Sočiųjų garų slėgis priklauso nuo temperatūros. Naftos chemija

Spaudimas sočiųjų garų kylant temperatūrai, skysčio kiekis smarkiai padidėja. Tai matyti 12 paveiksle, kuriame pavaizduotos kai kurių skysčių garų slėgio kreivės, pradedant lydymosi taškais ir baigiant kritiniais taškais.

Ryžiai. 12. Kai kurių skysčių sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros.

Skysčio sočiųjų garų slėgio funkcinė priklausomybė nuo temperatūros gali būti išreikšta (IV, 5) lygtimi, o toli nuo kritinės temperatūros – (IV, 8).

Atsižvelgiant į garavimo (sublimacijos) šilumos pastovumą mažame temperatūros diapazone, galime integruoti lygtį (IV, 8)

(IV, 9)

Pateikiame lygtį (IV, 9) formoje neapibrėžtas integralas, gauname:

(IV, 10),

kur C yra integravimo konstanta.

Pagal šias lygtis skysčio sočiųjų garų slėgio priklausomybė (arba kristalinė medžiaga) ant temperatūros gali būti išreikšta tiesia linija koordinatėmis (šiuo atveju tiesės nuolydis lygus ). Ši priklausomybė atsiranda tik tam tikrame temperatūros diapazone, toli nuo kritinės.

13 paveiksle parodyta kai kurių skysčių sočiųjų garų slėgio priklausomybė nurodytose koordinatėse, kurios patenkinamai dera tiesiomis linijomis 0-100°C diapazone.

Ryžiai. 13. Kai kurių skysčių sočiųjų garų slėgio logaritmo priklausomybė nuo atvirkštinės temperatūros.

Tačiau (IV, 10) lygtis neapima sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros visame temperatūrų intervale – nuo ​​lydymosi temperatūros iki kritinės temperatūros. Viena vertus, garavimo šiluma priklauso nuo temperatūros, todėl integravimas turi būti atliekamas atsižvelgiant į šią priklausomybę. Kita vertus, sočiųjų garų metu aukšta temperatūra negali būti svarstoma idealios dujos, nes Tuo pačiu metu jo slėgis žymiai padidėja. Todėl priklausomybę apimanti lygtis P = f(T) plačiame temperatūrų diapazone, neišvengiamai tampa empirinis.

Superkritinė būsena- ketvirtoji medžiagos agregacijos būsenos forma, į kurią gali virsti daugelis organinių ir neorganinių medžiagų organinės medžiagos.

Superkritinę medžiagos būseną pirmą kartą atrado Cagniard de la Tour 1822 m. Tikras susidomėjimas naujuoju reiškiniu kilo 1869 metais po T. Andrewso eksperimentų. Atlikdamas eksperimentus storasieniuose stikliniuose vamzdeliuose, mokslininkas tyrinėjo CO 2 savybes, kurios lengvai skystėja didėjant slėgiui. Dėl to jis nustatė, kad esant 31 ° C ir 7,2 MPa, meniskas – riba, skirianti skystį ir su juo pusiausvyroje esančius garus, išnyksta, o sistema tampa vienalytė (homogeniška) ir visas tūris įgauna pieno baltumo opalinio skysčio išvaizdą. Toliau kylant temperatūrai, jis greitai tampa skaidrus ir judrus, susidedantis iš nuolat tekančių purkštukų, primenančių šilto oro srautus virš įkaitusio paviršiaus. Tolesnis temperatūros ir slėgio padidėjimas nesukėlė matomų pokyčių.

Tašką, kuriame vyksta toks perėjimas, jis pavadino kritiniu, o virš šio taško esančios medžiagos būseną – superkritine. Nepaisant to, kad išoriškai ši būsena primena skystį, dabar jai taikomas specialus terminas – superkritinis skystis (nuo Angliškas žodis skystis ty „gali tekėti“). IN šiuolaikinė literatūra Superkritinių skysčių sutrumpintas pavadinimas yra SCF.

linijų, ribojančių dujinių, skystųjų ir kietųjų būsenų sritis, vieta, taip pat padėtis trigubas taškas, kur visos trys sritys susilieja, kiekvienai medžiagai yra individualios. Superkritinė sritis prasideda kritiniame taške (pažymėtame žvaigždute), kuriam neabejotinai būdingi du parametrai - temperatūra ( T kr.) ir slėgis ( R kr.). Sumažinti temperatūrą arba slėgį žemiau kritines vertes pašalina medžiagą iš superkritinės būsenos.

Kritinio taško egzistavimas leido suprasti, kodėl kai kurios dujos, tokios kaip vandenilis, azotas ir deguonis ilgą laiką Nebuvo galima gauti skysto pavidalo, didėjant slėgiui, todėl jos buvo vadinamos nuolatinėmis dujomis (iš lot permanentis- „pastovus“). Aukščiau pateikta diagrama rodo, kad egzistavimo sritis skystoji fazė esantis kairėje nuo kritinės temperatūros linijos. Taigi, norint suskystinti bet kokias dujas, pirmiausia jas reikia atvėsinti iki žemiau kritinės temperatūros. CO 2 temperatūra yra kritinė, aukštesnė už kambario temperatūrą, todėl jis gali būti suskystintas nurodytomis sąlygomis, didinant slėgį. Azoto kritinė temperatūra yra daug žemesnė: –239,9° C, todėl, jei azotą suspaudžiate normaliomis sąlygomis, galiausiai galima pasiekti superkritinę sritį, bet skysto azoto tačiau jis negali būti suformuotas. Pirmiausia reikia atvėsinti azotą žemiau kritinės temperatūros, o tada, padidinus slėgį, pasiekti sritį, kurioje galimas skystis. Panaši situacija yra su vandeniliu ir deguonimi (kritinės temperatūros atitinkamai –118,4° C ir –147° C), todėl prieš suskystinimą atšaldoma iki žemesnės nei kritinės temperatūros, o tik tada didinamas slėgis. Superkritinė būsena galima daugumai medžiagų, tik reikia, kad medžiaga nesuirtų kada kritinė temperatūra. Palyginti su nurodytomis medžiagomis, kritinis vandens taškas pasiekiamas su su dideliais sunkumais: t kr= 374,2°C ir R kr = 21,4 MPa.

