Изпаряването е преходът на течност в пара от свободна повърхност при температури под точката на кипене на течността. В резултат на това се получава изпарение топлинно движениетечни молекули. Скоростта на движение на молекулите варира в широки граници, като се отклонява значително и в двете посоки от средната си стойност. Някои молекули, които имат достатъчно висока кинетична енергия, излизат от повърхностния слой на течността в газовата (въздушната) среда. Излишната енергия на молекулите, загубена от течността, се изразходва за преодоляване на силите на взаимодействие между молекулите и работата на разширението (увеличаване на обема), когато течността се превръща в пара.

Изпарението е ендотермичен процес. Ако към течността не се подава топлина отвън, тя се охлажда в резултат на изпарение. Скоростта на изпарение се определя от количеството пари, образувани за единица време на единица повърхност на течността. Това трябва да се има предвид в индустрии, включващи употреба, производство или обработка на запалими течности. Увеличаването на скоростта на изпарение с повишаване на температурата води до по-бързо образуване на експлозивни концентрации на пари. Максимална скоростизпарение се наблюдава при изпаряване във вакуум и в неограничен обем. Това може да се обясни по следния начин. Наблюдаваната скорост на процеса на изпаряване е общата скорост на процеса на преминаване на молекулите от течната фаза V 1 и степен на кондензация V 2 . Общият процес е равен на разликата между тези две скорости: . При постоянна температура V 1 не се променя, но V 2пропорционално на концентрацията на парите. При изпаряване във вакуум в границата V 2 = 0 , т.е. общата скорост на процеса е максимална.

Колкото по-висока е концентрацията на парите, толкова по-висока е степента на кондензация, следователно толкова по-ниска е общата скорост на изпарение. На границата между течността и нейния наситена параскоростта на изпарение (обща) е близка до нула. Течност в затворен съд се изпарява и образува наситена пара. Парата, която е в динамично равновесие с течността, се нарича наситена. Динамично равновесие при дадена температура възниква, когато броят на изпаряващите се течни молекули е равен на броя на кондензиращите молекули. Наситената пара, излизайки от отворен съд във въздуха, се разрежда от него и става ненаситена. Следователно във въздуха

В помещенията, където се намират съдове с горещи течности, има ненаситени пари от тези течности.

Наситените и ненаситените пари оказват натиск върху стените на кръвоносните съдове. Налягането на наситените пари е налягането на пара в равновесие с течност при дадена температура. Налягането на наситената пара винаги е по-високо от това на ненаситената пара. Тя не зависи от количеството течност, размера на нейната повърхност или формата на съда, а зависи само от температурата и естеството на течността. С повишаване на температурата налягането на наситените пари на течността се увеличава; при точката на кипене налягането на парите е равно на атмосферното налягане. За всяка температурна стойност налягането на наситените пари на отделна (чиста) течност е постоянно. Налягането на наситените пари на смеси от течности (нефт, бензин, керосин и др.) При една и съща температура зависи от състава на сместа. Тя се увеличава с увеличаване на съдържанието на нискокипящи продукти в течността.

За повечето течности е известно налягането на наситените пари при различни температури. Стойностите на налягането на наситените пари на някои течности при различни температури са дадени в таблица. 5.1.

Таблица 5.1

Налягане на наситени пари на вещества при различни температури

вещество	Налягане на наситените пари, Pa, при температура, K
Бутилацетат Баку авиационен бензин Метилов алкохол Въглероден дисулфид терпентин Етанол Етилов етер Етилацетат

Намерено от масата.

5.1 Налягането на наситените пари на течност е интегрална частобщото налягане на сместа от пари и въздух.

Да приемем, че сместа от пара с въздух, образувана над повърхността на въглероден дисулфид в съд при 263 K, има налягане 101080 Pa. Тогава налягането на наситените пари на въглеродния дисулфид при тази температура е 10773 Pa. Следователно въздухът в тази смес има налягане 101080 – 10773 = 90307 Pa. С повишаване на температурата на въглероден дисулфид

налягането на наситените му пари се увеличава, налягането на въздуха намалява. Общото налягане остава постоянно.

