Кипене. Налягането на наситените пари спрямо температурата

Процесите на изпарение и кондензация са непрекъснати и успоредни един на друг.

В отворен съд количеството течност намалява с времето, т.к. изпарението преобладава над кондензацията.

Пара, която е над повърхността на течност, когато изпарението преобладава над кондензацията, или пара в отсъствието на течност, се нарича ненаситени.

В херметически затворен съд нивото на течността не се променя с времето, т.к изпарението и кондензацията се компенсират взаимно: колко молекули излитат от течността, толкова много от тях се връщат към нея по едно и също време, настъпва динамично (подвижно) равновесие между парата и нейната течност.

Нарича се пара, която е в динамично равновесие с течността си наситен.

При дадена температура наситената пара на всяка течност има най-висока плътност ( ) и създава максимално налягане ( ), които парата на тази течност може да има при тази температура.

Налягането и плътността на наситените пари при същата температура зависят от вида на веществото: по-голямото налягане създава наситена пара на течността, която се изпарява по-бързо.Например и

Свойства на ненаситените пари:Ненаситените пари се подчиняват на газовите закони на Бойл – Мариот, Гей-Люсак, Чарлз и към тях може да се приложи идеалното газово уравнение на състоянието.

Свойства на наситени пари:1. При постоянен обем, с повишаване на температурата, налягането на наситената пара се увеличава, но не правопропорционално (законът на Чарлз не е изпълнен), налягането расте по-бързо от това на идеалния газ. , с повишаване на температурата ( ) , масата на парата се увеличава и следователно концентрацията на молекулите на парата се увеличава () и налягането на наситените пари ще се стопи по две причини (

3 1 – ненаситена пара (идеален газ);

2 2 - наситена пара; 3 - ненаситена пара,

1 получени от наситена пара в същата

обем при нагряване.

2. Налягането на наситените пари при постоянна температура не зависи от обема, който заема.

С увеличаване на обема масата на парата се увеличава и масата на течността намалява (част от течността преминава в пара), с намаляване на обема на парата тя става по-малка, а течността става по-голяма (част от парата преминава в течност), плътността и концентрацията на молекулите на наситените пари остават постоянни, следователно и налягането остава постоянно ().

течност

(седна пара + течност)

Ненаситен пара

Наситените пари не се подчиняват на газовите закони на Бойл - Мариот, Гей-Люсак, Шарл, т.к. масата на парата в процесите не остава постоянна и всички газови закони се получават за постоянна маса. Уравнението на състоянието за идеален газ може да се приложи към наситена пара.

Така, Наситената пара може да се превърне в ненаситена пара или чрез нагряване при постоянен обем или чрез увеличаване на обема при постоянна температура. Ненаситената пара може да се превърне в наситена пара или чрез охлаждане при постоянен обем или чрез компресиране при постоянна температура.

Критична ситуация

Наличието на свободна повърхност в течността дава възможност да се посочи къде се намира течната фаза на веществото и къде газообразната. Рязката разлика между течност и нейната пара се обяснява с факта, че плътността на течността е многократно по-голяма от тази на парата. Ако течността се нагрее в херметически затворен съд, тогава поради разширяване, нейната плътност ще намалее, а плътността на парата над нея ще се увеличи. Това означава, че разликата между течността и нейната наситена пара се изглажда и изчезва напълно при достатъчно висока температура. Температурата, при която разликите във физичните свойства между течността и нейната наситена пара изчезват и плътността им става еднаква, се наричакритична температура.

Критична точка

За образуването на течност от газ средната потенциална енергия на привличане на молекулите трябва да надвишава тяхната средна кинетична енергия.

Критична температура – Максималната температура, при която парата се превръща в течност.Критичната температура зависи от потенциалната енергия на молекулярното взаимодействие и следователно е различна за различните газове. Поради силното взаимодействие на водните молекули, водната пара може да се превърне във вода дори при температура от . В същото време втечняването на азот се случва само при температура по-ниска от = -147˚, т.к. азотните молекули слабо взаимодействат помежду си.

Друг макроскопичен параметър, който влияе на прехода пара-течност, е налягането. С увеличаване на външното налягане по време на компресия на газ средното разстояние между частиците намалява, силата на привличане между тях се увеличава и съответно средната потенциална енергия на тяхното взаимодействие.

наляганенаситена пара при критичната си температура се нарича критичен. Това е възможно най-високото налягане на парата на насищане на дадено вещество.

Състояние на материята с критични параметри се нарича критичен(критична точка) . Всяко вещество има своя собствена критична температура и налягане.

