L'évaporation est la transition d'un liquide en vapeur à partir d'une surface libre à des températures inférieures au point d'ébullition du liquide. L'évaporation se produit en conséquence mouvement thermique molécules liquides. La vitesse de déplacement des molécules fluctue dans une large plage, s'écartant considérablement dans les deux sens de sa valeur moyenne. Certaines molécules qui ont une énergie cinétique suffisamment élevée s'échappent de la couche superficielle du liquide dans le milieu gazeux (air). L'excès d'énergie des molécules perdu par le liquide est dépensé pour surmonter les forces d'interaction entre les molécules et le travail d'expansion (augmentation de volume) lorsque le liquide se transforme en vapeur.

L'évaporation est un processus endothermique. Si la chaleur n’est pas fournie au liquide de l’extérieur, il se refroidit par évaporation. Le taux d'évaporation est déterminé par la quantité de vapeur formée par unité de temps et par unité de surface du liquide. Ceci doit être pris en compte dans les industries impliquant l'utilisation, la production ou la transformation de liquides inflammables. L'augmentation du taux d'évaporation avec l'augmentation de la température entraîne la formation plus rapide de concentrations explosives de vapeurs. Vitesse maximum l'évaporation est observée lors de l'évaporation sous vide et dans un volume illimité. Cela peut s’expliquer comme suit. Le taux observé du processus d'évaporation est le taux total du processus de transition des molécules de la phase liquide V 1 et taux de condensation V 2 . Le processus total est égal à la différence entre ces deux vitesses : . À température constante V 1 ça ne change pas, mais V2 proportionnelle à la concentration de la vapeur. Lors de l'évaporation sous vide dans la limite V 2 = 0 , c'est à dire. la vitesse totale du processus est maximale.

Plus la concentration de vapeur est élevée, plus le taux de condensation est élevé, donc plus le taux d'évaporation total est faible. A l'interface entre le liquide et son vapeur saturée le taux d'évaporation (total) est proche de zéro. Un liquide dans un récipient fermé s'évapore et forme de la vapeur saturée. La vapeur qui est en équilibre dynamique avec le liquide est dite saturée. L'équilibre dynamique à une température donnée se produit lorsque le nombre de molécules liquides qui s'évaporent est égal au nombre de molécules qui se condensent. La vapeur saturée, sortant d'un récipient ouvert dans l'air, en est diluée et devient insaturée. Par conséquent, dans les airs

Dans les pièces où se trouvent des récipients contenant des liquides chauds, il y a des vapeurs insaturées de ces liquides.

Les vapeurs saturées et insaturées exercent une pression sur les parois des vaisseaux sanguins. La pression de vapeur saturée est la pression de la vapeur en équilibre avec un liquide à une température donnée. La pression de la vapeur saturée est toujours supérieure à celle de la vapeur insaturée. Cela ne dépend pas de la quantité de liquide, de la taille de sa surface ou de la forme du récipient, mais uniquement de la température et de la nature du liquide. Avec l'augmentation de la température, la pression de vapeur saturée d'un liquide augmente ; au point d'ébullition, la pression de vapeur est égale à la pression atmosphérique. Pour chaque valeur de température, la pression de vapeur saturée d'un liquide individuel (pur) est constante. La pression de vapeur saturée de mélanges de liquides (huile, essence, kérosène, etc.) à la même température dépend de la composition du mélange. Il augmente avec l'augmentation de la teneur en produits à bas point d'ébullition dans le liquide.

Pour la plupart des liquides, la pression de vapeur saturée à différentes températures est connue. Les valeurs de pression de vapeur saturée de certains liquides à différentes températures sont données dans le tableau. 5.1.

Tableau 5.1

Pression de vapeur saturée de substances à différentes températures

Substance	Pression de vapeur saturée, Pa, à température, K
Acétate de butyle Essence d'aviation de Bakou Alcool méthylique Le disulfure de carbone Essence de térébenthine Éthanol Éther éthylique Acétate d'éthyle

Trouvé dans la table.

