Με αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, η διαδικασία της εξάτμισης ενός υγρού. Επίδραση της πίεσης στη θερμοκρασία κορεσμού

Εξάτμιση

Εξάτμιση πάνω από ένα φλιτζάνι τσάι

Εξάτμιση- η διαδικασία μετάβασης μιας ουσίας από υγρή σε αέρια κατάσταση, που εμφανίζεται στην επιφάνεια μιας ουσίας (ατμός). Η διαδικασία εξάτμισης είναι η αντίστροφη της διαδικασίας συμπύκνωσης (μετάβαση από ατμό σε υγρό). Εξάτμιση (εξάτμιση), η μετάβαση μιας ουσίας από συμπυκνωμένη (στερεή ή υγρή) φάση σε αέρια (ατμός). μετάβαση φάσης πρώτης τάξης.

Υπάρχει μια πιο λεπτομερής έννοια της εξάτμισης στην ανώτερη φυσική.

Εξάτμιση- αυτή είναι μια διαδικασία κατά την οποία σωματίδια (μόρια, άτομα) πετούν έξω (σκίζονται) από την επιφάνεια ενός υγρού ή στερεού, ενώ E k > E p.

γενικά χαρακτηριστικά

Η εξάτμιση ενός στερεού σώματος ονομάζεται εξάχνωση (εξάχνωση) και η εξάτμιση στον όγκο ενός υγρού ονομάζεται βρασμός. Συνήθως, η εξάτμιση νοείται ως εξάτμιση στην ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης των μορίων του σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο βρασμού που αντιστοιχεί στην πίεση του αερίου μέσου που βρίσκεται πάνω από την καθορισμένη επιφάνεια. Στην περίπτωση αυτή, μόρια με αρκετά μεγάλη κινητική ενέργεια διαφεύγουν από το επιφανειακό στρώμα του υγρού στο αέριο μέσο. μερικά από αυτά αντανακλώνται προς τα πίσω και συλλαμβάνονται από το υγρό, ενώ τα υπόλοιπα χάνονται ανεπανόρθωτα από αυτό.

Η εξάτμιση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία κατά την οποία απορροφάται η θερμότητα της μετάβασης φάσης - η θερμότητα της εξάτμισης που δαπανάται για την υπέρβαση των δυνάμεων της μοριακής συνοχής στην υγρή φάση και στο έργο της διαστολής όταν το υγρό μετατρέπεται σε ατμό. Η ειδική θερμότητα εξάτμισης αναφέρεται σε 1 mole υγρού (μοριακή θερμότητα εξάτμισης, J/mol) ή στη μονάδα μάζας του (θερμότητα μάζας εξάτμισης, J/kg). Ο ρυθμός εξάτμισης καθορίζεται από την επιφανειακή πυκνότητα της ροής ατμών jп, που διεισδύει ανά μονάδα χρόνου στην αέρια φάση από μια μονάδα υγρής επιφάνειας [σε mol / (s.m 2) ή kg / (s.m 2)]. Υψηλότερη τιμήΤο jп επιτυγχάνεται στο κενό. Με την παρουσία ενός σχετικά πυκνού αερίου μέσου πάνω από το υγρό, η εξάτμιση επιβραδύνεται λόγω του γεγονότος ότι ο ρυθμός απομάκρυνσης των μορίων ατμού από την επιφάνεια του υγρού στο αέριο μέσο γίνεται μικρός σε σύγκριση με τον ρυθμό εκπομπής τους από το υγρό . Σε αυτή την περίπτωση, ένα στρώμα μίγματος ατμού-αερίου, πρακτικά κορεσμένο με ατμό, σχηματίζεται κοντά στη διεπαφή. Η μερική πίεση και η συγκέντρωση του ατμού σε αυτό το στρώμα είναι υψηλότερη από ό,τι στον κύριο όγκο του μίγματος ατμού-αερίου.

Η διαδικασία εξάτμισης εξαρτάται από την ένταση της θερμικής κίνησης των μορίων: όσο πιο γρήγορα κινούνται τα μόρια, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η εξάτμιση. Επιπλέον, σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία εξάτμισης είναι ο ρυθμός εξωτερικής (σε σχέση με την ουσία) διάχυσης, καθώς και οι ιδιότητες της ίδιας της ουσίας. Με απλά λόγια, με τον άνεμο, η εξάτμιση συμβαίνει πολύ πιο γρήγορα. Όσον αφορά τις ιδιότητες της ουσίας, για παράδειγμα, το αλκοόλ εξατμίζεται πολύ πιο γρήγορα από το νερό. Ένας σημαντικός παράγοντας είναι επίσης το εμβαδόν επιφάνειας του υγρού από το οποίο συμβαίνει η εξάτμιση: από μια στενή καράφα, θα συμβεί πιο αργά από ό,τι από μια ευρεία πλάκα.

Μοριακό επίπεδο

Εξετάστε αυτή τη διαδικασία σε μοριακό επίπεδο: μόρια που έχουν αρκετή ενέργεια (ταχύτητα) για να ξεπεράσουν την έλξη γειτονικών μορίων ξεσπούν από τα όρια της ουσίας (υγρού). Σε αυτή την περίπτωση, το υγρό χάνει μέρος της ενέργειάς του (ψύχεται). Για παράδειγμα, ένα πολύ καυτό υγρό: φυσάμε στην επιφάνειά του για να κρυώσει, ενώ επιταχύνουμε τη διαδικασία εξάτμισης.

Θερμοδυναμική ισορροπία

Η παραβίαση της θερμοδυναμικής ισορροπίας μεταξύ του υγρού και του ατμού που περιέχεται στο μείγμα αερίου-ατμού εξηγείται από το άλμα θερμοκρασίας στο όριο φάσης. Ωστόσο, αυτό το άλμα συνήθως μπορεί να παραμεληθεί και μπορεί να υποτεθεί ότι η μερική πίεση και η συγκέντρωση ατμών στη διεπαφή αντιστοιχούν στις τιμές τους για κορεσμένους ατμούς στη θερμοκρασία της επιφάνειας του υγρού. Εάν το μείγμα υγρού και αερίου-ατμού είναι ακίνητο και η επίδραση της ελεύθερης μεταφοράς σε αυτά είναι ασήμαντη, η απομάκρυνση του ατμού που σχηματίζεται κατά την εξάτμιση από την επιφάνεια του υγρού στο αέριο μέσο συμβαίνει κυρίως ως αποτέλεσμα της μοριακής διάχυσης και της εμφάνιση της ροής μάζας (το λεγόμενο Stefan) ενός μίγματος ατμού-αερίου που κατευθύνεται από την επιφάνεια ενός υγρού σε ένα αέριο μέσο (βλ. Διάχυση). Κατανομή θερμοκρασίας σε διάφορους τρόπους λειτουργίαςεξατμιστικό ψυκτικό υγρό. Οι ροές θερμότητας κατευθύνονται: α - από την υγρή φάση στην επιφάνεια εξάτμισης στην αέρια φάση. β - από την υγρή φάση μόνο στην επιφάνεια εξάτμισης. γ - στην επιφάνεια εξάτμισης από την πλευρά και των δύο φάσεων. d - στην επιφάνεια εξάτμισης μόνο από την πλευρά της αέριας φάσης.

Baro-, θερμική διάχυση

Οι επιδράσεις της βαρο- και της θερμικής διάχυσης συνήθως δεν λαμβάνονται υπόψη στους μηχανικούς υπολογισμούς, αλλά η επίδραση της θερμικής διάχυσης μπορεί να είναι σημαντική με υψηλή ανομοιογένεια του μίγματος αερίου-ατμού (με μεγάλη διαφορά στις μοριακές μάζες των συστατικών του) και σημαντικές διαβαθμίσεις θερμοκρασίας. Όταν μία ή και οι δύο φάσεις κινούνται σε σχέση με τη διεπαφή τους, ο ρόλος της μεταφοράς ύλης και ενέργειας του μίγματος ατμού-αερίου και του υγρού αυξάνεται με συναγωγή.