В критичното състояние специфичната топлина на изпаряване и коефициентът на повърхностно напрежение на течността изчезват. При температури над критичните, дори при много високи налягания, превръщането на газ в течност е невъзможно; над критичната температура течността не може да съществува. При свръхкритични температури е възможно само парното състояние на материята.

Втечняването на газове е възможно само при температури под критичната. За втечняване газовете се охлаждат до критична температура, например чрез адиабатно разширение, и след това се компресират изотермично.

Кипене

Външно явлението изглежда така:от целия обем на течността бързо нарастващите мехурчета се издигат на повърхността, те се спукват на повърхността и парата се отделя в околната среда.

MKT обяснява кипенето по следния начин:в течността винаги има въздушни мехурчета, в които се получава изпарение от течността. Затвореният обем на мехурчетата се оказва пълен не само с въздух, но и с наситена пара. Налягането на наситените пари в тях при нагряване на течността се увеличава по-бързо от налягането на въздуха. Когато налягането на наситените пари в мехурчетата в достатъчно загрята течност стане по-голямо от външното налягане, те се увеличават по обем и силата на плаваемост, която надвишава тяхната гравитация, повдига мехурчетата на повърхността. Плаващите мехурчета започват да се пукат, когато при определена температура налягането на наситените пари в тях надвиши налягането над течността. Температурата на течността, при която налягането на наситената й пара в мехурчетата е равно или по-голямо от външното налягане върху течността, се нарича точка на кипене.

Точката на кипене на различните течности е различна, защото налягането на наситените пари в техните мехурчета се сравнява със същото външно налягане при различни температури. Например налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на нормалното атмосферно налягане за вода при 100°C, за живак при 357°C, за алкохол при 78°C, за етер при 35°C.

Точката на кипене остава постоянна по време на процеса на кипене,защото цялата топлина, която се подава към нагрятата течност, се изразходва за изпаряване.

Точката на кипене зависи от външното налягане върху течността: с увеличаване на налягането температурата се повишава; когато налягането намалява, температурата намалява.Например, на височина 5 км над морското равнище, където налягането е 2 пъти по-ниско от атмосферното налягане, точката на кипене на водата е 83 ° C, в котлите на парните машини, където налягането на парата е 15 атм. (), температурата на водата е около 200˚С.

Влажност на въздуха

Във въздуха винаги има водна пара, така че можем да говорим за влажност на въздуха, която се характеризира със следните стойности:

1.Абсолютна влажносте плътността на водната пара във въздуха (или налягането, което тази пара създава ( .

Абсолютната влажност не дава представа за степента на насищане на въздуха с водна пара. Едно и също количество водна пара при различни температури създава различно усещане за влажност.

2.Относителна влажносте съотношението на плътността (налягането) на водната пара, съдържаща се във въздуха при дадена температура, към плътността (налягането) на наситената пара при същата температура : или

е абсолютната влажност при дадена температура; - плътност, налягане на наситените пари при същата температура. Плътността и налягането на наситената водна пара при всяка температура могат да бъдат намерени в таблицата. Таблицата показва, че колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова по-голяма трябва да бъде плътността и налягането на водната пара във въздуха, за да бъде наситен.

Познавайки относителната влажност, можете да разберете колко процента от водната пара във въздуха при дадена температура е далеч от насищането. Ако парата във въздуха е наситена, тогава . Ако , тогава във въздуха няма достатъчно пара до състояние на насищане.

Фактът, че парата във въздуха става наситена, се съди по появата на влага под формата на мъгла, роса. Температурата, при която водната пара във въздуха се насища се нарича Точка на оросяване.

Парата във въздуха може да се направи наситена чрез добавяне на пара поради допълнително изпаряване на течността без промяна на температурата на въздуха или чрез понижаване на температурата му с количеството пара във въздуха.

Нормалната относителна влажност, най-благоприятната за човека, е 40 - 60%. От голямо значение е познаването на влажността в метеорологията за прогнозиране на времето. При тъкане, сладкарско производство е необходима определена влажност за нормалното протичане на процеса. Съхраняването на произведения на изкуството и книги изисква поддържане на влажността на необходимото ниво.

Инструменти за влажност:

1. Кондензационен хигрометър (позволява да определите точката на оросяване).

2. Хигрометърът за коса (въз основа на дължината на обезмаслената коса спрямо влажността) измерва относителната влажност в проценти.

