МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ГОРЮЧИХ НЕНАГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
И. 1 Интенсивность испарения W, кг/(с· м 2), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле 1)
W = 10 -6 h p н, (И.1)
где h - коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;
М - молярная масса, г/моль;
p н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t р, определяемое по справочным данным, кПа.
Таблица И.1
| Скорость воздушного потока в помещении, м/с | Значение коэффициента h при температуре t, ° С, воздуха в помещении | ||||
| 10 | 15 | 20 | 30 | 35 | |
| 0,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| 0,1 | 3,0 | 2,6 | 2,4 | 1,8 | 1,6 |
| 0,2 | 4,6 | 3,8 | 3,5 | 2,4 | 2,3 |
| 0,5 | 6,6 | 5,7 | 5,4 | 3,6 | 3,2 |
| 1,0 | 10,0 | 8,7 | 7,7 | 5,6 | 4,6 |
И.2 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m СУГ, кг/м 2 , по формуле 1)
, (И.2)
1) Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.
где М - молярная масса СУГ, кг/моль;
L исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т ж, Дж/моль;
Т 0 - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t p , К;
Т ж - начальная температура СУГ, К;
l тв - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м · К);
а - эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4· 10 -8 м 2 /с;
t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;
Число Рейнольдса (n - скорость воздушного потока, м/с; d - характерный размер пролива СУГ, м;
u в - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t р, м 2 /с);
l в - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t р, Вт/(м · К).
Примеры - Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов
1 Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.
Данные для расчета
В помещении с площадью пола 50 м 2 установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V aп = 3 м 3 . Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2 · 10 -3 м 3 /с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки l 1 = 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L 2 равна 1 м. Скорость воздушного потока и в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t р =20 ° С. Плотность r ацетона при данной температуре равна 792 кг/м 3 . Давление насыщенных паров ацетона р a при t р равно 24,54 кПа.
Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V н.т составляет
где t - расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).
Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V от составляет
Объем ацетона, поступившего в помещение
V a = V ап + V н.т + V от = 3 + 6,04 · 10 -1 + 1,96 · 10 -3 = 6,600 м 3 .
Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м 2 площади пола, расчетная площадь испарения S р = 3600 м 2 ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м 2 .
Интенсивность испарения равна:
W исп = 10 -6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10 -3 кг/(с · м 2).
Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна
т = 0,655 · 10 -3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.
2 Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.
Данные для расчета
Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V и.р.э = 10000 м 3 установлен в бетонном обваловании свободной площадью S об = 5184 м 2 и высотой отбортовки Н об = 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.
Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.
Диаметр отводящего трубопровода d тp = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10 -6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L= 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G ж.э = 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена r ж.э при температуре эксплуатации Т эк = 169,5 К равна 568 кг/м 3 . Плотность газообразного этилена r г.э при Т эк равна 2,0204 кг/м 3 . Молярная масса сжиженного этилена М ж.э = 28 · 10 -3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L иcn при Т эк равна 1,344 · 10 4 Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l б =1,5Вт/(м· К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10 -8 м 2 /с. Минимальная скорость воздушного потока u min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны u max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха n в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t р = 36 ° С равна 1,64 · 10 -5 м 2 /с. Коэффициент теплопроводности воздуха l в при t р равен 2,74 · 10 -2 Вт/(м · К).
При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит
Свободный объем обвалования V об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м 3 .
Ввиду того, что V ж.э < V об примем за площадь испарения S исп свободную площадь обвалования S об, равную 5184 м 2 .
Тогда массу испарившегося этилена m и.э с площади пролива при скорости воздушного потока u = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)
Масса m и.э при u = 0 м/с составит 528039 кг.
В таблице представлены теплофизические свойства пара бензола C 6 H 6 при атмосферном давлении.
Даны значения следующих свойств: плотность, теплоемкость, коэффициент теплопроводности, динамическая и кинематическая вязкость, температуропроводность, число Прандтля в зависимости от температуры. Свойства даны в диапазоне температуры от .