Ελλείψει παροχής ενέργειας στο σύστημα υγραερίου από εξωτ. πηγές θερμότητας Η εξάτμιση μπορεί να τροφοδοτηθεί στο επιφανειακό στρώμα του υγρού από τη μία ή και τις δύο φάσεις. Σε αντίθεση με την προκύπτουσα ροή μιας ουσίας, η οποία κατευθύνεται πάντα κατά την εξάτμιση από ένα υγρό σε ένα αέριο μέσο, ​​οι ροές θερμότητας μπορεί να έχουν διαφορετικές κατευθύνσεις ανάλογα με την αναλογία των θερμοκρασιών του μεγαλύτερου μέρους του υγρού tl, το όριο φάσης tgr και το αέριο μέσο tg. Όταν μια ορισμένη ποσότητα υγρού έρχεται σε επαφή με έναν ημι-άπειρο όγκο ή ένα αέριο μέσο ροής που πλένει την επιφάνειά του και σε θερμοκρασία υγρού υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αερίου (tl > tgr > tg), εμφανίζεται μια ροή θερμότητας από την πλευρά του υγρό στη διεπαφή: (Qlg = Qzh - Qi, όπου Qi είναι η θερμότητα της εξάτμισης, Qzhg είναι η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται από το υγρό στο αέριο μέσο. Σε αυτήν την περίπτωση, το υγρό ψύχεται (η λεγόμενη ψύξη με εξάτμιση Εάν, ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας ψύξης, επιτευχθεί η ισότητα tgr \u003d tg, η μεταφορά θερμότητας από το υγρό στο αέριο σταματά (Qzhg = 0) και όλη η θερμότητα που παρέχεται από την πλευρά του υγρού στη διεπαφή ξοδεύεται κατά την εξάτμιση (Ql = Qi).

Στην περίπτωση ενός αέριου μέσου που δεν είναι κορεσμένο με ατμό, η μερική πίεση του τελευταίου στη διεπιφάνεια και στο Ql = Qi παραμένει υψηλότερη από ό,τι στο μεγαλύτερο μέρος του αερίου, με αποτέλεσμα η εξάτμιση και η ψύξη με εξάτμιση του υγρό δεν σταματά και το tgr γίνεται χαμηλότερο από tl και tg. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμότητα παρέχεται στη διεπιφάνεια και από τις δύο φάσεις έως ότου, ως αποτέλεσμα της μείωσης του tl, επιτευχθεί η ισότητα tgr = tl και σταματήσει η ροή θερμότητας από την πλευρά του υγρού και από την πλευρά του αερίου μέσου Qgl γίνεται ίσο με Qi. Περαιτέρω εξάτμιση του υγρού γίνεται σε σταθερή θερμοκρασία tm = tl = tgr, η οποία ονομάζεται όριο υγρής ψύξης κατά την ψύξη με εξάτμιση ή θερμοκρασία του υγρού θερμομέτρου (αφού φαίνεται από το υγρό θερμόμετρο του ψυχρομέτρου). Η τιμή του tm εξαρτάται από τις παραμέτρους του μέσου αερίου-ατμού και τις συνθήκες μεταφοράς θερμότητας και μάζας μεταξύ της υγρής και της αέριας φάσης.

Εάν ένα υγρό και ένα αέριο μέσο, ​​με διαφορετικές θερμοκρασίες, βρίσκονται σε περιορισμένο όγκο που δεν λαμβάνει ενέργεια από το εξωτερικό και δεν την εκπέμπει, η εξάτμιση συμβαίνει μέχρι να επέλθει θερμοδυναμική ισορροπία μεταξύ των δύο φάσεων, στην οποία οι θερμοκρασίες και των δύο φάσεων εξισορροπούνται σε μια σταθερή ενθαλπία του συστήματος και η αέρια φάση είναι κορεσμένη με ατμό σε θερμοκρασία συστήματος tad. Η τελευταία, που ονομάζεται θερμοκρασία αδιαβατικού κορεσμού του αερίου, προσδιορίζεται μόνο από αρχικές παραμέτρουςκαι οι δύο φάσεις και δεν εξαρτάται από τις συνθήκες μεταφοράς θερμότητας και μάζας.

Ρυθμός εξάτμισης

Ο ρυθμός ισοθερμικής εξάτμισης [kg / (m 2 s)] με μονοκατευθυντική διάχυση ατμών σε ένα σταθερό στρώμα ενός δυαδικού μίγματος ατμών-αερίου που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του υγρού με πάχος d, [m] μπορεί να βρεθεί με τον τύπο Stefan: , όπου D είναι ο συντελεστής αμοιβαίας διάχυσης, [m 2 /with]; - σταθερός ατμός αερίου, [J / (kg K)] ή [m 2 / (s 2 K)]. T είναι η θερμοκρασία του μείγματος, [K]; p είναι η πίεση του μίγματος αερίου-ατμών, [Pa]. - μερική πίεση ατμών στη διεπιφάνεια και στο εξωτερικό όριο του στρώματος του μείγματος, [Pa].

Στη γενική περίπτωση (κινούμενο υγρό και αέριο, μη ισοθερμικές συνθήκες), στο οριακό στρώμα του υγρού δίπλα στη διεπιφάνεια, η μεταφορά της ορμής συνοδεύεται από μεταφορά θερμότητας και στο οριακό στρώμα του αερίου (ατμός-αέριο μίγμα), συμβαίνει διασυνδεδεμένη μεταφορά θερμότητας και μάζας. Στην περίπτωση αυτή, για τον υπολογισμό του ρυθμού εξάτμισης, χρησιμοποιούνται πειραματικοί συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και μάζας, και σε σχετικά απλούστερες περιπτώσεις, προσεγγιστικές μέθοδοι για την αριθμητική επίλυση ενός συστήματος διαφορικών εξισώσεων για συζευγμένα οριακά στρώματα της αέριας και υγρής φάσης.

Η ένταση της μεταφοράς μάζας κατά την εξάτμιση εξαρτάται από τη διαφορά στα χημικά δυναμικά του ατμού στη διεπιφάνεια και στον όγκο του μίγματος ατμού-αερίου. Ωστόσο, εάν η βαρο- και η θερμική διάχυση μπορεί να παραμεληθεί, η διαφορά στα χημικά δυναμικά αντικαθίσταται από τη διαφορά στις μερικές πιέσεις ή συγκεντρώσεις ατμών και λαμβάνεται: cp, gr - cn, osn), όπου bp, bc - συντελεστής μεταφοράς μάζας, p - πίεση μίγματος, pp - μερική πίεση ατμών, yp = pp / p - μοριακή συγκέντρωση ατμών, cp = rp / r - συγκέντρωση ατμών μάζας, rp, r - τοπικές πυκνότητες ατμών και μιγμάτων. Οι δείκτες σημαίνουν: "gr" - στο όριο φάσης, "κύριος" - στο κύριο. τη μάζα του μείγματος. Η πυκνότητα της ροής θερμότητας που εκπέμπεται κατά την εξάτμιση από το υγρό είναι [σε J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), όπου azh, ag είναι η μεταφορά θερμότητας συντελεστής από τις πλευρές υγρού και αερίου , [W / (m 2 K)]; r - Εξάτμιση θερμότητας, [J/kg].

Σε πολύ μικρές ακτίνες καμπυλότητας της επιφάνειας εξάτμισης (για παράδειγμα, κατά την εξάτμιση μικρών σταγόνων υγρού), λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της επιφανειακής τάσης του υγρού, γεγονός που οδηγεί στο γεγονός ότι η τάση ισορροπίας ατμών πάνω από η διεπαφή είναι υψηλότερη από την πίεση κορεσμένων ατμών του ίδιου υγρού πάνω από μια επίπεδη επιφάνεια. Εάν tgr ~ tl, τότε κατά τον υπολογισμό της εξάτμισης, μόνο η μεταφορά θερμότητας και μάζας στην αέρια φάση μπορεί να ληφθεί υπόψη. Σε σχετικά χαμηλή ένταση μεταφοράς μάζας, ισχύει περίπου η αναλογία μεταξύ των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας, από την οποία προκύπτει: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, όπου Nu = ag l/lg είναι ο αριθμός Nusselt, l είναι το χαρακτηριστικό μέγεθος της επιφάνειας εξάτμισης, lg είναι το μείγμα θερμικής αγωγιμότητας ατμού-αερίου, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D είναι ο αριθμός Sherwood για τη συνιστώσα διάχυσης της ροής ατμών, Dp = D/ Το RpT είναι ο συντελεστής διάχυσης που σχετίζεται με την κλίση μερικής πίεσης ατμών. Οι τιμές των bp και bc υπολογίζονται από τις παραπάνω αναλογίες, οι αριθμοί Nu0 και Sh0 αντιστοιχούν σε jp: 0 και μπορούν να προσδιοριστούν από τα δεδομένα για ξεχωριστές διεργασίες μεταφοράς θερμότητας και μάζας. Ο αριθμός Sh0 για τη συνολική ροή ατμών (διάχυσης και συναγωγής) βρίσκεται διαιρώντας το Sh* με τη μοριακή (yg, gr) ή τη μάζα (sg, gr) συγκέντρωση αερίου στη διεπιφάνεια, ανάλογα με το ποια κινητήρια δύναμη μάζας μεταφέρει τον συντελεστή Το β ανατίθεται σε.