3. Психрометърът се състои от два сухи и мокри термометъра. Влажната крушка се увива в кърпа, потопена във вода. Поради изпаряване от тъканта, температурата на навлажнената е по-ниска от тази на сухата. Разликата в показанията на термометъра зависи от влажността на околния въздух: колкото по-сух е въздухът, толкова по-интензивно е изпарението от тъканта, толкова по-голяма е разликата в показанията на термометъра и обратно. Ако влажността на въздуха е 100%, то показанията на термометрите са еднакви, т.е. разликата в показанията е 0. За определяне на влажността с помощта на психрометър се използва психрометрична таблица.

Топене и кристализация

При топенена твърдо тяло, разстоянието между частиците, образуващи кристалната решетка, се увеличава и самата решетка се разрушава. Процесът на топене изисква енергия. При нагряване на твърдо тяло кинетичната енергия на вибриращите молекули се увеличава и съответно амплитудата на техните трептения. При определена температура, наречена точка на топене,редът в подреждането на частиците в кристалите се нарушава, кристалите губят формата си. Вещество се топи, преминавайки от твърдо в течно състояние.

По време на кристализацияима конвергенция на молекули, които образуват кристална решетка. Кристализация може да настъпи само когато течността освободи енергия. Когато разтопеното вещество се охлади, средната кинетична енергия и скоростта на молекулите намаляват. Привличащите сили могат да задържат частиците близо до положението на равновесие. При определена температура, наречена температура на втвърдяване (кристализация),всички молекули са в положение на стабилно равновесие, подреждането им става подредено - образува се кристал.

Топенето на твърдо вещество става при същата температура, при която веществото се втвърдява.

Всяко вещество има своя собствена точка на топене. Например точките на топене за хелия са -269,6˚С, за живака -38,9˚С, за медта 1083˚С.

По време на процеса на топене температурата остава постоянна. Количеството топлина, подадено отвън, отива за разрушаването на кристалната решетка.

По време на процеса на втвърдяване, въпреки че топлината се отстранява, температурата не се променя. Освободената по време на кристализация енергия се използва за поддържане на постоянна температура.

Докато цялото вещество се разтопи или цялото вещество се втвърди, т.е. докато твърдата и течната фаза на веществото съществуват заедно, температурата не се променя.

ТВ+течност течност + тв

, къде е количеството топлина, - количеството топлина, необходимо за стопяване на вещество, отделено по време на кристализацията на вещество по маса по маса

- специфична топлина на топене– количеството топлина, необходимо за стопяване на 1 kg вещество при неговата точка на топене.

Какво количество топлина се изразходва при топенето на определена маса от вещество, същото количество топлина се отделя при кристализацията на тази маса.

Също наричан специфична топлина на кристализация.

При точката на топене вътрешната енергия на вещество в течно състояние е по-голяма от вътрешната енергия на същата маса вещество в твърдо състояние.

За голям брой вещества обемът се увеличава по време на топенето, а плътността намалява. При втвърдяване, напротив, обемът намалява, а плътността се увеличава. Например твърдите кристали нафталин потъват в течен нафталин.

Някои вещества, например бисмут, лед, галий, чугун и др., се свиват при разтопяване и се разширяват при втвърдяване. Тези отклонения от общото правило се обясняват с особеностите на структурата на кристалните решетки. Следователно водата е по-плътна от леда, ледът плува във водата. Разширяването на водата по време на замръзване води до разрушаване на скалите.

Промяната в обема на металите по време на топене и втвърдяване е от съществено значение в леярския бизнес.

Опитът показва това промяната във външното налягане върху твърдо вещество се отразява в точката на топене на това вещество. За тези вещества, които се разширяват по време на топене, увеличаването на външното налягане води до повишаване на точката на топене, т.к. затруднява процеса на топене. Ако веществата се компресират по време на топене, тогава за тях увеличаването на външното налягане води до намаляване на температурата на топене, т.к. подпомага процеса на топене. Само много голямо увеличение на налягането забележимо променя точката на топене. Например, за да се намали точката на топене на леда с 1˚C, налягането трябва да се увеличи със 130 атм. Точката на топене на вещество при нормално атмосферно налягане се нарича точката на топене на веществото.

В този урок ще анализираме свойствата на донякъде специфичен газ - наситена пара. Ще дефинираме този газ, ще посочим как той фундаментално се различава от идеалните газове, които разгледахме по-рано, и по-конкретно как се различава зависимостта на налягането на наситен газ. Също така в този урок ще бъде разгледан и описан такъв процес като кипене.

За да разберете разликите между наситената пара и идеалния газ, трябва да си представите два експеримента.

Първо, нека вземем херметически затворен съд с вода и да започнем да го нагряваме. С повишаване на температурата молекулите на течността ще имат нарастваща кинетична енергия и все по-голям брой молекули ще могат да излязат от течността (виж фиг. 2), следователно концентрацията на парите ще се увеличи и следователно нейната налягане. И така, първата позиция:

Налягането на наситените пари зависи от температурата

Ориз. 2.