По данным таблицы видно, что значения плотности и числа Прандтля при повышении температуры газообразного бензола уменьшаются. Удельная теплоемкость, теплопроводность, вязкость и температуропроводность при нагревании пара бензола увеличивают свои значения.
Следует отметить, что плотность пара бензола при температуре 300 К (27°С) составляет 3,04 кг/м 3 , что намного ниже этого показателя у жидкого бензола (см. ).
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 Не забудьте разделить на 1000.
Теплопроводность пара бензола
В таблице даны значения теплопроводности пара бензола при атмосферном давлении в зависимости от температуры в интервале от 325 до 450 К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 4 . Не забудьте разделить на 10000.
В таблице приведены значения давления насыщенного пара бензола в диапазоне температуры от 280 до 560 К. Очевидно, что при нагревании бензола давление его насыщенных паров увеличивается.
Источники:
1.
2.
3. Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
n16.doc
Глава 7 . ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ, ТЕМПЕРАТУРЫ ФАЗОВЫХПЕРЕХОДОВ, ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Сведения о давлении паров чистых жидкостей и растворов, их температурах кипения и затвердевания (плавления), а также о поверхностном натяжении необходимы для расчетов разнообразных технологических процессов: испарения и конденсации, выпаривания и сушки, перегонки и ректификации и др.
7.1. Давление паров
Одним из наиболее простых уравнений для определения давления насыщенного пара чистой жидкости в зависимости от температуры 
является уравнение Антуана:
, (7.1)
Где А , В , С – постоянные, характерные для отдельных веществ. Значения постоянных для некоторых веществ приведены в табл. 7.1.
Если известны две температуры кипения при соответствующих давлениях, то, принимая С = 230, можно определить постоянные А и В путем совместного решения следующих уравнений:
; (7.2)
. (7.3)
Уравнение (7.1) вполне удовлетворительно соответствует экспериментальным данным в широкой области температур между температурой плавления и 
= 0,85 (т.е. 
= 0,85). Наибольшую точность это уравнение дает в тех случаях, когда все три константы можно вычислить на основе опытных данных. Точность расчета по уравнениям (7.2) и (7.3) существенно снижается уже при 
250 K, а для высокополярных соединений при 0,65.
Изменение давления пара вещества в зависимости от температуры можно определить методом сравнения (по правилу линейности), исходя из известных давлений эталонной жидкости. Если известны две температуры жидкого вещества при соответствующих давлениях насыщенного пара, можно воспользоваться уравнением
, (7.4)
Где 
и 
– давления насыщенного пара двух жидкостей А
и В
при одной и той же температуре 
; 
и 
– давления насыщенного пара этих жидкостей при температуре 
; С
– постоянная.
Таблица 7.1. Давление паров некоторых веществ в зависимости
от температуры
В таблице приведены значения констант А
, В
и С
уравнения Антуана: , где – давление насыщенного пара, мм рт.ст. (1 мм рт.ст = 133,3 Па); Т
– температура, K.