Εξισώσεις

Οι εξισώσεις ομοιότητας για το Nu και το Sh* κατά την εξάτμιση περιλαμβάνουν, εκτός από τα συνήθη κριτήρια (αριθμοί Reynolds Re, Archimedes Ar, Prandtl Pr ή Schmidt Sc και γεωμ.), παραμέτρους που λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της εγκάρσιας ροής ατμών και ο βαθμός ανομοιογένειας του μείγματος ατμών-αερίου (αναλογίες μοριακών μαζών ή σταθερές αερίων των συστατικών του) σε προφίλ, ταχύτητες, θερμοκρασίες ή συγκεντρώσεις στη διατομή του οριακού στρώματος.

Σε μικρά jp, τα οποία δεν παραβιάζουν σημαντικά το υδροδυναμικό καθεστώς κίνησης του μείγματος αερίου-ατμού (για παράδειγμα, κατά την εξάτμιση του νερού στον ατμοσφαιρικό αέρα) και την ομοιότητα των οριακών συνθηκών των πεδίων θερμοκρασίας και συγκέντρωσης, η επίδραση του τα πρόσθετα επιχειρήματα στις εξισώσεις ομοιότητας είναι ασήμαντα και μπορούν να αγνοηθούν, υποθέτοντας ότι Nu = Sh. Όταν τα μείγματα πολλαπλών συστατικών εξατμίζονται, αυτές οι κανονικότητες γίνονται πολύ πιο περίπλοκες. Ταυτόχρονα, οι θερμότητες εξάτμισης των συστατικών του μείγματος και οι συνθέσεις των φάσεων υγρού και ατμού-αερίου, που βρίσκονται σε ισορροπία μεταξύ τους, είναι διαφορετικές και εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Όταν ένα δυαδικό υγρό μείγμα εξατμίζεται, το μίγμα ατμών που προκύπτει είναι σχετικά πιο πλούσιο σε πιο πτητικό συστατικό, εξαιρουμένων μόνο των αζεοτροπικών μιγμάτων που εξατμίζονται στα άκρα (μέγιστο ή ελάχιστο) σημεία των καμπυλών κατάστασης ως καθαρό υγρό.

Σχέδια συσκευών

Η συνολική ποσότητα του εξατμιζόμενου υγρού αυξάνεται με την αύξηση της επιφάνειας επαφής της υγρής και της αέριας φάσης· επομένως, ο σχεδιασμός των συσκευών στις οποίες λαμβάνει χώρα η εξάτμιση προβλέπει αύξηση της επιφάνειας εξάτμισης δημιουργώντας ένα μεγάλο υγρό κάτοπτρο, το οποίο διασπά σε πίδακες και σταγόνες ή σχηματίζοντας λεπτές μεμβράνες που ρέουν πάνω από την επιφάνεια των ακροφυσίων. Μια αύξηση στην ένταση της μεταφοράς θερμότητας και μάζας κατά την εξάτμιση επιτυγχάνεται επίσης με την αύξηση της ταχύτητας του αερίου μέσου σε σχέση με την επιφάνεια του υγρού. Ωστόσο, μια αύξηση αυτής της ταχύτητας δεν θα πρέπει να οδηγεί σε υπερβολική παρασυρμό υγρού από το αέριο μέσο και σε σημαντική αύξηση της υδραυλικής αντίστασης της συσκευής.

Εφαρμογή

Η εξάτμιση χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική πρακτική για καθαρισμό ουσιών, ξήρανση υλικών, διαχωρισμό υγρών μιγμάτων και κλιματισμό. Η ψύξη με εξάτμιση του νερού χρησιμοποιείται σε κυκλοφορούντα συστήματα ύδρευσης επιχειρήσεων.

δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

• // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: Σε 86 τόμους (82 τόμοι και 4 επιπλέον). - Αγία Πετρούπολη. , 1890-1907.
• Berman L.D., Evaporative cooling of circulating water, 2nd ed., M.-L., 1957;
• Fuchs Ν. Α., Εξάτμιση και ανάπτυξη σταγόνων σε αέριο μέσο, ​​Μ., 1958;
• Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, μτφρ. from English, Μ., 1974;
• Berman L. D., " Θεωρητική βάσηχημ. τεχνολογίες», 1974, τ. 8, αρ. 6, σελ. 811-22;
• Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Mass transfer, μτφρ. from English., M., 1982. L. D. Berman.

Συνδέσεις

Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .

Συνώνυμα:

Δείτε τι είναι το "Εξάτμιση" σε άλλα λεξικά:

Η μετάβαση σε va από υγρή ή στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης σε αέρια κατάσταση (ατμός). Το I. συνήθως νοείται ως η μετάβαση ενός υγρού σε ατμό, που συμβαίνει στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Ι. στερεά σώματα που λέγονται. εξάχνωση ή εξάχνωση. Εξάρτηση από την πίεση ...... Φυσική Εγκυκλοπαίδεια

Η εξάτμιση συμβαίνει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού. Η εξάτμιση από την επιφάνεια ενός στερεού ονομάζεται εξάχνωση... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

Χρήση του φαινομένου της υγρής ψύξης κατά την εξάτμισή του. εξάρτηση του σημείου βρασμού του νερού από την πίεση.

Κατά την εξάτμιση, μια ουσία περνά από υγρή σε αέρια κατάσταση (ατμός). Υπάρχουν δύο τύποι εξάτμισης: η εξάτμιση και ο βρασμός.

ΕξάτμισηΗ εξάτμιση συμβαίνει από την ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού.

Πώς γίνεται η εξάτμιση; Γνωρίζουμε ότι τα μόρια οποιουδήποτε υγρού βρίσκονται σε συνεχή και χαοτική κίνηση, με άλλα να κινούνται πιο γρήγορα και άλλα πιο αργά. Οι δυνάμεις έλξης μεταξύ τους εμποδίζουν να πετάξουν έξω. Εάν, ωστόσο, ένα μόριο με αρκετά μεγάλη κινητική ενέργεια εμφανιστεί κοντά στην επιφάνεια του υγρού, τότε μπορεί να υπερνικήσει τις δυνάμεις της διαμοριακής έλξης και να πετάξει έξω από το υγρό. Το ίδιο θα επαναληφθεί με ένα άλλο γρήγορο μόριο, με το δεύτερο, το τρίτο κ.λπ. Πετώντας έξω, αυτά τα μόρια σχηματίζουν ατμό πάνω από το υγρό. Ο σχηματισμός αυτού του ατμού είναι η εξάτμιση.

Δεδομένου ότι τα ταχύτερα μόρια διαφεύγουν από το υγρό κατά την εξάτμιση, η μέση κινητική ενέργεια των μορίων που παραμένουν στο υγρό γίνεται όλο και μικρότερη. Σαν άποτέλεσμα η θερμοκρασία του εξατμιζόμενου υγρού μειώνεται: το υγρό ψύχεται. Γι' αυτό, συγκεκριμένα, ένα άτομο με βρεγμένα ρούχα αισθάνεται πιο κρύο από ότι με στεγνά ρούχα (ειδικά όταν φυσάει).

Ταυτόχρονα, όλοι γνωρίζουν ότι αν ρίξετε νερό σε ένα ποτήρι και το αφήσετε στο τραπέζι, τότε, παρά την εξάτμιση, δεν θα κρυώσει συνεχώς, καθιστώντας όλο και πιο κρύο μέχρι να παγώσει. Τι το εμποδίζει αυτό; Η απάντηση είναι πολύ απλή: η ανταλλαγή θερμότητας του νερού με τον ζεστό αέρα που περιβάλλει το ποτήρι.