Тази разпоредба обаче е доста очаквана и не толкова интересна, колкото следва. Ако поставите течност с наситените й пари под подвижно бутало и започнете да спускате това бутало, тогава несъмнено концентрацията на наситена пара ще се увеличи поради намаляване на обема. Въпреки това, след известно време, парата ще се придвижи с течността към ново динамично равновесие чрез кондензиране на излишно количество пара и налягането няма да се промени в крайна сметка. Втората позиция на теорията за наситената пара:

Налягането на наситените пари не зависи от обема

Сега трябва да се отбележи, че налягането на наситените пари, въпреки че зависи от температурата, като идеален газ, но естеството на тази зависимост е малко по-различно. Факт е, че както знаем от основното уравнение на MKT, налягането на газа зависи както от температурата, така и от концентрацията на газ. И следователно, налягането на наситените пари зависи от температурата нелинейно, докато концентрацията на парите се увеличи, тоест докато цялата течност се изпари. Графиката по-долу (фиг. 3) показва естеството на зависимостта на налягането на наситените пари от температурата,

Ориз. 3

освен това преходът от нелинеен участък към линеен означава само точката на изпаряване на цялата течност. Тъй като налягането на наситения газ зависи само от температурата, е възможно абсолютно недвусмислено да се определи какво ще бъде налягането на наситените пари при дадена температура. Тези съотношения (както и стойностите на плътността на наситената пара) са изброени в специална таблица.

Нека сега насочим вниманието си към такъв важен физически процес като кипенето. В осми клас кипенето вече беше определено като процес на изпаряване, по-интензивен от изпаряването. Сега ще разширим малко тази концепция.

Определение. Кипене- процесът на изпаряване, протичащ в целия обем на течността. Какъв е механизмът на кипене? Факт е, че във водата винаги има разтворен въздух и в резултат на повишаване на температурата неговата разтворимост намалява и се образуват микромехурчета. Тъй като дъното и стените на съда не са идеално гладки, тези мехурчета се придържат към неравностите от вътрешната страна на съда. Сега секцията вода-въздух съществува не само на повърхността на водата, но и вътре в обема на водата и водните молекули започват да преминават в мехурчетата. Така вътре в мехурчетата се появява наситена пара. Освен това тези мехурчета започват да плуват, увеличавайки обема си и поемайки по-голям брой водни молекули в себе си, и се спукват на повърхността, освобождавайки наситена пара в околната среда (фиг. 4).

Ориз. 4. Процес на кипене ()

Условието за образуването и издигането на тези мехурчета е следното неравенство: налягането на наситените пари трябва да бъде по-голямо или равно на атмосферното налягане.

По този начин, тъй като налягането на наситените пари зависи от температурата, точката на кипене се определя от налягането на околната среда: колкото по-ниско е то, толкова по-ниска е температурата, при която течността кипи, и обратно.

В следващия урок ще започнем да разглеждаме свойствата на твърдите тела.

Библиография

1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярна физика. Термодинамика. - М.: Дропла, 2010.
2. Генденщайн Л.Е., Дик Ю.И. Физика 10 клас. - М.: Илекса, 2005.
3. Касянов В.А. Физика 10 клас. - М.: Дропла, 2010.

1. Physics.ru ().
2. Chemport.ru ().
3. Narod.ru ().

Домашна работа

1. Страница 74: No 546-550. Физика. Книга със задачи. 10-11 клас. Римкевич A.P. - М.: Дропла, 2013. ()
2. Защо катерачите не могат да сваряват яйца на височина?
3. По какви начини можете да охладите горещ чай? Обосновете ги от гледна точка на физиката.
4. Защо трябва да се намали налягането на газа върху горелката след кипене на вода?
5. * Как може да се нагрее водата над сто градуса по Целзий?

>>Физика: Зависимост на налягането на наситените пари от температурата. Кипене

Течността не просто се изпарява. Ври при определена температура.
Налягането на наситените пари спрямо температурата. Състоянието на наситената пара, както показва опитът (говорихме за това в предишния параграф), се описва приблизително от уравнението на състоянието на идеалния газ (10.4), а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се повишава. Като Налягането на наситените пари не зависи от обема, следователно зависи само от температурата.
Въпреки това зависимостта r n.p.от т, установено експериментално, не е право пропорционално, както при идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на истинската наситена пара се увеличава по-бързо от налягането на идеалния газ ( фиг.11.1, участък от кривата АБ). Това става очевидно, ако прокараме изохорите на идеален газ през точките НОи AT(прекъснати линии). Защо се случва това?

