Теплофизические свойства двуокиси углерода - Алтунин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Существенным моментом излагаемой методики является выделение изолинии (z—l)v=0. По данным МЭИ [3.12] и Амстердамской лаборатории [3.75], эта изолиния в q, Г-диаграмме является прямой и дает температуру Бойля Г б = = 700±1 К. Прямолинейный характер указанной изолинии получен для многих хорошо изученных веществ [3.4, 3.58а, 3.76]. По опытным данным ОИИМФ, для жидкой СОг эта изолиния также близка к прямой, но ее наклон в плоскости q — Г является несколько иным.
Сжимаемость твердой двуокиси углерода при высоких давлениях исследовалась лишь в двух работах [3.49, 3.84]. В 1938 г. П. Бриджмен [3.49] сообщил значения Avq/v на изотерме 193 К при давлениях 5—36 кбар. В работе Стивенсона [3.84]
* По утверждению Левитта [3.69], для Аг и N2, по крайней мере, изобары в иу Г-диаграмме близки к прямым и имеют общую точку при Г=0 К. Последнее утверждение ошибочно и вызвано тем, что при экстраполяции изобар на Т=0 К не учтен факт их излома.
127
результаты измерений Avq/v в интервале 45—180 К при давлениях до 10 кбар приведены только в графической форме. Использование этих данных для построения уравнения состояния твердой СОг затруднено отсутствием надежных значений плотности на кривой плавления (см. разд. 2.2).
3.2. Экспериментальное исследование плотности при высоких давлениях
В настоящем разделе обсуждаются экспериментальные работы, результаты которых рассматривались в качестве основных при разработке уравнения состояния. Кроме того, сделаны краткие комментарии к работам [3.21, 3.40, 3.62].
Техника получения чистой СОг. Во многих работах для теплофизических исследований получали С02 лабораторным путем [3.87]. В настоящее время чистый продукт получают, как правило,, после очистки коммерческого газа. На рис. 26 изображена схема очистки, применявшаяся в- Амстердамской лаборатории [3.74].
Рис. 26. Схема очистки двуокиси углерода, применяемая в Амстердамской лаборатории:
1 — баллон с газом; 2, 9 — вентиль; 3 — фильтр; 4, 7 — кран; 5 — ловушка; 6 — первая ступень очистки; 8 — вторая ступень очистки; 10 — сосуд-хранилище; 11 — стеклянный сосуд; 12 — пружинный манометр; 13 — ловушка
Коммерческий газ из баллона 1 медленно выпускается в заранее эвакуированную систему очистки, куда он проходит через фильтр 3, заполненный Р2О5, ловушку 5, охлаждаемую смесью «сухой лед» — спирт, и затем конденсируется в сосуд 6 при температуре жидкого воздуха. Возможные примеси воздуха с поверхности «сухого льда», образующегося в сосуде 6Ш
128
удаляются паромасляным диффузионным насосом через холодную ловушку 13. Затем насос отключают, открывают кран 7 и перегоняют газ во вторую ступень очистки S, из которой выпускают в стеклянный сосуд 11> рассчитанный на давление около 10 атм. После наполнения сосуда 11 жидкой двуокисью углерода она вытесняется нагревом в специальный сосуд-хранилище 10.
Авторы утверждают, что полученный таким образом газ не содержит примесей. Однако Венторф [3.87] сообщает, что коммерческая С02 чистотой 99,9% не могла быть очищена далее двукратной сублимацией при низкой температуре и поэтому пришлось получать С02 лабораторным путем. Действительно, конденсация С02 при температуре жидкого воздуха происходит быстро и неизбежно сопровождается окклюзией газообразных примесей образующейся твердой двуокисью углерода. Следовательно, конденсация должна быть неоднократной.
В работах МЭИ в качестве исходного продукта использовалась коммерческая двуокись углерода (ГОСТ 8050—64 «Пищевая осушенная углекислота»), имеющая по паспорту чистоту около 99,5%, с содержанием влаги не более 0,04%. Дополнительная очистка осуществлялась в несколько этапов. Для того чтобы уменьшить количество неконденсирующихся примесей, часть содержимого баллона испаряли в атмосферу. Затем баллон переворачивали и для дальнейшей очистки брали продукт из жидкой фазы, так как при комнатных температурах содержание воздуха (азота) в жидкой фазе примерно в 10 раз меньше, чем в газовой [3.20].
На выходе из баллона жидкая С02 дросселируется до давления 2—3 атм, пропускается через алюмогелевый * (с прослойками фетра) фильтр и медленно конденсируется в сосуде-хранилище при температуре около —80° С. После заполнения этого сосуда баллон отключается и температура в криостате понижается (с помощью жидкого азота) до —180° С. С поверхности охлажденного сухого льда форвакуумным насосом (а в [3.9], кроме того, и диффузионным насосом ЦВЛ-150) эвакуируется газ с возможной примесью воздуха и сосуд-хранилище отогревается до комнатной температуры.
Контроль за чистотой газа осуществляется объемным способом по поглощению С02 водным раствором едкого кали (40—50%) [3.34].
Для того чтобы исключить загрязнение исследуемого газа в коммуникациях установки, применяли многократные «про-
* Для осушки газов, содержащих водяные пары в небольшом количестве, можно использовать искусственные цеолиты, активная емкость которых при комнатных температурах в несколько раз больше, чем у алюмоге-ля и силикагеля [3.19]. В нашем случае в фильтр поступает охлажденная при дросселировании (до —30° С) двуокись углерода и при этих условиях для осушки газа целесообразнее применять алюмогель.