| Название вещества | Химическая формула | Температурный интервал, о С | А | В | С |
|
| от | до |
|||||
| Азот | N 2 | –221 | –210,1 | 7,65894 | 359,093 | 0 |
| Азота диоксид | N 2 O 4 (NO 2) | –71,7 | –11,2 | 12,65 | 2750 | 0 |
| –11,2 | 103 | 8,82 | 1746 | 0 |
||
| Азота оксид | NO | –200 | –161 | 10,048 | 851,8 | 0 |
| –164 | –148 | 8,440 | 681,1 | 0 |
||
| Акриламид | С 3 Н 5 ON | 7 | 77 | 12,34 | 4321 | 0 |
| 77 | 137 | 9,341 | 3250 | 0 |
||
| Акролеин | С 3 Н 4 O | –3 | 140 | 7,655 | 1558 | 0 |
| Аммиак | NH 3 | –97 | –78 | 10,0059 | 1630,7 | 0 |
| Анилин | C 6 H 5 NH 2 | 15 | 90 | 7,63851 | 1913,8 | –53,15 |
| 90 | 250 | 7,24179 | 1675,3 | –73,15 |
||
| Аргон | Ar | –208 | –189,4 | 7,5344 | 403,91 | 0 |
| –189,2 | –183 | 6,9605 | 356,52 | 0 |
||
| Ацетилен | C 2 H 2 | –180 | –81,8 | 8,7371 | 1084,9 | –4,3 |
| –81,8 | 35,3 | 7,5716 | 925,59 | 9,9 |
||
| Ацетон | C 3 H 6 O | –59,4 | 56,5 | 8,20 | 1750 | 0 |
| Бензол | C 6 H 6 | –20 | 5,5 | 6,48898 | 902,28 | –95,05 |
| 5,5 | 160 | 6,91210 | 1214,64 | –51,95 |
||
| Бром | Br 2 | 8,6 | 110 | 7,175 | 1233 | –43,15 |
| Бромистый водород | HBr | –99 | –87,5 | 8,306 | 1103 | 0 |
| –87,5 | –67 | 7,517 | 956,5 | 0 |
||
Продолжение табл. 7.1
| Название вещества | Химическая формула | Температурный интервал, о С | А | В | С |
|
| от | до |
|||||
| 1,3-Бутадиен | C 4 H 6 | –66 | 46 | 6,85941 | 935,53 | –33,6 |
| 46 | 152 | 7,2971 | 1202,54 | 4,65 |
||
| н -Бутан | C 4 H 10 | –60 | 45 | 6,83029 | 945,9 | –33,15 |
| 45 | 152 | 7,39949 | 1299 | 15,95 |
||
| Бутиловый спирт | C 4 H 10 O | 75 | 117,5 | 9,136 | 2443 | 0 |
| Винилацетат | CH 3 COOCH=CH 2 | 0 | 72,5 | 8,091 | 1797,44 | 0 |
| Винилхлорид | CH 2 =CHСl | –100 | 20 | 6,49712 | 783,4 | –43,15 |
| –52,3 | 100 | 6,9459 | 926,215 | –31,55 |
||
| 50 | 156,5 | 10,7175 | 4927,2 | 378,85 |
||
| Вода | Н 2 О | 0 | 100 | 8,07353 | 1733,3 | –39,31 |
| Гексан | C 6 H 1 4 | –60 | 110 | 6,87776 | 1171,53 | –48,78 |
| 110 | 234,7 | 7,31938 | 1483,1 | –7,25 |
||
| Гептан | C 7 H 1 6 | –60 | 130 | 6,90027 | 1266,87 | –56,39 |
| 130 | 267 | 7,3270 | 1581,7 | –15,55 |
||
| Декан | C 10 H 22 | 25 | 75 | 7,33883 | 1719,86 | –59,35 |
| 75 | 210 | 6,95367 | 1501,27 | –78,67 |
||
| Диизопропиловый эфир | C 6 H 1 4 O | 8 | 90 | 7,821 | 1791,2 | 0 |
| N,N-Диметилацетамид | С 4 Н 9 ON | 0 | 44 | 7,71813 | 1745,8 | –38,15 |
| 44 | 170 | 7,1603 | 1447,7 | –63,15 |
||
| 1,4- Диоксан | C 4 H 8 O 2 | 10 | 105 | 7,8642 | 1866,7 | 0 |
| 1,1-Дихлорэтан | C 2 H 4 Cl 2 | 0 | 30 | 7,909 | 1656 | 0 |
| 1,2-Дихлорэтан | C 2 H 4 Cl 2 | 6 | 161 | 7,18431 | 1358,5 | –41,15 |
| 161 | 288 | 7,6284 | 1730 | 9,85 |
||
| Диэтиловый эфир | (C 2 H 5) 2 О | –74 | 35 | 8,15 | 1619 | 0 |