Η ψύξη του υγρού κατά την εξάτμιση είναι πιο αισθητή όταν η εξάτμιση γίνεται αρκετά γρήγορα (έτσι ώστε το υγρό να μην έχει χρόνο να επαναφέρει τη θερμοκρασία του λόγω ανταλλαγής θερμότητας με περιβάλλον). Τα πτητικά υγρά εξατμίζονται γρήγορα, στα οποία οι δυνάμεις διαμοριακής έλξης είναι μικρές, για παράδειγμα, αιθέρας, αλκοόλη, βενζίνη. Αν ρίξετε ένα τέτοιο υγρό στο χέρι σας, θα κρυώσουμε. Εξατμίζοντας από την επιφάνεια του χεριού, ένα τέτοιο υγρό θα κρυώσει και θα αφαιρέσει λίγη θερμότητα από αυτό.

εντοπίζονται πτητικές ουσίες ευρεία εφαρμογήστην τεχνολογία. Για παράδειγμα, στη διαστημική τεχνολογία, τα οχήματα καθόδου είναι επικαλυμμένα με τέτοιες ουσίες. Όταν διέρχεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, το σώμα-συσκευή θερμαίνεται ως αποτέλεσμα της τριβής και η ουσία που το καλύπτει αρχίζει να εξατμίζεται. Εξατμίζοντας, ψύχει το διαστημόπλοιο, σώζοντάς το έτσι από υπερθέρμανση.

Η ψύξη του νερού κατά την εξάτμισή του χρησιμοποιείται επίσης σε όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της υγρασίας του αέρα - ψυχόμετρα(από το ελληνικό "ψυχρός" - κρύο). Το ψυχόμετρο αποτελείται από δύο θερμόμετρα. Το ένα από αυτά (στεγνό) δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα και το άλλο (της οποίας η δεξαμενή είναι δεμένη με καμβέρικο, χαμηλωμένο σε νερό) - μια χαμηλότερη θερμοκρασία λόγω της έντασης της εξάτμισης από το υγρό καμπρίκι. Όσο πιο ξηρός είναι ο αέρας του οποίου η υγρασία μετράται, τόσο ισχυρότερη είναι η εξάτμιση και επομένως τόσο χαμηλότερη είναι η ένδειξη υγρού λαμπτήρα. Αντίθετα, όσο μεγαλύτερη είναι η υγρασία του αέρα, τόσο λιγότερο έντονη είναι η εξάτμιση και επομένως τόσο περισσότερο υψηλή θερμοκρασίαδείχνει αυτό το θερμόμετρο. Με βάση τις ενδείξεις ξηρών και βρεγμένων θερμομέτρων, με τη χρήση ειδικού (ψυχρομετρικού) πίνακα, προσδιορίζεται η υγρασία του αέρα, εκφρασμένη ως ποσοστό. Η υψηλότερη υγρασία είναι 100% (σε αυτήν την υγρασία, η δροσιά εμφανίζεται σε αντικείμενα). Για ένα άτομο, η πιο ευνοϊκή υγρασία θεωρείται ότι κυμαίνεται από 40 έως 60%.

Με τη βοήθεια απλών πειραμάτων, είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι ο ρυθμός εξάτμισης αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του υγρού, καθώς και με την αύξηση της ελεύθερης επιφάνειας του και παρουσία ανέμου.

Γιατί το υγρό εξατμίζεται πιο γρήγορα παρουσία ανέμου; Το γεγονός είναι ότι ταυτόχρονα με την εξάτμιση στην επιφάνεια του υγρού, συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία - συμπύκνωση. Η συμπύκνωση συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι μέρος των μορίων ατμού, που κινούνται τυχαία πάνω από το υγρό, επιστρέφει ξανά σε αυτό. Ο άνεμος παρασύρει τα μόρια που έχουν πετάξει έξω από το υγρό και δεν τους επιτρέπει να επιστρέψουν πίσω.

Συμπύκνωση μπορεί επίσης να συμβεί όταν ο ατμός δεν έρχεται σε επαφή με το υγρό. Είναι η συμπύκνωση, για παράδειγμα, που εξηγεί το σχηματισμό νεφών: τα μόρια των υδρατμών που ανεβαίνουν πάνω από τη γη στα ψυχρότερα στρώματα της ατμόσφαιρας ομαδοποιούνται σε μικροσκοπικές σταγόνες νερού, οι συσσωρεύσεις των οποίων είναι σύννεφα. Η συμπύκνωση των υδρατμών στην ατμόσφαιρα προκαλεί επίσης βροχή και δροσιά.

Θερμοκρασία βρασμού έναντι πίεσης

Το σημείο βρασμού του νερού είναι 100°C. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι αυτή είναι μια εγγενής ιδιότητα του νερού, ότι το νερό, όπου και υπό ποιες συνθήκες βρίσκεται, θα βράζει πάντα στους 100 ° C.

Δεν είναι όμως έτσι και οι κάτοικοι των ψηλών χωριών το γνωρίζουν καλά.

Κοντά στην κορυφή του Elbrus υπάρχει ένα σπίτι για τους τουρίστες και ένας επιστημονικός σταθμός. Οι αρχάριοι αναρωτιούνται μερικές φορές «πόσο δύσκολο είναι να βράσεις ένα αυγό σε βραστό νερό» ή «γιατί το βραστό νερό δεν καίει». Κάτω από αυτές τις συνθήκες, τους λένε ότι το νερό βράζει στην κορυφή του Elbrus ήδη στους 82°C.

Τι συμβαίνει εδώ; Ποιος φυσικός παράγοντας παρεμβαίνει στο φαινόμενο του βρασμού; Ποια είναι η σημασία του υψομέτρου;

Αυτός ο φυσικός παράγοντας είναι η πίεση που δρα στην επιφάνεια του υγρού. Δεν χρειάζεται να ανεβείτε στην κορυφή του βουνού για να ελέγξετε την εγκυρότητα των όσων έχουν ειπωθεί.

Τοποθετώντας θερμαινόμενο νερό κάτω από το κουδούνι και αντλώντας αέρα μέσα ή έξω από αυτό, μπορεί κανείς να πειστεί ότι το σημείο βρασμού αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης και πέφτει με τη μείωση της πίεσης.

Το νερό βράζει στους 100°C μόνο σε μια ορισμένη πίεση - 760 mm Hg. Τέχνη. (ή 1 atm).

Η καμπύλη σημείου βρασμού έναντι πίεσης φαίνεται στο σχ. 4.2. Στην κορυφή του Elbrus, η πίεση είναι 0,5 atm και αυτή η πίεση αντιστοιχεί σε σημείο βρασμού 82 ° C.

Ρύζι. 4.2

Αλλά το νερό που βράζει στα 10-15 mm Hg. Art., μπορείτε να φρεσκάρετε σε ζεστό καιρό. Σε αυτή την πίεση, το σημείο βρασμού θα πέσει στους 10-15°C.

Μπορείτε να πάρετε ακόμη και «βραστό νερό», το οποίο έχει τη θερμοκρασία του παγωμένου νερού. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να μειώσετε την πίεση στα 4,6 mm Hg. Τέχνη.

Μια ενδιαφέρουσα εικόνα μπορεί να παρατηρηθεί εάν τοποθετήσετε ένα ανοιχτό δοχείο με νερό κάτω από το κουδούνι και αντλήσετε τον αέρα. Η άντληση θα κάνει το νερό να βράσει, αλλά το βράσιμο απαιτεί θερμότητα. Δεν υπάρχει από πού να το πάρεις και το νερό θα πρέπει να εγκαταλείψει την ενέργειά του. Η θερμοκρασία του νερού που βράζει θα αρχίσει να πέφτει, αλλά όσο συνεχίζεται η άντληση τόσο θα πέφτει και η πίεση. Επομένως, ο βρασμός δεν θα σταματήσει, το νερό θα συνεχίσει να κρυώνει και τελικά να παγώσει.

Τέτοια βράση κρύο νερόσυμβαίνει όχι μόνο κατά την άντληση αέρα. Για παράδειγμα, όταν η προπέλα ενός πλοίου περιστρέφεται, η πίεση σε ένα στρώμα νερού που κινείται γρήγορα κοντά σε μια μεταλλική επιφάνεια πέφτει απότομα και το νερό σε αυτό το στρώμα βράζει, δηλαδή, εμφανίζονται πολλές φυσαλίδες γεμάτες με ατμό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση (από τη λατινική λέξη cavitas - κοιλότητα).