Kritinis taškas pripažinta svarbia fizinis parametras medžiaga yra tokia pati kaip jos lydymosi arba virimo temperatūra. SCF tankis yra labai mažas, pavyzdžiui, vandens tankis SCF būsenoje yra tris kartus mažesnis nei įprastomis sąlygomis. Visi SCF yra itin mažo klampumo.

Superkritiniai skysčiai yra skysčio ir dujų kryžius. Jie gali būti suspausti kaip dujos (paprasti skysčiai praktiškai nesuspaudžiami) ir tuo pačiu gali ištirpinti daug kietų ir skystų medžiagų, o tai neįprasta dujoms. Superkritinis etanolis (aukštesnėje nei 234°C temperatūroje) kai kuriuos labai lengvai ištirpdo neorganinės druskos(CoCl2, KBr, KI). Anglies dioksidas, azoto oksidas, etilenas ir kai kurios kitos SCF būsenos dujos įgyja gebėjimą ištirpinti daugelį organinių medžiagų – stearino rūgštį, parafiną, naftaleną. Superkritinio CO 2, kaip tirpiklio, savybes galima reguliuoti - didėjant slėgiui, jo tirpimo gebėjimas smarkiai padidėja.

Superkritiniai skysčiai buvo plačiai naudojami tik devintajame dešimtmetyje, kai bendras lygis Pramonės plėtra padarė plačiai prieinamus įrenginius SCF gauti. Nuo to momento prasidėjo intensyvi superkritinių technologijų plėtra. SCF yra ne tik geri tirpikliai, bet ir medžiagos, turinčios didelį difuzijos koeficientą, t.y. jie lengvai prasiskverbia į gilius įvairių kietųjų medžiagų ir medžiagų sluoksnius. Plačiausiai naudojamas superkritinis CO 2, kuris pasirodo esąs tirpiklis platus asortimentas organiniai junginiai. Anglies dioksidas tapo superkritinių technologijų pasaulio lyderiu, nes... turi visą eilę privalumų. Gana lengva perkelti jį į superkritinę būseną ( t kr– 31°C, R kr – 73,8 atm.), be to, jis netoksiškas, nedegus, nesprogus, be to, pigus ir prieinamas. Bet kurio technologo požiūriu tai yra ideali bet kokio proceso sudedamoji dalis. Jį ypač patrauklų daro tai, kad jis toks neatskiriama dalis atmosferos oras ir todėl neteršia aplinką. Superkritinis CO 2 gali būti laikomas aplinkai nekenksmingu tirpikliu.

Dabar du nepriklausomos kryptys superkritinių skysčių naudojimas. Šios dvi kryptys skiriasi galutinius tikslus kas pasiekiama su šiais superkritiniais skysčiais. Pirmuoju atveju SCF naudojami reikalingoms medžiagoms išgauti iš įvairios medžiagos, gaminius ar gamybos atliekas. Ir tuo yra didžiulis ekonominis susidomėjimas. Antruoju atveju SCF tiesiogiai naudojamas vertingiems, dažnai naujiems, įgyvendinimui cheminiai virsmai. Pabrėžtina, kad SCF, kaip ekstrahentų, pranašumus pirmiausia lemia tai, kad jie pasirodė esą galintys itin efektyviai ištirpinti nepolinius junginius, įskaitant kietosios medžiagos. Šį pagrindinį pranašumą smarkiai padidina jau minėta aukšta SCF difuzijos savybė ir ypač mažas jų klampumas. Dėl abiejų pastarųjų savybių gavybos greitis tampa itin didelis. Pateiksime tik kelis pavyzdžius.

Taigi tepalinių alyvų deasfaltavimas atliekamas naudojant superkritinį propaną. Žalia nafta ištirpsta superkritiniame propane esant žymiai didesniam slėgiui nei R kr. Šiuo atveju viskas patenka į tirpalą, išskyrus sunkias asfalto frakcijas. Dėl didžiulio klampumo skirtumo tarp superkritinio tirpalo ir asfalto frakcijos, mechaninis atskyrimas yra labai lengvas. Tada superkritinis tirpalas patenka į plėtimosi bakus, kuriuose slėgis palaipsniui mažėja, bet išlieka didesnis R kr iki paskutinio konteinerio. Šiuose induose iš tirpalo nuolat išsiskiria vis lengvesnės alyvų priemaišų frakcijos, nes sumažėjus slėgiui sumažėja jų tirpumas. Fazių atskyrimas kiekvienoje iš šių talpyklų vėlgi labai lengvas dėl didelio jų klampumo skirtumo. Slėgis paskutiniame inde yra mažesnis R kr, propanas išgaruoja, todėl išsiskiria aliejus, išvalytas nuo nepageidaujamų priemaišų.

