Коэффициенты теплопроводности смеси рапсовое масло - этанол в диапазоне температур 303-363 к и давлений до 30 МПа

УДК 536.632

И. Р. Габитов, Р. Р. Накипов, З. И. Зарипов

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СМЕСИ РАПСОВОЕ МАСЛО - ЭТАНОЛ В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 303-363 К И ДАВЛЕНИЙ ДО 30 МПа

Ключевые слова: коэффициент теплопроводности, биодизельное топливо, рапсовое масло, этанол.

Приведены результаты экспериментального исследования коэффициентов теплопроводности смеси рапсовое

масло и этанол.

Keywords: thermal conductivity, biodiesel fuel, rapeseed oil, ethanol. The results of thermal conductivity experimental investigation of rapeseed oil-ethanol mixture are presented.

Введение

На кафедре Теоретических основ теплотехники КНИТУ продолжается большая научно-исследовательская работа, посвященная исследованию процессу производства биодизельного топлива реакцией переэтерификации растительных масел в среде сверхкритических спиртов [1, 2]. Основной целью на данном этапе исследования является моделирование указанного процесса с целью оптимизации и масштабирования до промышленного уровня.

Необходимым условием для реализации данной цели является наличие достоверных данных по теплофизическим и переносным свойствам исходных компонентов, а также их смесей. Как известно, в основе моделирования лежит теория подобия, устанавливающая критерии подобия, равенство которых для натуры и модели обеспечивает возможность переноса экспериментальных результатов, полученных путём физического моделирования, на натурные условия. В состав критериев подобия, в том числе, входят и такие переносные свойства как кинематическая вязкость и теплопроводность. Именно экспериментальному измерению коэффициентов теплопроводности посвящена настоящая статья. Настоящая работа является продолжением предыдущих работ [3-6], где исследовались теплофизи-ческие и переносные свойства подобных систем.

Материалы и методы исследования

Биодизельное топливо, получаемое сверхкритическим методом - есть продукт реакции пере-этерификации растительных масел в среде сверхкритических спиртов. Результатом такой реакции являются этиловые эфиры жирных кислот, входящих в состав используемого масла. Объект настоящего исследования - это смесь рапсовое масло -этиловый спирт (95,6%) в диапазоне концентраций: 4:1, 18:1 и 50:1 моль/моль с избытком спирта.

Перечень компонентов смеси, значения показателя преломления и плотности приведены в таблице 1. Указанные в таблице значения позволяют привязать исследуемые свойства к определенным абсолютным величинам.

Таблица 1 - Характеристики исследуемых компонентов

Исследуемое вещество Показатель преломления П 20 Плотность р20, кг/м3

Масло рапсовое 1.4723 918,6

Этиловый спирт 1.3626 804,7

Экспериментальная часть

Измерения коэффициентов теплопроводности проводились на экспериментальной установке, реализующей метод нагретой нити. Схема установки, её основные элементы, а также методика измерения были описаны в предыдущих работах [7, 8].

Для проверки работоспособности установки были проведены контрольные измерения коэффициентов теплопроводности этилового спирта 95,6% (показатель преломления и плотность указаны в таблице 1) в диапазоне температур 303-363 К и давлений 0,098-29,4 МПа. Для примера на рис.1 приведена зависимость коэффициента теплопроводности этанола от температуры при давлении 29,4 МПа.

0,195 0,19 0,185 £ 0,18 0,175 ffl 0,17 0,165 0,16

-Данные автора

----Данные [9]

273 293 313 333 Температура, К

353

373

Рис. 1 - Зависимость коэффициента теплопроводности к (Вт/(м^К) этанола от температуры при давлении Р = 29,4 МПа

Полученные в ходе проведения контрольных измерений данные хорошо согласуются с литературными [9] с максимальным отклонением в 1%.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования коэффициентов теплопроводности смеси рапсовое масло - этанол в указанном диапазоне изменения параметров состояния представлены на рисунках 2-4, где приводятся зависимости коэффициента теплопроводности смеси от температуры при различных давлениях. Каждый из графиков отнесен к соответствующему молярному соотношению спирт-масло, указанному в заголовке рисунка. Выбор данных соотношений определялся в соответствии с мольными соотношениями, использованными в процессе получения биодизельного топлива.