Χαμηλώνοντας την πίεση χαμηλώνουμε το σημείο βρασμού. Τι γίνεται με την αύξηση του; Ένα γράφημα σαν το δικό μας απαντά σε αυτήν την ερώτηση. Μια πίεση 15 atm μπορεί να καθυστερήσει το βρασμό του νερού, θα ξεκινήσει μόνο στους 200°C και μια πίεση 80 atm θα κάνει το νερό να βράσει μόνο στους 300°C.

Έτσι, σε μια ορισμένη εξωτερική πίεση αντιστοιχεί ορισμένη θερμοκρασίαβρασμός. Αλλά αυτή η δήλωση μπορεί επίσης να «αναποδογυριστεί», λέγοντας το εξής: κάθε σημείο βρασμού νερού αντιστοιχεί στη δική του συγκεκριμένη πίεση. Αυτή η πίεση ονομάζεται πίεση ατμών.

Η καμπύλη που απεικονίζει το σημείο βρασμού ως συνάρτηση της πίεσης είναι επίσης η καμπύλη της πίεσης ατμών ως συνάρτηση της θερμοκρασίας.

Τα σχήματα που απεικονίζονται σε ένα γράφημα σημείου βρασμού (ή γράφημα πίεσης ατμών) δείχνουν ότι η τάση ατμών αλλάζει πολύ γρήγορα με τη θερμοκρασία. Στους 0°C (δηλαδή, 273 Κ), η τάση ατμών είναι 4,6 mm Hg. Art., στους 100 ° C (373 K) είναι ίσο με 760 mm Hg. Άρθ., δηλαδή αυξάνεται κατά 165 φορές. Όταν η θερμοκρασία διπλασιαστεί (από 0 ° C, δηλαδή 273 K, σε 273 ° C, δηλ. 546 K), η τάση ατμών αυξάνεται από 4,6 mm Hg. Τέχνη. μέχρι σχεδόν 60 atm, δηλαδή περίπου 10.000 φορές.

Επομένως, αντίθετα, το σημείο βρασμού αλλάζει μάλλον αργά με την πίεση. Όταν η πίεση διπλασιαστεί από 0,5 atm σε 1 atm, το σημείο βρασμού αυξάνεται από 82°C (355 K) σε 100°C (373 K) και όταν η πίεση διπλασιαστεί από 1 σε 2 atm, από 100°C (373 Κ) έως 120°C (393 Κ).

Η ίδια καμπύλη που εξετάζουμε τώρα ελέγχει επίσης τη συμπύκνωση (πάχυνση) του ατμού σε νερό.

Ο ατμός μπορεί να μετατραπεί σε νερό είτε με συμπίεση είτε με ψύξη.

Τόσο κατά τη διάρκεια του βρασμού όσο και κατά τη διάρκεια της συμπύκνωσης, το σημείο δεν θα μετακινηθεί από την καμπύλη μέχρι να ολοκληρωθεί η μετατροπή του ατμού σε νερό ή νερού σε ατμό. Αυτό μπορεί επίσης να διατυπωθεί ως εξής: υπό τις συνθήκες της καμπύλης μας, και μόνο υπό αυτές τις συνθήκες, είναι δυνατή η συνύπαρξη υγρού και ατμού. Εάν ταυτόχρονα δεν προστεθεί ή αφαιρεθεί θερμότητα, τότε οι ποσότητες ατμού και υγρού σε ένα κλειστό δοχείο θα παραμείνουν αμετάβλητες. Τέτοιος ατμός και υγρό λέγεται ότι βρίσκονται σε ισορροπία και ένας ατμός σε ισορροπία με το υγρό του λέγεται ότι είναι κορεσμένος.

Η καμπύλη βρασμού και συμπύκνωσης, όπως βλέπουμε, έχει άλλη σημασία: είναι η καμπύλη ισορροπίας υγρού και ατμού. Η καμπύλη ισορροπίας χωρίζει το πεδίο του διαγράμματος σε δύο μέρη. Αριστερά και προς τα πάνω (προς υψηλότερες θερμοκρασίες και χαμηλότερες πιέσεις) βρίσκεται η περιοχή της σταθερής κατάστασης του ατμού. Δεξιά και κάτω - η περιοχή της σταθερής κατάστασης του υγρού.

Η καμπύλη ισορροπίας ατμού-υγρού, δηλαδή η εξάρτηση του σημείου βρασμού από την πίεση ή, το ίδιο, η τάση ατμών από τη θερμοκρασία, είναι περίπου η ίδια για όλα τα υγρά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αλλαγή μπορεί να είναι κάπως πιο έντονη, σε άλλες - κάπως πιο αργή, αλλά πάντα η τάση ατμών αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Έχουμε χρησιμοποιήσει πολλές φορές τις λέξεις «αέριο» και «ατμός». Αυτές οι δύο λέξεις είναι σχεδόν ίδιες. Μπορούμε να πούμε: το αέριο νερού είναι ο ατμός του νερού, το αέριο οξυγόνο είναι ο ατμός ενός υγρού οξυγόνου. Ωστόσο, έχει αναπτυχθεί κάποια συνήθεια στη χρήση αυτών των δύο λέξεων. Δεδομένου ότι είμαστε συνηθισμένοι σε ένα συγκεκριμένο σχετικά μικρό εύρος θερμοκρασίας, συνήθως χρησιμοποιούμε τη λέξη "αέριο" σε εκείνες τις ουσίες των οποίων η τάση ατμών σε συνηθισμένες θερμοκρασίες είναι υψηλότερη. ατμοσφαιρική πίεση. Αντίθετα, μιλάμε για ατμό όταν, σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση, η ουσία είναι πιο σταθερή με τη μορφή υγρού.

ΚΑΥΣΗ ΥΓΡΩΝ

Η καύση υγρών χαρακτηρίζεται από δύο αλληλένδετα φαινόμενα - εξάτμιση και καύση του μίγματος ατμού-αέρα πάνω από την επιφάνεια του υγρού. Κατά συνέπεια, η καύση των υγρών συνοδεύεται όχι μόνο από μια χημική αντίδραση (οξείδωση, μετατροπή σε καύση φλόγας), αλλά και από φυσικά φαινόμενα (εξάτμιση και σχηματισμός μίγματος ατμού-αέρα πάνω από την επιφάνεια του υγρού), χωρίς τα οποία η καύση είναι αδύνατο.

Η μετάβαση μιας ουσίας από υγρή σε κατάσταση ατμού ονομάζεται εξάτμιση.Υπάρχουν δύο μορφές αυτής της διαδικασίας: η εξάτμιση και ο βρασμός. Εξάτμιση- αυτή είναι η μετάβαση του υγρού στον ατμό από την ελεύθερη επιφάνεια σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο βρασμού του υγρού (βλ. Εικ. 4.1). Η εξάτμιση συμβαίνει ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης των μορίων του υγρού. Η ταχύτητα κίνησης των μορίων ποικίλλει ευρέως, αποκλίνοντας έντονα και προς τις δύο κατευθύνσεις από τη μέση τιμή της. Μερικά από τα μόρια με αρκετά μεγάλη κινητική ενέργεια διαφεύγουν από το επιφανειακό στρώμα του υγρού στο αέριο (αέρα) μέσο. Η υπερβολική ενέργεια των μορίων που χάνεται από το υγρό δαπανάται για να ξεπεραστούν οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων και το έργο διαστολής (αύξηση όγκου) κατά τη μετάβαση του υγρού σε ατμό. Βρασμός- πρόκειται για εξάτμιση όχι μόνο από την επιφάνεια, αλλά και από τον όγκο του υγρού με το σχηματισμό φυσαλίδων ατμού σε ολόκληρο τον όγκο και την απελευθέρωσή τους. Η εξάτμιση παρατηρείται σε οποιαδήποτε θερμοκρασία υγρού. Ο βρασμός συμβαίνει μόνο σε μια θερμοκρασία στην οποία η πίεση των κορεσμένων ατμών φτάνει την τιμή της εξωτερικής (ατμοσφαιρικής) πίεσης.

Λόγω της κίνησης Brown στη ζώνη αερίου, λαμβάνει χώρα και η αντίστροφη διαδικασία - συμπύκνωση. Εάν ο όγκος πάνω από το υγρό είναι κλειστός, τότε σε οποιαδήποτε θερμοκρασία του υγρού, δημιουργείται μια δυναμική ισορροπία μεταξύ των διεργασιών εξάτμισης και συμπύκνωσης.