Когато течност се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това, съгласно формула (11.1) налягането на наситените пари се увеличава не само поради повишаване на температурата на течността, но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите (плътността) на парата. По принцип повишаването на налягането с повишаване на температурата се определя точно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеален газ и наситена пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, обратно, парата частично кондензира. Нищо подобно не се случва с идеален газ.
Когато цялата течност се изпари, парата ще престане да бъде наситена при по-нататъшно нагряване и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи право пропорционално на абсолютната температура (виж фиг. фиг.11.1, участък от кривата слънце).
. С повишаване на температурата на течността скоростта на изпаряване се увеличава. Накрая течността започва да кипи. При кипене в целия обем на течността се образуват бързо нарастващи парни мехурчета, които изплуват на повърхността. Точката на кипене на течността остава постоянна. Това е така, защото цялата енергия, подадена на течността, се изразходва за превръщането й в пара. При какви условия започва кипенето?
В течността винаги присъстват разтворени газове, които се отделят по дъното и стените на съда, както и върху суспендираните в течността прахови частици, които са центрове на изпаряване. Течните пари вътре в мехурчетата са наситени. С повишаване на температурата налягането на парите се увеличава и мехурчетата се увеличават по размер. Под действието на плаващата сила те изплуват нагоре. Ако горните слоеве на течността имат по-ниска температура, тогава парата кондензира в тези слоеве в мехурчетата. Налягането пада бързо и мехурчетата се срутват. Сривът е толкова бърз, че стените на балона, сблъсквайки се, произвеждат нещо като експлозия. Много от тези микроексплозии създават характерен шум. Когато течността се затопли достатъчно, мехурчетата спират да се срутват и изплуват на повърхността. Течността ще заври. Гледайте внимателно чайника на печката. Ще откриете, че почти спира да вдига шум преди да заври.
Зависимостта на налягането на наситените пари от температурата обяснява защо точката на кипене на течността зависи от налягането върху нейната повърхност. Парният мехур може да расте, когато налягането на наситената пара вътре в него леко надвиши налягането в течността, което е сумата от налягането на въздуха върху повърхността на течността (външно налягане) и хидростатичното налягане на течния стълб.
Нека обърнем внимание на факта, че изпаряването на течност се случва при температури, по-ниски от точката на кипене, и само от повърхността на течността; по време на кипене образуването на пара се извършва в целия обем на течността.
Кипенето започва при температура, при която налягането на наситените пари в мехурчетата е равно на налягането в течността.
Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-висока е точката на кипене. Така че в парен котел при налягане, достигащо 1,6 10 6 Pa, водата не кипи дори при температура от 200°C. В лечебни заведения в херметически затворени съдове - автоклави ( фиг.11.2) водата също кипи при повишено налягане. Следователно, точката на кипене на течността е много по-висока от 100°C. Автоклавите се използват за стерилизиране на хирургически инструменти и др.

И обратно, намалявайки външното налягане, по този начин понижаваме точката на кипене. Чрез изпомпване на въздух и водна пара от колбата, можете да накарате водата да заври при стайна температура ( фиг.11.3). Докато се изкачвате по планините, атмосферното налягане намалява, така че температурата на кипене намалява. На височина 7134 m (връх Ленин в Памир) налягането е приблизително 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Водата кипи там при около 70°C. При тези условия е невъзможно да се готви месо.

Всяка течност има своя собствена точка на кипене, която зависи от налягането на нейните наситени пари. Колкото по-високо е налягането на наситените пари, толкова по-ниска е точката на кипене на течността, тъй като при по-ниски температури налягането на наситените пари става равно на атмосферното налягане. Например, при точка на кипене от 100 ° C, налягането на наситената водна пара е 101 325 Pa (760 mm Hg), а живачната пара е само 117 Pa (0,88 mm Hg). Живакът кипи при 357°C при нормално налягане.
Течността кипи, когато налягането на наситената й пара стане равно на налягането вътре в течността.

???
1. Защо точката на кипене се повишава с увеличаване на налягането?
2. Защо е необходимо кипенето да повиши налягането на наситените пари в мехурчетата, а не да увеличи налягането на въздуха, присъстващ в тях?
3. Как да заври течност, като охладим съда? (Това е сложен въпрос.)

