1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как рассчитать давление пара

Давление насыщенного пара при заданной температуре

В пожарных расчетах наиболее распространенным способом определения давления насыщенного пара при заданной температуре является расчет по уравнению Антуана:

; Рs ,

Рs — давление насыщенного пара, кПа;

tР — рабочая (заданная) температура, 0 С;

А, В, С — константы уравнения Антуана из справочной литературы [4].

( таблица 5 приложения).

Для нашей задачи:

Константы уравнения Антуана для толуола

А = 6,0507; В = 1328,17; С = 217,713.

кПа.

Давление насыщенного пара может быть так же определено по номограмме

Зная давление насыщенного пара можно рассчитать его концентрацию в паро-воздушной смеси и установить пожарную опасность смеси насыщенного пара с воздухом.

Зная величину давления насыщенного пара в емкости, можно определить объемную концентрацию паров жидкости при данных условиях. Величина давления насыщенного пара не зависит от объема жидкости в резервуаре.

Объемная концентрация паров (газов) в замкнутом объеме рассчитывается через давление насыщенного пара по формуле:

, % ,

jОБ — объемная концентрация газа или пара, %;

Р S— давление насыщенного пара при данной температуре, мм рт.ст., кПа,

МПа, атм; Р s рассчитывают по уравнению Антуана или определяют по

Р АТМ — внешнее давление, мм рт.ст., кПа, МПа, атм.

При температуре 10 0 С для бензола Р ПАР = 40 мм рт.ст.( по номограмме). Тогда

5,1 %

Определяем массовую концентрацию паров бензола.

Для этого воспользуемся формулой для определения массовой концентрации паров

jМАС — массовая концентрация, кг(г)/м 3 ;

Рs — давление насыщенного пара, мм рт.ст., кПа, МПА, атм;

Р АТМ — внешнее давление, мм рт.ст., кПа, МПа, атм;

М — молярная масса вещества, г/моль, кг/кмоль,

VМ — молярный объем газа или пара, л/моль, м 3 /кмоль.

Для нашей задачи:

VМ необходимо рассчитать.

м 3 /кмоль.

Рассчитаем массовую концентрацию паров бензола.

кг/м 3 = 177 г/м 3 .

Зная концентрационные пределы распространения пламени вещества и объемную концентрацию его паров, можно оценить взрывоопасность паров при заданной температуре. Так КПР бензола составляет от 1,4 до 7,1 % (объемных). Сравним этот интервал с полученной объемной концентрацией паров бензола при заданных условиях – 5,1 %. Можно сделать вывод, что данная концентрация паров бензола взрывоопасна.

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

СВОЙСТВА НАСЫЩЕННОГО ПАРА

Что это такое и как им пользоваться

Численные значения параметров теплоты, а также взаимосвязь между температурой и давлением, приведенные в настоящем Руководстве, взять из Таблицы «Свойства насыщенного пара».

Определение применяемых терминов:

Насыщенный пар

Чистый пар, температура которого соответствует температуре кипения воды при данном давлении.

Абсолютное давление

Абсолютное давления пара в барах (избыточное плюс атмосферное).

Зависимость между температурой и давлением

Каждому значению давления чистого пара соответствует определенная температура. Например: температура чистого пара при давлении 10 бар всегда равна 180°С.

Удельный объём пара

Масса пара, приходящаяся на единицу его объёма, кг/м3.

Теплота кипящей жидкости

Количество тепла, которое требуется чтобы повысить температуру килограмма воды от 0°С до точки кипения при давлении и температуре, указанных в Таблице. Выражается в ккал/кг.

Скрытая температура парообразования

Количество тепла в ккал/кг, необходимое для превращения одного килограмма воды при температуре кипения в килограмм пара. При конденсации одного килограмма пара в килограмм воды высвобождает такое же самое количество теплоты. Как видно из Таблицы, для каждого сочетания давления и температуры величина этой теплоты будет разной.

Полная теплота насыщенного пара

Сумма теплоты кипящей жидкости и скрытой теплоты парообразования в ккал/кг. Она соответствует полной теплоте, содержащейся в паре с температурой выше 0°С.

Как пользоваться таблицей

Кроме определения зависимости между давлением и температурой пара, Вы, также, можете вычислить количество пара, которое превратится в конденсат в любом теплообменнике, если известно передаваемое им количество теплоты в ккал. И наоборот, Таблицу можно использовать для определения количества переданной теплообменником теплоты если известен расход образующегося конденсата.

