Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
Список литературы
1.Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. Новосибирск: Наука,
1984. – 160 с.
2.Кривенко В.В., Хмелевская А.В. и др. Литотерапия: лечение минералами. – М.: Педагогика-Пресс, 1994. – 224 с.
3.Сергеева О.И. Кремниевая вода в считанные секунды. // Газета Лечебные письма. –
14, 2009.
4.Малярчиков А.Д. Кремень и человечество или Кремень вновь обретает славу. – М.: АНК «ИТМО им. А.В. Лыкова», 1998, 352 с.
5.Гадиятов В.Г., Дмитриев Д.А. Применение кремней в литотерапии. - Актуальные вопросы здоровьесберегающих технологий на основе природных и минеральных ресурсов Воронежской области. Инновационный и инвестиционный потенциал развития бальнеологии
врегионе : материалы регион. науч.практ. конф., Воронеж, 28-29 апр. 2011 г. — Воронеж,
2011 .— С. 35-37 .
6.Ветштейн В., Сухин В. Феномен кремния и здоровье людей. http:// nashiprava.by.ru / Internet3.html/.
7.Гадиятов В.Г. Кремни из меловых отложений Воронежской антеклизы. - Новые идеи в науках о Земле : докл. 10-й междунар. конф. — М., 2011 .— Т. 1. - С. 150.
8.Методические указания по поискам и перспективной оценке месторождений цветных камней (ювелирных, поделочных, декоративно-облицовочных). - Выпуск 14. Окаменелое дерево и кремень. Министерство Геологии СССР. Всесоюзное шестое производственное объединение. Москва, 1976. - 59 с.
9.Технические условия «Камни-самоцветы природные в сырье». ТУ 41-07-060-90. НПО Кварисамоцветы. - М.: 1990. - 56 с.
10.Дмитриев Д.А., Савко А.Д., Жабин А.В. Сантонские отложения правобережья среднего течения реки Дон. - Воронеж, 2004. - 104 с. - (Тр. НИИ геологии ВГУ; Вып. 21).
11.Кукина О.Б., Степанова М.П., Потамошнева Н.Д. Оценка механо-химической активности карбонатных, силикатных и алюмосиликатных составляющих для композитов на основе систем твердения портландитового типа // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. Материалы академических научных чтений «Проблемы развития регионов в свете концепции безопасности и живучести урбанизированных территорий» [Текст]/РААСН; ЮЗГУ, Курск-
Воронеж; 2013. Вып. 12. – С. 169.
12.Чернышов Е.М., Потамошнева Н.Д., Кукина О.Б., Сергуткина О.Р. Диагностика и тестирование сырья как этапы технологий производства строительных материалов // Научный вестник воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия «Физико-химические проблемы строительного материаловедения и высокие технологии» 2008, выпуск 3-4.
________________________________________________________________________________
Гадиятов Виталий Галиаскарович - д.г-м.н., профессор кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Е-mail: gadiatovvg@mail.ru. Тел. 8 (473)2-71-53-84 (раб.)
Кукина Ольга Борисовна - к.т.н., доцент, доцент кафедры химии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: lgkkn@rambler.ru. Тел. 8-910-345-28-88
Сибирских Олег Валерьевич – инженер Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, Е-mail: sova193@yandex.ru. Тел. 8-961-184-59-12
101
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
УДК 614.841
Е.В. Калач, А.В. Любарь, И.В. Кузива
ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕМПЕРАТУР ВСПЫШКИ И КИПЕНИЯ С КОЭФФИЦИЕНТОМ ПРОНИЦАЕМОСТИ БИНАРНЫХ ЖИДКИХ СИСТЕМ
Изучены взаимосвязи температур вспышки и кипения с коэффициентом проницаемости 5 бинарных жидких систем вода – ацетонитрил, вода – изопропиловый спирт, вода – этанол, гексан – изопропиловый спирт и гексан – хлороформ.
Ключевые слова: бинарные жидкие системы, ацетонитрил, вода, гексан, изопропиловый спирт, этанол, хлороформ, температура кипения, температура вспышки, проницаемость, пожарная безопасность
E.V. Kalath, A.V. Lyubar, I.V. Kuziva
RELATIONSHIP OF THE FLASH POINT AND THE BOILING POINT WITH THE PERMEABILITY COEFFICIENT OF BINARY LIQUID SYSTEMS
Relationship between the flash point and the boiling point with the permeability coefficient of 5 binary liquid system water – acetonitrile, water – isopropyl alcohol, water – ethanol, hexane – isopropyl alcohol and hexane – chloroform were studied.