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Физика 10 клас

Съдържание на урока резюме на урокаподкрепа рамка презентация урок ускорителни методи интерактивни технологии Практика задачи и упражнения самоизпитване семинари, обучения, казуси, куестове домашна работа дискусия въпроси реторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картини графики, таблици, схеми хумор, анекдоти, вицове, комикси притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любопитни cheat sheets учебници основни и допълнителен речник на термини други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебника, елементи на иновация в урока, замяна на остарелите знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки на дискусионната програма Интегрирани уроци

Ако имате корекции или предложения за този урок,

И какво ще се случи с наситената пара, ако обемът, зает от нея, се намали? Например, ако компресирате пара, която е в равновесие с течност в цилиндър под бутало, поддържайки температурата на съдържанието на цилиндъра постоянна.

Когато парата се компресира, равновесието ще започне да се нарушава. Плътността на парата в първия момент ще се увеличи леко и повече молекули ще започнат да преминават от газ в течност, отколкото от течност в газ. В крайна сметка броят на молекулите, напускащи течността за единица време, зависи само от температурата и компресията на парата не променя този брой. Процесът продължава, докато отново се установят динамичното равновесие и плътността на парите, което означава, че концентрацията на неговите молекули не приема същата стойност. Следователно, концентрацията на молекулите на наситената пара при постоянна температура не зависи от нейния обем.

Тъй като налягането е пропорционално на концентрацията на молекулите (стр = nkT), тогава от това определение следва, че налягането на наситените пари е независимоотонове обем, който заема.

Налягане на пара, при което течността е в равновесие с парите си, се нарича налягане на парата на насищане.

• ненаситена пара.

Използвахме думите много пъти гази пара.Няма фундаментална разлика между газ и пара. Но ако при постоянна температура газът може да се превърне в течност чрез просто компресиране, тогава го наричаме пара, по-точно, ненаситена пара.

• Зависимост на налягането на наситените пари от температурата.

Състоянието на наситената пара, както казва опитът, се описва приблизително с уравнението на състоянието на идеалния газ, а неговото налягане се определя от формулата

С повишаване на температурата налягането се повишава. Като д наситено наляганепарата не зависи от обема,зависи самоот температура.

Тази зависимост обаче уста),установено експериментално, не е право пропорционално, както при идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на наситените пари нараства по-бързо от налягането на идеалния газ (фиг. 30, участък от кривата AB).Това става особено очевидно, ако начертаем изохора през точката НО(пунктирана линия) Защо се случва това?

Тази зависимост обаче p(T),установено експериментално, не е право пропорционално, както при идеален газ при постоянен обем. С повишаване на температурата налягането на наситената пара е по-бързо от налягането на идеалния газ (фиг. 30) Защо се случва това?

Когато течност се нагрява в затворен съд, част от течността се превръща в пара. В резултат на това според формулата
налягане наситената пара нараства не само поради повишаване на температурата течност, но и поради увеличаването концентрация на молекули (сал ness) двойка . По принцип повишаването на налягането с повишаване на температурата се определя точно от увеличаването на концентрацията. Основната разлика в поведението на идеален газ и наситена пара е, че когато температурата на парата в затворен съд се промени (или когато обемът се промени при постоянна температура), масата на парата се променя. Течността частично се превръща в пара или, обратно, парата частично кондензира. Когато цялата течност се изпари, парата при по-нататъшно нагряване ще престане да бъде наситена и нейното налягане при постоянен обем ще се увеличи право пропорционално на абсолютната температура (виж фиг. 30, раздел СРЕЩУ).

Нефтът и нефтопродуктите се характеризират с определено налягане на наситени пари или налягане на маслените пари. Налягането на наситените пари е нормализиран индикатор за авиационни и моторни бензини, който индиректно характеризира летливостта на горивото, неговите стартови качества и тенденцията към образуване на парни шлюзове в захранващата система на двигателя.

За течности с хетерогенен състав, като бензини, налягането на наситените пари при дадена температура е сложна функция от състава на бензина и зависи от обема на пространството, в което се намира парната фаза. Следователно, за да се получат сравними резултати, практическите определяния трябва да се извършват при стандартна температура и постоянно съотношение на парната и течната фаза. С оглед на горното налягане на наситени паригорива се наричат ​​налягане на парната фаза на горивото, което е в динамично равновесие с течната фаза, измерено при стандартна температура и определено съотношение на обемите на парната и течната фаза. Температурата, при която налягането на наситените пари става равно на налягането в системата, се нарича точка на кипене на веществото. Налягането на наситените пари рязко нараства с повишаване на температурата. При същата температура по-леките нефтопродукти се характеризират с по-високо налягане на наситените пари.