1 ккал = 4,186 кдж

1 кдж = 0,24 ккал

1 бар = 0,102 МПа

ПАР ВТОРИЧНОГО ВСКИПАНИЯ

Что такое пар вторичного вскипания:

Когда горячий конденсат или вода из котла, находящиеся под определенным давлением, выпускают в пространство, где действует меньшее давление, часть жидкости вскипает и превращается в так называемый пар вторичного вскипания.

Почему он имеет важное значение :

Этот пар важен потому, что в нем содержится определенное количество теплоты, которая может быть использована для повышения экономичности работы предприятия, т.к. в противном случае она будет безвозвратно потеряна. Однако, чтобы получить пользу от пара вторичного вскипания, нужно знать как в каком количестве он образуется в конкретных условиях.

Если воду нагревать при атмосферном давлении, ее температура будет повышаться пока не достигнет 100°С – самой высокой температуры, при которой вода может существовать при данном давлении в виде жидкости. Дальнейшее добавление теплоты не повышает температуру воды, а превращает ее в пар.

Теплота, поглощенная водой в процессе повышения температуры до точки кипения, называется физической теплотой или тепло-содержанием. Теплота, необходимая для превращения воды в пар, при температуре точки кипения, называется скрытой теплотой парообразования. Единицей теплоты, в общем случае, является килокалория (ккал), которая равна количеству тепла, необходимому для повышения температуры одного килограмма воды на 1°С при атмосферном давлении.

Однако, если воду нагревать при давлении выше атмосферного, ее точка кипения будет выше 100°С, в силу чего увеличится также и количество требуемой физической теплоты. Чем выше давление, тем выше температура кипения воды и ее теплосодержание. Если давление понижается, то теплосодержание также уменьшается и температура кипения воды падает до температуры, соответствующей новому значению давления. Это значит, что определенное количество физической теплоты высвобождается. Эта избыточная теплота будет поглощаться в форме скрытой теплоты парообразования, вызывая вскипание части воды и превращение ее в пар. Примером может служить выпуск конденсата из конденсатоотводчика или выпуск воды из котла при продувке. Количество образующегося при этом пара можно вычислить.

Конденсат при температуре пара 179,9 °C и давлении 10 бар обладает теплотой в количестве 182, 1ккал/кг. См. Колонку 5 таблицы параметров пара. Если его выпускать в атмосферу, т.е. при абсолютном давлении 1 бар, теплосодержание конденсата сразу же упадет до 99,7 ккал/кг. Избыток теплоты в количестве 82,3 ккал/кг вызовет вторичное вскипание части конденсата. Величину части конденсата в %, которая превратится в пар вторичного вскипания, определяют следующим образом :

Разделите разницу между теплосодержанием конденсата при большем и при меньшем давлениях на величину скрытой теплоты парообразования при меньшем давлением значении давления и умножьте результат на 100.

Выразив это в виде формулы, получим :

% пар вторичного вскипания

q1 = теплота конденсата при большем значении давления до его выпуска

q2 = теплота конденсата при меньшем значении давления, т.е. в пространстве, куда производится выпуск

r = скрытая теплота парообразования пара при меньшем значении давления, при котором производится выпуск конденсата

% пара вторичного вскипания =

График 2.

Объем пара вторичного вскипания при выпуске одного кубического метра конденсата в систему с атмосферным давлением.

Для упрощения расчетов, на графике показано количество пара вторичного вскипания, которое будет образовываться, если выпуск конденсата будет производится при разных давлениях на выходе

Пар… основные понятия

Влияние присутствия воздуха на температуру пара

Рис. 1 поясняет, к чему приводит присутствие воздуха в паропроводах, а в Таблице 1 и на Графике 1 показана зависимость снижения температуры пара от процентного содержания в нем воздуха при различных давлениях.

Влияние присутствия воздуха на теплопередачу

Воздух, обладая отличными изоляционными свойствами, может образовать, по мере конденсации пара, своеобразное «покрытие» на поверхностях теплопередачи и значительно понизить ее эффективность.

При определенных условиях, даже такое незначительное количество воздуха в паре как 0,5% по объему может уменьшить эффективность тепло — передачи на 50%. См. Рис.1

СО2 в газообразной форме, образовавшись в котле и перемещаясь вместе с паром, может растворится в конденсате, охлажденном ниже температуры пара, и образовать угольную кислоту. Эта кислота весьма агрессивна и, в конечном итоге «проест» трубопроводы и теплообменное оборудование. См. Рис.2. Если в систему попадает кислород, он может вызвать питтинговую коррозию чугунных и стальных поверхностей. См. Рис. 3.