5.1 La pression de vapeur saturée d'un liquide est partie intégrante pression totale du mélange de vapeurs et d'air.

Supposons que le mélange de vapeur et d'air formé au-dessus de la surface du sulfure de carbone dans un récipient à 263 K ait une pression de 101080 Pa. Alors la pression de vapeur saturée du sulfure de carbone à cette température est de 10 773 Pa. Par conséquent, l’air contenu dans ce mélange a une pression de 101 080 – 10 773 = 90 307 Pa. Avec l'augmentation de la température du sulfure de carbone

sa pression de vapeur saturée augmente, la pression de l'air diminue. La pression totale reste constante.

La partie de la pression totale attribuable à un gaz ou une vapeur donnée est dite partielle. Dans ce cas, la pression de vapeur du disulfure de carbone (10 773 Pa) peut être appelée pression partielle. Ainsi, la pression totale du mélange vapeur-air est la somme des pressions partielles des vapeurs de sulfure de carbone, d'oxygène et d'azote : P vapeur + + = P total. Puisque la pression des vapeurs saturées fait partie de la pression totale de leur mélange avec l'air, il devient possible de déterminer les concentrations de vapeurs liquides dans l'air à partir de la pression totale connue du mélange et de la pression de vapeur.

La pression de vapeur des liquides est déterminée par le nombre de molécules frappant les parois du récipient ou par la concentration de vapeur au-dessus de la surface du liquide. Plus la concentration de vapeur saturée est élevée, plus sa pression sera élevée. La relation entre la concentration de vapeur saturée et sa pression partielle peut être trouvée comme suit.

Supposons qu'il soit possible de séparer la vapeur de l'air et que la pression dans les deux parties reste égale à la pression totale Ptot. Les volumes occupés par la vapeur et l’air diminueraient alors d’autant. Selon la loi de Boyle-Mariotte, le produit de la pression du gaz par son volume à température constante est une valeur constante, c'est-à-dire pour notre cas hypothétique, nous obtenons :

.

PROCÉDÉ DE CALCUL DE PARAMÈTRES D'ÉVAPORATION DE LIQUIDES NON CHAUFFÉS INFLAMMABLES ET DE GAZ D'HYDROCARBURES LIQUÉFIÉS

I.1 Taux d'évaporation W, kg/(s m 2), déterminé à partir de données de référence et expérimentales. Pour les liquides inflammables non chauffés au-dessus de la température ambiante, en l'absence de données, il est permis de calculer W selon la formule 1)

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

où h - coefficient pris selon le tableau I.1 en fonction de la vitesse et de la température du flux d'air au-dessus de la surface d'évaporation ;

M - masse molaire, g/mol ;

p n - pression de vapeur saturée à la température du liquide calculée t p, déterminée à partir des données de référence, kPa.

Tableau I.1

Vitesse du flux d'air dans la pièce, m/s	La valeur du coefficient h à la température t, °C, de l'air dans la pièce
	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 Pour les gaz d'hydrocarbures liquéfiés (GPL), en l'absence de données, il est permis de calculer la densité des vapeurs de GPL évaporé m GPL, kg/m 2, selon la formule 1)

, (ET 2)

1) La formule est applicable à des températures de la surface sous-jacente de moins 50 à plus 40 °C.

Où M- masse molaire du GPL, kg/mol ;

L isp - chaleur molaire d'évaporation du GPL à la température initiale du GPL T l, J/mol ;

T 0 - température initiale du matériau sur la surface duquel le GPL est versé, correspondant à la température de conception t p , K ;

Tf - température initiale du GPL, K ;

l TV - coefficient de conductivité thermique du matériau sur la surface duquel le GPL est versé, W/(m K) ;

a est le coefficient effectif de diffusivité thermique du matériau sur la surface duquel le GPL est versé, égal à 8,4.10 -8 m 2 /s ;

t- heure actuelle, s, pris égal au temps d'évaporation complète du GPL, mais pas supérieur à 3600 s ;

Nombre de Reynolds (n - vitesse du flux d'air, m/s ; d- taille caractéristique du détroit de LPG, m ;

u in - viscosité cinématique de l'air à la température de conception t p, m 2 / s);

l in - coefficient de conductivité thermique de l'air à la température de conception t p, W/(m K).