Keywords: liquid binary system, acetonitrile, water, hexane, isopropyl alcohol, ethanol, chloroform, boiling point, flash point, penetration, fire safety
Изучение влияния состава бинарных жидких систем на их температуры кипения и вспышки является актуальным с точки зрения обеспечения техники безопасности в технологических процессах, в которых используются смешанные водно-органические и органо-органические сольвенты [1-10]. К таким процессам можно отнести сорбционные, хроматографические, экстракционные процессы, органический синтез и т.д.
Коэффициент проницаемости (где поверхностное натяжение, а вязкость жидкости) имеет размерность м/с и характеризует постоянную потока жидкости через капилляр [6]. Он позволяет прогнозировать расстояния, проходимые фронтом конкретного растворителя за определенное время в конкретном пористом слое, смачиваемость поверхности материала. Этот коэффициент активно используется в планарной хроматографии. С точки зрения пожарной безопасности он может быть увязан со скоростью распространения ЛВЖ, или, наоборот негорючей жидкости в пористом материале.
Целью работы стало выявление количественных взаимосвязей между температурой кипения (Ткип), температурой вспышки (Твсп), коэффициентом проницаемости ( и составом типичных бинарных жидких систем, применяемых в жидкостной хроматографии, жидкостной экстракции, синтезе и сорбционном концентрировании органических веществ.
Результаты и их обсуждение. Экспериментальные значения изучаемых физикохимических параметров для индивидуальных растворителей и их смесей: вода – ацетонитрил, вода – изопропиловый спирт (ИПС), вода – этанол, гексан – ИПС, гексан – хлороформ; взяли из литературных источников [3-9]. Как было установлено ранее, величины Ткип, Твсп и зависят от состава не линейно, проявляя в большей или меньшей степени отклонения от аддитивности – от долей до десятков процентов, зависимости Х12 = f (φ2) , где Х12 – физико-химический параметр бинарной системы, а φ2 – объемная доля индивидуального более активного растворителя (модификатора), имеют чаще всего вид
________________________________________________________________________________
© Калач Е.В., 2015
102
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
вогнутой или выпуклой кривой, некоторые изотермы имеют минимум или максимум или имеют S-образный профиль. В случае водно-органических растворителей, активным является органический компонент, а в случае органо-органического – более полярный растворитель.
Так, коэффициент проницаемости 12 для бинарных систем хорошо апроксимируется модифицированным полиномом 3-й степени:
12= 1+А 1 2+(В 2-А 1- 1) 22+( 2-В 2) 23 , |
(1) |
где А и В – эмпирические коэффициенты (табл. 1).
Таблица 1. Коэффициенты уравнения (1) для изотерм коэффициента проницаемости Ψ12 (м/с) бинарных
жидких систем при 25 оС[6]
Бинарная система |
Ψ1 |
Ψ2 |
Коэффициенты уравнения (1) |
||
A |
B |
||||
|
|
|
|||
Гексан – изопропиловый спирт (ИПС) |
60,17 |
8,25 |
-1,45 |
-0,88 |
|
Гексан – хлороформ |
60,17 |
44,72 |
-1,18 |
1,83 |
|
Вода – ацетонитрил |
80,27 |
81,94 |
-3,09 |
2,58 |
|
Вода – ИПС |
80,27 |
8,25 |
-4,89 |
39,45 |
|
Вода – этанол |
80,27 |
17,49 |
-4,41 |
15,37 |
|
Величина Ткип является одним из важных критериев при выборе оптимальных растворителей для химических технологий. Она, например, должна быть достаточно высокой для предотвращения закипания в головках хроматографических насосов, так как паровые пузыри препятствуют работе клапанов насоса. Еще один недостаток легкокипящих жидкостей заключается в том, что при их использовании в многокомпонентных жидких системах состав последних нестабилен из-за испарения низкокипящего компонента, что приводит к невоспроизводимости условий проведения процесса.