Паровая камера со 100% содержанием пара. Общее давление 10 бар. Давления пара 10 бар температура пара 180°С

Рис.1. Камера, в которой находится смесь пара и воздуха, передает только ту часть теплоты, которая соответствует парциальному давлению пара, а не полному давлению в ее полости.

Паровая камера с содержанием пара 90%

И воздуха 10%. Полное давление 10 бар. Давление

Пара 9 бар, температура пара 175,4°С

Снижение температуры паро-воздушной смеси в зависимости от содержания воздуха

Температура насыщ. пара

Температура паро-воздушной смеси от к-ва воздуха в объему,°С

Как рассчитать давление пара

«Физика — 10 класс»

Как вы думаете, что будет происходить с насыщенным паром, если уменьшить занимаемый им объём: например, если сжимать пар, находящийся в равновесии с жидкостью в цилиндре под поршнем, поддерживая температуру содержимого цилиндра постоянной?

При сжатии пара равновесие начнёт нарушаться. Плотность пара в первый момент немного увеличится, и из газа в жидкость начнёт переходить большее число молекул, чем из жидкости в газ. Ведь число молекул, покидающих жидкость в единицу времени, зависит только от температуры, и сжатие пара это число не меняет. Процесс продолжается до тех пор, пока вновь не установится динамическое равновесие и плотность пара, а значит, и концентрация его молекул не примут прежних своих значений. Следовательно,

концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.

Так как давление пропорционально концентрации молекул (р = nkT), то из этого определения следует, что давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объёма.

Давление рн. п пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара всё большая часть его переходит в жидкое состояние. Жидкость данной массы занимает меньший объём, чем пар той же массы. В результате объём пара при неизменной его плотности уменьшается.

Газовые законы для насыщенного пара несправедливы (при любом объёме при постоянной температуре давление насыщенного пара одинаково). В то же время состояние насыщенного пара достаточно точно описывается уравнением Менделеева-Клапейрона.

>Если пар постепенно сжимают при постоянной температуре, а превращение его в жидкость не происходит, то такой пар называют ненасыщенным.

При уменьшении объёма (рис. 11.1) давление ненасыщенного пара увеличивается (участок 1—2) подобно тому, как изменяется давление при уменьшении объёма идеального газа. При определённом объёме пар становится насыщенным, и при дальнейшем его сжатии происходит превращение его в жидкость (участок 2—3). В этом случае над жидкостью уже будет находиться насыщенный пар.

Как только весь пар превратится в жидкость, дальнейшее уменьшение объёма вызовет резкое увеличение давления (жидкость малосжимаема).

Однако пар превращается в жидкость не при любой температуре. Если температура выше некоторого значения, то, как бы мы ни сжимали газ, он никогда не превратится в жидкость.

>Максимальная температура, при которой пар ещё может превратиться в жидкость, называется критической температурой.

Каждому веществу соответствует своя критическая температура, у гелия Tкр = 4 К, у азота Tкр = 126 К.

Состояние вещества при температуре выше критической называется газом; при температуре ниже критической, когда у пара есть возможность превратиться в жидкость, — паром.

Свойства насыщенного и ненасыщенного пара различны.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Состояние насыщенного пара, как показывает опыт, приближённо описывается уравнением состояния идеального газа (10.4), а его давление определяется формулой

С ростом температуры давление растёт.

Так как давление насыщенного пара не зависит от объёма, то, следова тельно, оно зависит только от температуры.

Однако зависимость давления рн. п от температуры Т, найденная экспериментально, не является прямо пропорциональной, как у идеального газа при постоянном объёме. С увеличением температуры давление реального насыщенного пара растёт быстрее, чем давление идеального газа (рис. 11.2, участок кривой АВ). Это становится очевидным, если провести изохоры идеального газа через точки А и В (штриховые прямые). Почему это происходит?

При нагревании жидкости в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. В результате согласно формуле (11.1) давление насыщенного пара растёт не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.

В основном увеличение давления при повышении температуры определяется именно увеличением концентрации. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объёма при постоянной температуре) изменяется масса пара.

Почему составляются таблицы зависимости давления насыщенного пара от температуры и нет таблиц зависимости давления газа от температуры?

Жидкость частично превращается в пар, или, напротив, пар частично конденсируется. С идеальным газом ничего подобного не происходит.

Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным и его давление при постоянном объёме будет возрастать прямо пропорционально абсолютной температуре (см. рис. 11.2, участок кривой ВС).

Кипение.

По мере увеличения температуры жидкости интенсивность испарения увеличивается. Наконец, жидкость начинает кипеть. При кипении по всему объёму жидкости образуются быстро растущие пузырьки пара, которые всплывают на поверхность.