| Изомасляная кислота | C 4 H 8 O 2 | 30 | 155 | 8,819 | 2533 | 0 |
| Изопрен | C 5 H 8 | –50 | 84 | 6,90334 | 1081,0 | –38,48 |
| 84 | 202 | 7,33735 | 1374,92 | 2,19 |
||
| Изопропиловый спирт | C 3 H 8 O | –26,1 | 82,5 | 9,43 | 2325 | 0 |
| Иодистый водород | HI | –50 | –34 | 7,630 | 1127 | 0 |
| Криптон | Kr | –207 | –158 | 7,330 | 7103 | 0 |
| Ксенон | Хе | –189 | –111 | 8,00 | 841,7 | 0 |
| n -Ксилол | C 8 H 10 | 25 | 45 | 7,32611 | 1635,74 | –41,75 |
| 45 | 190 | 6,99052 | 1453,43 | –57,84 |
||
| о -Ксилол | C 8 H 10 | 25 | 50 | 7,35638 | 1671,8 | –42,15 |
| 50 | 200 | 6,99891 | 1474,68 | –59,46 |
||
Продолжение табл. 7.1
| Название вещества | Химическая формула | Температурный интервал, о С | А | В | С |
|
| от | до |
|||||
| Масляная кислота | C 4 H 8 O 2 | 80 | 165 | 9,010 | 2669 | 0 |
| Метан | CH 4 | –161 | –118 | 6,81554 | 437,08 | –0,49 |
| –118 | –82,1 | 7,31603 | 600,17 | 25,27 |
||
| Метиленхлорид (дихлорметан) | CH 2 Cl 2 | –28 | 121 | 7,07138 | 1134,6 | –42,15 |
| 127 | 237 | 7,50819 | 1462,59 | 5,45 |
||
| Метиловый спирт | CH 4 О | 7 | 153 | 8,349 | 1835 | 0 |
| -Метилстирол | C 9 H 10 | 15 | 70 | 7,26679 | 1680,13 | –53,55 |
| 70 | 220 | 6,92366 | 1486,88 | –71,15 |
||
| Метилхлорид | CH 3 Cl | –80 | 40 | 6,99445 | 902,45 | –29,55 |
| 40 | 143,1 | 7,81148 | 1433,6 | 44,35 |
||
| Метилэтилкетон | C 4 H 8 O | –15 | 85 | 7,764 | 1725,0 | 0 |
| Муравьиная кислота | CH 2 O 2 | –5 | 8,2 | 12,486 | 3160 | 0 |
| 8,2 | 110 | 7,884 | 1860 | 0 |
||
| Неон | Ne | –268 | –253 | 7,0424 | 111,76 | 0 |
| Нитробензол | С 6 Н 5 O 2 N | 15 | 108 | 7,55755 | 2026 | –48,15 |
| 108 | 300 | 7,08283 | 1722,2 | –74,15 |
||
| Нитрометан | СН 3 O 2 N | 55 | 136 | 7,28050 | 1446,19 | –45,63 |
| Октан | C 8 H 18 | 15 | 40 | 7,47176 | 1641,52 | –38,65 |
| 40 | 155 | 6,92377 | 1355,23 | –63,63 |
||
| Пентан | C 5 H 12 | –30 | 120 | 6,87372 | 1075,82 | –39,79 |
| 120 | 196,6 | 7,47480 | 1520,66 | 23,94 |
||
| Пропан | C 3 H 8 | –130 | 5 | 6,82973 | 813,2 | –25,15 |
| 5 | 96,8 | 7,67290 | 1096,9 | 47,39 |
||
| Пропилен (пропен) | C 3 H 6 | –47,7 | 0,0 | 6,64808 | 712,19 | –36,35 |
| 0,0 | 91,4 | 7,57958 | 1220,33 | 36,65 |
||
| Пропилена оксид | C 3 H 6 O | –74 | 35 | 6,96997 | 1065,27 | –46,87 |
| Пропиленгликоль | С 3 Н 8 O 2 | 80 | 130 | 9,5157 | 3039,0 | 0 |
| Пропиловый спирт | C 3 H 8 O | –45 | –10 | 9,5180 | 2469,1 | 0 |
| Пропионовая кислота | С 3 Н 6 O 2 | 20 | 140 | 8,715 | 2410 | 0 |
| Сероводород | H 2 S | –110 | –83 | 7,880 | 1080,6 | 0 |
| Сероуглерод | CS 2 | –74 | 46 | 7,66 | 1522 | 0 |
| Серы диоксид | SO 2 | –112 | –75,5 | 10,45 | 1850 | 0 |
| Серы триоксид () | SO 3 | –58 | 17 | 11,44 | 2680 | 0 |
| Серы триоксид () | SO 3 | –52,5 | 13,9 | 11,96 | 2860 | 0 |