Kofeinas yra vaistas, naudojamas pagerinti našumą širdies ir kraujagyslių sistema, gaunamas iš kavos pupelių net ir be išankstinio malimo. Visiškas ekstrahavimas pasiekiamas dėl didelio SCF gebėjimo prasiskverbti. Grūdai dedami į autoklavą – talpyklą, kuri gali atlaikyti aukštas kraujospūdis, tada į jį tiekiamas dujinis CO 2, tada sukuriamas reikiamas slėgis (>73 atm.), dėl to CO 2 pereina į superkritinę būseną. Visas turinys sumaišomas, po to skystis kartu su ištirpusiu kofeinu supilamas į atvirą indą. Anglies dioksidas randamas esant sąlygoms atmosferos slėgis, virsta dujomis ir išskrenda į atmosferą, o išgautas kofeinas gryna forma lieka atvirame inde.

Šiuo metu didelis praktinę reikšmę turi didelį H 2 tirpumą superkritiniuose skysčiuose, nes naudingi hidrinimo procesai yra labai dažni. Pavyzdžiui, jis buvo sukurtas efektyvus procesas katalizinis CO 2 hidrinimas superkritinėje būsenoje, dėl kurio susidaro skruzdžių rūgštis. Procesas yra labai greitas ir švarus.

Kadangi sočiųjų garų slėgio dydis priklauso nuo oro temperatūros, temperatūrai kylant oras gali sugerti daugiau vandens garų, o prisotinimo slėgis didėja. Prisotinimo slėgio padidėjimas vyksta ne tiesiškai, o išilgai pasvirusios kreivės. Šis faktas yra toks svarbus statybos fizikoje, kad jo nereikėtų pamiršti. Pavyzdžiui, esant 0 °C (273,16 K) temperatūrai, sočiųjų garų slėgis ps yra 610,5 Pa (Pascal), esant +10 °C (283,16 K) pasirodo lygus 1228,1 Pa, esant +20 ° C (293,16 K) 2337,1 Pa, o esant +30 °C (303,16 K) lygus 4241,0 Pa. Vadinasi, temperatūrai pakilus 10 °C (10 K), sočiųjų garų slėgis padidės maždaug dvigubai.

Vandens garų dalinio slėgio priklausomybė nuo temperatūros pokyčių parodyta fig. 3.

ABSOLIUTINĖ ORO DRĖGMĖ f

Vandens garų tankis, t.y. jo kiekis ore vadinamas absoliučia oro drėgme ir matuojamas g/m.

Didžiausias vandens garų tankis, galimas esant tam tikrai oro temperatūrai, vadinamas sočiųjų garų tankiu, kuris savo ruožtu sukuria prisotinimo slėgį. Sočiųjų garų fsat tankis ir jo slėgio psas didėja didėjant oro temperatūrai. Jo padidėjimas taip pat yra kreivinis, tačiau šios kreivės eiga nėra tokia stačia, kaip pnas kreivės. Abi kreivės priklauso nuo reikšmės 273.16/Tfact[K]. Todėl, jei žinomas pnas/fnas santykis, juos galima patikrinti vienas su kitu.

Absoliuti oro drėgmė sandarioje uždaroje patalpoje nepriklauso nuo temperatūros

temperatūroje, kol bus pasiektas sočiųjų garų tankis. Absoliučios oro drėgmės priklausomybė nuo jo temperatūros parodyta fig. 4.

SANTYKINĖ DRĖGMĖ

Santykine oro drėgme vadinamas tikrojo vandens garų tankio ir sočiųjų garų tankio santykis arba absoliučios oro drėgmės ir maksimalios oro drėgmės santykis tam tikroje temperatūroje. Jis išreiškiamas procentais.

Kai hermetiška temperatūra uždara erdvė santykinis oro drėgnumas didės tol, kol ϕ reikšmė taps lygi 100 % ir taip bus pasiektas sočiųjų garų tankis. Tolesnio aušinimo metu kondensuojasi atitinkamas vandens garų perteklius.

Didėjant uždaros erdvės temperatūrai, santykinė oro drėgmė mažėja. Ryžiai. 5 parodyta santykinės oro drėgmės priklausomybė nuo temperatūros. Santykinė oro drėgmė matuojama naudojant higrometrą arba psichrometrą. Labai patikimas Assmann aspiracinis psichrometras matuoja temperatūrų skirtumą tarp dviejų tikslių termometrų, kurių vienas yra suvyniotas į drėgną marlę. Aušinimas dėl vandens išgaravimo yra tuo didesnis, kuo sausesnis aplinkinis oras. Iš temperatūrų skirtumo ir faktinės oro temperatūros santykio galima nustatyti aplinkos oro santykinę drėgmę.

Vietoj plonų plaukų higrometro, kuris kartais naudojamas esant didelei drėgmei, naudojamas ličio chlorido matavimo zondas. Jis čiulpė

Jis pagamintas iš metalinės movos su stiklo pluošto apvalkalu, atskira šildymo laido apvija ir varžos termometru. Audinio apvalkalas užpildytas vandeniniu ličio chlorido tirpalu ir yra veikiamas kintamos įtampos tarp abiejų apvijų. Vanduo išgaruoja, druska kristalizuojasi ir atsparumas žymiai padidėja. Dėl to subalansuojamas vandens garų kiekis aplinkiniame ore ir šildymo galia. Remiantis temperatūros skirtumu tarp aplinkos oro ir įmontuoto termometro, naudojant specialią matavimo grandinę, nustatoma santykinė oro drėgmė.

Matavimo zondas reaguoja į oro drėgmės įtaką higroskopiniam pluoštui, kuris pagamintas taip, kad tarp dviejų elektrodų tekėtų pakankama srovė. Pastarasis didėja didėjant santykinei oro drėgmei, tam tikru mastu priklausantis nuo oro temperatūros.

