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:

.

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.

34kb. 17.04.2009 13:03 скачать n30.doc 27kb. 17.04.2009 13:11 скачать n31.doc 67kb. 17.04.2009 13:18 скачать n32.doc 69kb. 15.06.2009 10:50 скачать n33.doc 211kb. 19.06.2009 16:59 скачать n34.doc 151kb. 19.06.2009 17:01 скачать n35.doc 78kb. 16.04.2009 16:07 скачать n36.doc 95kb. 19.06.2009 17:03 скачать n37.doc 82kb. 15.06.2009 15:02 скачать n38.doc 63kb. 19.06.2009 17:06 скачать n39.doc 213kb. 15.06.2009 15:08 скачать n40.doc 47kb. 15.04.2009 15:55 скачать n41.doc 83kb. 15.06.2009 10:25 скачать n42.doc 198kb. 19.06.2009 16:46 скачать n43.doc 379kb. 19.06.2009 16:49 скачать n44.doc 234kb. 19.06.2009 16:52 скачать n45.doc 141kb. 19.06.2009 16:55 скачать n46.doc 329kb. 15.06.2009 11:53 скачать n47.doc 656kb. 19.06.2009 16:57 скачать n48.doc 21kb. 13.04.2009 23:22 скачать n49.doc 462kb. 15.06.2009 11:42 скачать n50.doc 120kb. 16.03.2010 13:45 скачать

n16.doc

Глава 7 . ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ, ТЕМПЕРАТУРЫ ФАЗОВЫХ

ПЕРЕХОДОВ, 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

Название компонента	Коэффициенты уравнения Антуана
Бутанол-1
Винилацетат
Метилацетат
Морфолин
Муравьиная кислота
Уксусная кислота
Пирролидин
Бензиловый спирт
Этантиол
Хлорбензол
Трихлорэтилен *
Хлороформ
Триметилборат *
Метилэтилкетон
Этиленгликоль
Этилацетат
2-Метил-2-пропанол
Диметилформамид

Примечания: 1)

* данные.

Основная литература

Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Фундаментальный принцип перераспределения полей концентраций между областями разделения как основа создания технологических комплексов. Теор. основы хим. технол.,1997–Т. 31, №2. с.184–192.

Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза.- М.: Химия, 1992. 432 с.

Коган В. Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация.– Л.: Химия,1971. 432с.

Свентославский В.В. Азеотропия и полиазеотропия. – М.:Химия, 1968. –244 с.

Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Общие закономерности и классификация бинарных жидких растворов в терминах избыточных термодинамических функций. Методические указания. – М.: А/О Росвузнаука,1992. 40 с.

Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. Т.1. – М.:Мир,1989. 304 с.

Термодинамика равновесия жидкость-пар./ Под редакцией Морачевского А.Г.  Л.: Химия, 1989.344 с.

Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропные смеси. Справочник.Л.: Химия, 1971.848 с.

Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие, в 2-х томах. М.-Л.: Наука, 1966.

Людмирская Г.С., Барсукова Т.В., Богомольный А.М. Равновесие жидкость пар. Справочник. Л.: Химия, 1987.336 с.

Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей.Л.: Химия, 1982. 592 с.

Белоусов В.П., Морачевский А.Г. Теплоты смешения жидкостей. Справочник. Л.: Химия, 1970 256 с.

Белоусов В.П., Морачевский А.Г., Панов М.Ю. Тепловые свойства растворов неэлектролитов. Справочник.  Л.: Химия, 1981.264 с.

Замена