Випаровування - це перехід рідини в пару з вільної поверхні при температурах нижче точки кипіння рідини. Випаровування відбувається в результаті теплового рухумолекул рідини. Швидкість руху молекул коливається в широких межах, сильно відхиляючись обидві сторони від її середнього значення. Частина молекул, що мають досить велику кінетичну енергію, виривається з поверхневого шару рідини в газове (повітряне) середовище. Надлишкова енергія молекул, що втрачаються рідиною, витрачається на подолання сил взаємодії між молекулами і роботу розширення (збільшення обсягу) при переході рідини в пару.

Випаровування є ендотермічним процесом. Якщо рідини не підводиться ззовні тепло, то результаті випаровування вона охолоджується. Швидкість випаровування визначається кількістю пари, що утворюється за одиницю часу на одиниці поверхні рідини. Це необхідно враховувати у виробництвах, пов'язаних із застосуванням, отриманням або переробкою легкозаймистих рідин. Збільшення швидкості випаровування при підвищенні температури призводить до більш швидкого утворення вибухонебезпечних концентрацій парів. максимальна швидкістьвипаровування спостерігається при випаровуванні у вакуум і необмежений обсяг. Це можна пояснити так. Спостерігається швидкість процесу випаровування є сумарною швидкістю процесу переходу молекул з рідкої фази V 1 та швидкістю конденсації V 2 . Сумарний процес дорівнює різниці цих двох швидкостей: . При постійній температурі V 1 не змінюється, а V 2пропорційна концентрації пари. При випаровуванні у вакуум у межі V 2 = 0 , тобто. сумарна швидкість процесу максимальна.

Чим більша концентрація пари, тим вища швидкість конденсації, отже, нижча сумарна швидкість випаровування. На поверхні розділу між рідиною та її насиченою пароюшвидкість випаровування (сумарна) близька до нуля. Рідина, що у закритому посудині, випаровуючись, утворює насичений пар. Насиченою називається пара, що знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною. Динамічне рівновагу при цій температурі настає тоді, коли число випаровуються молекул рідини дорівнює числу молекул, що конденсуються. Насичена пара, виходячи з відкритої посудини в повітря, розбавляється нею і стає ненасиченою. Отже, у повітря

хе приміщень, де знаходяться ємності з гарячими рідинами, є ненасичена пара цих рідин.

Насичені та ненасичені пари чинять тиск на стінки судин. Тиском насиченої пари називають тиск пари, що знаходиться в рівновазі з рідиною при даній температурі. Тиск насиченої пари завжди вищий, ніж ненасиченої. Воно залежить від кількості рідини, величини її поверхні, форми судини, а залежить від температури і природи рідини. З підвищенням температури тиск насиченої пари рідини збільшується; при температурі кипіння тиск пари дорівнює атмосферному. Для кожного значення температури тиск насиченої пари індивідуальної (чистої) рідини постійно. Тиск насиченої пари сумішей рідин (нафти, бензину, гасу та ін) при одній і тій же температурі залежить від складу суміші. Воно збільшується зі збільшенням вмісту рідини низькокиплячих продуктів.

Для більшості рідин тиск насиченої пари за різної температури відомий. Значення тиску насиченої пари деяких рідин при різних температурах наведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Тиск насиченої пари речовин при різних температурах

Речовина	Тиск насиченої пари, Па, при температурі, К
Бутилацетат Бакинський авіаційний бензин Метиловий спирт Сірковуглець Скіпідар Етиловий спирт Етиловий ефір Етилацетат

Знайдене за табл.

5.1 тиск насиченої пари рідини є складовоюзагального тиску суміші парів із повітрям.

Припустимо, що суміш пар з повітрям, утворена над поверхнею сірковуглецю в посудині при 263 К, має тиск 101080 Па. Тоді тиск насиченої пари сірковуглецю при цій температурі дорівнює 10773 Па. Отже, повітря цієї суміші має тиск 101080 – 10773 = 90307 Па. З підвищенням температури сірковуглецю

тиск насиченої пари його збільшується, тиск повітря зменшується. Загальний тиск залишається незмінним.