Exemples - Calcul des paramètres d'évaporation de liquides inflammables non chauffés et de gaz d'hydrocarbures liquéfiés

1 Déterminez la masse de vapeur d'acétone entrant dans la pièce à la suite d'une dépressurisation d'urgence de l'appareil.

Données pour le calcul

Dans un local d'une superficie de 50 m 2, un appareil à acétone d'un volume maximum de V ap = 3 m 3 est installé. L'acétone pénètre dans l'appareil par gravité à travers un pipeline d'un diamètre de d= 0,05 m avec débit q,égal à 2 · 10 -3 m 3 /s. Longueur de la section de conduite sous pression du réservoir à la vanne manuelle l 1 = 2 M. Longueur de la section du pipeline de sortie avec diamètre ré = 0,05 m du conteneur à la vanne manuelle L 2 est égal à 1 m. La vitesse du flux d'air dans la pièce avec ventilation générale en fonctionnement est de 0,2 m/s. La température de l'air dans la pièce est tp = 20°C. La densité r de l'acétone à cette température est de 792 kg/m 3. La pression de vapeur saturée de l'acétone p a à t p est de 24,54 kPa.

Le volume d'acétone libéré par la canalisation sous pression, V n.t., est

où t est le temps d'arrêt estimé du pipeline égal à 300 s (pour un arrêt manuel).

Volume d'acétone rejeté par le tuyau de sortie V de est

Le volume d'acétone entrant dans la pièce

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

Sur la base du fait que 1 litre d'acétone est versé sur 1 m2 de surface au sol, la surface d'évaporation calculée S p = 3600 m2 d'acétone dépassera la surface au sol de la pièce. Par conséquent, la surface au sol de la pièce est considérée comme la surface d'évaporation de l'acétone égale à 50 m2.

Le taux d'évaporation est :

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

La masse de vapeurs d'acétone formées lors de la dépressurisation d'urgence de l'appareil T, kg, sera égal

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

2 Déterminer la masse d'éthylène gazeux formée lors de l'évaporation d'un déversement d'éthylène liquéfié dans des conditions de dépressurisation d'urgence du réservoir.

Données pour le calcul

Un réservoir isotherme d'éthylène liquéfié d'un volume V i.r.e = 10 000 m 3 est installé dans un remblai en béton avec une surface libre S ob = 5 184 m 2 et une hauteur de bride H ob = 2,2 m. Le degré de remplissage du réservoir est un = 0,95.

Le pipeline d'alimentation en éthylène liquéfié entre dans le réservoir par le haut et le pipeline de sortie sort par le bas.

Le diamètre de la canalisation de sortie d tp = 0,25 m. La longueur du tronçon de canalisation allant du réservoir à la vanne automatique dont la probabilité de défaillance dépasse 10 -6 par an et la redondance de ses éléments n'est pas assurée, L= 1 M. Consommation maximale d'éthylène liquéfié dans le mode de distribution G liquide e = 3,1944 kg/s. Densité de l'éthylène liquéfié, c.-à-d. à la température de fonctionnement Tek= 169,5 K est égal à 568 kg/m3. Densité du gaz éthylène r g.e at Tekégal à 2,0204 kg/m3. Masse molaireéthylène liquéfié M zh.e = 28 · 10 -3 kg/mol. Chaleur molaire de vaporisation de l'éthylène liquéfié L icnà T eq est égal à 1,344 · 10 4 J/mol. La température du béton est égale à la température maximale possible de l'air dans la zone climatique correspondante T b = 309 K. Le coefficient de conductivité thermique du béton l b = 1,5 W/(m K). Coefficient de diffusivité thermique du béton UN= 8,4 · 10 -8 m 2 /s. La vitesse minimale du flux d'air est u min = 0 m/s, et la vitesse maximale pour une zone climatique donnée est u max = 5 m/s. La viscosité cinématique de l'air n in à la température de l'air de conception pour une zone climatique donnée t р = 36 ° C est égale à 1,64 · 10 -5 m 2 /s. Le coefficient de conductivité thermique de l'air l in à t p est égal à 2,74 · 10 -2 W/(m · K).

Si le réservoir isotherme est détruit, le volume d'éthylène liquéfié sera

Volume de digue libre Và propos = 5184 · 2,2 = 11404,8 m3.

