Determination of saturation vapor pressure of low volatile substances through the study of evaporation rate by thermogravimetric analysis

Abstract

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, АннотацияПредмет исследования. Исследование давления насыщенного пара низколетучих индивидуальных соединений представляет сложную задачу с точки зрения как экспериментальной реализации, так и корректности анализа и об-работки опытных данных. В силу этого требуется, как правило, привлечение эталонных веществ с хорошо изучен-ными давлениями паров. Последнее резко снижает эффективность применяемых экспериментальных методов и су-жает область их применимости. В работе предложен подход к описанию процесса испарения (сублимации) низколе-тучих веществ, основанный на молекулярно-кинетическом описании процесса с учетом диффузионных и конвектив-ных процессов. Предложенный подход опирается на результаты экспериментальных термогравиметрических иссле-дований в широкой области температур, скоростей потоков продувочных газов и времени. Метод. Метод основан на расчете давления насыщенного пара на основе данных скорости испарения методом термогравиметрического анали-за в зависимости от температуры, скорости потока продувочного газа и времени испарения. В основе расчета лежит диффузионно-кинетическое описание процесса испарения (потери массы) вещества с открытой поверхности. Метод применим для определения термодинамических характеристик как испарения (равновесие жидкость--пар), так и субли-мации (равновесие твердое тело-пар). Предложен соответствующий метод постановки эксперимента и анализа его дан-ных с целью нахождения давлений насыщенного пара индивидуальных низколетучих веществ. Основные результаты. Метод апробирован на веществах с недостаточно надежно и полно изученными термодинамическими характеристи-ками, но нередко используемыми (в силу ограниченности других данных) в качестве эталонных. Изучены процессы испарения (жидкость-пар) для ди-н-бутилфталата C 16 H 22 O 4 (при 323,15-443,15 К) и сублимации для бензойной ки-слоты C 7 H 6 O 2 (при 303,15-183,15 К). Оба процесса осуществлялись в токе азота N 2 (20-250 млмин -1 ), продолжи-тельность испарения-сублимации (термогравиметрического опыта) -10 час. Получены значения давления насыщен-ного пара для исследованных веществ, проведен анализ зависимости коэффициента испарения от условий термогра-виметрического эксперимента, даны рекомендации по их выбору для определения энтальпии испарения и сублима-ции по скорости испарения. Практическая значимость. Представленный теоретико-экспериментальный аппарат позволяет определять давление насыщенного пара методом термогравиметрического анализа для широких классов соединений с различной летучестью, в том числе низколетучих. Предложенный метод базируется на данных по изо-термическому испарению (сублимации) и не требует использования эталонов. Рекомендуется его применение для исследования широкого круга высококипящих соединений -таких как фармакологически активные субстанции, мас-ла, «зеленые растворители», включая ионные жидкости, и другие вещества. Ключевые слова термогравиметрия, поток, равновесие, насыщенный пар, коэффициент испарения, сублимация, давление, жидкост...