетяна Володимирівна. Теплофізичні властивості іонних рідин та їхніх розчинів з органічними сполуками: дис... канд. техн. наук: 05.14.06 / Одеська держ. академія холоду. - О., 2004. - 200 с

Васильцова Т.В. Теплофізичні властивості іонних рідин та їхніх розчинів з органічними сполуками. Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. - Одеська державна академія холоду, Одеса, 2004.
Проведено порівняльний аналіз теплофізичних та експлуатаційних властивостей, гідродинамічних і теплообмінних характеристик іонних рідин і їхніх сумішей з органічними сполуками з такими для традиційно використовуваних робочих тіл теплотехнічних пристроїв. Намічено області перспективного застосування іонних рідин у теплохладотехніці та енергетиці.
За допомогою газорідинної хроматографії експериментально досліджено граничні коефіцієнти активності і розраховано парціальні мольні надлишкові ентальпії при нескінченному розведенні 38 органічних сполук в іонних рідинах (1-Метил-3-Етил-Імідазолиум Біс (трифторометил-сульфоніл) Амід, 1,2Диметил-3-Етил-Імідазолиум Біс (трифторометил-сульфоніл) Амід і 4-Метил-н-Бутилпірідініум Тетрафтороборат).
Експериментально досліджено фазову рівновагу 39 чистих органічних сполук і 8 сумішей органічних сполук з 1-Метил-3-Етил-Імідазоліум Біс (трифторометил-сульфоніл) Амідом методом переносу потоком інертного газу. Визначено ентальпії випару чистих з'єднань і коефіцієнти активності органічних компонентів у сумішах. Фазові рівноваги в сумішах описано за допомогою NRTL-методу, визначено параметри моделі.
Запропоновано метод прогнозування густини, теплоємності, теплопровідності і в'язкості для перспективних в теплотехнічних застосуваннях іонних рідин з імідазоліум- і пірідініум- катіонами і трифторометил-сульфоніл амід-, тетрафтороборат- і гексафторофосфат аніонами в повному діапазоні існування рідкої фази при атмосферному тиску.

У дисертації проведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в експериментальному і теоретичному дослідженні теплофізичних властивостейІРта їх розчинів з органічними сполуками для найбільш повного задоволення потреб народного господарства в достовірних довідкових даних про властивості перспективних робочих тіл.

Зростання інтересу дослідників усього світу доІРобумовлено комплексом їх унікальних теплофізичних і експлуатаційних властивостей, завдяки яким вони розглядаються як перспективні в різних індустріальних застосуваннях: електрохімії, каталізі і синтезі, теплохолодотехніці й енергетиці і т.д. Практичне застосуванняІРобмежене внаслідок гострого дефіциту інформації про їхні властивості; у вітчизняній науціІРдотепер узагалі не досліджувалися.
На підставі порівняльного аналізу теплообмінних, гідродинамічних і експлуатаційних характеристикІРі традиційних робочих тіл вперше обґрунтовано можливість ефективного застосуванняІРу ролі теплохолодоносіїв і теплохолодоаккумуляторів, робочих тіл у контактному теплообміні й абсорбентів у теплових насосах.
Міру розчинності органічних сполук вІРкількісно оцінено за значеннями їхніх коефіцієнтів активності при нескінченному розведенні вІР, отриманими за допомогою динамічного газо-хроматографічного методу. Аналіз диференціального рівняння процесу втримування речовини в колонці з урахуванням ряду припущень, правомірність і умови виконання яких оцінювалися чисельно й аналітично, дозволив спростити й уточнити експериментальну методику.
Розроблено і створено експериментальну установку для проведення досліджень граничних коефіцієнтів активності органічних сполук з використаннямІРу ролі стаціонарної фази. Результати оцінки похибки експериментальних даних і порівняння з літературними даними підтвердили надійність встановленої експериментальної процедури.
Вперше отримані експериментальні дані про граничні коефіцієнти активності 38 представників різних класів органічних сполук (алканів, алкенів, алкілбензолів, лінійних і розгалужених спиртів, ацетону, ацетонітрілу, етилацетатів, алкілефірів, хлорометанів) уІР [emim]NTf2,[emmim]NTf2і[bmpi]BF4у діапазоні температур 313343 К (близько 2000 експериментальних вимірів), а також про граничні парціальні мольні надлишкові ентальпії органічних сполук у цих сумішах вказують на те, що міжмолекулярні взаємодії міжІРі органічними сполуками сильнішають з ростом кількості поляризованих електронів, що є у подвійних зв'язках і ароматичних кільцях.
Отримані значенняпоказують, що застосування кожної з дослідженихІРяк роздільників замість традиційно використовуваних різко підвищує селективність аліфатичних алканів стосовно всіх інших досліджених органічних розчинників, що визначає нові перспективні напрямки процесів розділення і дистиляції.
Показано ефективність застосування методу переносу потоком інертного газу для дослідження фазових рівноваг не тільки чистих речовин, але і сумішей у повному діапазоні концентрацій. При створенні експериментальної установки удосконалено організацію контакту між досліджуваною речовиною й інертним газом-носієм, а сама установка не має аналогів. Результати оцінки експериментальної похибки, порівняння з даними інших авторів і перевірки даних на термодинамічну погодженість методами Редліха-Кістера і Ван-Неса підтвердили надійність методу в розробленому апаратурному оформленні.
Згідно рівнянню Антуана для тиску пари чистих рідин випробувано методику розрахунку ентальпій випару. Доповнено й уточнено дані про тиски пари і ентальпії випару 39 представників різних класів органічних сполук (близько 1000 експериментальних вимірів).
Вперше досліджено рівновагу рідина-пара у сумішах органічних компонентів зІР: отримано парціальні тиски пари і коефіцієнти активності 8 представників різних класів органічних сполук у суміші зІР[emim]NTf2у повному діапазоні концентрацій при 298363 К (близько 700 експериментальних вимірів). Результати потакож підтверджують, що міжмолекулярні взаємодії міжІРі органічними сполуками стають сильнішими з ростом кількості поляризованих електронів, що є присутніми у подвійних зв'язках і ароматичних кільцях.
У роботі обґрунтовано ефективність застосування концепції локального складу до опису фазової рівноваги в системах зІР. Найвищу точність опису експериментальних результатів продемонструвала фізично обґрунтована NRTL-модель. Для досліджених сумішей визначено NRTL-параметри. Отримані залежності дозволяють розрахувати парціальні тиски пари і коефіцієнти активності досліджених органічних компонентів у суміші з[emim]NTf2при температурі 298363 К в діапазоні концентрацій 01.
Запропоновано узагальнену методику прогнозування густини, теплоємності, теплопровідності і в'язкості перспективних для теплотехнічних застосуваньІРз[nnim]+, [mbpi]+- катіонами іNTf2-, BF4-, PF6-- аніонами в повному діапазоні існування рідинної фази при атмосферному тиску на підставі обмеженої експериментальної інформації. Вперше отримано рекомендовані до практичного використання таблиці довідкових даних про теплофізичні властивості цихІР.