Кипение — это процесс парообразования, происходящий по всему объёму жидкости при температуре кипения.

При каких условиях начинается кипение?

На что расходуется при кипении подводимое к жидкости тепло с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

Температура кипения жидкости остаётся постоянной. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение её в пар.

В жидкости всегда присутствуют растворённые газы, выделяющиеся на дне и стенках сосуда, а также на взвешенных в жидкости пылинках, которые являются центрами парообразования. Пары жидкости, находящиеся внутри пузырьков, являются насыщенными. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает и пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают вверх. Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает, и пузырьки захлопываются. Захлопывание происходит настолько быстро, что стенки пузырька, сталкиваясь, производят нечто вроде взрыва. Множество таких микровзрывов создаёт характерный шум. Когда жидкость достаточно прогреется, пузырьки перестанут захлопываться и всплывут на поверхность. Жидкость закипит.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависит от давления на её поверхность. Пузырёк пара может расти, когда давление насыщенного пара внутри его немного превосходит давление в жидкости, которое складывается из давления воздуха на поверхность жидкости (внешнее давление) и гидростатического давления столба жидкости.

Обратим внимание на то, что испарение жидкости происходит и при температурах, меньших температуры кипения, но только с поверхности жидкости, при кипении же образование пара происходит по всему объёму жидкости.

Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается и становится чуть больше давления в жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.

Так, в паровом котле при давлении, достигающем 1,6 • 10 6 Па, вода не кипит и при температуре 200 °С. В медицинских учреждениях в герметически закрытых сосудах — автоклавах (рис. 11.3) кипение воды также происходит при повышенном давлении. Поэтому температура кипения жидкости значительно выше 100 °С. Автоклавы применяют, например, для стерилизации хирургических инструментов, ускорения приготовления пищи (скороварка), консервации пищи, проведения химических реакций.

И наоборот, уменьшая внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения.

Откачивая насосом воздух и пары воды из колбы, можно заставить воду кипеть при комнатной температуре. При подъёме в горы атмосферное давление уменьшается, поэтому уменьшается температура кипения. На высоте 7134 м (пик Ленина на Памире) давление приближённо равно 4 • 10 4 Па (300 мм рт. ст.). Вода кипит там примерно при 70 °С. Сварить мясо в этих условиях невозможно.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от свойств жидкости. При одной и той же температуре давление насыщенного пара разных жидкостей различно.

Например, при температуре 100 °С давление насыщенных паров воды равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.), а паров ртути — всего лишь 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Так как кипение происходит при той же температуре, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению, то вода при 100 °С закипает, а ртуть нет. Кипит ртуть при температуре 357 °С при нормальном давлении.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основы термодинамики. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Как рассчитать давление пара

Решение: Давление пара над раствором нелетучего вещества в растворителе всегда ниже давления пара над чистым растворителем при той же температуре. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором согласно закону Рауля выражается соотношением

где p0 – давление пара над чистым растворителем;

p – давление пара растворителя над раствором;

n – количество растворенного вещества, моль;

N – количество растворителя, моль.

Количество растворенного вещества и растворителя: n=34,23/342,30=0,1 моль; N = 45,05/18,02= 2,5моль.

Давление пара над раствором:

Пример 2. Рассчитайте молекулярную массу неэлектролита, если 28,5 г этого вещества, растворенного в 785 г воды, вызывают понижение давления пара воды над раствором на 52,37 Па при 40 °С. Давление водяного пара при этой температуре равно 7375,9 Па.

Решение: Относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно

Находим:

здесь mx – масса нэлектролита, молярная масса которого Mx г/моль.

0,309Mx + 0,202=28,5;

Молекулярная масса неэлектролита равна

1 Давление пара эфира при 30 0 С равно 8, 64∙10 4 Па. Сколько молей неэлектролита надо растворить в 50 молях эфира, чтобы понизить давление пара при данной температуре на 2666 Па? Ответ: 1,6 моля.

2 Понижение давления пара над раствором, содержащим 0,4 моля анилина в 3,04 кг сероуглерода, при некоторой температуре, равно 1003,7 Па. Давление пара сероуглерода при той же температуре 1,0133∙10 5 Па. Вычислите молекулярную массу сероуглерода. Ответ: 76,0.

3 При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 62 г фенола С6H5ОН в 60 молях эфира, равно 0,507∙10 5 Па. Найдите давление пара эфира при этой температуре. Ответ: 0,513∙10 5 Па.

4 Давление пара воды при 50 0 С равно 12334 Па. Вычислите давление пара раствора, содержащего 50 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2 в 900 г воды. Ответ: 12140 Па.