Рис. 2 - Зависимость коэффициента теплопроводности к (Вт/(м^К) от температуры для молярного соотношения спирт-масло 50:1 при соответствующих давлениях: 1 - 29,4 МПа; 2 - 19,6 МПа; 3 - 9,8 МПа; 4 - 0,5 МПа

Рис. 3 - Зависимость коэффициента теплопроводности к (Вт/(м-К) от температуры для мольного соотношения спирт-масло 18:1 при соответствующих давлениях: 1 - 29,4 МПа; 2 - 19,6 МПа; 3 - 9,8 МПа; 4 - 0,5 МПа.

И 0,16 о

s <2

ГМ Ч

4: 1

303 323 343 353

Температура, К

Рис. 4 - Зависимость коэффициента теплопроводности к (Вт/(м^К) от температуры для молярного соотношения спирт-масло 4:1 при соответствующих давлениях: 1 - 29,4 МПа; 2 - 19,6 МПа; 3 - 9,8 МПа; 4 - 0,5 МПа

Представленные зависимости имеют характерный для большинства жидкостей линейный вид: теплопроводность падает с увеличением температуры и растет с увеличением давления.

Заключение

В настоящей работе приведены результаты экспериментального исследования численных значений коэффициентов теплопроводности бинарной смеси рапсовое масло- этанол в диапазоне температур 293-363 К, давлений до 30 МПа и мольных соотношений 50:1, 18:1, 4:1.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 13-03-12078 офи-м).

Литература

1. Р.А. Газизов, Р.А. Усманов, Ш.А. Бикташев, Ф.М. Гумеров, Ф.Р. Габитов, Вестник Казан. технолог. унта., 2, 221-224 (2010);

2. А.Р. Габитова, С.В. Мазанов, Р.А. Усманов, Вестник Казан. технолог. ун-та, .16, 8. 302-304 (2013);

3. Р.Р. Габитов, Р.Р. Накипов, Ф.Н. Шамсетдинов, Р.А. Усманов, И.Х. Хайруллин, З.И. Зарипов, Вестник Казан. Технолог. ун-та, 15, 21, 25-27 (2012);

4. Р.Р. Габитов, И.Р. Габитов, Ф.Н. Шамсетдинов, Т.Р. Ахметзянов, Р.А. Усманов, З.И. Зарипов, Вестник Казан. Технолог. ун-та, 15, 9, 56-58 (2012);

5. Ф.Н. Шамсетдинов, С.А. Булаев, З.И. Зарипов, Вестник Казан. Госуд. Технич. ун-та им. А.Н. Туполева, 2, 11-16 (2011);

6. Ф.Н. Шамсетдинов, З.И. Зарипов, Вестник Казан. технолог. ун-та., 6, 105-108 (2011);

7. F.N. Shamsetdinov, Z.I. Zaripov, F.M. Gumerov, F.R. Gabitov, I.M. Abdulagatov, M.I. Huber, A.F. Kazakov. International journal of refrigeration, 36, 4, 1347-1368 (2013);

8. Ф.Н. Шамсетдинов, З.И. Зарипов, А.Х. Садыков, Г.Х. Мухамедзянов, Вестник Казан. технол . ун-та, 14, 230234 (2011);

9. Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филлипов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий, Справочник по теплопроводности жидкостей и газов, Энергоатомиздат, Москва, 1990, С.124-125;

© И. Р. Габитов - асп. каф. теоретических основ теплотехники, gabitov.ilgiz@gmail.com; Р. Р. Накипов - аспирант той же кафедры, nakip88@yandex.ru; З. И. Зарипов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, zufar_zaripov@mail.ru.

© I. R. Gabitov - post-graduate student at Heat Engineering department of KNRTU, gabitov.ilgiz@gmail.com; R. R. Nakipov -post-graduate student at Heat Engineering department of KNRTU, nakip88@yandex.ru; Z. I. Zaripov - doctor of science, professor at Heat Engineering department of KNRTU, zufar_zaripov@mail.ru.