Talpos matavimo zondas – tai kondensatorius su perforuota plokšte su higroskopiniu dielektriku, kurio talpa kinta keičiantis santykinei oro drėgmei, taip pat aplinkos oro temperatūrai. Matavimo zondas gali būti naudojamas kaip sudėtinė multivibartoriaus grandinės vadinamojo RC elemento dalis. Šiuo atveju oro drėgmė paverčiama tam tikru dažniu, kuris gali turėti dideles reikšmes. Tokiu būdu įrenginys pasiekia itin didelį jautrumą, leidžiantį fiksuoti minimalius drėgmės pokyčius.

DALINIS VANDENS GARŲ SLĖGIS p

Priešingai nei sočiųjų garų slėgis rnac, kuris žymi maksimalų dalinį vandens garų slėgį ore esant tam tikrai temperatūrai, vandens garų dalinio slėgio sąvoka p reiškia garų slėgį, kuris yra nesočiųjų, todėl kiekvienu atveju šis slėgis turi būti mažesnis už rnas.

Didėjant vandens garų kiekiui sausame ore, p vertė artėja prie atitinkamos psa vertės. Tuo pačiu metu atmosferos slėgis Ptot išlieka pastovus. Kadangi dalinis vandens garų slėgis p yra tik dalis bendro visų mišinio komponentų slėgio, jo vertės negalima nustatyti tiesioginiu matavimu. Priešingai, garų slėgį galima nustatyti, jei iš pradžių inde sukuriamas vakuumas, o po to į jį įleidžiamas vanduo. Slėgio padidėjimo dėl garavimo dydis atitinka psa reikšmę, kuri yra susijusi su garų prisotintos erdvės temperatūra.

Atsižvelgiant į žinomą ps, p gali būti netiesiogiai matuojamas taip. Inde yra iš pradžių nežinomos sudėties oro ir vandens garų mišinys. Slėgis indo viduje Pbendras = pв + p, t.y. supančio oro atmosferos slėgis. Jei dabar užrakinsite indą ir įpilsite į jį tam tikrą vandens kiekį, slėgis indo viduje padidės. Po vandens garų prisotinimo jis bus pv + rns. Slėgio skirtumas rnac - p, nustatytas naudojant mikrometrą, atimamas iš jau žinomos sočiųjų garų slėgio vertės, kuri atitinka temperatūrą inde. Rezultatas atitiks originalios talpos dalinį slėgį p, t.y. aplinkos oras.

Dalinį slėgį p lengviau apskaičiuoti naudojant sočiųjų garų slėgio pnas lentelių duomenis tam tikram temperatūros lygiui. Santykio p/рsat reikšmė atitinka vandens garų tankio f santykio su sočiųjų garų tankiu fsat reikšmę, kuri yra lygi santykinės drėgmės reikšmei.

oro kokybė Taigi gauname lygtį

nie p =rnas.

Dėl to, esant žinomai oro temperatūrai ir prisotinimo slėgiui psat, galima greitai ir aiškiai nustatyti dalinio slėgio p reikšmę. Pavyzdžiui, santykinė oro drėgmė yra 60%, o oro temperatūra – 10°C. Tada, kadangi šioje temperatūroje sočiųjų garų slėgis psat = 1228,1 Pa, dalinis slėgis p bus lygus 736,9 Pa (6 pav.).

VANDENS GARŲ RASOS TAŠKAS t

Vandens garai, esantys ore, paprastai yra nesotūs, todėl turi tam tikrą dalinį slėgį ir tam tikrą santykinę oro drėgmę.<р < 100%.

Jei oras tiesiogiai liečiasi su kietomis medžiagomis, kurių paviršiaus temperatūra yra žemesnė už jo temperatūrą, tai esant atitinkamam temperatūrų skirtumui ribiniame sluoksnyje esantis oras atšąla ir jo santykinė drėgmė didėja tol, kol jo reikšmė pasiekia 100%, t.y. sočiųjų garų tankis. Net ir toliau nežymiai aušinant, vandens garai pradeda kondensuotis ant kietos medžiagos paviršiaus. Tai vyks tol, kol bus nustatyta nauja pusiausvyrinė medžiagos paviršiaus temperatūros ir sočiųjų garų tankio būsena. Dėl didelio tankio atvėsęs oras nusileidžia, o šiltesnis oras kyla aukštyn. Kondensato kiekis didės tol, kol nusistovi pusiausvyra ir kondensacijos procesas sustos.

Kondensacijos procesas yra susijęs su šilumos išsiskyrimu, kurios kiekis atitinka vandens garavimo temperatūrą. Dėl to pakyla kietųjų medžiagų paviršiaus temperatūra.

Rasos taškas t – paviršiaus temperatūra, šalia kurios garų tankis tampa lygus sočiųjų garų tankiui, t.y. santykinė oro drėgmė siekia 100%. Vandens garų kondensacija prasideda iškart po to, kai jo temperatūra nukrenta žemiau rasos taško.

Jei žinoma oro temperatūra hv ir santykinė drėgmė, galima sudaryti lygtį p(vv) = psat(t) = psat. Norint apskaičiuoti reikiamą pH vertę, naudokite sočiųjų garų slėgių lentelę.

Panagrinėkime tokio skaičiavimo pavyzdį (7 pav.). Oro temperatūra hv = 10°C, santykinė oro drėgmė = 60%, psat (+10°C) = 1228,1 P rsas (t) = = 0 6 x 1228,1 Pa = 736,9 Pa, rasos taškas = + 2,6°C (lentelė) .