5 Определите давление пара над раствором, содержащим 1,212∙10 23 молекул неэлектролита в 100 г воды при 100 0 С. Давление пара воды при 100 °С равно 1,0133∙10 5 Па. Ответ: 0,98∙10 5 Па.

6 Давление водяного пара при 65 0 С равно 25003 Па. Определите давление пара над раствором, содержащим 34,2 г сахара С12H22O11 в 90 г воды при этой температуре. Ответ: 24512 Па.

7 Вычислите молекулярную массу глюкозы, если давление водяного пара над раствором 27 г глюкозы в 108 г воды при 100 0 С равно 98775,3 Па. Ответ: 180.

8 Давление пара воды при 100 0 С равно 1,0133∙10 5 Па. Вычислите давление водяного пара над 10%-ным раствором мочевины СО(NН2)2 при этой температуре. Ответ: 0,98∙10 5 Па.

9 Давление пара над раствором 10,5 г неэлектролита в 200 г ацетона (СН3)2CO равно 21854,4 Па. Давление пара ацетона при этой температуре равно 23939,35 Па. Найдите молекулярную массу неэлектролита. Ответ:32,0.

10 Рассчитайте молекулярную массу неэлектролита, если при 20 0 С давление водяного пара над 63%-ным водным раствором этого неэлектролита равно 1399,40 Па. Давление паров воды при этой температуре равно 2335,42Па. Ответ: 46, 0.

11 Давление пара воды при 25 0 С составляет 3167 Па. Вычислить для этой температуры давление пара раствора, в 450 г которого содержится 90 г глюкозы С6Н1206. Ответ: 3090 Па.

12 Давление пара воды при 20 0 С составляет 2338 Па. Сколько граммов сахара C12H22O11 следует растворить в 720 г воды для получения раствора, давление пара которого на 18,7 Па меньше давления пара воды? Вычислить процентное содержание сахара в растворе. Oтвет: 109 г; 13,5%.

13 При 0 0 С давление пара эфира (C2H5)2O составляет 2465 Па. Найдите для той же температуры: а) давление пара 5%-ного раствора анилина С6Н5NH2 в эфире; б) давление пара 10%-ного раствора бензойной кислоты С6Н5СООН в эфире. Ответ: а) 23,65 кПа; б) 23,09 Па.

14При 32 0 С давление пара водного раствора некоторого неэлектролита составляет 4721 Па, а давление пара воды при той же температуре 4753 Па. Вычислить осмотическое давление при той же температуре, приняв плотность раствора равной единице. Ответ: 622 кПа.

15 Осмотическое давление водного раствора глицерина С3Н8О3 составляет при 0 0 С 567,3 кПа. Приняв плотность раствора равной единице, вычислить давление пара раствора при 0 0 С, если давление пара воды при той же температуре составляет 610,5 Па. Ответ: 608 Па.

16 Чему равно давление пара раствора, содержащего 46 г глицерина С3Н803 в 900 г воды при 40 0 С, если давление пара воды при той же температуре 55,32 мм рт. ст. Ответ: 55,1 мм рт.ст.

17 Давление пара раствора 27 г неэлектролита в 108 г воды при 75 0 С равно 270,1 мм рт.ст. Вычислить молекулярную массу неэлектролита, если давление пара воды при 75 0 С равно 289,1 мм рт.ст. Ответ: 68,5.

18 Давление пара раствора 8,89 г неэлектролита в 100 г воды при 0 0 С равно 4,54 мм рт.ст. Вычислить молекулярную массу неэлектролита, если давление пара воды при 0 0 С равно 4,58 мм рт.ст. Ответ: 183,2.

19 Давление пара водного раствора глюкозы С6Н12О6 при 75 0 С равно 250 мм рт.ст. Вычислить процентную концентрацию раствора, если давление пара воды при 75 °С равно 289,1 мм рт.ст. Ответ: 58,3%.

20 Давление пара чистого ацетона (СН3)2СO при 20 0 С равно 179,6 мм рт.ст. Вычислить давление пара раствора 2,5 г камфоры С10Н16О в 100 г ацетона при той же температуре. Ответ: 177,9 мм рт.ст.

21 Давление пара раствора глицерина С3Н8О3 в воде при 40 0 С равно 50мм рт.ст. Сколько приблизительно молекул воды приходится на одну молекулу глицерина в указанном растворе? Давление пара воды при 40 0 С равно 55,32 мм рт.ст. Ответ:

22 Давление пара эфира (С2Н5)2 O при 30 0 С равно 647,9 мм рт.ст.; давление пара раствора 3,1 г анилина в 370 г эфира при той же температуре равно 643,58 мм рт.ст. Вычислить молекулярную массу анилина. Ответ: 93.

