Плотность жидкости при нормальной температуре кипения
Практически все корреляционные методы основаны на принципе соответственных состояний и требуют знания плотности насыщенной жидкости хотя бы при одной температуре. Поскольку даже такой минимум информации не всегда доступен, приходится прибегать к оценкам критической плотности вещества по его критическому объему. При отсутствии экспериментальных данных вычисление плотности может быть основано на
коэффициенте сжимаемости жидкости при давлении насыщения, что рационально выполнять с использованием таблиц Ли-Кеслера (разд. 4). Ниже рассмотрены оба подхода.
Метод Ганна-Ямады
Метод предназначен для прогнозирования молярного объема и плотности неполярных или слабополярных жидкостей только на линии насыщения. Он основан на принципе соответственных состояний. Для прогнозирования необходимо как минимум знать ацентрический фактор и критические температуру и давление. Предложенная авторами корреляция имеет вид
,(6.14)
где - безразмерный параметр, - масштабирующий параметр, - ацентрический фактор. и являются функциями приведенной температуры. Для расчета рекомендованы корреляции двух видов:
при
;(6.15)
при
.(6.16)
Расчет значения производится по одному уравнению для любой температуры в диапазоне :
.(6.17)
При расчете масштабирующего параметра рекомендованы следующие подходы.
Если известен молярный объем насыщенной жидкости или ее плотность при приведенной температуре то расчет построен на основе этих сведений:
.(6.18)
Если экспериментальные данные для отсутствуют, то расчет масштабирующего параметра выполняется по уравнению
.(6.19)
В большинстве случаев масштабирующий параметр близок по значению к критическому объему .
При наличии экспериментальных сведений о плотности интересующей насыщенной жидкости при некоторой температуре масштабирующий параметр может быть исключен из расчета, и задача сводится к решению уравнения
,(6.20)
где , а их участие в уравнении следует понимать как температурный уровень, при котором вычисляются и , а не как сомножители.
Метод Ганна-Ямады считается наиболее точным из имеющихся в настоящее время методов прогнозирования плотности насыщенной жидкости при Tr < 0,99. Несмотря на то, что он рекомендован авторами для неполярных или слабо полярных веществ, результативность его зачастую оказывается достаточной и в приложении к полярным жидкостям.
Пример 6.4
Методом Ганна-Ямады рассчитать плотность жидкого изобутилбензола, находящегося на линии насыщения в диапазоне 298-650 К. Критические параметры и ацентрический фактор вещества приведены выше.
Решение
Молярный объем вещества при избранной температуре вычисляется по уравнению (6.14).
Поскольку экспериментальные данные для отсутствуют, то расчет масштабирующего параметра производим по уравнению (6.19):
82,05·650·(0,2920-0,0967·0,378)/31 = 439 см3/моль.
Результаты расчета плотности приведены в табл.6.6 и на рис. 6.9. Для 298 К имеем:
= 298/650 = 0,458;
= 0,29607 – 0,09045·0,458 –0,04842·0,4582 = 0,244;
= 0,33593–0,33953·0,458+1,51941·0,4582+1,11422·0,4584 = 0,354;
= 0,354·(1–0,378·0,244)·439 = 140,9 см3/моль;
= 134,222/140,9 = 0,952 г/см3 .
Метод Йена и Вудса
Метод предназначен для прогнозирования плотностей жидкостей при любых давлениях. В приложении к плотности насыщенной жидкости метод заключается в следующем. Приведенная плотность жидкости, находящейся на линии насыщения, коррелирована с приведенной температурой:
,(6.21)
где - мольная плотность насыщенной жидкости, - критическая плотность вещества, - приведенная температура.
Коэффициенты являются функциями критического коэффициента сжимаемости и вычисляются по уравнениям
;(6.22)
при ;(6.23)
при ;(6.24)