Rasos tašką galima nustatyti grafiškai naudojant prisotinimo slėgio kreivę. Rasos tašką galima apskaičiuoti tik tada, kai, be oro temperatūros, žinoma ir jo santykinė drėgmė. Vietoj skaičiavimo galite naudoti matavimą. Jei lėtai atvėsinate poliruotą plokštės (arba membranos), pagamintos iš šilumai laidžios medžiagos, paviršių, kol ant jo pradės formuotis kondensatas, o tada pamatuosite šio paviršiaus temperatūrą, galėsite tiesiogiai rasti aplinkos rasos tašką. oras Taikymas Šis metodas nereikalauja žinių apie santykinę oro drėgmę, nors galite papildomai apskaičiuoti vertę pagal oro temperatūrą ir rasos tašką.

Šiuo principu pagrįstas higrometro, skirto Danielio ir Reinolto rasos taškui nustatyti, veikimas, sukurtas XIX amžiaus pirmoje pusėje. Pastaruoju metu dėl elektronikos naudojimo jis buvo taip patobulintas, kad leidžia labai tiksliai nustatyti rasos tašką. Taigi įprastą higrometrą galima atitinkamai sukalibruoti ir stebėti naudojant higrometrą, skirtą rasos taškui nustatyti.

Iki šiol mes svarstėme garavimo ir kondensacijos reiškinius esant pastoviai temperatūrai. Dabar pažvelkime į temperatūros poveikį. Nesunku pastebėti, kad temperatūros įtaka labai stipri. Karštą dieną ar prie viryklės viskas išdžiūsta daug greičiau nei šaltyje. Tai reiškia, kad šiltas skystis išgaruoja intensyviau nei šaltas. Tai lengva paaiškinti. Šiltame skystyje daugiau molekulių turi pakankamai greičio, kad įveiktų sanglaudos jėgas ir ištrūktų iš skysčio. Todėl, kylant temperatūrai, didėjant skysčio garavimo greičiui, didėja ir sočiųjų garų slėgis.

Garų slėgio padidėjimą galima lengvai nustatyti naudojant prietaisą, aprašytą § 291. Kolbą su eteriu nuleiskite į šiltą vandenį. Pamatysime, kad manometras parodys staigų slėgio padidėjimą. Nuleidę tą pačią kolbą į šaltą vandenį, o dar geriau – į sniego ir druskos mišinį (§ 275), pastebėsime, priešingai, slėgio sumažėjimą.

Taigi, sočiųjų garų slėgis labai priklauso nuo temperatūros. Lentelėje 18 paveiksle parodytas sočiųjų vandens ir gyvsidabrio garų slėgis esant skirtingoms temperatūroms. Atkreipkime dėmesį į nereikšmingą gyvsidabrio garų slėgį kambario temperatūroje. Prisiminkime, kad nuskaitant barometrą šis slėgis yra nepaisomas.

18 lentelė. Sočiųjų vandens ir gyvsidabrio garų slėgis esant įvairioms temperatūroms (mm Hg)

Iš vandens sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros grafiko (481 pav.) matyti, kad slėgio prieaugis, atitinkantis temperatūros padidėjimą , didėja didėjant temperatūrai. Tai yra skirtumas tarp sočiųjų garų ir dujų, kurių slėgis kaitinant vienodai didėja tiek žemoje, tiek aukštoje temperatūroje (1/273 slėgio esant ). Šis skirtumas taps visiškai suprantamas, jei prisiminsime, kad kaitinant dujas pastoviu tūriu, keičiasi tik molekulių greitis. Kaitinant skysčių-garų sistemą, kaip nurodėme, kinta ne tik molekulių greitis, bet ir jų skaičius tūrio vienete, t.y., esant aukštesnei temperatūrai, mes turime didesnio tankio garus.

481 pav. Vandens sočiųjų garų slėgio priklausomybė

293.1. Kodėl dujų termometras (§ 235) rodo teisingus rodmenis tik tada, kai dujos visiškai išdžiūvo?

293.2. Tarkime, kad uždarame inde, be skysčio ir garų, yra ir oro. Kaip tai paveiks slėgio pokytį kylant temperatūrai?

293.3. Garų slėgio pokytis uždarame inde, kylant temperatūrai, pavaizduotas diagramoje, parodytoje fig. 482. Kokią išvadą galima padaryti dėl garavimo procesų indo viduje?

Ryžiai. 482. Pratimui 293.3

Molekulinė kinetinė teorija leidžia ne tik suprasti, kodėl medžiaga gali būti dujinės, skystos ir kietos būsenos, bet ir paaiškinti medžiagos perėjimo iš vienos būsenos į kitą procesą.

Garavimas ir kondensacija. Vandens ar bet kokio kito skysčio kiekis atvirame inde palaipsniui mažėja. Vyksta skysčio išgaravimas, kurio mechanizmas buvo aprašytas VII klasės fizikos kurse. Chaotiško judėjimo metu kai kurios molekulės įgyja tiek kinetinės energijos, kad palieka skystį, įveikdamos kitų molekulių patrauklias jėgas.

Kartu su garavimu vyksta atvirkštinis procesas – dalies chaotiškai judančių garų molekulių perėjimas į skystį. Šis procesas vadinamas kondensacija. Jei indas yra atviras, molekulės, išėjusios iš skysčio, gali negrįžti į

skystis. Tokiais atvejais išgaravimo nekompensuoja kondensacija ir sumažėja skysčio kiekis. Kai oro srautas per indą pašalina susidariusius garus, skystis greičiau išgaruoja, nes garų molekulė turi mažiau galimybių grįžti į skystį.