23 Давление пара воды при 40 0 С равно 55,32 мм рт.ст. Вычислить понижение давления пара при растворении 0,2 моль вещества в 540 г воды. Ответ: 334 мм рт.ст.

24 Давление пара эфира при 30 0 С равно 648 мм рт.ст. Сколько молей вещества надо растворить в 40 моль эфира, чтобы понизить давление пара при данной температуре на 10 мм рт.ст.? Ответ: 0,627 моль.

25 Давление пара воды при 75 0 С равно 289,1 мм рт. ст. В скольких молях воды нужно растворить 0,4 моль вещества, чтобы при данной температуре понизить давление пара на 9 мм рт.ст.? Ответ: 12,45 моль.

26 Давление пара воды при 55 0 С равно 633,9 мм рт.ст. Вычислить давление пара раствора, содержащего 29 г фенола С6Н5ОH в 900 г воды. Ответ: 630,7 мм рт.ст.

27 Давление пара воды при 100 °С равно 760 мм рт.ст. Вычислить давление пара над 4%-ным раствором мочевины СО(NН2)2 при этой температуре. Ответ: 750,6 мм рт.ст.

28 При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 31 г анилина С6H5NH2 в 30 моль эфира, равно 540,8 мм рт.ст. Вычислить давление пара эфира при этой температуре. Ответ: 546,8 мм рт.ст.

29 Над раствором, содержащим 5,59 маннозы в 180 г воды, давление пара при 80 0 С равно 354 мм рт.ст., а давление пара воды при этой температуре 355,1 мм рт.ст. Вычислить молекулярную массу маннозы. Ответ: 180.

30 При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 2,44 г бензойной кислоты в 370,0 г эфира С4Н10О, равно 917,5 мм рт.ст. Давление пара эфира при этой температуре 921,2 мм рт.ст. Вычислить молекулярную массу бензойной кислоты. Ответ: 122.

Водяного пара формула

Земля несет на себе огромное количество источников воды, начиная от стратосферных до глубинных. Вода бывает в трех агрегатных состояниях: жидкое, твердое и газообразное, именно поэтому водяной пар это та же вода только в видоизмененном состоянии. Гигросфера в жизнедеятельности нашей планеты играет огромную роль, даже можно сказать основополагающую, она присутствует в формировании физической среды, химической среды и участвует в климатических и погодных явлениях. Развитие водных ресурсов сопровождалось развитием литосферы, атмосферы и всего живого.

Древнейшие философы знали о существовании четырех стихий, одной из которых была вода. Кавендиш провел опыт по сжиганию водорода, однако он не занялся этим открытием вплотную. Однако через два года после него Лавуазье вывел такое соединение как вода, доказал, что это не элемент, а молекула. Позднее уже в 1819 ученые установили вес воды, когда стали пропускать водород через оксид меди и взвешивать показатели.

Когда дело дошло до изучения пара, то появились тоже интересные открытия, хоть пар мы и видим, например, который выходит из чайника, на самом деле он невидим. В данном случае мы его видим только потому, что в нем содержатся мельчайшие капельки воды. Свойства пара ровно, как и свойства воды очень важны для существования всего живого. Под воздействием тепла и солнца происходит испарение со всей поверхности земного шара, вода поднимается с морей, океанов, рек. Уже в атмосфере пары превращаются в конденсат и возвращаются назад как дождевые осадки или осадки снега, бывает и града. Если круговорота не происходило, сухость убила бы все живое. Распространенные устройства работающие на пару бывают в быту и на производстве, причем их названия в большинстве своем имеют слово «пар» в названии, ну есть не касаться утюга, однако часто встречается понятие паровой утюг.

Наша планета содержит более 16 миллиардов километров кубических воды, это примерно 0.25 % от общей массы земного шара. Вода – это сложное вещество, ее молекула H2O состоит из водорода (2 атома) и кислорода. Кинетическая энергия молекулы представлена следующей формулой: . Если посмотреть на уравнение, то энергия представлена в виде шести частей, где три поступательные степени свободы и три вращательные степени свободы. На одну степень приходится энергия 1/2 kT, где k=Rm/NA= 1,3807·10-23 Дж/К (это постоянная Больцмана). В уравнении t предсталена абсолютной температурой, NA = 6,0220·1023 моль — Авогадро, kNA=Rm= 8,3144 Дж/(моль·К) число универсальной газовой постоянной.