Понастоящем има няколко начина за определяне на DNP на вещества, които могат да бъдат разделени на следните групи:

1. статичен метод.
2. динамичен метод.
3. Метод на насищане с движещ се газ.
4. Метод за изследване на изотерми.
5. Метод на излив на Кнудсен.
6. хроматографски метод.

Статичен метод

Статичен методе най-често срещаният, т.к приемливо при измерване на DNP на вещества в широк диапазон от температури и налягания. Същността на метода е да се измери налягането на пара, която е в равновесие с течността при определена температура. Налягането може да се измерва или с манометър (пружин, живак, дедуейт, вода), или с помощта на специални сензори (тензодатчик, електрически и др.), които позволяват преобразуване в налягане, или чрез изчисление, когато количеството вещество в определен обем е известен. Най-широко използваният метод, използващ различни манометри, така нареченият директен статичен метод. В този случай тестваното вещество се излива в пиезометър (или какъвто и да е контейнер), поставя се в термостат, който позволява поддържане на определена температура, и с помощта на манометър се измерва DNP. Освен това свързването на манометъра може да се извърши както в течна фаза, така и в газова фаза. При свързване на манометър в течна фаза се взема предвид корекция за хидростатичния течен стълб. Свързването на измервателния уред обикновено се осъществява чрез сепаратор, който се използва като живачни ключалки, мембрани, силфони и др.

На базата на директния статичен метод са създадени редица експериментални установки за изследване на DNP на петролни продукти.

В нефтопреработката, поради своята простота, стандартът Бомба метод на Рийд(GOST 1756-2000). Бомбата се състои от две камери: гориво 1 и въздух 2 с обемно съотношение съответно 1:4, свързани с резба. Налягането, създадено от парите на изпитваното гориво, се отчита от манометър 3, прикрепен към горната част на въздушната камера. Изпитването се провежда при температура от 38,8°C и налягане от 0,1 MPa, осигурено от специална вана с контролирана температура.

Налягането на наситените пари на изпитваната течност се определя по формулата:

Определянето на налягането на парите в бомба на Рийд дава приблизителни резултати, които служат само за сравнителна оценка на качеството на моторните горива.

Предимствата на устройството включват простотата на проектиране и експериментиране, недостатъците са постоянното съотношение на течната и парната фаза и грапавостта на метода (грешката при определяне на DNP на бензина достига 15-20%).

По-точен вариант за измерване на DNP чрез статичен метод е методът Sorrel-NATI. Този метод може да се използва за определяне на абсолютните стойности на налягането на наситените пари дори при отрицателни температури. Предимството на този метод е възможността за измерване на DNP при различни съотношения на течната и парната фаза, както и при наличие или отсъствие на въздух и газове, разтворени в веществото. Недостатъците включват сложност, приложимост само в специални лаборатории и относително голяма грешка при измерване на DNP (до 5%).

Несъответствията между данните, получени с помощта на бомбата Reid и метода NATI, са 10-20%.

Динамичен метод

Динамичен методвъз основа на измерване на точката на кипене на течност при определено налягане. Съществуващите експериментални установки, базирани на динамичния метод, използват ебулиометри в своите проекти. Това са устройства, базирани на принципа на пръскане на термометър със смес пара-течност. Динамичният метод е разработен за изследване на DNP на чисти вещества, за които точката на кипене е фиксирана стойност, и не е използван за измерване на налягането на наситени петролни продукти, чиято точка на кипене се променя с изпаряването на компонентите. Известно е, че теснокипящите маслени фракции заемат междинно положение между чисти вещества и смеси. Диапазонът на измерване на налягането по динамичния метод обикновено е малък - до 0,15-0,2 MPa. Ето защо наскоро бяха направени опити за прилагане на динамичния метод за изследване на DNP на тесни маслени фракции.

Метод на насищане с движещ се газ

Метод на насищане с движещ се газизползва се в случаите, когато DNP на веществото не надвишава няколко mm Hg. Недостатъкът на метода е относително голямата грешка в експерименталните данни и необходимостта да се знае молекулното тегло на изследваното вещество. Същността на метода е следната: инертен газ се пропуска през течността и се насища с парите на последната, след което влиза в хладилника, където абсорбираните пари се кондензират. Познавайки количеството газ и абсорбираната течност, както и техните молекулни тегла, е възможно да се изчисли налягането на наситените пари на течността.

Метод за изследване на изотерми

Метод за изследване на изотермидава най-точните резултати в сравнение с други методи, особено при високи температури. Този метод се състои в изследване на връзката между налягането и обема на наситената пара при постоянна температура. В точката на насищане изотермата трябва да има изкривяване, превръщайки се в права линия. Смята се, че този метод е подходящ за измерване на DNP на чисти вещества и е неподходящ за многокомпонентни вещества, при които точката на кипене е неопределена стойност. Следователно той не е получил разпространение при измерването на DNP на петролни продукти.