Частина загального тиску, що припадає на частку даного газу чи пари, називається парціальним. В даному випадку тиск пари сірковуглецю (10773 Па) можна назвати парціальним тиском. Таким чином, загальний тиск пароповітряної суміші складається із суми парціальних тисків парів сірковуглецю, кисню та азоту: Р пар + + = Р заг. Оскільки тиск насичених парів становить частину загального тиску суміші їх з повітрям, з'являється можливість відомого загального тиску суміші і тиску парів визначати концентрації парів рідин у повітрі.

Тиск насиченої пари рідин обумовлено числом молекул, що ударяються об стінки судини, або концентрацією пар над поверхнею рідини. Чим вище концентрація насиченої пари, тим більшим буде її тиск. Зв'язок між концентрацією насиченої пари та її парціальним тиском можна знайти наступним чином.

Припустимо, що вдалося б відокремити пару від повітря, причому тиск у тій та іншій частинах залишився б рівним загальному тиску Р заг. Тоді обсяги, які займає пара і повітря, відповідно зменшилися б. Відповідно до закону Бойля – Маріотта, добуток тиску газу з його обсяг за постійної температури є величина стала, тобто. для нашого гіпотетичного випадку отримаємо:

.

МЕТОД РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ІСПАРЕННЯ ПАЛЬНИХ НЕНАГРЕТИХ РІДИН І ЗЖИЖЕНИХ ВУГЛЕВОДОРОДНИХ ГАЗІВ

І. 1 Інтенсивність випаровування W,кг/(см 2), визначають за довідковими та експериментальними даними. Для ненагрітих вище температури навколишнього середовища ЛЗР, за відсутності даних допускається розраховувати Wза формулою 1)

W = 10 -6 h p н, (І.1)

де h - коефіцієнт, що приймається за таблицею І.1 залежно від швидкості та температури повітряного потоку над поверхнею випаровування;

М – молярна маса, г/моль;

p н - тиск насиченої пари при розрахунковій температурі рідини t р, що визначається за довідковими даними, кПа.

Таблиця І.1

Швидкість повітряного потоку у приміщенні, м/с	Значення коефіцієнта h при температурі t, °С, повітря у приміщенні
	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

І.2 Для зріджених вуглеводневих газів (ЗВГ) за відсутності даних допускається розраховувати питому масу пар випарованого ЗВГ m ЗВГ, кг/м 2 , за формулою 1)

, (І 2)

1) Формула застосовна при температурі поверхні, що підстилає від мінус 50 до плюс 40 °С.

де М -молярна маса ЗВГ, кг/моль;

L ісп - мольна теплота випаровування ЗВГ при початковій температурі ЗВГ Т ж, Дж/моль;

Т 0 - початкова температура матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, що відповідає розрахунковій температурі t p К;

Т ж - початкова температура ЗВГ, К;

l тв - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, Вт/(м · К);

а - ефективний коефіцієнт температуропровідності матеріалу, на поверхню якого розливається ЗВГ, що дорівнює 8,4 10 -8 м 2 /с;

t - поточний час, с, що приймається рівним часу повного випаровування ЗВГ, але не більше 3600 с;

Число Рейнольдса (n - швидкість повітряного потоку, м/с; d -характерний розмір протоки ЗВГ, м;

u - кінематична в'язкість повітря при розрахунковій температурі t р, м 2 /с);

l в – коефіцієнт теплопровідності повітря при розрахунковій температурі t р, Вт/(м · К).

Приклади - Розрахунок параметрів випаровування горючих ненагрітих рідин та зріджених вуглеводневих газів

1 Визначити масу парів ацетону, що надходять обсяг приміщення в результаті аварійної розгерметизації апарату.

Дані для розрахунку

У приміщенні із площею підлоги 50 м 2 встановлений апарат з ацетоном максимальним об'ємом V aп = 3 м 3 . Ацетон надходить в апарат самопливом трубопроводом діаметром d= 0,05 м із витратою q,рівним 2 · 10 -3 м 3 /с. Довжина ділянки напірного трубопроводу від ємності до ручної засувки l 1 = 2 м. Довжина ділянки трубопроводу, що відводить діаметром d = 0,05 м від ємності до ручної засувки L 2 дорівнює 1 м. Швидкість повітряного потоку та в приміщенні при працюючій загальнообмінній вентиляції дорівнює 0,2 м/с. Температура повітря в приміщенні t р =20 ° С. Щільність r ацетону за даної температури дорівнює 792 кг/м 3 . Тиск насиченої пари ацетону р a при t р дорівнює 24,54 кПа.