Уравнение полной кинетической молекулы:

Уравнение кинетической энергии пара на один грамм молекулы:

Кинетическая энергия при постоянном объеме: по этой форме удельная теплоемкость пара определена в 25 Дж/(моль·К). Cv для водяного пара примерно 27.8 Дж/(моль·К). Изучая воду и ее молекулу исследование показывает, что ее структура как равнобедренный треугольник, вершина его это атом кислорода, в основаниях находятся по одному атому водорода.

Давление водяного пара (насыщенного)

Паром называется агрегатное состояние воды в виде газообразного состояния вещества, данная фаза может переходить в жидкость или в твердое вещество, одного и того же вещества. Появление пара из фазы твердого вещества называется парообразованием или испарением. Процесс обратного превращения называется конденсацией. Пар насыщенный представлен в виде пара, который достиг определенного равновесия с жидкостью. Возьмем сосуд, закрываем его и ставим в состояние постоянной температуры. В сосуде будет происходить испарение, распределение кинетической энергии при движении тепла. При испарении увеличивается число молекул. Концентрация вещества в состоянии пара при испарении достигает определенного значения, когда молекулы, возвращающиеся в жидкость равны количеству молекул, которые покидают ее.

Смотреть видео «Водяного пара формула»

Равновесие между испарением и конденсацией становится динамическим. Пар, получающийся в данном случае, называется насыщенным паром. Если пар находится под давлением ниже насыщенного, он называется ненасыщенным. Испарение насыщенного пара может быть как над водой, так и надо льдом. В данном случае существуют так же определенные формулы. Чтобы достичь состояния полного насыщения воздух должен поглощать достаточное количество водяного пара, что зависит и от температуры и от давления. Давлением насыщенного пара является максимальное парциальное давление водяного пара.

Психрометрическая таблица

Атмосферный воздух содержит в себе пары водяного пара, меняется лишь его объем в малом процентном содержании. Водяной пар характеризуется разными величинами, отчего и составляется «водяная» формула. Абсолютной влажностью называется количество водяного пара на кубометр воздуха в граммах. Упругость исчисляется в геопаскалях, а упругость насыщения это максимальная упругость. Для решения различных уравнений с паром нужно знать и такую величину как относительная влажность, процентное соотношение упругости пара к упругости насыщения при определенной температуре. Дефицитом влажности считают разницу упругости насыщения пара и фактической величины упругости. Влажность воздуха в основном измеряется психометрическим методом с помощью психрометра. Психрометрические измерения рассчитываются по следующей формуле: e = E’ — A (t — t’) P.

Уравнение Менделеева – Клапейрона

Газы в химической реакции могут стать как продуктами, так и реагентами. В нормальных условиях реакции не всегда можно дождаться, а значит нужно определить моли в этих условиях.

Состояние идеального газа по уравнению Менделеева – Клапейрона: PV = nRT.

— количество молей определяется числом n;

— газовое давление P;

— газовая температура T;

— постоянная газовая R.

Водяным паром может стать любое вещество, подвергающееся давлению и температуре и способное меняться в фазовых состояниях. Вещество, способное переходить из одной фазы в другую характеризует этот переход как фазовое превращение. Свойства водяного пара отличаются от свойств, например воды или льда, в особенности это касается плотности, а объяснить это можно с молекулярной точки зрения. Пар из жидкости образуется с помощью испарения или кипения. Испарение – это процесс, происходящий на свободной поверхности жидкого вещества при разных температурах. Кипением называется парообразование во всей массе жидкого вещества. Парообразование начинается тогда, когда жидкость достигает температуры кипения или насыщения, она зависит от происхождения вещества и его давления. Давление при температуре насыщения называется давлением насыщения. Сухой насыщенный пар не содержит в себе ни одной капли жидкого вещества.

Формула степени сухости влажного пара определяется формулой: x=mс.п./mе.п./

Процесс парообразования и перегрева

При парообразовании жидкость, доведенная до состояния кипения, превращается в пар. Этот процесс является изобарно-термическим. Теория состояния вещества в его агрегатных фазах создана Ломоносовым. Паросиловые установки работают от такого рабочего тела, как перегретый пар.

Последовательность процессов получения перегретого пара:

Наука стремительно развивается и за последнее тысячелетие много чего поменялось, появился интерес к изучению воды и различного рода явлениям с ее участием. Методики уравнений стали заменяться, на программное обеспечение и все больше систематизированы и автоматизированы. Диаграммы наравне с формулами являются главнейшими процессами рассмотрения процессов детализировано и точно.

