Чан ван тхань, В Сергеев, Ю Ван-чин-сян - Дослідження рівноваги рідина-пара в системі ацетонітрил-вобутилметакрилат - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія хім. 2008. Bun. 49. Ч. 2. С. 193-199

VISNYK LVIV UNIV. Ser. Khim. 2008. No 49. Part 2. P. 193-199

УДК 541.11

ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНОВАГИ РІДИНА-ПАРА В СИСТЕМІ АЦЕТОНІТРИЛ-ВОБУТИЛМЕТАКРИЛАТ

Чан Ван Тхань, В. Сергеев, Ю. Ван-Чин-Сян

Національний університет "Львівська політехніка", вул. С. Бандери, 12, 79013 Львів, Україна e-mail: vsergeev@polynet. lviv.ua.

Тензиметричним методом визначено залежності тиску насиченої пари від температури. За експериментальними і літературними даними визначено надлишкові термодинамічні функції змішування компонентів у розчині.

Ключові слова: рівновага рідина-пара, термодинаміка, ізобутилметакрилат, ацето-нітрил, коефіцієнт активності.

Естери акрилового ряду мають велике значення завдяки їхнім унікальним властивостям, зумовленими специфічним знаходженням в молекулі сполуки двох функціональних центрів: подвійного зв'язку і карбоксильної групи. Полімери і співполімери на їхній основі мають найширше використання у виробництві барвників, спеціальних каучуків, паперу, різноманітних штучних шкіряних виробів, органічного скла, коагулянтів, мономерних клеїв, рідких фотополімерних композицій длядрукованих форм.

Розроблення сучасних технологічних процесів, пов'язаних з хімічними і фазовими перетвореннями речовин, потре ує виконання термодинамічного аналізу. За його допомогою можливе встановлення оптимальних умов промислового синтезу і очищення технічно важливих речовин, а також визначення реакційної здатності сполук і механізму реакції.

Статичним методом з мембранним манометром досліджено рівновагу в сис­темі ацетонітрил-ізобутилметакрилат. Надійність роботи тензиметричної установки перевірено у низці дослідів з випаровуваннягептану. Дані наведено в та л. 1.

Таблиця 1

Температурна залежність тиску насиченої пари гептану

Т, К

284,4

294,1

301,3

310,3

318,5

326,4

335,4

344,4

350,5

344,2

Р, кПа

3,00

5,33

7,53

11,26

16,6

22,06

30,86

42,59

52,38

42,40

Отримані результати узгоджуються з літературними даними [1] в межах похи ки вимірювань, що свідчить про відсутність систематичних похи окпри ро оті на нашій експериментальній установці в дослідженому інтервалі тисків та температур.

© Чан Ван Тхань, Сергеєв В., Ван-Чин-Сян Ю., 2008

Досліджена температурна залежність тиску насиченої пари над системами ацетонітрил-ізобутилметакрилат, вміст ацетонітрилу в яких становив 21,4; 39,1; 59,5; 78,9 мол. %, відповідно.

Первинні дані отриманих температурних залежностей наведено в та л. 2.

Таблиця 2

Температурні залежності тиску насиченої пари над розчинами ацетонітрил-ізо утилметакрилат

Вміст ацетонітрилу

Вміст ацетонітрилу

Вміст ацетонітрилу

Вміст ацетонітрилу

21,4 мол. %

39,1 мол. %

59,5 мол. %

78,9 мол. %

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

297,9

89,22

304,2

126,74

304,7

141,51

303,8

150,80

303,7

108,85

313,8

180,16

314,2

203,85

313,5

222,75

313,3

148,59

323,7

253,33

324,7

297,68

323,6

326,14

323,2

201,53

333,9

352,39

334,2

410,78

332,8

452,37

332,8

265,78

343,7

475,04

342,9

543,13

342,4

624,63

342,4

345,12

353,5

629,85

353,2

742,63

351,8

842,21

353,2

455,23

363,6

829,07

362,9

981,02

362,2

1 151,27

Отримані дані температурних залежностей тиску пари над розчинами описано рівнянням Клапейрона-Клаузіуса (коефіцієнт кореляції & у всіх випадках більший від 0,99). Тому результати вимірювань опрацьовані методом найменших квадратів з урахуванням 95 % довірчого інтервалу й апроксимовані у вигляді рівняння:

ІпР(Па) = A + B/T. (1)

У табл. 3 наведено результати математичного опрацювання експериментальних даних длярозчинів різного складу. Температурна залежність тиску насиченої пари ацетонітрилу та естеру взято з літературних даних [2, 3].

