7.2. Расчет химической эксергии смеси по экспериментальным данным.

Разработка альтернативной методики расчета химических эксергий смесей органических веществ требует в первую очередь знания экспериментальных данных по теплоемкости смесей с целью проверки возможности непосредственного использования экспериментальной энтропии смеси в расчетах эксергии. Поскольку в литературе нет данных о низкотемпературных теплоемкостях многокомпонентных смесей органических веществ, приготавливается модельная смесь и измеряется ее теплоемкость при помощи низкотемпературной адиабатической калориметрической установки. Подобная работа была проведена сотрудниками кафедры физической химии БГУ, описание которой приводится ниже.

Для проведения эксперимента была приготавлена смесь, состоящая из десяти компонентов. Выбор компонентов осуществлялся таким образом, чтобы были известны экспериментальные данные по теплоемкости индивидуальных веществ и полученная смесь была близка к идеальной. При составлении смеси учитывался основной групповой состав фракций нефти (алканы, алкилбензолы, алкилциклоалканы).Измерения теплоемкости проводились в вакуумном адиабатическом калориметре ТАУ-1. Экспериментальное определение теплоемкости модельной смеси выполнялось в трех сериях эксперимента в интервале 5300 К. Данные по составу смеси и расчету молекулярной массы модельной смеси приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2. Состав модельной смеси и расчет ее молярной массы (М_i 

молярная масса, m_i  масса, n_i  количество моль, x_i 

мольная доля iго компонента).

соединение	Мi, г/моль	mi,, г	ni	xi	xiMi
гексан	86,177155	0,57503	0,006673	0,105300	9,07443
циклогексан	84,161278	0,70466	0,008373	0,132128	11,12009
бензол	78,113632	0,83355	0,010671	0,168397	13,15408
толуол	92,140518	0,72522	0,007871	0,124208	11,44455
гептан	100,204041	0,64411	0,006428	0,101439	10,16457
изооктан	114,230919	0,58369	0,005110	0,080636	9,21109
октан	114,230919	0,56761	0,004969	0,078414	8,95734
нонан	128,257797	0,62566	0,004878	0,076981	9,87341
декан	142,284683	0,63111	0,004436	0,069996	9,95942
ундекан	156,311569	0,61909	0,003961	0,062502	9,76973

Расчет энтропии смеси осуществлялся путем непосредственного интегрирования кривой С_S/T в интервале температур 0298,15 К по экспенриментальным точкам ( с переменным шагом температуры ):

Полученное значение энтропии смеси при 298,15 К составило 321,9 Джмоль^-1К^-1. Величина энтропии, рассчитанной по энтропиям индивидуальных компонентов в приближении идеального раствора с учетом энтропии смешения при 298,15 К составила 310,6 Джмоль^-1К^-1, смесевой вклад при этом равен 18,8 Джмоль^-1К^-1. Заниженное значение расчетной энтропии вероятнее всего можно объяснить неидеальностью смеси. Полученное значение энтропии по экспериментальным данным и по энтропиям индивидуальных компонентов были использованы для рачета химической эксергии модельной смеси.

По полученным значениям энтропии смеси в приближении идеального раствора и по экспериментальным данным по теплоемкости смеси был сделан вывод о том, что величины эксергий, рассчитанные по этим данным отличаются несущественно: разница составила или . Так как в проделанной работе не подвергается сомнению возможность использования экспериментальных методов для нахождения брутто состава смеси и ее энтальпии сгорания и использования этих величин в расчете химической эксергии смеси, то для расчета эксергии модельной смеси была использована молекулярная формула найденная по ее составу и энтальпия сгорания смеси, найденная по энтальпиям сгорания индивидуальных компонентов. Брутто состав смеси был найден равным С_7,367Н_14,124, а эксергия смеси при 298,15 К составила 4719,1 и 4722,5 кДж/моль (45950 и 45983 кДж/кг ) соответственно для экспериментальной и рассчитанной величин. Разница в этих величинах

(0,07) позволяет утверждать, что расчет химической эксергии смеси, проведенный по различным методикам, дает близкие результаты.

Таким образом, для смесей неизвестного состава использование методики расчетов, основанной на экспериментальных значениях брутто состава, энтальпии сгорания и энтропии принципиально возможно и дает результат, практически совпадающий с величиной эксергии смеси, полученной в приближении идеального раствора.

Таблица 7.4. Значения аддитивной теплоемкости, полученной по данным для индивидуальных компонентов (1) и сглаженные значения экспериментальной теплоемкости (2), Джмоль^-1К^-1

T,K	(1)	(2)
10	1,934	3,101
20	11,63	14,01
30	24,52	27,19
40	36,33	39,20
50	46,92	49,82
60	55,92	59,56
70	63,70	67,74
80	70,74	75,40
90	77,13	85,85
100	83,07	95,72
110	88,65	105,9
120	93,98	112,1
130	99,17	124,0
140	104,3	210,0
150	109,5	450,0
160	114,8	250,0
170	122,6	281,0
180	138,5	310,0
190	149,9	315,0
200	153,7	460,0
210	158,2	201,0
220	171,4	201,0
230	175,0	200,0
240	184,6	196,9
250	191,1	197,4
260	194,6	201,0
270	198,5	204,5
280	204,8	208,0
290	208,2	212,0
298,15	211,2	216,1
300	211,8	217,1