Об'єм ацетону, що вийшов з напірного трубопроводу, V н.

де t - розрахунковий час відключення трубопроводу, що дорівнює 300 с (при ручному відключенні).

Об'єм ацетону, що вийшов з трубопроводу, що відводить Vвід складає

Об'єм ацетону, що надійшов до приміщення

V a = V ап + V н.т + V від = 3 + 6,04 · 10 -1 + 1,96 · 10 -3 = 6,600 м3.

Виходячи з того, що 1 л ацетону розливається на 1 м 2 площі підлоги, розрахункова площа випаровування S р = 3600 м 2 ацетону перевищить площу підлоги приміщення. Отже, за площу випаровування ацетону приймається площа підлоги приміщення, що дорівнює 50 м 2 .

Інтенсивність випаровування дорівнює:

W ісп = 10 -6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10 -3 кг/(с · м 2).

Маса парів ацетону, що утворюються при аварійній розгерметизації апарату т,кг, дорівнюватиме

т = 0,655 · 10 -3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2 Визначити масу газоподібного етилену, що утворюється при випаровуванні протоки зрідженого етилену в умовах аварійної розгерметизації резервуару.

Дані для розрахунку

Ізотермічний резервуар зрідженого етилену обсягом V і.р.е = 10000 м 3 встановлений у бетонному обвалуванні вільною площею S об = 5184 м 2 та висотою відбортування Н об = 2,2 м. Ступінь заповнення резервуару a = 0,95.

Введення трубопроводу подачі зрідженого етилену в резервуар виконаний зверху, а виведення трубопроводу знизу.

Діаметр трубопроводу, що відводить, d тp = 0,25 м. Довжина ділянки трубопроводу від резервуара до автоматичної засувки, ймовірність відмови якої перевищує 10 -6 на рік і не забезпечено резервування її елементів, L= 1 м. Максимальна витрата зрідженого етилену в режимі видачі G ж.е = 3,1944 кг/с. Щільність зрідженого етилену r ж.е. при температурі експлуатації Т ек= 169,5 К дорівнює 568 кг/м3. Щільність газоподібного етилену r г.е при Т екдорівнює 2,0204 кг/м3. Молярна масазрідженого етилену Мж.е = 28 · 10 -3 кг/моль. Мольна теплота випаровування зрідженого етилену L іcnпри Т ек дорівнює 1,344 · 10 4 Дж/моль. Температура бетону дорівнює максимально можливій температурі повітря у відповідній кліматичній зоні T б = 309 К. Коефіцієнт теплопровідності бетону l б = 1,5Вт/(м·К). Коефіцієнт температуропровідності бетону а= 8,4 · 10-8 м 2 /с. Мінімальна швидкість повітряного потоку u min = 0 м/с, а максимальна для даної кліматичної зони u max = 5 м/с. Кінематична в'язкість повітря n у при розрахунковій температурі повітря для даної кліматичної зони t р = 36 °С дорівнює 1,64 · 10 -5 м 2 /с. Коефіцієнт теплопровідності повітря l при t р дорівнює 2,74 · 10 -2 Вт/(м · К).

При руйнуванні ізотермічного резервуара обсяг зрідженого етилену становитиме

Вільний обсяг обвалування Vпро = 5184 · 2,2 = 11404,8 м 3 .

З огляду на те що Vж.е< V об примем за площадь испарения S исп свободную площадь обвалования S об, равную 5184 м 2 .

Тоді масу етилену, що випарувався, m і.е з площі протоки при швидкості повітряного потоку u = 5 м/с розраховують за формулою (І.2)

Маса m і.е при u = 0 м/с становитиме 528 039 кг.

Що являє собою ацетон? Формула цього кетону розглядається в шкільному курсіхімії. Але далеко не всі мають уявлення про те, наскільки небезпечний запах даної сполуки і якими властивостями володіє ця органічна речовина.

Особливості ацетону

Ацетон технічний є найпоширенішим розчинником, що застосовується у сучасному будівництві. Так як дана сполука має невисокий рівень токсичності, її також застосовують у фармацевтичній та харчовій промисловості.