Метод на излив на Кнудсен

Метод на излив на Кнудсенприложим главно за измерване на много ниски налягания (до 100 Pa). Този метод дава възможност да се намери скоростта на изтичане на пари от количеството кондензат, при условие че изтичащото вещество е напълно кондензирано. Инсталациите, базирани на този метод, имат следните недостатъци: те са инсталации за единично измерване и изискват снижаване на налягането след всяко измерване, което при наличие на лесно окислителни и нестабилни вещества често води до химическа трансформация на изпитваното вещество и изкривяване на резултатите от измерването. Създадена е експериментална установка, лишена от тези недостатъци, но сложността на конструкцията позволява да се използва само в специално оборудвани лаборатории. Този метод се използва главно за измерване на DNP на твърди вещества.

Метод на излив на Кнудсен

Хроматографски метод за определяне DNP веществата започнаха да се разработват сравнително наскоро. При този метод определянето на DNP на петролни продукти се основава на пълен хроматографски анализ на течността и изчисляване на сумата от парциалните налягания на всички компоненти на сместа. Методът за определяне на DNP на отделни въглеводороди и фракции от нефтопродукти се основава на разработените от авторите идеи за физикохимичния индекс на задържане и концепцията за фазова специфичност. За целта е необходимо да има или капилярна хроматографска колона с висока разделителна способност, или литературни данни за индексите на задържане на изследваните съединения.

Въпреки това, когато се анализират такива сложни смеси от въглеводороди като петролни продукти, възникват трудности не само при отделянето на въглеводороди, принадлежащи към различни класове, но и при идентифицирането на отделни компоненти на тези смеси.

Преобразуване на налягането на наситени пари

При технологичните изчисления често се налага преизчисляване на температури от едно налягане в друго или налягане с промяна в температурата. Има много формули за това. Формулата на Ашуърт е получила най-голямо приложение:

Формулата на Ашуърт, прецизирана от В. П. Антонченков, има формата:

За преизчисляване на температурата и налягането също е удобно да използвате графични методи.

Най-разпространеният график е графикът на Кокс, който се изгражда по следния начин. Оста на абсцисата е логаритмична скала, върху която са нанесени стойностите на логаритъма на налягането ( LGP), обаче, за по-лесно използване, съответните стойности са нанесени на скалата Р. Температурните стойности са нанесени по оста y. Права линия е начертана под ъгъл от 30° спрямо оста на абсцисата, обозначена с индекс " H 2 0”, който характеризира зависимостта на налягането на наситената водна пара от температурата. Когато конструирате графика от поредица от точки по оста на абсцисата, възстановете перпендикуляри на пресечната точка с права линия H 2 0и получените точки се прехвърлят към оста y. По оста y се получава скала, изградена върху точките на кипене на водата, съответстваща на различни налягания на наситените й пари. След това за няколко добре проучени въглеводороди се вземат поредица от точки с предварително известни точки на кипене и съответните им налягания на насищане на парите.

Оказа се, че за алкани с нормална структура, графиките, изградени според тези координати, са прави линии, които всички се събират в една точка (полюс). В бъдеще е достатъчно да вземете всяка точка с координатна температура - налягане на наситените пари на въглеводороди и да я свържете към полюса, за да получите зависимостта на налягането на наситените пари от температурата за този въглеводород.

Въпреки факта, че графиката е изградена за отделни нормални алкани, тя се използва широко в технологичните изчисления за тесни петролни фракции, като се нанася средната точка на кипене на тази фракция по оста y.

За преизчисляване на точките на кипене на петролните продукти от дълбок вакуум до атмосферно налягане се използва UOP номограмата, според която чрез свързване на две известни стойности на съответните скали на графиката с права линия, желаната стойност е получена в пресечната точка с третата скала Рили т. Номограмата на UOP се използва основно в лабораторната практика.

Налягането на наситените пари на смеси и разтвори, за разлика от отделните въглеводороди, зависи не само от температурата, но и от състава на течната и парната фаза. За разтвори и смеси, отговарящи на законите на Raoult и Dalton, общото налягане на наситените пари на сместа може да се изчисли по формулите:

В областта на високите налягания, както е известно, истинските газове не се подчиняват на законите на Раул и Далтън. В такива случаи налягането на наситените пари, установено чрез изчисление или графични методи, се прецизира с помощта на критични параметри, коефициент на свиваемост и фугибилност.

Плътност