Частта от общото налягане, приписвана на даден газ или пара, се нарича частична. В този случай налягането на парите на въглеродния дисулфид (10773 Pa) може да се нарече парциално налягане. Така общото налягане на паровъздушната смес е сумата от парциалните налягания на въглеродния дисулфид, кислорода и азотните пари: P пара + + = P общ. Тъй като налягането на наситените пари е част от общото налягане на тяхната смес с въздуха, става възможно да се определят концентрациите на течни пари във въздуха от известното общо налягане на сместа и налягането на парите.

Налягането на парите на течностите се определя от броя на молекулите, удрящи се в стените на контейнера, или от концентрацията на пари над повърхността на течността. Колкото по-висока е концентрацията на наситена пара, толкова по-голямо ще бъде нейното налягане. Връзката между концентрацията на наситена пара и нейното парциално налягане може да се намери, както следва.

Да приемем, че би било възможно да се отдели парата от въздуха и налягането в двете части ще остане равно на общото налягане Ptot. Тогава обемите, заети от пара и въздух, съответно биха намалели. Съгласно закона на Бойл-Мариот произведението от налягането на газа и неговия обем при постоянна температура е постоянна величина, т.е. за нашия хипотетичен случай получаваме:

.

МЕТОД ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ПАРАМЕТРИ НА ИЗПАРЕНИЕ НА ЗАПАЛИМИ НЕНАГРЕТИ ТЕЧНОСТИ И ВТЕЧНЕНИ ВЪГЛЕВОДОРОДНИ ГАЗОВЕ

I.1 Скорост на изпарение W, kg/(s m 2), определен от референтни и експериментални данни. За запалими течности, които не се нагряват над температурата на околната среда, при липса на данни е разрешено да се изчислява Упо формула 1)

W = 10 -6 h p n, (I.1)

където h - коефициент, взет съгласно таблица I.1 в зависимост от скоростта и температурата на въздушния поток над повърхността на изпарение;

M - моларна маса, g/mol;

p n - налягане на наситените пари при изчислената температура на течността t p, определена от референтните данни, kPa.

Таблица I.1

Скорост на въздушния поток в помещението, m/s	Стойността на коефициента h при температура t, ° C, въздух в помещението
	10	15	20	30	35
0,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

I.2 За втечнени въглеводородни газове (LPG), при липса на данни, е разрешено да се изчисли специфичното тегло на парите на изпарения LPG m LPG, kg/m 2, съгласно формула 1)

, (И 2)

1) Формулата е приложима при температури на подстилащата повърхност от минус 50 до плюс 40 °C.

Където М -моларна маса на LPG, kg/mol;

L isp - моларна топлина на изпарение на LPG при начална температура на LPG T l, J/mol;

T 0 - начална температура на материала, върху чиято повърхност се излива LPG, съответстваща на проектната температура t p , K;

Tf - начална температура на LPG, K;

l TV - коефициент на топлопроводимост на материала, върху чиято повърхност се налива LPG, W/(m K);

a е ефективният коефициент на топлопроводимост на материала, върху чиято повърхност се излива LPG, равен на 8,4·10 -8 m 2 /s;

T- текущо време, s, взето равно на времето на пълно изпаряване на LPG, но не повече от 3600 s;

Число на Рейнолдс (n - скорост на въздушния поток, m/s; д-характерен размер на пролива LPG, m;

u in - кинематичен вискозитет на въздуха при проектната температура t p, m 2 / s);

l in - коефициент на топлопроводимост на въздуха при проектна температура t p, W/(m K).

Примери - Изчисляване на параметрите на изпарение на запалими ненагрети течности и втечнени въглеводородни газове

1 Определете масата на ацетоновите пари, влизащи в помещението в резултат на аварийно намаляване на налягането в апарата.

Данни за изчисление

В помещение с площ на пода 50 m 2 е монтиран апарат с ацетон с максимален обем V ap = 3 m 3. Ацетонът навлиза в апарата чрез гравитация през тръбопровод с диаметър от д= 0,05 m с течение q,равна на 2 · 10 -3 m 3 /s. Дължина на участъка на тръбопровода под налягане от резервоара до ръчния клапан l 1 = 2 м. Дължина на изходящата тръбопроводна секция с диаметър d = 0,05 m от контейнера до ръчния вентил L 2 е равно на 1 m. Скоростта на въздушния поток в помещението с обща вентилация е 0,2 m/s. Температурата на въздуха в помещението е tp = 20 ° C. Плътността r на ацетона при тази температура е 792 kg / m 3. Налягането на наситените пари на ацетон p a при t p е 24,54 kPa.

