бутилметакрилат - Дослідження рівноваги рідина-пара у системі гептан - страница 1

Страницы:
1  2 

ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ

УДК 541.11

Чан Ван Тхань, В.В. Сергеев, С.І. Герасимчук

Національний університет "Львівська політехніка", кафедра фізичної та колоїдної хімії

ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНОВАГИ РІДИНА-ПАРА У СИСТЕМІ ГЕПТАН - БУТИЛМЕТАКРИЛАТ

© Чан Ван Тхань, Чан Ван Тхань, Сергеев В.В., Герасимчук С.І., 2008

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

By the tensimetric method the depending of vapor pressure on temperature was determined. By the experimental and literature datum the characteristic equilibrium the excess thermodynamic functions of mixing of components were calculated.

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

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

Статичним методом з мембранним манометром досліджено рівновагу у системі гептан -бутилметакрилат. Надійність роботи тензиметричної установки перевірена в серії дослідів з випаровування гептану, дані наведено у табл. 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 температурної залежності тиску насиченої пари гептану узгоджуються з літературними даними [1] у межах похибки вимірювань, що свідчить про відсутність сис­тематичних похибок при роботі на нашій експериментальній установці у дослідженому інтервалі тисків та температур.

Досліджена температурна залежність тиску насиченої пари для системи гептан-бутил-метакрилат, вміст гептану в яких становив 17,3; 35,6; 53,0; 76,5 мол.%, відповідно.

Первинні дані отриманих температурних залежностей наведено у табл. 2.

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

Ь^Па) = A + B/T. (1)

У табл. З подано результати математичної обробки експериментальних даних для розчинів різного складу. Температурну залежність тиску насиченої пари гептану та естеру взято з літературних даних [2, З] .

Таблиця 2

Температурні залежності тиску насиченої пари для розчинів гептан-бутилметакрилат

Вміст гептан

Вміст гептан

Вміст гептан

Вміст гептан

17,3 мол.%

35,6 мол.%

53,0 мол.%

76,5 мол.%

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

Т, К

Р, кПа

296,3

37,23

294,1

42.99

293,8

44,26

291,3

40.66

303,9

53,47

303,9

68,90

303,8

72,81

304,3

75,51

313,7

76,35

314,2

103,96

313,9

110,93

313,7

113,27

323,5

106,73

323,5

142,74

323,0

157,80

323,0

166,40

333,2

140,44

333,5

199,06

333,9

232,16

333,0

244,83

342,2

186,63

343,1

268,24

342,9

313,57

343,1

345,67

352,0

246,98

353,5

368,32

352,8

432,04

352.3

473,07

362,1

328,55

362,1

470,58

363,5

601,70

361,8

644,45

Таблиця 3

Результати обробки експериментальних даних температурних залежностей тиску пари

для розчинів гептан-бутилметакрилат

Вміст гептану мол. %

Темпер. інтервал, К

А

-В-10-2 , К

Р

0

290-362

25,13±0,16

58,22±0,54

0,9999

17,3

296-362

20,00±0,30

34,79±1,05

0,9994

35,6

294-362

20,97±0,31

36,93±1,02

0,9995

53,0

293-363

21,88±0,24

39,53±0,77

0,9998

76,5

291-361

22,46±0,11

41,20±0,40

0,9999

100

290-360

23,11±0,14

42,89±0,47

0,9999

На основі отриманих даних було зроблено ізотермічні перерізи на графіках залежності тиску пари від температури для чистих компонентів та розчинів різного складу при температурах 290, 310, 320, 330, 340, 350 К. Дані залежності загального тиску пари над розчинами від їхнього складу наведено в табл. 4

Таблиця 4

Залежність тиску пари (кПа) розчинів гептан-бутилметакрилат від вмісту гептану

за різних температур

Вміст гептану, % моль

Т = 300 К

Т = 310 К

Т = 320 К

Т = 330 К

Т = 340 К

Т = 350 К

0

3,07

5,74

10,32

17,91

30,09

49,09

17,3

44,94

65,32

92,77

128,97

175,85

235,57

35,6

57,60

85,69

124,34

176,40

245,16

334,38

53,0

60,68

92,82

138,26

201,03

285,93

398,59

76,5

62,01

96,57

146,29

216,09

311,95

440,99

100

67,06

106,35

163,88

245,99

360,53

516,98

Залежності загального тиску пари над розчинами апроксимували поліномомами третього степеня, котрий вибрали, враховуючи середньоквадратичне відхилення між експериментальними та розрахованими за поліномом точками. Вважали, що при значенні відхилення, співвимірному з похибкою експерименту, поліном добре описує експериментальні дані. Отримані у такий спосіб коефіцієнти поліноміальних рівнянь використовували для розрахунку рівноважних складів рідини та пари (x, y), парціальних тисків (Р1, Р2) та коефіцієнтів активності (уь у2) компонентів системи гептан - бутилметакрилат за модифікованим рівнянням Дюгема - Маргулеса [4]. У табл. 5 наведенохарактеристики ізотермічної рівноваги досліджуваної системи для максимальної температури -350 К, та для мінімальної температури - 300 К.