À cause du fait que V zh.e< V об примем за площадь испарения S исп свободную площадь обвалования S об, равную 5184 м 2 .

Ensuite, la masse d'éthylène évaporé m, c'est-à-dire de la zone du détroit à une vitesse d'écoulement d'air u = 5 m/s, est calculée à l'aide de la formule (I.2)

La masse m c'est-à-dire à u = 0 m/s sera de 528039 kg.

Qu'est-ce que l'acétone ? La formule de cette cétone est discutée dans cours scolaire chimie. Mais tout le monde n'a pas une idée de la dangerosité de l'odeur de ce composé et des propriétés de cette substance organique.

Caractéristiques de l'acétone

L'acétone technique est le solvant le plus couramment utilisé dans la construction moderne. Ce composé ayant un faible niveau de toxicité, il est également utilisé dans les industries pharmaceutique et alimentaire.

L'acétone technique est utilisée comme matière première chimique dans la production de nombreux composés organiques.

Les médecins le considèrent comme une substance stupéfiante. L'inhalation de vapeurs d'acétone concentrées peut provoquer une intoxication grave et des dommages au système central. système nerveux. Ce composé constitue une menace sérieuse pour la jeune génération. Les toxicomanes qui utilisent des vapeurs d’acétone pour provoquer un état d’euphorie courent un grand risque. Les médecins craignent non seulement pour la santé physique des enfants, mais aussi pour leur état mental.

Une dose de 60 ml est considérée comme mortelle. Si une quantité importante de cétone pénètre dans le corps, une perte de conscience se produit et après 8 à 12 heures, la mort.

Propriétés physiques

Dans des conditions normales, ce composé est à l’état liquide, n’a pas de couleur et a une odeur spécifique. L'acétone, dont la formule est CH3CHOCH3, possède des propriétés hygroscopiques. Ce composé est miscible en quantité illimitée avec l'eau, l'alcool éthylique, le méthanol et le chloroforme. Son point de fusion est bas.

Caractéristiques d'utilisation

Actuellement, le champ d'application de l'acétone est assez large. Il est à juste titre considéré comme l'un des produits les plus populaires utilisés dans la création et la production de peintures et vernis, dans les travaux de finition, dans l'industrie chimique et dans la construction. L'acétone est de plus en plus utilisée pour dégraisser la fourrure et la laine et éliminer la cire des huiles lubrifiantes. C'est exactement ce que matière organique utilisé par les peintres et plâtriers dans leurs activités professionnelles.

Comment conserver l'acétone dont la formule est CH3COCH3 ? Afin de protéger cette substance volatile de impact négatif des rayons ultraviolets, il est placé dans des bouteilles en plastique, en verre, en métal à l'abri des UV.

La pièce où doit être placée une quantité importante d'acétone doit être systématiquement ventilée et une ventilation de haute qualité installée.

Caractéristiques des propriétés chimiques

Ce composé tire son nom du mot latin « acetum », qui signifie « vinaigre ». Le fait est que formule chimique l'acétone C3H6O est apparue bien plus tard que la substance elle-même n'a été synthétisée. Il a été obtenu à partir d’acétates puis utilisé pour fabriquer de l’acide acétique synthétique glacial.

Andreas Libavius ​​​​​​est considéré comme le découvreur du composé. A la fin du XVIe siècle, par distillation sèche de l'acétate de plomb, il parvient à obtenir une substance composition chimique qui n'a été déchiffré que dans les années 30 du 19ème siècle.

L'acétone, dont la formule est CH3COCH3, était obtenue par cokéfaction du bois jusqu'au début du 20ème siècle. Après une demande accrue pour ce produit pendant la Première Guerre mondiale composé organique, de nouvelles méthodes de synthèse ont commencé à apparaître.

L'acétone (GOST 2768-84) est un liquide technique. En termes d'activité chimique, ce composé est l'un des plus réactifs de la classe des cétones. Sous l'influence des alcalis, une condensation d'adol est observée, entraînant la formation d'alcool diacétonique.