Таблиця 3

Результати опрацюванняекспериментальних даних температурних залежностей тиску пари над розчинами ацетонітрил-ізо утилметакрилат

Вміст ацетонітрилу мол. %

Температурний інтервал, К

А

-В-10-2 , К

&

0

299-361

21,50±0,38

42,7±1,2

0,9973

21,4

297-353

19,51±0,23

31,0±1,1

0,9994

39,1

304-363

20,93±0,31

34,97±0,43

0,9999

59,5

304-362

21,65±0,34

36,78±0,34

0,9999

78,9

303-362

22,23±0,21

38,29±0,23

0,9999

100

297-360

23,11±0,81

41,14±0,80

0,9996

На підставі отриманих даних зро лено ізотермічні перерізи на графіках залежності тиску пари від температури длячистих компонентів та розчинів різного складу за температур 290, 310, 320, 330, 340, 350 К. Дані залежності загального тиску пари над розчинами від їхнього складу наведено в та л. 4.

Таблиця 4

Залежність тиску пари (кПа) над розчинами ацетонітрил-ізобутилметакрилат від вмісту ацетонітрилу за різних температур

Вміст ацетонітрилу, %

Т = 300 К

Т = 310 К

Т = 320 К

Т = 330 К

Т = 340 К

Т = 350 К

0

14,25

22,56

34,70

52,01

76,12

10,90

21,4

95,96

133,94

183,09

245,58

323,75

420,12

39,1

107,89

157,15

223,58

311,36

425,24

570,52

59,5

117,12

173,95

252,04

357,08

495,63

675,17

78,9

128,54

194,04

285,48

410,28

577,20

796,35

100

128,88

200,59

303,68

448,35

646,93

914,12

Залежності загального тиску пари над розчинами апроксимували поліномами третього степеня, який вибрали з урахуванням середньоквадратичнього відхилення між експериментальними та обчисленими за поліномом точками. Вважали, що при значенні відхилення, сумірному з похибкою експерименту, поліном добре описує експериментальні дані. Отримані коефіцієнти поліноміальних рівнянь викорис­товували для обчислення складу рівноважних складів рідини та пари (x, у), парціаль­них тисків (Р1, Р2) та коефіцієнтів активності (уь у2) компонентів системи ацето­нітрил-ізобутилметакрилат за модифікованим рівнянням Дюгема-Маргулеса [4]. У табл. 5 наведено характеристики ізотермічної рівноваги досліджуваної системи для максимальної температури - 350 К та для мінімальної - 300 К.

Таблиця 5

Дані ізотермічної рівноваги рідина-пара в системі ацетонітрил-ізо утилметакрилат при 350 К

x, мол. %

у, мол. %

Р, кПа

Р1, кПа

Р2, кПа

"1

"2

5,00

46,00

19,57

9,00

10,57

1,966

1,000

10,00

62,94

27,14

17,08

10,06

1,863

1,004

15,00

71,74

33,86

24,29

9,57

1,766

1,012

20,00

77,13

39,84

30,73

9,11

1,675

1,023

25,00

80,79

45,13

36,46

8,67

1,590

1,039

30,00

83,43

49,81

41,56

8,25

1,510

1,060

35,00

85,45

53,95

46,10

7,85

1,436

1,086

40,00

87,04

57,63

50,16

7,47

1,367

1,118

45,00

88,36

60,90

53,81

7,09

1,303

1,158

50,00

89,49

63,85

57,14

6,71

1,246

1,207

55,00

90,48

66,56

60,23

6,33

1,194

1,265

60,00

91,40

69,10

63,16

5,94

1,147

1,335

65,00

92,29

71,53

66,01

5,52

1,107

1,417

70,00

93,17

73,92

68,87

5,05

1,072

1,513

75,00

94,09

76,37

71,85

4,52

1,044

1,623

80,00

95,08

78,92

75,04

3,88

1,022

1,745

85,00

96,17

81,67

78,54

3,13

1,007

1,872

90,00

97,39

84,67

82,46

2,21

0,999

1,983

95,00

98,72

88,01

86,89

1,12

0,997

2,018

Таблиця 6

Дані ізотермічної рівноваги рідина-пара в системі ацетонітрил-ізобутилметакрилат при 300 К