Таблиця 5

Дані ізотермічної рівноваги рідина - пара у системі гептан - бутилметакрилат при 350 К

x, мол. %

y, мол. %

Р, кПа

Р1, кПа

Р2, кПа

Y1

Y2

5,00

57,2

11,18

6,39

4,79

2,472

1,001

10,00

72,4

16,54

11,98

4,56

2,317

1,007

15,00

79,5

21,18

16,83

4,35

2,170

1,016

20,00

83,5

25,15

21,00

4,15

2,031

1,031

25,00

86,1

28,53

24,57

3,96

1,901

1,051

30,00

87,9

31,38

27,59

3,79

1,779

1,078

35,00

89,2

33,77

30,13

3,64

1,665

1,112

40,00

90,2

35,76

32,27

3,49

1,560

1,157

45,00

91,0

37,41

34,05

3,36

1,464

1,213

50,00

91,7

38,79

35,56

3,23

1,375

1,283

55,00

92,2

39,95

36,85

3,10

1,296

1,370

60,00

92,7

40,97

38,0

2,97

1,225

1,478

65,00

93,2

41,92

39,08

2,84

1,163

1,613

70,00

93,7

42,85

40,17

2,68

1,110

1,777

75,00

94,3

43,82

41,34

2,48

1,066

1,975

80,00

95,1

44,92

42,70

2,22

1,032

2,207

85,00

96,0

46,19

44,33

1,86

1,009

2,459

90,00

97,2

47,70

46,35

1,35

0,996

2,683

95,00

98,6

49,52

48,83

0,69

0,994

2,729

Таблиця 6

Дані ізотермічної рівноваги рідина - пара у системі гептан - бутилметакрилат при 300 К

x, мол. %

у, мол. %

Р, кПа

Р1, кПа

Р2, кПа

Y1

Y2

5,00

77,6

1,77

1,37

0,40

4,051

1,002

10,00

87,0

2,90

2,52

0,38

3,723

1,008

15,00

90,6

3,82

3,46

0,36

3,413

1,021

20,00

92,4

4,57

4,22

0,35

3,121

1,041

25,00

93,5

5,15

4,82

0,33

2,848

1,069

30,00

94,2

5,58

5,26

0,32

2,593

1,108

35,00

94,7

5,89

5,58

0,31

2,356

1,160

40,00

95,0

6,10

5,79

0,31

2,138

1,230

45,00

95,1

6,20

5,90

0,30

1,937

1,323

50,00

95,2

6,24

5,94

0,30

1,755

1,446

55,00

95,1

6,22

5,92

0,30

1,591

1,616

60,00

95,0

6,18

5,87

0,31

1,445

1,836

65,00

94,9

6,10

5,79

0,31

1,317

2,143

70,00

94,7

6,04

5,72

0,32

1,208

2,562

75,00

94,5

6,00

5,67

0,33

1,118

3,143

80,00

94,5

6,00

5,67

0,33

1,048

3,930

85,00

95,0

6,06

5,75

0,31

1,000

4,896

90,00

96,2

6,19

5,95

0,24

0,978

5,705

95,00

98,3

6,42

6,31

0,11

0,982

5,304

Концентраційні залежності коефіцієнтів активності компонентів дослідженої бінарної сис­теми наведено на рис. 1.

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

6.00 ■

ъ

о х со

го

X

'■е­ф о

4.00

2.00 ■

0.00 ■

350

~1     I     1     I     1     I     1 Г~

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00

Вміст гептан, мол.%

100.00

Рис. 1. Залежність коефіцієнтів активності компонентів від складу системи

гептан - бутилметакрилат

л о

8000 -

7000 6000 Ч

5000 4000 -

3000 2000 -

1000 0 --1000 -2000 ­

300 К

50

AG

350 К

AG

X

1100

Рис 2. Термодинамічні функції для розчинів гептан-бутилметакрилат залежно від мольної частки гептану

Термодинамічні властивості неідеального розчину прийнято характеризують надлишковими термодинамічними функціями, які являють собою різницю між функціями змішування певного розчину та ідеального. Надлишкові функції позначають символом YE.

YE = AYm - AYm (2)

(Y= U, H, G, F, S, V, u, тощо) Надлишкові термодинамічні функції змішування бінарної системи гептан-бутилметакрилат розраховані за такими рівняннями:

GE = RT Z x; lny ;;

і = 1

(3)

e

HE =-RT2 Ехі

p,x ,...,x 1        k -1

TSE = HE -GE; AG = Gm + GE .

Надлишкові термодинамічні функції змішування, Дж/моль

(4)

(5) (6)

Таблиця 7

X

%

T= 300 K

T= 350 K

 

GE

HE

TSE

GE

HE

TSE

5

178,0

1514

1336

135,5

1279

1144

10

346,6

2703

2356

261,9

2315

2053

15

503,5

3603

3099

377,8

3125

2747

20

647,4

4243

3596

482,5

3746

3263

25

777,1

4656

3879

575,1

4190

3615

30

891,4

4875

3984

654,8

4499

3844

35

988,8

4948

3959

720,5

4691

3971

40

1067

4911

3843

771,8

4800

4028

45

1125

4819

3693

807,2

4856

4049

50

1162

4703

3541

825,9

4887

4061

55

1173

4586

3412

826,7

4892

4064

60

1157

4691

3534

809,1

4948

4139

65

1112

5000

3888

772,2

5039

4267

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

бутилметакрилат - Дослідження рівноваги рідина-пара у системі гептан