| Тетрахлорэтилен | С 2 Cl 4 | 34 | 187 | 7,02003 | 1415,5 | –52,15 |
Окончание табл. 7.1
| Название вещества | Химическая формула | Температурный интервал, о С | А | В | С |
|
| от | до |
|||||
| Тиофенол | C 6 H 6 S | 25 | 70 | 7,11854 | 1657,1 | –49,15 |
| 70 | 205 | 6,78419 | 1466,5 | –66,15 |
||
| Толуол | С 6 Н 5 СН 3 | 20 | 200 | 6,95334 | 1343,94 | –53,77 |
| Трихлорэтилен | C 2 HCl 3 | 7 | 155 | 7,02808 | 1315,0 | –43,15 |
| Углерода диоксид | CО 2 | –35 | –56,7 | 9,9082 | 1367,3 | 0 |
| Углерода оксид | CО | –218 | –211,7 | 8,3509 | 424,94 | 0 |
| Уксусная кислота | C 2 H 4 О 2 | 16,4 | 118 | 7,55716 | 1642,5 | –39,76 |
| Уксусный ангидрид | C 4 H 6 О 3 | 2 | 139 | 7,12165 | 1427,77 | –75,11 |
| Фенол | C 6 H 6 О | 0 | 40 | 11,5638 | 3586,36 | 0 |
| 41 | 93 | 7,86819 | 2011,4 | –51,15 |
||
| Фтор | F 2 | –221,3 | –186,9 | 8,23 | 430,1 | 0 |
| Хлор | Cl 2 | –154 | –103 | 9,950 | 1530 | 0 |
| Хлорбензол | С 6 Н 5 Сl | 0 | 40 | 7,49823 | 1654 | –40,85 |
| 40 | 200 | 6,94504 | 1413,12 | –57,15 |
||
| Хлористый водород | HCl | –158 | –110 | 8,4430 | 1023,1 | 0 |
| Хлороформ | CHCl 3 | –15 | 135 | 6,90328 | 1163,0 | –46,15 |
| 135 | 263 | 7,3362 | 1458,0 | 2,85 |
||
| Циклогексан | C 6 H 12 | –20 | 142 | 6,84498 | 1203,5 | –50,29 |
| 142 | 281 | 7,32217 | 1577,4 | 2,65 |
||
| Четыреххлористый углерод | CCl 4 | –15 | 138 | 6,93390 | 1242,4 | –43,15 |
| 138 | 283 | 7,3703 | 1584 | 3,85 |
||
| Этан | C 2 H 6 | –142 | –44 | 6,80266 | 636,4 | –17,15 |
| –44 | 32,3 | 7,6729 | 1096,9 | 47,39 |
||
| Этилбензол | C 8 H 10 | 20 | 45 | 7,32525 | 1628,0 | –42,45 |
| 45 | 190 | 6,95719 | 1424,26 | –59,94 |
||
| Этилен | C 2 H 4 | –103,7 | –70 | 6,87477 | 624,24 | –13,14 |
| –70 | 9,5 | 7,2058 | 768,26 | 9,28 |
||
| Этилена оксид | C 2 H 4 О | –91 | 10,5 | 7,2610 | 1115,10 | –29,01 |
| Этиленгликоль | C 2 H 6 О 2 | 25 | 90 | 8,863 | 2694,7 | 0 |
| 90 | 130 | 9,7423 | 3193,6 | 0 |
||
| Этиловый спирт | C 2 H 6 О | –20 | 120 | 6,2660 | 2196,5 | 0 |
| Этилхлорид | С 2 Н 5 Сl | –50 | 70 | 6,94914 | 1012,77 | –36,48 |
При определении по правилу линейности давления насыщенного пара водорастворимых веществ в качестве эталонной жидкости используют воду, а в случае органических соединений, нерастворимых в воде, обычно берут гексан. Величины давления насыщенного пара воды в зависимости от температуры приведены в табл. П.11. Зависимость давления насыщенного пара от температуры гексана дана на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Зависимость давления насыщенного пара гексана от температуры
(1 мм рт.ст. = 133,3 Па)
На основе соотношения (7.4) построена номограмма для определения давления насыщенного пара в зависимости от температуры (см. рис. 7.2 и табл. 7.2).