Ацетон технічний використовується як хімічна сировина при виробництві численних органічних сполук.

Медики вважають його наркотичною речовиною. При вдиханні концентрованих парів ацетону можливе серйозне отруєння та ураження центральної нервової системи. Дане з'єднання є серйозною загрозою для підростаючого покоління. Токсикомани, які використовують пари ацетону для того, щоб спричинити стан ейфорії, дуже ризикують. Медики побоюються не лише за фізичне здоров'я дітей, а й за їхній психічний стан.

Смертельною вважається доза від 60 мл. При попаданні в організм значної кількості кетону настає втрата свідомості, а через 8-12 годин – смерть.

Фізичні властивості

Дане з'єднання при нормальних умовах знаходиться в рідкому стані, не має кольору, має специфічний запах. Ацетон, формула якого має вигляд СН3СНОСН3, має гігроскопічні властивості. Ця сполука в необмежених кількостях змішується з водою, етиловим спиртом, метанолом, хлороформом. Він має невисоку температуру плавлення.

Особливості використання

В даний час сфера застосування ацетону досить широка. Його по праву вважають одним із найбільш затребуваних продуктів, що застосовуються при створенні та виробництві лакофарбових матеріалів, у оздоблювальних роботах, хімічній промисловості, будівництві. Все у більшій кількості ацетон застосовують для знежирення хутра та вовни, видалення з мастил воску. Саме цим органічною речовиноюкористуються маляри та штукатури у своїй професійній діяльності.

Як зберегти ацетон, формула якого СН3СОСН3? Для того щоб захистити цю летючу речовину від негативного впливуультрафіолетових променів, його поміщають у пластикові, скляні, металеві флакони подалі від УФ.

Приміщення, де передбачається розміщення значної кількості ацетону, необхідно систематично провітрювати та встановити якісну вентиляцію.

Особливості хімічних властивостей

Назву дане з'єднання отримало від латинського слова «ацетум», що означає в перекладі «оцет». Справа в тому що хімічна формулаацетону C3H6O з'явилася набагато пізніше, ніж було синтезовано саму речовину. Його отримували з ацетатів, а потім використовували для виготовлення крижаної оцтової синтетичної кислоти.

Першовідкривачем з'єднання вважають Андреаса Лібавіуса. Наприкінці XVI століття шляхом сухої перегонки ацетату свинцю йому вдалося отримати речовину, хімічний складякого було розшифровано лише у 30-х роках ХІХ століття.

Ацетон, формула якого СН3СОСН3 до початку XX століття отримували шляхом коксування деревини. Після підвищення попиту під час Першої світової війни на це органічна сполука, стали з'являтися нові способи синтезу

Ацетон (ГОСТ 2768-84) є технічною рідиною. За хімічною активністю ця сполука є одним із найбільш реакційноздатних у класі кетонів. Під впливом лугів спостерігається адольна конденсація, у результаті якої утворюється діацетоновий спирт.

При піролізі з нього одержують кетен. У реакції з ціановоднем утворюється ацетонціанідангідрин. Для пропанону характерне заміщення атомів водню на галогени, що відбувається за підвищеної температури (чи у присутності каталізатора).

Способи отримання

В даний час основну кількість кисневмісних сполук отримують з пропену. Технічний ацетон (ГОСТ 2768-84) повинен мати певні фізичні та експлуатаційні характеристики.

Кумольний спосіб складається з трьох стадій і передбачає виробництво ацетону із бензолу. Спочатку шляхом його алкілування з пропеном отримують кумол, потім окислюють отриманий продукт до гідропероксиду і розщеплюють під впливом сірчаної кислоти до ацетону і фенолу.

Крім того, цю карбонільну сполуку отримують при каталітичному окисленні ізопропанолу при температурі близько 600 градусів за Цельсієм. Як прискорювачі процесу виступають металеве срібло, мідь, платина, нікель.

Серед класичних технологій виробництва ацетону особливий інтерес реакція прямого окислення пропена. Цей процес здійснюється при підвищеному тиску та присутності як каталізатор хлориду двовалентного паладію.