Sotūs garai. Jei indas su skysčiu yra sandariai uždarytas, jo praradimas greitai sustos. Esant pastoviai temperatūrai, skysčių-garų sistema pasieks šiluminės pusiausvyros būseną ir išliks joje tiek, kiek norima.

Pirmą akimirką, skystį supylus į indą ir uždarius, jis išgaruos, o garų tankis virš skysčio padidės. Tačiau tuo pačiu padidės į skystį grįžtančių molekulių skaičius. Kuo didesnis garų tankis, tuo daugiau garų molekulių grįžta į skystį. Dėl to uždarame inde, esant pastoviai temperatūrai, ilgainiui bus nustatyta dinaminė (judri) pusiausvyra tarp skysčio ir garų. Molekulių, išeinančių iš skysčio paviršiaus, skaičius bus lygus garų molekulių, grįžtančių į skystį per tą patį laiką, skaičiui. Kondensacija vyksta kartu su garinimo procesu, ir abu procesai vidutiniškai kompensuoja vienas kitą.

Garai, esantys dinaminėje pusiausvyroje su skysčiu, vadinami sočiaisiais garais. Šis pavadinimas pabrėžia, kad tam tikrame tūryje tam tikroje temperatūroje negali būti didesnis garų kiekis.

Jei oras iš indo su skysčiu anksčiau buvo išpumpuotas, tada virš skysčio paviršiaus bus tik sotieji garai.

Sočiųjų garų slėgis. Kas atsitiks su sočiaisiais garais, jei jo užimamas tūris bus sumažintas, pavyzdžiui, suspaudžiant garus pusiausvyroje su skysčiu cilindre po stūmokliu, išlaikant pastovią cilindro turinio temperatūrą?

Kai garai bus suspausti, pusiausvyra pradės trikdyti. Iš pradžių garų tankis šiek tiek padidėja, ir daugiau molekulių pradeda judėti iš dujų į skystį nei iš skysčio į dujas. Tai tęsiasi tol, kol vėl nusistovi pusiausvyra ir tankis, todėl molekulių koncentracija įgauna ankstesnę vertę. Todėl sočiųjų garų molekulių koncentracija nepriklauso nuo tūrio esant pastoviai temperatūrai.

Kadangi slėgis yra proporcingas koncentracijai pagal formulę, nuo sočiųjų garų koncentracijos (arba tankio) nepriklausomybės nuo tūrio, tai reiškia, kad sočiųjų garų slėgis nepriklauso nuo tūrio, kurį jie užima.

Nuo tūrio nepriklausomas garų slėgis, kuriam esant skystis yra pusiausvyroje su garais, vadinamas sočiųjų garų slėgiu.

Suspaudžiant sotuosius garus, vis daugiau jų virsta skysta būsena. Tam tikros masės skystis užima mažiau tūrio nei tos pačios masės garai. Dėl to garo tūris, o jo tankis nesikeičia, mažėja.

Daug kartų vartojome žodžius „dujos“ ir „garas“. Nėra esminio skirtumo tarp dujų ir garo, ir šie žodžiai paprastai yra lygiaverčiai. Tačiau mes esame pripratę prie tam tikro, palyginti nedidelio aplinkos temperatūros diapazono. Žodis „dujos“ paprastai vartojamas toms medžiagoms, kurių sočiųjų garų slėgis įprastoje temperatūroje yra didesnis nei atmosferos (pavyzdžiui, anglies dioksidas). Priešingai, mes kalbame apie garą, kai kambario temperatūroje sočiųjų garų slėgis yra mažesnis nei atmosferos, o medžiaga yra stabilesnė skystoje būsenoje (pavyzdžiui, vandens garai).

Sočiųjų garų slėgio nepriklausomumas nuo tūrio buvo nustatytas atliekant daugybę eksperimentų, susijusių su izoterminiu garų suspaudimu, esant pusiausvyrai su skysčiu. Leiskite medžiagai dideliais kiekiais būti dujinės būsenos. Vykstant izoterminiam suspaudimui, didėja jo tankis ir slėgis (AB izotermos atkarpa 51 pav.). Kai pasiekiamas slėgis, prasideda garų kondensacija. Vėliau, suspaudžiant prisotintus garus, slėgis nekinta tol, kol visi garai nevirsta skysčiu (51 pav. tiesia linija BC). Po to slėgis suspaudimo metu pradeda smarkiai didėti (kreivės segmentas, nes skysčiai yra šiek tiek suspaudžiami.

51 paveiksle parodyta kreivė vadinama realių dujų izoterma.

Naftai ir naftos produktams būdingas tam tikras sočiųjų garų slėgis arba alyvos garų slėgis. Sočiųjų garų slėgis yra standartizuotas aviacinių ir automobilių benzinų rodiklis, netiesiogiai apibūdinantis degalų lakumą, pradines savybes ir polinkį susidaryti garų užraktus variklio maitinimo sistemoje.