Обемът на ацетона, освободен от напорния тръбопровод, V n.t., е

където t е очакваното време за изключване на тръбопровода, равно на 300 s (за ръчно изключване).

Обем ацетон, отделен от изходната тръба Vот е

Обемът на ацетона, влизащ в стаята

V a = V ap + V n.t + V от = 3 + 6,04 · 10 -1 + 1,96 · 10 -3 = 6,600 m 3.

Въз основа на факта, че 1 литър ацетон се излива върху 1 m2 площ на пода, изчислената площ на изпарение S p = 3600 m2 ацетон ще надвишава площта на пода на помещението. Следователно площта на пода на помещението се приема като площ на изпарение на ацетон, равна на 50 m2.

Скоростта на изпарение е:

W използване = 10 -6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10 -3 kg/(s m 2).

Масата от ацетонови пари, образувана по време на аварийно намаляване на налягането на апарата T, kg, ще бъдат равни

t = 0,655 10 -3 50 3600 = 117,9 kg.

2 Определете масата на газообразния етилен, образуван по време на изпаряването на разлив от втечнен етилен при условия на аварийно намаляване на налягането в резервоара.

Данни за изчисление

Изотермичен резервоар от втечнен етилен с обем V i.r.e = 10 000 m 3 е монтиран в бетонна насипа със свободна площ S ob = 5184 m 2 и височина на фланеца H ob = 2,2 m = 0,95.

Тръбопроводът за подаване на втечнен етилен влиза в резервоара отгоре, а изходящият тръбопровод излиза отдолу.

Диаметърът на изходящия тръбопровод d tp = 0,25 m. Дължината на тръбопроводния участък от резервоара до автоматичния клапан, чиято вероятност за повреда надвишава 10 -6 на година и не е осигурено резервирането на неговите елементи, L= 1 м. Максимален разход на втечнен етилен в режим на дозиране G течен e = 3,1944 kg/s. Плътност на втечнен етилен r l.e. при работна температура T ek= 169,5 K е равно на 568 kg/m3. Плътност на газа етилен r g.e at T ekравно на 2,0204 kg/m3. Моларна масавтечнен етилен Мж.е = 28 · 10 -3 kg/mol. Моларна топлина на изпаряване на втечнен етилен L иcnпри T eq е равно на 1,344 · 10 4 J/mol. Температурата на бетона е равна на максимално възможната температура на въздуха в съответната климатична зона T b = 309 K. Коефициентът на топлопроводимост на бетона l b = 1,5 W/(m K). Коефициент на топлопроводимост на бетона А= 8,4 · 10 -8 m 2 /s. Минималната скорост на въздушния поток е u min = 0 m/s, а максималната за дадена климатична зона е u max = 5 m/s. Кинематичният вискозитет на въздуха n при проектната температура на въздуха за дадена климатична зона t р = 36 ° C е равен на 1,64 · 10 -5 m 2 / s. Коефициентът на топлопроводимост на въздуха l in при t p е равен на 2,74 · 10 -2 W/(m · K).

Ако изотермичният резервоар се разруши, обемът на втечнения етилен ще бъде

Свободен обем на дигата Vотносно = 5184 · 2,2 = 11404,8 m3.

Поради факта че Vж.е< V об примем за площадь испарения S исп свободную площадь обвалования S об, равную 5184 м 2 .

След това масата на изпарения етилен m т.е. от зоната на пролива при скорост на въздушния поток u = 5 m/s се изчислява по формула (I.2)

Масата m, т.е. при u = 0 m/s ще бъде 528039 kg.

Какво е ацетон? Формулата на този кетон е разгледана в училищен курсхимия. Но не всеки има представа колко опасна е миризмата на това съединение и какви свойства има това органично вещество.