Ο ατμός που βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό ονομάζεται κορεσμένος ατμός. Η κατάσταση ισορροπίας αντιστοιχεί στη συγκέντρωση ατμών που προσδιορίζεται για μια δεδομένη θερμοκρασία. Η πίεση ενός ατμού σε ισορροπία με ένα υγρό ονομάζεται πίεση κορεσμένου ατμού.

Ρύζι. 4.1. Σχέδιο εξάτμισης υγρού σε: α) ανοιχτό δοχείο, β) κλειστό δοχείο

Η πίεση κορεσμένων ατμών (p n.p.) ενός δεδομένου υγρού σε σταθερή θερμοκρασία είναι σταθερή και αμετάβλητη για αυτό. Η τιμή της πίεσης ατμών κορεσμού καθορίζεται από τη θερμοκρασία του υγρού: με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πίεση των ατμών κορεσμού αυξάνεται. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της κινητικής ενέργειας των υγρών μορίων με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε αυτή την περίπτωση, ένα αυξανόμενο κλάσμα μορίων αποδεικνύεται ότι έχει επαρκή ενέργεια για να περάσει στον ατμό.

Έτσι, πάνω από την επιφάνεια (καθρέφτη) του υγρού υπάρχει πάντα ένα μείγμα ατμού-αέρα, το οποίο σε κατάσταση ισορροπίας χαρακτηρίζεται από την πίεση των κορεσμένων ατμών του υγρού ή τη συγκέντρωσή τους. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πίεση των κορεσμένων ατμών αυξάνεται σύμφωνα με την εξίσωση Claiperon-Clasius:

, (4.1)

ή σε ολοκληρωμένη μορφή:

, (4.2)

όπου π ν.π. – πίεση κορεσμένου ατμού, Pa;

DH isp είναι η θερμότητα της εξάτμισης, η ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη μετατροπή μιας μονάδας μάζας υγρού σε κατάσταση ατμού, kJ / mol.

T είναι η θερμοκρασία του υγρού, Κ.

Η συγκέντρωση κορεσμένου ατμού C πάνω από την επιφάνεια του υγρού σχετίζεται με την πίεσή του από τη σχέση:

. (4.3)

Από τις (4.1 και 4.2) προκύπτει ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του υγρού, η πίεση των κορεσμένων ατμών (ή η συγκέντρωσή τους) αυξάνεται εκθετικά. Από αυτή την άποψη, σε μια ορισμένη θερμοκρασία, δημιουργείται μια συγκέντρωση ατμού πάνω από την επιφάνεια του υγρού, ίση με το κατώτερο όριο συγκέντρωσης διάδοσης της φλόγας. Αυτή η θερμοκρασία ονομάζεται κατώτερο όριο θερμοκρασίας διάδοσης της φλόγας (LTLP).

Επομένως, για οποιοδήποτε υγρό υπάρχει πάντα ένα τέτοιο διάστημα θερμοκρασίας στο οποίο η συγκέντρωση των κορεσμένων ατμών πάνω από τον καθρέφτη θα βρίσκεται στην περιοχή ανάφλεξης, δηλ. HKPRP £ j n £ VKPRP.

Η διαδικασία της έντονης εξάτμισης ενός υγρού ξεκινά σε μια θερμοκρασία όταν η τάση ατμών του υγρού υπερβαίνει την εξωτερική πίεση της ατμόσφαιρας αερίου πάνω από το υγρό. Στο σημείο βρασμού, ο σχηματισμός ατμού συμβαίνει σε ολόκληρη τη μάζα του υγρού και ρέει σε σχεδόν σταθερή θερμοκρασία μέχρι την πλήρη μετάβαση του υγρού (μονοσυστατικού) και του ατμού. Μειώνοντας τεχνητά την πίεση, είναι δυνατό να γίνει το υγρό να βράσει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, κάτι που χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία, καθώς είναι ευκολότερο να βρεθεί κατάλληλο υλικόγια υλικό. Η σύγχρονη τεχνολογία κενού έχει στη διάθεσή της ισχυρές περιστροφικές αντλίες ικανές να δημιουργήσουν κενό στο οποίο η υπολειπόμενη πίεση δεν υπερβαίνει τα 0,001 mmHg και αντλίες διάχυσης πίδακα που δημιουργούν κενό έως και 10v-7-10v-8 mmHg. Τέχνη.
Η απόσταξη κενού χρησιμοποιείται για τη λήψη μετάλλων υψηλής καθαρότητας. Zn, Cd, Mg, Ca κλπ. Συνήθως λειτουργούν σε πιέσεις ελαφρώς υψηλότερες από την τάση ατμών του αποσταγμένου μετάλλου στο σημείο τήξης του. Στη συνέχεια, με απόσταξη του υγρού μετάλλου, λαμβάνεται ένα στερεό συμπύκνωμα, το οποίο καθιστά δυνατή την εφαρμογή πολύ απλό σχέδιοσυσκευή απόσταξης που φαίνεται στο Σχ. 24. Η συσκευή είναι ένας κύλινδρος, στο κάτω μέρος του οποίου υπάρχει δοχείο με υγρό αποσταγμένο μέταλλο. Οι ατμοί συμπυκνώνονται στο πάνω μέρος του κυλίνδρου σε ειδικό σύνθετο μεταλλικό κύλινδρο (συμπυκνωτή) σε μορφή κρυσταλλικής κρούστας, η οποία, μετά το τέλος της διαδικασίας, αφαιρείται μαζί με τον συμπυκνωτή. Πριν θερμάνετε πρώτα το μέταλλο ΑΝΤΛΙΑ ΚΕΝΟΥο αέρας αντλείται έξω από τη συσκευή και, στη συνέχεια, από καιρό σε καιρό αποκαθίσταται ένα κενό, το οποίο αλλάζει λόγω διαρροής αέρα από το εξωτερικό μέσω διαρροών στον εξοπλισμό. Εάν η συσκευή είναι επαρκώς ερμητική, τότε κατά τη διαδικασία απόσταξης, καθώς δεν απελευθερώνονται μη συμπυκνώσιμα αέρια, η συνεχής λειτουργία της αντλίας κενού δεν είναι απαραίτητη.

