Теплофізичні властивості іонних рідин та їхніх розчинів з органічними сполуками - Автореферат

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наукРобота виконана в Одеській державній академії холоду Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор Оніщенко Володимир Петрович, директор інституту теплофізики Одеської державної академії холоду, заслужений діяч науки та техніки України. Офіційні опоненти: - доктор фізико-математичних наук, професор Калінчак Валерій Володимирович, завідуючий кафедрою теплофізики Одеського національного університету ім. Захист дисертації відбудеться “10” червня 2004 р. о 11.00 годин в ауд.108 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.41.087.01 в Одеській державній академії холоду за адресою: вул.Для ІР характерні надзвичайно низький тиск насиченої пари; широкий діапазон існування рідкої фази, що включає діапазон параметрів навколишнього середовища; висока в порівнянні з органічними теплоносіями густина, малочутлива до температурних змін; помірна при параметрах навколишнього середовища вязкість; обємна теплоємність на рівні сучасних промислових теплоносіїв, що допускає їхню пряму заміну без зміни конструкції теплообмінників; можливість спрямованої зміни властивостей за рахунок варіації катіонно-аніонного складу (design solvents); висока здатність до регенерації; хімічна інертність і стабільність; низька корозійна активність; нешкідливість і взриво-пожаробезпечність (green solvents) і т.д. Однак практичне застосування ІР та їхніх сумішей у ролі робочих тіл теплотехнічних пристроїв ускладнено внаслідок дефіциту експериментальної інформації про їхні теплофізичні властивості; у вітчизняній літературі це питання дотепер не розглядалося. Відомі недоліки теорії рідких електролітів обмежують можливості теоретичної оцінки теплофізичних властивостей ІР і їхніх сумішей. Прогнозування теплофізичних властивостей ІР по обмеженій експериментальній інформації істотно знижує вартісні і часові витрати на дослідження, дозволяючи оцінити ефективність застосування цих нових речовин у різних галузях теплотехніки й хімічної технології. Розвязання поставлених у дисертації задач проводилося за допомогою теоретичних і експериментальних досліджень у рамках Постанови Верховної Ради України №75/94-ВР від 1.07.94 р., що затвердила Закон України “Про енергозбереження”, Постанови Кабінету Міністрів України №148 від 5.02.97 р., що затвердила “Комплексну Державну Програму Енергозбереження”; Ухвалення Кабінету міністрів України №583 від 14.04.99 р.Низькотемпературні розплави солей (температура плавлення нижче 1000С) - так звані іонні рідини (ІР) - являють собою солі з аніонами типу тетрафтороборат BF4-, гексафторофосфат PF6-, трифлат [Tf] - CF3SO2-, нонафлат [Nf] - CF3(CF2)3SO2-, трифтороацетат [TA] - CF3CO2-, гептафторо-бутаноат [HB] - CF3(CF2)3CO2-, біс(трифторометил-сульфоніл) амід [NTF2]-(CF3SO2)2N-та ін. Проведено огляд методів вивчення взаємної розчинності й обґрунтовано вибір методу газорідинної хроматографії для визначення граничних коефіцієнтів активності органічних сполук у сумішах з ІР за часом втримування речовини в колонці.Для систематичного вивчення властивостей розчинів розведених у ІР органічних сполук використовувався динамічний метод газорідинної хроматографії. З метою підвищення його точності запропоновано диференціальне рівняння для процесу втримування речовини в колонці. Відповідно до висновків попереднього аналізу спроектовано конструкцію установки, намічено методику проведення експерименту з наступною обробкою експериментальних результатів. , (2) фактор J здійсняє врахування падіння тиску уздовж колонки: , (3) де ? - коефіцієнт активності сполуки i при нескінченному розведенні в стаціонарній фазі; p - тиск пари чистої органічної рідини; n3 - кількість молів стаціонарної фази в колонці; VN - обєм втримування; p0W - тиск насичення води при Tf ; pi і p0 - внутрішній і зовнішній тиски газо-хроматографічної колонки; В11 - другий віріальний коефіцієнт розчиненої речовини; В12-віріальний коефіцієнт, що відповідає різнорідним взаємодіям розчиненої сполуки в суміші з газом-носієм; V10 - мольний обєм чистої органічної рідини; V1? - парціальний мольний обєм речовини при нескінченному розведенні в ІР. Вперше отримано ? 38 органічних сполук різної полярності (алканів, алкенів, алкілбензолів, лінійних і розгалужених спиртів, ацетону, ацетонітрілу, етилацетатів, алкілефірів, хлорометанів) у сумішах з ІР [mbpi]BF4, [emim]NTF2 і [emmim]NTF2 у діапазоні температур 313?363К.Аналіз конденсату виконувався за допомогою газорідинного хроматографа, обладнаного полумяно-іонізаційним детектором та інтегратором. Застосовуючи закон Дальтона до насиченої пари азоту, значення тиску розраховувалися згідно рівняння стану ідеального газу: (5) де R - газова постійна; - кількість перенесених молів суміші n компонентів з перенесеними масами і молекулярними масами ; V(N2) - обєм газу-носія; Т0 - температура навколишнього середовища.