Метод описания линии фазового равновесия перфтороктана на основе уравнения Клапейрона – Клаузиуса в диапазоне температур от тройной точки до критической

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработана новая модель линии фазового равновесия (ЛФР) перфтороктана (C8F18), в основе которой лежат уравнение Клапейрона – Клаузиуса и соотношения теории ренормализационной группы (РГ). В отличие от известных ЛФР, при описании плотности насыщенной жидкости, ρ+, плотности насыщенного пара, ρ-, и давления насыщенного пара, ρs, перфтороктана использована система взаимосогласованных уравнений (СВУ): ps = ps (T), ρ+=ρ+(T), ρ-=ρ-(T), теплоты парообразования r = r(T) и «кажущейся» теплоты парообразования, r* = r / (1− ρ-/ρ+), которые имеют ряд общих параметров: критические индексы, критические параметры и коэффициенты среднего диаметра, D2β , D1α , Dτ, рассчитанные в рамках современной теории РГ для асимметричных систем. Показано, что на основе предложенного подхода разработана линия насыщения перфтороктана, средний диаметр, df, которой описывается в соответствии с теорией РГ зависимостью: df=D2βτ2β+D1-ατ1-α+Dττ , где τ = 1T / Tc , Tc  – критическая температура. Установлено, что df=df(T) в рамках предложенного подхода – это строго убывающая функция температуры. В рамках предложенной модели ЛФР опытные данные о ρ+ и ρ- Хайрулина Р.А. и Станкуса С.В. (2021) передаются в пределах их экспериментальной неопределенности. На основе предложенной модели ЛФР получены новые критические параметры перфтороктана: критическая плотность, ρc=595.66 кг/м3, критическая температура, Tc= 497.01 К. Для диапазона от тройной до критической точки разработаны термодинамические таблицы, включающие ps, ρ-, ρ+, r*, r.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Рыков

Национальный исследовательский университет ИТМО

Автор, ответственный за переписку.
Email: togg1@yandex.ru
Россия, 197101, Санкт-Петербург