Η περιγραφόμενη συσκευή είναι εξαιρετικά απλή, είναι κατασκευασμένη από χάλυβα ή ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μετάλλων. Αυτό που είναι ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι το κάλυμμά του και όλα τα μέρη στεγανοποίησης - στεγανοποίησης ψύχονται με νερό, λειτουργούν δηλαδή σε θερμοκρασία δωματίου, γεγονός που επιτρέπει τη χρήση πολύ προηγμένων στεγανωτικών - καουτσούκ, στόκους κενού κ.λπ. Η χρήση κενού επιτρέπει τον καθαρισμό με απόσταξη σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (700 -900 °) τέτοια χημικά ενεργά και πολύ επιθετικά μέταλλα όπως ασβέστιο, μαγνήσιο, βάριο, η απόσταξη των οποίων σε ατμοσφαιρική πίεση δεν είναι δυνατή λόγω της αδυναμίας επιλογής υλικού για τον εξοπλισμό.
Ας εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας εξάτμισης στο κενό.
Το διάγραμμα κατάστασης υγρού - ατμού με φθίνουσα πίεση έχει τον ίδιο χαρακτήρα με τα διαγράμματα για την ατμοσφαιρική πίεση, μόνο οι γραμμές υγρού και ατμού μετακινούνται στην περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών. Επομένως, η αποτελεσματικότητα του διαχωρισμού των συστατικών κατά την εξάτμιση του διαλύματός τους στο κενό είναι περίπου η ίδια με την ατμοσφαιρική πίεση, αλλά πραγματοποιείται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη όσο βαθύτερο είναι το εφαρμοζόμενο κενό. Χαρακτηριστικό της λειτουργίας υπό κενό είναι η απουσία συμπαρασυρόμενων μικρών σταγονιδίων υγρού μαζί με ατμούς, κάτι που παρατηρείται πάντα όταν λειτουργεί υπό ατμοσφαιρική πίεση. Κατά τη διάρκεια του γρήγορου βρασμού του υγρού, οι εκρήξεις φυσαλίδων του ατμού που ανεβαίνουν από το βάθος του υγρού δίνουν πιτσιλιές, οι οποίες μεταφέρονται από τους ατμούς στον συμπυκνωτή και μολύνουν το απόσταγμα. Σε κενό (αρκετά βαθύ), δεν συμβαίνει πιτσίλισμα, καθώς η διαδικασία βρασμού είναι θεμελιωδώς διαφορετική από το βρασμό σε ατμοσφαιρική πίεση. Σε κενό, ο σχηματισμός ατμού συμβαίνει μόνο στην επιφάνεια του υγρού, δεν σχηματίζονται φυσαλίδες μέσα στο υγρό, η επιφάνεια είναι ήρεμη, δεν βράζει, επομένως, δεν μπορούν να συμβούν πιτσιλιές. Επομένως, η απόσταξη υπό κενό παράγει ένα πιο καθαρό απόσταγμα από την ατμοσφαιρική απόσταξη.
Ας χρησιμοποιήσουμε ένα παράδειγμα για να δείξουμε την ιδιαιτερότητα της διαδικασίας βρασμού στο κενό. Αφήνουμε σε μία περίπτωση νερό σε δοχείο με βάθος στρώματος 250 mm να βράσει σε ατμοσφαιρική πίεση (760 mm Hg). Τότε ο ατμός που απελευθερώνεται από την επιφάνεια του νερού, για να ξεπεράσει την εξωτερική πίεση, πρέπει να έχει ατμοσφαιρική πίεση (760 mm Hg), η οποία αναπτύσσεται σε θερμοκρασία επιφάνειας νερού 100 °. Η φυσαλίδα ατμού που σχηματίζεται στον πυθμένα του δοχείου πρέπει να έχει υψηλότερη πίεση, καθώς, εκτός από την πίεση της ατμόσφαιρας, πρέπει να υπερνικήσει την υδροστατική πίεση μιας στήλης νερού ύψους 250 mm, η οποία αντιστοιχεί σε υπερβολική πίεση 18 mm Hg. Τέχνη. Έτσι, ο ατμός που απελευθερώνεται από τον πυθμένα του δοχείου πρέπει να έχει πίεση 760 + 18 = 778 mm Hg. Art., που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του νερού στον πυθμένα του δοχείου 100,6 °. Μια τόσο μικρή υπερθέρμανση του νερού στον πυθμένα (0,6°) είναι αρκετά πραγματική και η διαδικασία βρασμού προχωρά με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζεται ατμός σε ολόκληρη τη μάζα του στρώματος. Το νερό βράζει έντονα και πιτσιλάει καθώς οι φυσαλίδες σπάνε στην επιφάνεια.
Τώρα σκεφτείτε να βράσετε το ίδιο στρώμα νερού σε κενό 4,58 mm Hg. Τέχνη. Για βρασμό, το επιφανειακό στρώμα του νερού πρέπει να έχει θερμοκρασία 0 °, στην οποία η πίεση κορεσμένων ατμών είναι 4,58 mm Hg. Τέχνη. Η φυσαλίδα που σχηματίζεται στο κάτω μέρος πρέπει να υπερνικήσει την υδροστατική πίεση μιας στήλης νερού 250 mm, που αντιστοιχεί σε πίεση 18 mm Hg. Art., και έχουν συνολική πίεση 4,58 + 18 = 22,58 mm Hg. Τέχνη. Το νερό θα έχει μια τέτοια πίεση κορεσμένων ατμών σε θερμοκρασία ~ 23 °, δηλαδή, για να σχηματιστεί μια φυσαλίδα ατμού στον πυθμένα του δοχείου, είναι απαραίτητο να υπάρχει θερμοκρασία 23 ° στον πυθμένα. Είναι αδύνατο να επιτευχθεί μια τέτοια διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών κοντά στον πυθμένα και στην επιφάνεια, καθώς αυτό θα αποτραπεί από τα ρεύματα μεταφοράς. Κατά συνέπεια, δεν θα σχηματιστούν φυσαλίδες στο βάθος του υγρού στρώματος και η εξάτμιση θα πραγματοποιείται μόνο από την επιφάνεια του υγρού.
Τα τήγματα μετάλλων έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η οποία εμποδίζει την τοπική υπερθέρμανση του υγρού και, κατά συνέπεια, το βρασμό με το σχηματισμό φυσαλίδων.
Μέχρι να γίνει πολύ μικρή η πίεση στη συσκευή, πραγματοποιείται ανταλλαγή μορίων μεταξύ της επιφάνειας του υγρού και του ατμού και δημιουργείται μια κινητή ισορροπία υγρού-ατμού. Ένα συμβατικό ρεύμα αερίου ατμού ρέει στον συμπυκνωτή και τα αποτελέσματα της διαδικασίας απόσταξης προσδιορίζονται από το διάγραμμα κατάστασης υγρού-ατμού.
Εάν η πίεση στη συσκευή είναι τόσο χαμηλή ώστε η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων να γίνει μεγαλύτερη από τις διαστάσεις της συσκευής, η φύση της διαδικασίας απόσταξης αλλάζει ριζικά.
Κάτω από αυτές τις συνθήκες, δεν υπάρχει ανταλλαγή μορίων μεταξύ ατμών και υγρού, δεν υπάρχει κινητή ισορροπία υγρού-ατμού και το διάγραμμα κατάστασης υγρού-ατμού δεν περιγράφει τη διαδικασία εξάτμισης. Συνηθισμένο αέριο eschar μεταξύ εξατμιστή και συμπυκνωτή. Σχηματίζεται, τα μόρια ατμού που διαχωρίζονται από την επιφάνεια του υγρού ακολουθούν μια ευθεία διαδρομή, χωρίς να συγκρούονται με άλλα μόρια, πέφτουν στην ψυχρή επιφάνεια του συμπυκνωτή και παραμένουν εκεί - συμπυκνώνονται. η διαδικασία της εξάτμισης είναι εντελώς μη αναστρέψιμη και έχει χαρακτήρα μοριακής εξάτμισης. Το αποτέλεσμα της απόσταξης καθορίζεται από τον ρυθμό εξάτμισης, ο οποίος εξαρτάται από τον τύπο της εξατμιζόμενης ουσίας και τη θερμοκρασία και είναι ανεξάρτητος από την εξωτερική πίεση στο σύστημα, εάν αυτή η πίεση είναι αρκετά χαμηλή. Ο ρυθμός εξάτμισης κάτω από αυτές τις συνθήκες μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο Langmuir:

Λαμβάνοντας ως ρυθμό εξάτμισης τη μάζα μιας ουσίας που εξατμίζεται ανά δευτερόλεπτο από μια μονάδα επιφάνειας, εκφράζοντας την τάση ατμών p σε χιλιοστά στήλη υδραργύρουκαι αντικαθιστώντας τις ποσότητες R και π με τις αριθμητικές τους τιμές, λαμβάνουμε την εξίσωση (III, 13) σε διαφορετική μορφή, κατάλληλη για πρακτικούς υπολογισμούς:

Στη μοριακή εξάτμιση, ουσίες με την ίδια τάση ατμών μπορούν να διαχωριστούν εάν τα μοριακά τους βάρη είναι διαφορετικά, όπως αποδεικνύεται από πειράματα για τον διαχωρισμό ισοτόπων.

17.10.2019

Στο ρωσικό τμήμα, η επιχείρηση του ομίλου Hoffmann ανθίζει. Οι εταίροι του ομίλου εταιρειών καταφέρνουν να αυξάνουν τους όγκους πωλήσεων στη Ρωσική Ομοσπονδία από χρόνο σε χρόνο....

17.10.2019

Το πλαστικό είναι ένα πρακτικό και φθηνό υλικό. Αυτός είναι ο λόγος της ευρείας εφαρμογής του στην παραγωγή πραγμάτων. Έχει όμως και μειονεκτήματα...

17.10.2019

Ο ανοξείδωτος χάλυβας χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας και των κατασκευών. Το ελασματοποιημένο μέταλλο και τα προϊόντα από αυτό χρησιμοποιούνται από ναυπηγικές επιχειρήσεις και ...

17.10.2019

Σύρμα πλεξίματος είναι ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣμε τη μορφή λεπτού νήματος, για την κατασκευή του οποίου χρησιμοποιείται έλασης χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, που υποβάλλεται σε...