Nevienodos sudėties skysčiams, tokiems kaip benzinas, sočiųjų garų slėgis tam tikroje temperatūroje yra sudėtinga benzino sudėties funkcija ir priklauso nuo erdvės, kurioje yra garų fazė, tūrio. Todėl norint gauti palyginamus rezultatus, praktiniai nustatymai turi būti atliekami esant standartinei temperatūrai ir pastoviam garų ir skysčio fazių santykiui. Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau sočiųjų garų slėgis degalai – tai kuro garų fazės slėgis, esantis dinaminėje pusiausvyroje su skystąja faze, matuojamas esant standartinei temperatūrai ir tam tikram garų ir skysčio fazių tūrių santykiui. Temperatūra, kurioje sočiųjų garų slėgis tampa lygus slėgiui sistemoje, vadinama medžiagos virimo temperatūra. Didėjant temperatūrai, sočiųjų garų slėgis smarkiai didėja. Esant tokiai pačiai temperatūrai, didesnis sočiųjų garų slėgis būdingas lengvesniems naftos produktams.

Šiuo metu yra keletas būdų, kaip nustatyti medžiagų DNP, kurias galima suskirstyti į šias grupes:

1. Statinis metodas.
2. Dinaminis metodas.
3. Judančių dujų prisotinimo metodas.
4. Izotermų tyrimo metodas.
5. Knudseno efuzijos metodas.
6. Chromatografinis metodas.

Statinis metodas

Statinis metodas yra labiausiai paplitęs, nes priimtinas matuojant medžiagų DNP įvairiuose temperatūrų ir slėgio diapazonuose.

Metodo esmė yra išmatuoti garų, kurie yra pusiausvyroje su skysčiu tam tikroje temperatūroje, slėgį. Slėgis gali būti matuojamas slėgio matuokliais (spyruoklė, gyvsidabris, dedveitas, vanduo) arba naudojant specialius jutiklius (įtempimo matuoklius, elektrinius ir kt.), kurie leidžia konvertuoti į slėgį, arba skaičiuojant, kai medžiagos kiekis tam tikrame. tūris žinomas. Plačiausiai naudojamas metodas yra įvairių slėgio matuoklių naudojimas, vadinamasis tiesioginis statinis metodas. Šiuo atveju tiriama medžiaga supilama į pjezometrą (ar kokį indą), įdedama į termostatą, leidžiantį palaikyti tam tikrą temperatūrą, o DNP matuojamas manometru. Be to, slėgio matuoklis gali būti prijungtas tiek skystoje, tiek dujų fazėje. Prijungiant skysčio fazės manometrą, atsižvelgiama į hidrostatinės skysčio kolonėlės pataisą.

Matavimo prietaiso prijungimas dažniausiai atliekamas per separatorių, kuris naudojamas kaip gyvsidabrio vožtuvai, membranos, silfonai ir kt. Remiantis tiesioginiu statiniu metodu, buvo sukurta nemažai eksperimentinių įrenginių, skirtų naftos produktų DNP tirti. Naftos perdirbime dėl savo paprastumo standartinis

Reido bombos metodas

(GOST 1756-2000). Bomba susideda iš dviejų kamerų: kuro 1 ir oro 2, kurių tūrio santykis yra atitinkamai 1:4, sujungtų sriegiu. Bandomųjų degalų garų sukuriamas slėgis registruojamas manometru 3, pritvirtintu prie oro kameros viršaus.

Bandymas atliekamas 38,8°C temperatūroje ir 0,1 MPa slėgyje, naudojant specialią termostatuotą vonią.

Tikslesnė DNP matavimo galimybė naudojant statinį metodą yra Sorrel-NATI metodas. Naudojant šį metodą, galima nustatyti absoliučias sočiųjų garų slėgio vertes net esant neigiamai temperatūrai. Metodo pranašumas yra galimybė išmatuoti DNP esant skirtingiems skysčio ir garų fazių santykiams, taip pat esant arba nesant medžiagoje ištirpusių oro ir dujų. Trūkumai yra sudėtingumas, pritaikymas tik specialiose laboratorijose ir gana didelė DNP matavimo paklaida (iki 5%).

Duomenų, gautų naudojant Reido bombą ir NATI metodą, neatitikimai yra 10-20%.

Dinaminis metodas

Dinaminis metodas yra pagrįsta skysčio virimo temperatūros matavimu esant tam tikram slėgiui. Esamų eksperimentinių įrenginių, pagrįstų dinaminiu metodu, projektuose naudojami ebuliometrai. Tai prietaisai, pagrįsti termometro drėkinimo garų ir skysčių mišiniu principu. Dinaminis metodas buvo sukurtas grynų medžiagų, kurių virimo temperatūra yra fiksuota vertė, DNP tirti ir nebuvo naudojamas sočiųjų naftos produktų slėgiui matuoti, kurių virimo temperatūra kinta komponentams virstant. Yra žinoma, kad tarpinę vietą tarp grynų medžiagų ir mišinių užima žemai verdančios aliejaus frakcijos. Slėgio matavimo dinaminiu metodu diapazonas paprastai yra mažas - iki 0,15-0,2 MPa. Todėl pastaruoju metu buvo bandoma taikyti dinaminį metodą siaurų naftos frakcijų DNP tirti.

Judančių dujų prisotinimo metodas

Judančių dujų prisotinimo metodas naudojamas, kai medžiagos DNP neviršija kelių mmHg. Metodo trūkumas – palyginti didelė eksperimentinių duomenų paklaida ir būtinybė žinoti tiriamos medžiagos molekulinę masę. Metodo esmė tokia: per skystį praleidžiamos inertinės dujos, kurios prisotinamos pastarojo garais, po to patenka į šaldytuvą, kur sugerti garai kondensuojasi. Žinant dujų ir sugerto skysčio kiekį bei jų molekulines mases, galima apskaičiuoti skysčio sočiųjų garų slėgį.