И. В. Кудрявцева

Национальный исследовательский университет ИТМО

Email: togg1@yandex.ru
Россия, 197101, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Wu A.-L., Chuang L.-H., Chen K.-J. et al. // Int. Ophthalmol. 2019. V. 39. P. 2767.
  2. Dias A.M.A., Caco A.I., Coutinho J.A.P. et al. // Fluid Phase Equilib. 2004. V. 225. P. 39–47.
  3. Kreglewski A. Bulletin de L’academie Polonaise des Sciences X. 1962. P. 629–631.
  4. Nelson W.M., Tebbal Z., Naidoo P. et al. // Fluid Phase Equilib. 2016. V. 408. P. 33–37.
  5. Промышленные фторорганические продукты: Справ. изд. / Б.Н. Максимов, В.Г. Барабанов, И.Л. Серушкин и др. Л.: Химия, 1990. 445 с.
  6. Хайрулин Р.А., Станкус С.В. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. C. 529.
  7. Мустафаев М.Р., Назиев Я.М., Каграманов М.К. // Теплофизика высоких температур. 1995. Т. 33. С. 359.
  8. Синицын Е.Н., Михалевич Л.А., Янковская О.П. и др. Теплофизические свойства фторорганических соединений. Экспериментальные данные и методы расчета: Справочник. Екатеринбург: Наука, 1995. 178 с.
  9. Dias A.M.A., Pàmies J.C., Coutinho J.A.P. et al. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 1450–1457.
  10. Kroenlein K. NIST ThermoData Engine, Thermodynamics Research Center (TRC), National Institute of Standards and Technology, USA, 2015.
  11. Vandana V., Rosenthal D., Teja A. // Fluid Phase Equilibr. 99 (1994) 209–218.
  12. AspenTech, Aspen Technology, Massachusetts, USA, 2010.
  13. Bengesai P.N., Nelson W.M., Naidoo P., Ramjugernath D. // J. Chem. Eng. Data. 2016. V. 61. P. 3363.
  14. Bengesai P. // A thesis for the degree Master of Science in Engineering (Chemical Engineering) in the College of Agriculture, Engineering and Science. University of KwaZulu-Natal, Durban. 2016. 134 p.
  15. Hassanalizadeh R., Nelson W.M., Naidoo P. et al. // Fluid Phase Equilib. 2019. V. 485. P. 146.
  16. Morgado P., Colaço B., Santos V. et al. // Molecular Physics. 2020. P. 118. P. e1722270.
  17. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А. и др. // Вестн. Международной академии холода. 2021. № 2. С. 98.
  18. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А. // Холодильная техника. 2017. № 3. С. 26.
  19. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А. и др. // Вестн. Международной академии холода. 2019. № 3. С. 87.
  20. Rykov S.V., Kudriavtseva I.V., Sverdlov A.V., Rykov V.A. // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2285. P. 030070.
  21. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Попов П.В., Нурышева М. // Вестн. Международной академии холода. 2021. № 3. С. 65.
  22. Kudryavtseva I.V., Rykov V.A., Rykov S.V., Ustyuzhanin E.E. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1385. P. 012010.
  23. Wang L., Zhao W., Wu L. et al. // J. Chem. Phys. 2013. V. 139. P. 124103.
  24. Zhou Z., Cai J., Hu Y. // Molecular Physics. 2022. V. 120. P. e1987541.
  25. Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. М.: Наука, 1987. 272 с.
  26. Rykov S.V., Kudryavtseva I.V., Rykov V.A. et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. P. 012017.
  27. Рыков С.В., Кудрявцева И.В., Рыков В.А. и др.// Вестн. Международной академии холода. 2022. № 4. С. 76.
  28. Stankus S.V., Khairulin R.A. // Int. J. Thermophys. 2006. V. 27. P. 1110–1122.
  29. Хайрулин Р.А., Абдуллаев Р.Н., Станкус С.В. // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 10. С. 1719.
  30. Frenkel M., Chirico R.D., Diky V. et al. NIST ThermoData Engine 6.0, National Institute of Standards and Technology; NIST Applied Chemicals and Materials Division: Thermodynamics Research Center (TRC), 2005.
  31. Ermakov G.V., Skripov V.P. // Russ. J. Phys. Chem. 1967. V. 41. P. 39.
  32. Ермаков Г.В., Скрипов В.П. Теплофизика. Вып. 1. Тр. отд. физ.-техн. проблем Уральского научного центра АН СССР. Свердловск, 1971.
  33. Хайрулин Р.А., Станкус С.В. // Вестн. СибГУТИ. 2009. № 3. С. 117.
  34. Форсайт Дж., Малькольм Н., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. 280 с.
  35. Vorob’ev V.S., Ochkov V.F., Rykov V.A. et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. P. 012016.
  36. Garrabos Y., Lecoutre C., Marre S. et al. // Phys. Rev. E. 2018. V. 97. P. 020101(R).
  37. Dykyj J., Svoboda J., Wilhoit R.C. et al. Vapor Pressure of Chemicals: Part A. Vapor Pressure and Antoine Constants for Hydrocarbons and Sulfur, Selenium, Tellurium and Hydrogen Containing Organic Compounds. Springer, Berlin, 1999. 373 p.
  38. Majer V., Svoboda V. Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation, Blackwell Scientific Publications. Oxford, 1985. 300 p.
  39. Stephenson R.M., Malanowski S. Handbook of the Thermodynamics of Organic Compounds. 1987. https://doi.org/10.1007/978-94-009-3173-2
  40. Varushchenko R.M., Bulgakova L.L., Minzabekyants P.S., Makarov K.N. // Russ. J. Phys. Chem. 1981. V. 55. P. 1480.
  41. Vorob’ev V.S., Ustyuzhanin Е.Е., Ochkov V.F. et al. // High Temp. 2020. V. 58. P. 333–341.
  42. Шпильрайн Э.Э. // Теплофизика высоких температур. 1966. Т. 4. С. 450–451.
  43. Клецкий А.В. Исследование и описание взаимосогласованными уравнениями состояния термодинамических свойств и вязкости холодильных агентов // Автореф. дис. ... уч. ст. доктора техн. наук. Л.: ЛТИХП, 1978. 48 с.
  44. Рыков С.В., Кудрявцева И.В. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. С. 1421–1427.
  45. https://f2chemicals.com/pdf/sds/Perfluoro-n-octane(307-34-6).pdf
  46. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi?ID=C307346 &Mask=4#Thermo-Phase
  47. Beilsteins Handbuch der Оrganischen Chemie. 4 Aufl. Br. 1. Berlin: Springer-Verlag, 1918. 984 s.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Температурные зависимости давления насыщенного пара: 1 – [3]; 2 – [2]; 3 – (2016) [4]; 4 –[5]; 5 – линия упругости (1), [2]; 6 – (5), табл. 4; 7 – [13, 14]; 8 – тройная точка ( ptr=0.0013 МПа, Ttr=246.15 К); 9 – критическая точка (pc=1.478 МПа, Tc=497.01 К).