17.10.2019

Τα πάνελ από φελλό είναι κατασκευασμένα από φυσικό υλικό. Για αυτό, χρησιμοποιείται φλοιός βελανιδιάς (φελλοδρυς φύεται στη βόρεια Αφρική και σε ορισμένες περιοχές του νότιου ...

17.10.2019

Η ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα συχνά ενισχύει τη διαδικασία της φυσικής διάβρωσης του εδάφους. Το ανάγλυφο αλλάζει σταδιακά, δημιουργούνται κανάλια, η κατεύθυνση του ποταμού, τα χαντάκια αλλάζουν ...

17.10.2019

Οι λειτουργίες της ετικέτας ενδέχεται να διαφέρουν. Αφού επισημανθούν σε ένα προϊόν, γίνονται πηγή δεδομένων για τον κατασκευαστή και τα προϊόντα, χρησιμοποιούνται ως μέσο προώθησης και...

Είναι σαφές από το παραπάνω σκεπτικό ότι το σημείο βρασμού ενός υγρού πρέπει να εξαρτάται από την εξωτερική πίεση. Οι παρατηρήσεις το επιβεβαιώνουν.

Όσο μεγαλύτερη είναι η εξωτερική πίεση, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού. Έτσι, σε ένα λέβητα ατμού με πίεση που φτάνει τα 1,6 10 6 Pa, το νερό δεν βράζει ακόμη και σε θερμοκρασία 200 °C. ΣΤΟ ιατρικά ιδρύματαΤο βραστό νερό σε ερμητικά κλειστά δοχεία - αυτόκλειστα (Εικ. 6.11) εμφανίζεται επίσης σε αυξημένη πίεση. Επομένως, το σημείο βρασμού είναι πολύ υψηλότερο από 100 °C. Τα αυτόκλειστα χρησιμοποιούνται για την αποστείρωση χειρουργικών εργαλείων, επιδέσμων κ.λπ.

Αντίθετα, μειώνοντας την εξωτερική πίεση, μειώνουμε έτσι το σημείο βρασμού. Κάτω από το κουδούνι της αντλίας αέρα, μπορείτε να κάνετε το νερό να βράσει σε θερμοκρασία δωματίου (Εικ. 6.12). Καθώς ανεβαίνετε στα βουνά, η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται, άρα μειώνεται το σημείο βρασμού. Σε υψόμετρο 7134 m (κορυφή Λένιν στο Παμίρ), η πίεση είναι περίπου 4 10 4 Pa ​​(300 mm Hg). Το νερό βράζει εκεί στους 70°C περίπου. Είναι αδύνατο να μαγειρέψετε, για παράδειγμα, κρέας σε αυτές τις συνθήκες.

Το σχήμα 6.13 δείχνει την εξάρτηση του σημείου βρασμού του νερού από την εξωτερική πίεση. Είναι εύκολο να δούμε ότι αυτή η καμπύλη είναι επίσης μια καμπύλη που εκφράζει την εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων υδρατμών από τη θερμοκρασία.

Η διαφορά στα σημεία βρασμού των υγρών

Κάθε υγρό έχει το δικό του σημείο βρασμού. Η διαφορά στα σημεία βρασμού των υγρών καθορίζεται από τη διαφορά της πίεσης των κορεσμένων ατμών τους στην ίδια θερμοκρασία. Για παράδειγμα, ο ατμός αιθέρα ήδη σε θερμοκρασία δωματίου έχει πίεση μεγαλύτερη από τη μισή ατμοσφαιρική πίεση. Επομένως, για να γίνει η πίεση ατμών του αιθέρα ίση με την ατμοσφαιρική, χρειάζεται μια ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας (έως 35 ° C). Στον υδράργυρο, οι κορεσμένοι ατμοί έχουν πολύ αμελητέα πίεση σε θερμοκρασία δωματίου. Η τάση ατμών του υδραργύρου γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική μόνο με σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας (έως 357 ° C). Σε αυτή τη θερμοκρασία, εάν η εξωτερική πίεση είναι 105 Pa, ο υδράργυρος βράζει.

Η διαφορά στα σημεία βρασμού των ουσιών είναι πολύ χρήσιμη στην τεχνολογία, για παράδειγμα, στον διαχωρισμό των προϊόντων πετρελαίου. Όταν θερμαίνεται το πετρέλαιο, τα πιο πολύτιμα, πτητικά μέρη του (βενζίνη) εξατμίζονται πρώτα από όλα, τα οποία μπορούν έτσι να διαχωριστούν από τα «βαριά» υπολείμματα (έλαια, μαζούτ).

Ένα υγρό βράζει όταν η πίεση κορεσμένων ατμών του ισούται με την πίεση μέσα στο υγρό.

§ 6.6. Θερμότητα εξάτμισης

Απαιτείται ενέργεια για να μετατραπεί το υγρό σε ατμό; Μάλλον ναι! Δεν είναι?

Σημειώσαμε (βλ. § 6.1) ότι η εξάτμιση ενός υγρού συνοδεύεται από την ψύξη του. Για να διατηρείται η θερμοκρασία του εξατμιζόμενου υγρού αμετάβλητη, πρέπει να του παρέχεται θερμότητα από το εξωτερικό. Φυσικά, η ίδια η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί σε υγρό από τα γύρω σώματα. Έτσι, το νερό στο ποτήρι εξατμίζεται, αλλά η θερμοκρασία του νερού, που είναι κάπως χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα, παραμένει αμετάβλητη. Η θερμότητα μεταφέρεται από τον αέρα στο νερό μέχρι να εξατμιστεί όλο το νερό.

Για να διατηρείται το νερό (ή οποιοδήποτε άλλο υγρό) βράζει, πρέπει επίσης να του παρέχεται συνεχώς θερμότητα, για παράδειγμα, θερμαίνοντάς το με καυστήρα. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία του νερού και του δοχείου δεν αυξάνεται, αλλά σχηματίζεται μια ορισμένη ποσότητα ατμού κάθε δευτερόλεπτο.

Έτσι, για να μετατραπεί ένα υγρό σε ατμό με εξάτμιση ή με βρασμό, απαιτείται εισροή θερμότητας. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή μιας δεδομένης μάζας υγρού σε ατμό στην ίδια θερμοκρασία ονομάζεται θερμότητα εξάτμισης αυτού του υγρού.

Σε τι χρησιμοποιείται η ενέργεια που παρέχεται στο σώμα; Πρώτα απ 'όλα, να αυξήσει την εσωτερική της ενέργεια κατά τη μετάβαση από μια υγρή σε μια αέρια κατάσταση: τελικά, σε αυτήν την περίπτωση, ο όγκος μιας ουσίας αυξάνεται από τον όγκο του υγρού στον όγκο του κορεσμένου ατμού. Κατά συνέπεια, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων αυξάνεται και ως εκ τούτου η δυναμική τους ενέργεια.

Επιπλέον, όταν αυξάνεται ο όγκος μιας ουσίας, γίνεται εργασία ενάντια στις δυνάμεις της εξωτερικής πίεσης. Αυτό το μέρος της θερμότητας της εξάτμισης σε θερμοκρασία δωματίου είναι συνήθως ένα μικρό ποσοστό της συνολικής θερμότητας εξάτμισης.

Η θερμότητα της εξάτμισης εξαρτάται από τον τύπο του υγρού, τη μάζα και τη θερμοκρασία του. Η εξάρτηση της θερμότητας της εξάτμισης από τον τύπο του υγρού χαρακτηρίζεται από μια τιμή που ονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης.

Η ειδική θερμότητα εξάτμισης ενός δεδομένου υγρού είναι ο λόγος της θερμότητας της εξάτμισης ενός υγρού προς τη μάζα του:

(6.6.1)

που r - ειδική θερμότηταεξάτμιση υγρού? t- μάζα υγρού. Q nείναι η θερμότητα της εξάτμισης του. Η μονάδα SI για την ειδική θερμότητα εξάτμισης είναι το τζάουλ ανά κιλό (J/kg).

Η ειδική θερμότητα εξάτμισης του νερού είναι πολύ υψηλή: 2.256 10 6 J/kg σε θερμοκρασία 100 °C. Για άλλα υγρά (οινόπνευμα, αιθέρας, υδράργυρος, κηροζίνη κ.λπ.), η ειδική θερμότητα εξάτμισης είναι 3-10 φορές μικρότερη.