Une fois pyrolysé, on en obtient du cétène. La réaction avec le cyanure d'hydrogène produit de l'acétone cyanidanhydrine. La propanone se caractérise par le remplacement des atomes d'hydrogène par des halogènes, qui se produit à des températures élevées (ou en présence d'un catalyseur).

Modalités d'obtention

Actuellement, la majeure partie du composé contenant de l'oxygène est obtenue à partir du propène. L'acétone technique (GOST 2768-84) doit avoir certaines caractéristiques physiques et opérationnelles.

La méthode au cumène comprend trois étapes et implique la production d'acétone à partir du benzène. Tout d'abord, le cumène est obtenu par alkylation avec du propène, puis le produit résultant est oxydé en hydroperoxyde et divisé sous l'influence de l'acide sulfurique en acétone et phénol.

De plus, ce composé carbonylé est obtenu par oxydation catalytique de l'isopropanol à une température d'environ 600 degrés Celsius. L'argent métallique, le cuivre, le platine et le nickel agissent comme des accélérateurs de processus.

Parmi les technologies classiques de production d’acétone, la réaction d’oxydation directe du propène présente un intérêt particulier. Ce processus est effectué à pression élevée et en présence de chlorure de palladium divalent comme catalyseur.

Vous pouvez également obtenir de l'acétone en fermentant l'amidon sous l'influence de la bactérie Clostridium acetobutylicum. En plus de la cétone, le butanol sera présent parmi les produits de réaction. Parmi les inconvénients de cette option de production d'acétone, on note le pourcentage de rendement insignifiant.

Conclusion

La propanone est un représentant typique des composés carbonylés. Les consommateurs le connaissent comme solvant et dégraissant. Il est indispensable à la fabrication de vernis, de médicaments et d'explosifs. Il s'agit de l'acétone qui est incluse dans le film adhésif, qui est un moyen de nettoyer les surfaces de la mousse de polyuréthane et de la superglue, un moyen de laver les moteurs à injection et un moyen d'augmenter l'indice d'octane du carburant, etc.

Nom composant	Coefficients de l'équation d'Antoine
Butanol-1
Acétate de vinyle
Acétate de méthyle
Morpholine
Acide formique
Acide acétique
Pyrrolidine
L'alcool benzylique
Éthanethiol
Chlorobenzène
Trichloréthylène *
Chloroforme
Borate de triméthyle *
Méthyle éthyle cétone
Éthylène glycol
Acétate d'éthyle
2-méthyl-2-propanol
Diméthylformamide

Remarques : 1)

* données.

Littérature principale

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Le tableau montre les propriétés thermophysiques de la vapeur de benzène C 6 H 6 à pression atmosphérique.

Les valeurs des propriétés suivantes sont données : densité, capacité thermique, coefficient de conductivité thermique, viscosité dynamique et cinématique, diffusivité thermique, nombre de Prandtl en fonction de la température. Les propriétés sont données dans la plage de température de .

D'après le tableau, on peut voir que les valeurs de densité et de nombre de Prandtl diminuent avec l'augmentation de la température du benzène gazeux. La capacité thermique spécifique, la conductivité thermique, la viscosité et la diffusivité thermique augmentent leurs valeurs lorsque la vapeur de benzène est chauffée.

Il convient de noter que la densité de vapeur du benzène à une température de 300 K (27°C) est de 3,04 kg/m3, ce qui est bien inférieur à celle du benzène liquide (voir).

Remarque : Soyez prudent ! La conductivité thermique dans le tableau est indiquée à la puissance 10 3. N'oubliez pas de diviser par 1000.

Conductivité thermique de la vapeur de benzène

Le tableau montre la conductivité thermique de la vapeur de benzène à pression atmosphérique en fonction de la température comprise entre 325 et 450 K.
Remarque : Soyez prudent ! La conductivité thermique dans le tableau est indiquée à la puissance 10 4. N'oubliez pas de diviser par 10 000.

Le tableau montre les valeurs de la pression de vapeur saturée du benzène dans la plage de température de 280 à 560 K. Évidemment, lorsque le benzène est chauffé, sa pression de vapeur saturée augmente.

Sources:
1.
2.
3. Volkov A.I., Zharsky I.M. Grand ouvrage de référence chimique. - M : Ecole Soviétique, 2005. - 608 p.