Свойства на ацетона

Техническият ацетон е най-разпространеният разтворител, използван в съвременното строителство. Тъй като това съединение има ниско ниво на токсичност, то се използва и във фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост.

Техническият ацетон се използва като химическа суровина при производството на множество органични съединения.

Лекарите го смятат за наркотично вещество. Вдишването на концентрирани ацетонови пари може да причини сериозно отравяне и увреждане на централната нервна система. Това съединение представлява сериозна заплаха за по-младото поколение. Злоупотребяващите с вещества, които използват ацетонови пари, за да предизвикат състояние на еуфория, са изложени на голям риск. Лекарите се опасяват не само за физическото здраве на децата, но и за психическото им състояние.

Смъртоносна се счита доза от 60 ml. Ако значително количество кетон попадне в тялото, настъпва загуба на съзнание, а след 8-12 часа - смърт.

Физични свойства

При нормални условия това съединение е в течно състояние, няма цвят и има специфична миризма. Ацетонът, чиято формула е CH3CHOCH3, има хигроскопични свойства. Това съединение се смесва в неограничени количества с вода, етилов алкохол, метанол и хлороформ. Има ниска точка на топене.

Характеристики на употреба

В момента обхватът на приложение на ацетона е доста широк. Той с право се счита за един от най-популярните продукти, използвани при създаването и производството на бои и лакове, в довършителните работи, химическата промишленост и строителството. Ацетонът се използва все по-често за обезмасляване на козината и вълната и отстраняване на восък от смазочни масла. Това е точно това органична материяизползвани от бояджии и мазачи в техните професионални дейности.

Как да съхранявате ацетон, чиято формула е CH3COCH3? За да се предпази това летливо вещество от отрицателно въздействиеултравиолетови лъчи, поставя се в пластмасови, стъклени, метални бутилки далеч от UV.

Помещението, в което ще се постави значително количество ацетон, трябва да бъде систематично вентилирано и да е инсталирана висококачествена вентилация.

Характеристики на химичните свойства

Това съединение получава името си от латинската дума "acetum", което означава "оцет". Факт е, че химична формулаацетон C3H6O се появява много по-късно, отколкото самото вещество е синтезирано. Получава се от ацетати и след това се използва за получаване на ледена синтетична оцетна киселина.

Андреас Либавий се смята за откривател на съединението. В края на 16 век чрез суха дестилация на оловен ацетат той успява да получи вещество химичен съставкойто е дешифриран едва през 30-те години на 19 век.

Ацетонът, чиято формула е CH3COCH3, се получава чрез коксуване на дървесина до началото на 20 век. След повишеното търсене по време на Първата световна война за това органично съединениезапочнаха да се появяват нови методи за синтез.

Ацетонът (GOST 2768-84) е техническа течност. По химическа активност това съединение е едно от най-реактивните в класа на кетоните. Под въздействието на алкали се наблюдава адолова кондензация, в резултат на което се образува диацетон алкохол.

При пиролизиране от него се получава кетен. Реакцията с циановодород произвежда ацетонецианиданхидрин. Пропанонът се характеризира със заместването на водородните атоми с халогени, което се случва при повишени температури (или в присъствието на катализатор).

Методи за получаване

Понастоящем по-голямата част от кислородсъдържащото съединение се получава от пропен. Техническият ацетон (GOST 2768-84) трябва да има определени физически и експлоатационни характеристики.

Методът с кумол се състои от три етапа и включва производството на ацетон от бензен. Първо, кумолът се получава чрез алкилиране с пропен, след това полученият продукт се окислява до хидропероксид и се разделя под въздействието на сярна киселина до ацетон и фенол.

В допълнение, това карбонилно съединение се получава чрез каталитично окисляване на изопропанол при температура около 600 градуса по Целзий. Металното сребро, медта, платината и никелът действат като ускорители на процеса.

Сред класическите технологии за производство на ацетон особен интерес представлява реакцията на директно окисление на пропен. Този процес се провежда при повишено налягане и присъствието на двувалентен паладиев хлорид като катализатор.

Можете също така да получите ацетон чрез ферментация на нишесте под въздействието на бактериите Clostridium acetobutylicum. В допълнение към кетона, бутанолът ще присъства сред реакционните продукти. Сред недостатъците на този вариант за производство на ацетон отбелязваме незначителния процентен добив.