В случае высокой токсичности или воспламеняемости летучего компонента возникают проблемы, обусловленные требованиями пожарной безопасности работ. С другой стороны, в препаративной жидкостной хроматографии и экстракции для облегчения выделения образцов из полученных фракций путем испарения сольвента требуется достаточно низкая температура кипения. Температура вспышки – параметр, прямо характеризующий пожарную опасность ЛВЖ, за исключением Твсп растительных масел, где он характеризует отсутствие в масле остаточных количеств сольвента после экстракции масла из сырья.
На рис. 1-9 показаны результаты расчетов эмпирических зависимостей в виде 3Dдиаграмм. Установлено, что для системы вода – ацетонитрил (этанол, ИПС) Твсп нелинейно увеличивается с увеличением доли воды, при этом ψ, проходя через экстремумы, уменьшается, Ткип также меняется от состава и во взаимосвязи с проницаемостью сложно, с экстремумами на зависимостях, на летучесть бинарных жидкостей влияет способность к образованию компонентами водородных связей, их поверхностная активность.
Для системы гексан – ИПС характерно резкое возрастание Твсп при высоких долях ИПС, напротив, проницаемость смесей в которых преобладает ИПС минимальная. В системе гексан – хлороформ Твсп резко возрастает с увеличением объемной доли негорючего хлороформа, при этом максимальная проницаемость характерна для гексана и смесей с низким содержанием хлороформа. Наблюдается общая тенденция – чем ниже проницаемость, тем выше точки вспышки и кипения. Таким образом, чем ниже
103
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
проницаемость, чем выше температуры кипения и вспышки, тем меньше пожарная опасность бинарных систем водно-органических и органических растворителей.
Рис. 1. Зависимость Твсп системы этанол – вода от |
Рис. 2. Зависимость Ткип системы этанол – вода от |
объемной доли этанола (φ2) и проницаемости (ψ, м/с) |
объемной доли этанола (φ2) и проницаемости (ψ, м/с) |
Рис. 3. Зависимость Твсп и Ткип в системе этанол – вода |
Рис. 4. Зависимость Твсп системы ацетонитрил – вода |
от проницаемости (ψ, м/с) |
от объемной доли ацетонитрила (φ2) и проницаемости |
|
(ψ, м/с) |
Рис. 5. Зависимость Твсп системы ИПС – вода от |
Рис. 6. Зависимость Твсп и Ткип в системе ИПС – вода |
объемной доли ИПС (φ2) и проницаемости (ψ, м/с) |
от проницаемости (ψ, м/с) |
104
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
Рис. 7. Зависимость Твсп системы ИПС – гексан от |
Рис. 8. Зависимость Твсп смеси хлороформ – гексан от |
объемной доли ИПС (φ2) и проницаемости (ψ, м/с) |
объемной доли хлороформа (φ2) и проницаемости (ψ, |
|
м/с) |
Рис. 9. Зависимость Твсп, 0С и Ткип системы ИПС – гексан от проницаемости (ψ, м/с)
Вместе с тем следует отметить, что исследуемые зависимости носят весьма сложный характер, на который оказывает влияние не только поверхностное натяжение, вязкость смесей, обуславливающих величину проницаемости, летучесть компонентов, но и их реакционная способность в реакциях окисления органических веществ кислородом воздуха.
Список литературы
1.Рудаков О.Б., Д.С. Беляев, Паринов Д.Б., Рудакова Л.В. Обобщенный критерий химической и пожарной безопасности сольвентов//Пожарная безопасность, 2005, №6, с. 8185.
2.Рудаков О.Б., Беляев Д.С., Хорохордина Е.А., Подолина Е.А. Поверхностное натяжение бинарных подвижных фаз для жидкостной хроматографии//Журнал физической химии, 2007, том 81, № 3. с. 438-441.
3.Преображенский М.А., Рудаков О.Б. Зависимость температуры кипения бинарных водно-органических смесей от состава// Журн. физич. химии, 2015, Т. 89, №1, с. 69-72
4.Рудаков О.Б., Бочарова О.Н. Температура кипения бинарных подвижных фаз для высокоэффективной жидкостной хроматографии//Журнал физической химии, 2000, Т. 74, №6, с. 1059-1064
105