Над растворами давление насыщенного пара растворителя меньше, чем над чистым растворителем. Причем понижение давления пара тем больше, чем выше концентрация растворенного вещества в растворе.
Аллен
6
1,2-Дихлорэтан
26
Пропилен
4
Аммиак
49
Диэтиловый эфир
15
Пропионовая
56
Анилин
40
Изопрен
14
кислота
Ацетилен
2
Иодбензол
39
Ртуть
61
Ацетон
51
м -Крезол
44
Тетралин
42
Бензол
24
о -Крезол
41
Толуол
30
Бромбензол
35
м -Ксилол
34
Уксусная кислота
55
Бромистый этил
18
изо -Масляная
57
Фторбензол
27
-Бромнафталин
46
кислота
Хлорбензол
33
1,3-Бутадиен
10
Метиламин
50
Хлористый винил
8
Бутан
11
Метилмоносилан
3
Хлористый метил
7
-Бутилен
9
Метиловый спирт
52
Хлористый
19
-Бутилен
12
Метилформиат
16
метилен
Бутиленгликоль
58
Нафталин
43
Хлористый этил
13
Вода
54
-Нафтол
47
Хлороформ
21
Гексан
22
-Нафтол
48
Четыреххлористый
23
Гептан
28
Нитробензол
37
углерод
Глицерин
60
Октан
31*
Этан
1
Декалин
38
32*
Этилацетат
25
Декан
36
Пентан
17
Этиленгликоль
59
Диоксан
29
Пропан
5
Этиловый спирт
53
Дифенил
45
Этилформиат
20
Испарение – это переход жидкости в пар со свободной поверхности при температурах ниже точки кипения жидкости. Испарение происходит в результате теплового движения молекул жидкости. Скорость движения молекул колеблется в широких пределах, сильно отклоняясь в обе стороны от ее среднего значения. Часть молекул, имеющих достаточно большую кинетическую энергию, вырывается из поверхностного слоя жидкости в газовую (воздушную) среду. Избыточная энергия теряемых жидкостью молекул затрачивается на преодоление сил взаимодействия между молекулами и работу расширения (увеличения объема) при переходе жидкости в пар.
Испарение является эндотермическим процессом. Если к жидкости не подводится извне тепло, то в результате испарения она охлаждается. Скорость испарения определяется количеством пара, образующегося за единицу времени на единице поверхности жидкости. Это необходимо учитывать в производствах, связанных с применением, получением или переработкой легковоспламеняющихся жидкостей. Увеличение скорости испарения при повышении температуры приводит к более быстрому образованию взрывоопасных концентраций паров. Максимальная скорость испарения наблюдается при испарении в вакуум и в неограниченный объем. Это можно объяснить следующим образом. Наблюдаемая скорость процесса испарения является суммарной скоростью процесса перехода молекул из жидкой фазы V 1 и скоростью конденсации V 2 . Суммарный процесс равен разности этих двух скоростей: . При постоянной температуре V 1 не изменяется, а V 2 пропорциональна концентрации пара. При испарении в вакуум в пределе V 2 = 0 , т.е. суммарная скорость процесса максимальная.