Заключение

Пропанонът е типичен представител на карбонилните съединения. Потребителите го познават като разтворител и обезмаслител. Незаменим е при производството на лакове, лекарства и експлозиви. Ацетонът е включен в лепилото за филми, е средство за почистване на повърхности от полиуретанова пяна и суперлепило, средство за измиване на инжекционни двигатели и начин за повишаване на октановото число на горивото и др.

Име компонент	Коефициенти на уравнението на Антоан
Бутанол-1
Винил ацетат
Метилов ацетат
Морфолин
Мравчена киселина
Оцетна киселина
Пиролидин
Бензилов алкохол
етантиол
Хлоробензен
Трихлоретилен *
Хлороформ
Триметил борат *
Метилетилкетон
Етиленов гликол
Етилацетат
2-Метил-2-пропанол
Диметилформамид

Бележки: 1)

* данни.

Основна литература

Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Основният принцип на преразпределение на полетата на концентрация между зоните за разделяне като основа за създаването на технологични комплекси. Теор. основи на химията Технология, 1997–Т. 31, № 2. стр.184–192.

Тимофеев V.S., Серафимов L.A. Основи на технологията на основния органичен и нефтохимичен синтез. М.: Химия, 1992.

Коган В.Б. Азеотропна и екстрактивна ректификация – Л.: Химия, 1971. 432 с.

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

Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Общи принципи и класификация на бинарни течни разтвори по отношение на излишните термодинамични функции. Методически указания. – М.: АО Росвузнаука, 1992. 40 с.

Wales S. Фазови равновесия в химическата технология. Т.1. – М.: Мир, 1989. 304 с.

Термодинамика на равновесието течност-пара / Под редакцията на A. G. Moracevsky.  Л.: Химия, 1989. 344 с.

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

Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между течност и пара. Справочник, в 2 тома. М.-Л.: Наука, 1966.

Людмирская Г.С., Барсукова Т.В., Богомолни А.М. Равновесие течност - пара. Справочник. Л.: Химия, 1987. 336 с.

Reed R., Prausnitz J., Sherwood T. Свойства на газове и течности: Ленинград, 1982. 592 p.

Белоусов В.П., Морачевски А.Г. Топлина на смесване на течности. Справочник. Л.: Химия, 1970 256 с.

Белоусов В.П., Морачевски А.Г., Панов М.Ю. Топлинни свойства на неелектролитни разтвори. Справочник. - Л.: Химия, 1981. 264 с.

Таблицата показва термофизичните свойства на бензенови пари C 6 H 6 at атмосферно налягане.

Дадени са стойностите на следните свойства: плътност, топлинен капацитет, коефициент на топлопроводимост, динамичен и кинематичен вискозитет, коефициент на топлопроводимост, число на Прандтл в зависимост от температурата. Свойствата са дадени в температурния диапазон от .

Според таблицата може да се види, че стойностите на плътността и числото на Прандтл намаляват с повишаване на температурата на газообразния бензен. Специфичният топлинен капацитет, топлопроводимостта, вискозитетът и коефициентът на топлинна дифузия увеличават стойностите си при нагряване на парите на бензена.

Трябва да се отбележи, че плътността на парите на бензена при температура 300 K (27 ° C) е 3,04 kg / m3, което е много по-ниско от това на течния бензен (виж).

Забележка: Бъдете внимателни! Топлинната проводимост в таблицата е посочена на степен 10 3. Не забравяйте да разделите на 1000.

Топлопроводимост на бензенови пари

Таблицата показва топлопроводимостта на бензолните пари при атмосферно налягане в зависимост от температурата в диапазона от 325 до 450 K.
Забележка: Бъдете внимателни! Топлинната проводимост в таблицата е посочена на степен 10 4. Не забравяйте да разделите на 10 000.

Таблицата показва стойностите на налягането на наситените пари на бензена в температурния диапазон от 280 до 560 К. Очевидно, когато бензенът се нагрява, налягането на наситените пари се увеличава.

източници:
1.
2.
3. Волков A.I., Zharsky I.M. Голям химически справочник. - М: Съветско училище, 2005. - 608 с.