Поверхностное натяжение и адсорбция на границе пар–жидкость в системе метан–этан

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Методом молекулярной динамики проведены расчеты парожидкостного равновесия и поверхностного натяжения жидкость–пар для системы метан–этан. Показано хорошее согласие величины парахора для этана между молекулярной моделью и экспериментальными данными для диапазона температур 203–253 К и для давлений до 60 атм. Зависимость поверхностного натяжения смеси от давления в диапазоне 4–40 атм при температуре 213 К показывает уменьшение как поверхностного натяжения, так и разности плотностей между жидкостью и паром при увеличении давления и приближении к критическому локусу. Благодаря аппроксимации полученных для тех же условий профилей плотности можно также сделать вывод об увеличении ширины межфазной границы. Вычислено количество адсорбированного метана на поверхности исследуемой жидкой пленки. Получена зависимость молярной адсорбции метана от разности плотностей компонентов в жидкой и газовой фазах и ее аналитическое выражение в рамках теории Гиббса. Особенностями использованного подхода являются отсуствие необходимости в приближениях идеального газа и идеального раствора и использование только экспериментально получаемых данных в качестве входных. Полученные величины адсорбции метана хорошо соответствуют выведенной аналитической зависимости.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Д. Ленев

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Московский физико-технический институт

Autor responsável pela correspondência
Email: lenev@phystech.edu
Rússia, Москва, 125412; Москва, 117303

С. Захаров

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Московский физико-технический институт

Email: lenev@phystech.edu
Rússia, Москва, 125412; Москва, 117303

В. Писарев

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Email: lenev@phystech.edu
Rússia, Москва, 125412; Москва, 101000

Bibliografia

  1. Kalikmanov V.I. Nucleation Theory. Dordrecht: Springer, 2013. P. 8.
  2. Baidakov V.G., Kaverin A.M., Khotienkova M.N. // Fluid Phase Equilibria. 2013. V. 356. P. 90.
  3. Каверин А.М., Андбаева В.Н., Байдаков В.Г. // Журн.физ.химии. 2006. Т. 80. № 3. С. 495. [Kaverin A.M., Andbaeva V.N., Baidakov V.G. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2006. V. 80. № 3. P. 413.]
  4. Товбин Ю.К. Поверхностное натяжение: механика, термодинамика и времена релаксации // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92. № 12. С. 1902. https://doi.org/10.7868/S004445371806002X
  5. Baidakov V.G., Khotienkova M.N. // Fluid Phase Equilibria. 2016. V. 425. P. 402. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2016.06.038
  6. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Журн.физ.химии. 2022.T. 96. № 10. С. 1411. doi: 10.31857/S0044453722100351 [Zaitseva, E.S., Tovbin, Y.K. // Russ. J. Phys. Chem. 2022. V. 96. P. 2088–2097.]
  7. Zakharov S., Pisarev V. // Lecture Notes in Computer Science. V. 14388. P. 59. https://doi.org/10.1007/978-3-031-49432-1_5
  8. Ленев Д.Ю., Норман Г.Э. // ТВТ. 2019. Т. 57. № 4. С. 534. [Lenev D.Yu., Norman G.E. // High Temp. 2019. V. 57. № 4. P. 490. https://doi.org/10.1134/S004036441904015X]
  9. Жуховицкий Д.И. // Журн. физ. химии. 2001. Т. 75. № 7. С. 1159. [Zhukhovitskii D.I. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2001. V. 75. № 7. P. 1043.]
  10. Benet J., MacDowell L.G., and Menduiña C. // J. Chem. Eng. Data. 2010. V. 55. P. 5465.
  11. Pitakbunkate T., Blasingame T.A., Moridis G.J.et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. № 40. P. 11634.
  12. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et al. // Comp Phys Comm. 2022. V. 271. P. 10817.
  13. Martin M.G., Siepmann J.I. // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. P. 2569.
  14. Marrink S.J., de Vries A.H., Mark A.E. // Ibid. 2004. V. 108. № . 2. P. 750.
  15. Shinoda W., Shiga M., Mikami M. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P 134103.
  16. Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids. Oxford Scholarship Online, 2017. 641 p.
  17. Baidakov V.G., Protsenko S.P. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 44. P. 17231.
  18. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета. М.-Л.: Химия, 1966. С. 63.
  19. Escobedo J., Mansoori G.A. // AIChE Journal. 1996. V. 42. № 5. P. 1425.
  20. Kondratyuk N., Lenev D., Pisarev V. // J Chem. Phys. 2020. V. 152. № 19. P. 191104.
  21. Захаров С.А., Писарев В.В. // Матем. Моделирование. 2023. Т. 35. № 4. С. 51. https://doi.org/10.20948/mm-2023-04-03
  22. Kostenetskiy P.S., Chulkevich R.A., Kozyrev V.I. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1740. P. 012050.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Dependences of surface tension on the density difference of ethane in liquid and gas phases obtained by MD modelling of pure ethane (squares) and in the experiment [2] (circles). The figures show the temperature in K at which the corresponding point was obtained.

Baixar (62KB)
Metadados
3. Fig. 2. Dependence of surface tension of methane and ethane mixture on the methane fraction in liquid (triangles) and gas (circles) phases for temperature 213 K. The figures show the pressure of the corresponding point in atm.

Baixar (49KB)
Metadados
4. Fig. 3. Part of the profile of methane and ethane densities at temperature 213 K and pressure 20 atm.

Baixar (69KB)
Metadados
5. Fig. 4. Dependence of interface thickness D in a mixture of methane and ethane determined for ethane (circles) and methane (squares).

Baixar (50KB)
Metadados
6. Fig. 5. Dependences of methane adsorption on the surface of a liquid film consisting of methane and ethane on the density difference of methane in the liquid and gas for a temperature of 213 K.

Baixar (72KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024