Izotermų tyrimo metodas

Izotermų tyrimo metodas duoda tiksliausius rezultatus lyginant su kitais metodais, ypač esant aukštai temperatūrai. Šis metodas apima ryšį tarp slėgio ir sočiųjų garų tūrio pastovioje temperatūroje. Prisotinimo taške izoterma turi susisukti, virsti tiesia linija. Manoma, kad šis metodas tinka grynų medžiagų DNP matuoti ir netinka daugiakomponentėms medžiagoms, kurių virimo temperatūra yra neapibrėžta. Todėl jis nebuvo plačiai paplitęs matuojant naftos produktų DNP.

Knudseno efuzijos metodas

Knudseno efuzijos metodas Daugiausia tinka labai žemam slėgiui (iki 100 Pa) matuoti. Šis metodas leidžia nustatyti garų išsiliejimo greitį pagal kondensato kiekį, jei išsiliejusi medžiaga yra visiškai kondensuota. Įrenginiai, pagrįsti šiuo metodu, turi šiuos trūkumus: jie yra vieno matavimo įrenginiai ir po kiekvieno matavimo reikia sumažinti slėgį, o tai, esant lengvai oksiduojamoms ir nestabilioms medžiagoms, dažnai sukelia cheminės bandomosios medžiagos virsmą ir matavimo rezultatų iškraipymą. . Buvo sukurta eksperimentinė sąranka, kurioje nėra šių trūkumų, tačiau dizaino sudėtingumas leidžia jį naudoti tik specialiai įrengtose laboratorijose. Šis metodas daugiausia naudojamas kietųjų medžiagų DNP matuoti.

Knudseno efuzijos metodas

Chromatografinis nustatymo metodas DNP medžiagos pradėtos kurti palyginti neseniai. Taikant šį metodą, naftos produktų DNP nustatymas grindžiamas visa skysčio chromatografine analize ir visų mišinio komponentų dalinių slėgių sumos apskaičiavimu. Atskirų angliavandenilių ir naftos produktų frakcijų DRP nustatymo metodas pagrįstas autorių išplėtotomis idėjomis apie fizikinį ir cheminį sulaikymo indeksą bei fazės specifiškumo sampratą. Tam reikia turėti arba didelę atskyrimo galią turinčią kapiliarinę chromatografinę kolonėlę, arba literatūros duomenis apie tiriamų junginių sulaikymo rodiklius.

Tačiau analizuojant sudėtingus angliavandenilių mišinius, pvz., naftos produktus, kyla sunkumų ne tik atskiriant skirtingoms klasėms priklausančius angliavandenilius, bet ir identifikuojant atskirus šių mišinių komponentus.

Sočiųjų garų slėgio pavertimas

Atliekant technologinius skaičiavimus, dažnai reikia konvertuoti temperatūras iš vieno slėgio į kitą arba slėgį, kai temperatūra keičiasi. Tam yra daug formulių. Ashworth formulė yra plačiausiai naudojama:

V. P. Antončenkovo ​​patobulinta Ashworth formulė yra tokia:

Norint perskaičiuoti temperatūrą ir slėgį, taip pat patogu naudoti grafinius metodus.

Labiausiai paplitęs siužetas yra Cox sklypas, kuris sukonstruotas taip. Abscisių ašis yra logaritminė skalė, kurioje pateikiamos slėgio logaritmo reikšmės ( lgP), tačiau, kad būtų lengviau naudoti, atitinkamos reikšmės yra pažymėtos skalėje R. Temperatūros reikšmės pavaizduotos ordinačių ašyje. Tiesi linija nubrėžta 30° kampu abscisių ašies atžvilgiu, pažymėta indeksu " N 2 0“, kuris apibūdina sočiųjų vandens garų slėgio priklausomybę nuo temperatūros. N 2 0 Kuriant grafiką iš kelių x ašies taškų, statmenys atkuriami tol, kol susikerta su linija

o gauti taškai perkeliami į ordinačių ašį. Ordinačių ašyje skalė gaunama pagal vandens virimo temperatūrą, atitinkančią skirtingą jo sočiųjų garų slėgį. Tada keletui gerai ištirtų angliavandenilių paimama taškai su anksčiau žinomomis virimo taškais ir atitinkamomis garų slėgio vertėmis.

Paaiškėjo, kad normalios struktūros alkanams naudojant šias koordinates sudaryti grafikai yra tiesės, kurios visos susilieja viename taške (poliuje). Ateityje pakanka paimti bet kurį tašką su temperatūros koordinatėmis - angliavandenilio sočiųjų garų slėgiu ir prijungti jį prie poliaus, kad gautumėte sočiųjų garų slėgio priklausomybę nuo šio angliavandenilio temperatūros.

Nepaisant to, kad grafikas buvo sudarytas atskiriems normalios struktūros alkanams, jis plačiai naudojamas technologiniuose skaičiavimuose siaurų naftos frakcijų atžvilgiu, brėžiant šios frakcijos vidutinę virimo temperatūrą ordinačių ašyje. R Naftos produktų virimo temperatūrai paversti iš gilaus vakuumo į atmosferos slėgį naudojama nomograma UOP, pagal kurią sujungus dvi žinomas vertes atitinkamose grafiko skalėse tiesia linija, norima vertė gaunama sankirta su trečiąja skale arba t

. UOP nomograma daugiausia naudojama laboratorinėje praktikoje.

Esant aukštam slėgiui, kaip žinoma, tikrosios dujos nepaklūsta Raoult ir Dalton dėsniams. Tokiais atvejais skaičiavimo ar grafiniais metodais nustatytas sočiųjų garų slėgis tikslinamas naudojant kritinius parametrus, suspaudžiamumo koeficientą ir fugacity.