x, мол. %

у, мол. %

Р, кПа

Р1, кПа

Р2, кПа

"1

"2

5,00

58,73

3,81

2,24

1,57

3,4180

0,9992

10,00

73,48

5,65

4,15

1,50

3,1692

1,0055

15,00

80,13

7,20

5,77

1,43

2,9354

1,0166

20,00

83,86

8,48

7,11

1,37

2,7147

1,0337

25,00

86,21

9,52

8,21

1,31

2,5069

1,0580

30,00

87,79

10,35

9,09

1,26

2,3114

1,0911

35,00

88,89

10,99

9,77

1,22

2,1289

1,1353

40,00

89,65

11,46

10,27

1,19

1,9590

1,1936

45,00

90,19

11,78

10,62

1,16

1,8016

1,2699

50,00

90,55

11,99

10,86

1,13

1,6568

1,3701

55,00

90,76

12,11

10,99

1,12

1,5245

1,5024

60,00

90,86

12,16

11,05

1,11

1,4047

1,6786

65,00

90,88

12,16

11,05

1,11

1,2976

1,9162

70,00

90,84

12,15

11,04

1,11

1,2036

2,2407

75,00

90,83

12,15

11,04

1,11

1,1229

2,6914

80,00

90,99

12,18

11,08

1,10

1,0569

3,3159

85,00

91,65

12,26

11,24

1,02

1,0090

4,1234

90,00

93,60

12,42

11,63

0,79

0,9864

4,8014

95,00

97,07

12,70

12,33

0,37

0,9904

4,4896

Концентраційні залежності коефіцієнтів активності компонентів дослідженої 'інарної системи зображено на рис. 1.

5 -

4-

2-

1 -

0 20 40 60 80 100

Вміст ацетонітрилу, мол. %

Рис. 1. Залежність коефіцієнтів активності компонентів від складу системи ацетонітрил-ізо утилметакрилат

Для розчинів ацетонітрил-ізобутилметакрилат коефіцієнти активності у у всьому діапазоні концентрацій більші за одиницю, що свідчить про додатне відхи­лення системи від закону Рауля. Ще одна особливість, на яку варто звернути увагу, -це суттєва залежність коефіцієнтів активності компонентів розчину від температури.

Термодинамічні властивості неідеального розчину характеризують надлиш­ковими термодинамічними функціями, які є різницею між функціями змішування цього розчину та ідеального. Надлишкові функції позначають символом

YE = AYm -AY™ (2) (Y = U, H, G, F, S, V, щ і т. д.).

Надлишкові термодинамічні функції змішування інарної системи ацетонітрил-ізобутилметакрилат обчислено за такими рівняннями:

GE = RT (x1lny1 + x2biy2); (3)

he=-RT2fx1 ^+x2 ^1; (4)

TSE = HE -GE; (5) AG = Gm + GE . (6)

Таблиця 7

Надлишкові термодинамічні функції змішування, Дж/моль

X,

%

T = 300 K

T = 350 K

 

GE

HE

TSE

GE

HE

TSE

5

151,07

439,28

288,20

97,63

504,28

406,64

10

299,73

886,69

586,96

191,85

1 002,66

810,81

15

437,52

1 310,68

873,16

277,41

1 477,71

1 200,31

20

564,08

2 582,65

2 018,57

353,77

3 528,74

3 174,96

25

678,32

2 098,79

1 420,46

420,68

2 336,72

1 916,04

30

779,15

2 446,94

1 667,79

477,62

2 708,73

2 231,11

35

865,35

2 762,39

1 897,04

523,71

3 040,99

2 517,28

40

935,72

3 039,78

2 104,07

558,75

3 323,38

2 764,64

45

988,50

3 266,29

2 277,79

581,93

3 552,42

2 970,49

50

1 022,34

3 435,75

2 413,41

592,90

3 721,33

3 128,43

55

1 035,33

3 541,09

2 505,76

590,92

3 816,26

3 225,34

60

1 025,31

3 562,97

2 537,66

575,72

3 836,89

3 261,17

65

990,09

3 534,44

2 544,36

546,84

3 781,69

3 234,86

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Чан ван тхань, В Сергеев, Ю Ван-чин-сян - Дослідження рівноваги рідина-пара в системі ацетонітрил-вобутилметакрилат