Скачать (99KB)
3. Рис. 2. Зависимости среднего диаметра от температуры в окрестности критической точки: 1 – вариант III, расчет df по (8), (9), Tc=497.01 К и ρc=595.66 кг/м3 [6]; 2 – df, данные [6], ρc=595.6 кг/м3; 3 – вариант II, расчет df по (8), (9), Tc=497.01 К и ρc=596.6 кг/м3; 4 – df, данные [6], ρc=595.66 кг/м3; 5 – вариант I, расчет df по (8), (9), Tc=496.97 К и ρc=596.6 кг/м3; 6 и 7 – границы неопределенности экспериментальных значений df [6].

Скачать (111KB)
4. Рис. 3. Теплота парообразования и r* как функция температуры: 1 – r*, вариант II; 2 – r*, вариант III; 3 – r*, вариант I; 4 – r, расчет по (18); 5 –r, вариант III; 6 – [2]; 7 – Dykyj J. и др. [37]; 8 – Majer V. и др. [38]; 9 – Stephenson и др. (1987) [39]; 10 – Varushchenko и др. [40].

Скачать (63KB)
5. Рис. 4. Графическое представление производной f(T)=-dr/dT, рассчитанной в рамках ва-риантов I–III моделей ЛФР: 1 – вариант II; 2 – вариант III; 3 – вариант I.

Скачать (48KB)
6. Рис. 5. Относительные отклонения значений , рассчитан-ных на основе СВУ, от данных [2–10]: 1 – опытные данные Kreglewski A. [3]; 2 – опытные данные Dias A.M.A. [2]; 3 – опытные данные Nelson W.M. [4]; 4 – [5]; 5 – рас-считаны по уравнению Antoine (1) [2]; 6 –расчет по Soft-SAFT EoS [2, 9]; 7 – табличные данные Kroenlein K. [2, 10]; 8 – экспериментальные данные, Bengesai P.N. (2016) [13, 14]; 9 – PR-MC EOS, Bengesai P.N. (2016) [14]; 10 – NIST TDE [30]; 11 – экспериментальные данные, Hassanalizadeh R. и др. (2019) [15].

Скачать (57KB)
7. Рис. 6. Относительные отклонения значений , рассчитанных на основе СВУ, от данных [2, 4, 6, 8]: 1 – X = ρ–, опытные данные [6]; 2 – X = ρ+, опытные данные [6]; 3 – X = ρ+, опытные данные [2]; 4 и 5 – границы неопределенности данных X = ρ– [6]; 6 и 7 – гра-ницы неопределенности данных ρ+ [6]; 8 – значение X = ρ–, рассчитанное по уравнению Клапейрона – Менделеева; 9 – X = ρ+, расчет по Soft-SAFT EoS [2, 9]; 10 – X = ρ+, расчет [2, 10]; 11 – X = ρ+, опытные данные [8]; 12 – X = ρ+, опытные данные [7]; 13 – X = ρ+, опытные данные [16]; 14 – X = ρ+, опытные данные [2].

Скачать (152KB)
8. Рис. 7. Относительные отклонения значений , рассчитанных на основе СВУ, от данных [2–10]: 1 – опытные данные [3]; 2 – опытные данные [2]; 3 – опытные данные [4]; 4 – [5]; 5 – рассчитаны по уравнению Antoine (1) [2]; 6 – расчет по Soft-SAFT EoS [2, 9]; 7 – опытные данные [13, 14]; 8 – PR-MC EOS [14]; 9 – NIST TDE [30]; 10 – эксперименталь-ные данные [15].

Скачать (57KB)

© Российская академия наук, 2024