Чем больше концентрация пара, тем выше скорость конденсации, следовательно, ниже суммарная скорость испарения. На поверхности раздела между жидкостью и ее насыщенным паром скорость испарения (суммарная) близка к нулю. Жидкость, находящаяся в закрытом сосуде, испаряясь, образует насыщенный пар. Насыщенным называется пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью. Динамическое равновесие при данной температуре наступает тогда, когда число испаряющихся молекул жидкости равно числу конденсирующихся молекул. Насыщенный пар, выходя из открытого сосуда в воздух, разбавляется им и становится ненасыщенным. Следовательно, в возду
хе помещений, где находятся емкости с горячими жидкостями, имеется ненасыщенный пар этих жидкостей.
Насыщенные и ненасыщенные пары оказывают давление на стенки сосудов. Давлением насыщенного пара называют давление пара, находящегося в равновесии с жидкостью при данной температуре. Давление насыщенного пара всегда выше, чем ненасыщенного. Оно не зависит от количества жидкости, величины ее поверхности, формы сосуда, а зависит только от температуры и природы жидкости. С повышением температуры давление насыщенного пара жидкости увеличивается; при температуре кипения давление пара равно атмосферному. Для каждого значения температуры давление насыщенного пара индивидуальной (чистой) жидкости постоянно. Давление насыщенного пара смесей жидкостей (нефти, бензина, керосина и др.) при одной и той же температуре зависит от состава смеси. Оно увеличивается с увеличением содержания в жидкости низкокипящих продуктов.
Для большинства жидкостей давление насыщенного пара при различной температуре известно. Значения давления насыщенных паров некоторых жидкостей при различных температурах приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Давление насыщенных паров веществ при различных температурах
|
Вещество |
Давление насыщенных паров, Па, при температуре, К |
||||||
|
Бутилацетат Бакинский авиационный бензин Метиловый спирт Сероуглерод Скипидар Этиловый спирт Этиловый эфир Этилацетат |
|||||||
Найденное по табл.
5.1 давление насыщенного пара жидкости является составной частью общего давления смеси паров с воздухом.
Допустим, что смесь паров с воздухом, образуемая над поверхностью сероуглерода в сосуде при 263 К, имеет давление 101080 Па. Тогда давление насыщенного пара сероуглерода при этой температуре равно 10773 Па. Следовательно, воздух в этой смеси имеет давление 101080 – 10773 = 90307 Па. С повышением температуры сероуглерода
давление насыщенных паров его увеличивается, давление воздуха уменьшается. Общее давление остается постоянным.
Часть общего давления, приходящаяся на долю данного газа или пара, называется парциальным. В данном случае давление паров сероуглерода (10773 Па) можно назвать парциальным давлением. Таким образом, общее давление паровоздушной смеси складывается из суммы парциальных давлений паров сероуглерода, кислорода и азота: Р пар + + = Р общ. Поскольку давление насыщенных паров составляет часть общего давления смеси их с воздухом, появляется возможность по известному общему давлению смеси и давлению паров определять концентрации паров жидкостей в воздухе.
Давление насыщенного пара жидкостей обусловлено числом молекул, ударяющихся о стенки сосуда, или концентрацией паров над поверхностью жидкости. Чем выше концентрация насыщенного пара, тем больше будет его давление. Связь между концентрацией насыщенного пара и его парциальным давлением можно найти следующим образом.
Допустим, что удалось бы отделить пар от воздуха, причем давление в той и другой частях осталось бы равным общему давлению Р общ. Тогда объемы, занимаемые паром и воздухом, соответственно уменьшились бы. Согласно закону Бойля – Мариотта, произведение давления газа на его объем при постоянной температуре есть величина постоянная, т.е. для нашего гипотетического случая получим:
.