Також можна отримати ацетон шляхом бродіння крохмалю під впливом бактерій Clostridium acetobutylicum. Крім кетону серед продуктів реакції буде присутній бутанол. Серед недоліків цього варіанта одержання ацетону відзначимо несуттєвий відсотковий вихід.

Висновок

Пропанон є типовим представником карбонільних сполук. Споживачі знайомі з ним як з розчинником та знежирювачем. Він є незамінним при виготовленні лаків, лікарських препаратів, вибухових речовин. Саме ацетон входить до складу клею для кіноплівки, є засобом для очищення поверхонь від монтажної піни та суперклею, засобом промивання інжекторних двигунів та способом підвищення октанового числа пального тощо.

Назва компонента	Коефіцієнти рівняння Антуана
Бутанол-1
Вінілацетат
Метилацетат
Морфолін
Мурашина кислота
Оцтова кислота
Пірролідин
Бензиловий спирт
Ентіол
Хлорбензол
Трихлоретилен *
Хлороформ
Триметилборат *
Метилетилкетон
Етиленгліколь
Етилацетат
2-Метил-2-пропанол
Диметилформамід

Примітки: 1)

* дані.

Основна література

Серафімов Л.А., Фролкова А.К. Фундаментальний принцип перерозподілу полів концентрацій між областями розподілу як основа створення технологічних комплексів.

Тимофєєв В.С., Серафімов Л.А. Принципи технології основного органічного та нафтохімічного синтезу. - М.: Хімія, 1992. - 432 с.

Коган В. Б. Азеотропна та екстрактивна ректифікація. - Л.: Хімія, 1971. - 432с.

Свєнтославскій В.В. Азеотропія та поліазеотропія. - М.: Хімія, 1968. -244 с.

Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Загальні закономірності та класифікація бінарних рідких розчинів у термінах надлишкових термодинамічних функцій. Методичні вказівки. - М.: А / Про Росвузнаука, 1992. - 40 с.

Вейлес С. Фазові рівноваги у хімічній технології. Т.1. - М.: Світ, 1989. - 304 с.

Термодинаміка рівноваги рідина-пар./ За редакцією Морачевського А.Г.  Л.: Хімія, 1989. 344 с.

Огородніков С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропні суміші. Довідник. - Л.: Хімія, 1971. - 848 с.

Коган В.Б., Фрідман В.М., Кафаров В.В. Рівнавага між рідиною та парою. Довідковий посібник, у 2-х томах. М.-Л.: Наука, 1966.

Людмирська Г.С., Барсукова Т.В., Богомольний А.М.

Рівнавага рідина пар.

Довідник Л.: Хімія, 1987. 336 с.

Рід Р., Праусніц Дж., Шервуд Т. Властивості газів і рідин. Л.: Хімія, 1982. 592 с.

Білоусов В.П., Морачевський А.Г. Теплоти змішування рідин. Довідник. - Л.: Хімія, 1970 - 256 с. Білоусов В.П., Морачевський А.Г., Панов М.Ю. Теплові властивості розчинів неелектролітів..

Довідник  Л.: Хімія, 1981. 264 с.

У таблиці представлені теплофізичні властивості пари бензолу C 6 H 6 при

атмосферному тиску

Дано значення наступних властивостей: щільність, теплоємність, коефіцієнт теплопровідності, динамічна і кінематична в'язкість, температуропровідність, число Прандтля в залежності від температури. Властивості дано в діапазоні температури від .

За даними таблиці видно, що значення густини та числа Прандтля при підвищенні температури газоподібного бензолу зменшуються. Питома теплоємність, теплопровідність, в'язкість та температуропровідність при нагріванні пари бензолу збільшують свої значення.

Слід зазначити, що щільність пари бензолу при температурі 300 К (27°С) становить 3,04 кг/м 3 , що набагато нижче цього показника рідкого бензолу (див. ).
Примітка: Будьте уважні! Теплопровідність у таблиці вказана у ступені 10 4 . Не забудьте поділити на 10000.

У таблиці наведено значення тиску насиченої пари бензолу в діапазоні температури від 280 до 560 К. Очевидно, що при нагріванні бензолу тиск його насиченої пари збільшується.

Джерела:
1.
2.
3. Волков А. І., Жарський І. М. Великий хімічний довідник. - М: Радянська школа, 2005. - 608 с.