При перегреве в том давлении, которое присутствует в данную минуту, в момент появления сухого насыщенного пара увеличивается объем и температура. Перегретый пар – это пар, когда его собственная температура превышает температуру кипения.

Уравнение Клайперона – Клазиуса

Еще одно применимое уравнение для разных агрегатных состояний. Чаще его использование применимо к процессам перехода воды в состояние пара, но и когда твердое вещество превращается в жидкость уравнение уместно. Клайперон разработал некую зависимость температуры пара, объема и теплоты в 1834 году, после чего уравнение было так и названо. Его используют при определении теплоты плавления, сублимации и образования пара. Например, одним из способов такого уравнения признан цикл Карно. Цикл определяется как a-b-c-d, где давление dp, а температура dT. Насыщенность будет определена как a-b и c-d, или изобара и изотерма. Если положим точку a на нижнюю границу с кривой, а b на верхнюю, то КПД цикла рассчитается по следующей формуле nt=dl/ql=T1-T2/T1.

Водяной пар, как газообразное состояние воды имеет свои свойства, и применим в разных сферах, рассчитывается по формулам, диаграммам и уравнениям. Превращение водяного пара в другие агрегатные состояния увлекательный и интересный процесс, встречается и в природе, изучается в школах и высших учебных заведениях.

Таблица насыщенного пара

В статье приведен фрагмент таблицы насыщенного и перегретого пара. С помощью этой таблицы по значению давления пара определяются соответствующие значения параметров его состояния.

Теплота парообразования (конденсирования)

Расширенная таблица насыщенного пара

Столбец 1: Давление пара (p)

В таблице указано абсолютное значение давления пара в бар. Этот факт необходимо иметь ввиду. Когда речь идет о давлении, как правило говорят об избыточном давлении, которое показывает манометр. Однако, инженеры-технологи в своих расчетах используют значение абсолютного давления. В практике эта разница часто приводит к недоразумениям и обычно с неприятными последствиями.

С введением системы СИ было принято, что в расчетах должно использоваться только абсолютное давление. Все приборы измерения давления технологического оборудования (кроме барометров) в основном показывают избыточное давление, мы подразумеваем абсолютное давление. Под нормальными атмосферными условиями (на уровне моря) понимают барометрическое давление 1 бар. Избыточное давление обычно указывается в бари (barg).

Столбец 2: Температура насыщенного пара (ts)

В таблице, наряду с давлением, приведена соответствующая температура насыщенного пара. Температура при соответствующем давлении определяет точку кипения воды и таким образом температуру насыщенного пара. Значения температуры в этом столбце определяют также температуру конденсации пара.

При давлении 8 бар температура насыщенного пара составляет 170оС. Конденсат, образованный из пара при давлении 5 бар, имеет соответствующую температуру 152 оС.

Столбец 3: Удельный объем (v”)

Удельный объем указывается в м3/кг. С увеличением давления пара величина удельного объема уменьшается. При давлении 1 бар удельный объем пара составляет 1,694 м3/кг. Или иначе говоря 1 дм3 (1 литр или 1 кг) воды при испарении увеличивается в объеме в 1694 раза по сравнению с первоначальным жидким состоянием. При давлении 10 бар удельный объем составляет 0,194 м3/кг, что в 194 раза больше, чем у воды. Значение удельного объема используются в расчетах диаметров паро- и конденсатопроводов.

Столбец 4: Удельный вес (ρ=ро)

Удельный вес (также называется плотность) указан в кДж/кг. Он показывает, сколько килограмм пара содержится в 1 м3 объема. С увеличением давления удельный вес увеличивается. При давлении 6 бар пар объемом 1м3 имеет вес 3,17 кг. При 10 бар – уже 5,15 кг и при 25 бар – более 12,5 кг.

Интересно будет прочитать: Парообразование и испарение воды

Столбец 5: Энтальпия насыщения (h’)

Энтальпия кипящей воды указана в кДж/кг. Значения в этом столбце показывают, какое количество тепловой энергии необходимо, чтобы 1 кг воды при определенном давлении довести до состояния кипения, или какое количество тепловой энергии содержит конденсат, который при том же давлении сконденсировался из 1 кг пара. При давлении 1 бар удельная энтальпия кипящей воды составляет 417,5 кДж/кг, при 10 бар – 762,6 кДж/кг, и при 40 бар – 1087 кДж/кг. С увеличением давления пара энтальпия воды увеличивается, причем ее доля в суммарной энтальпии пара при этом постоянно растет. Это значит, чем выше давление пара, тем больше тепловой энергии остается в конденсате.

Столбец 6: Суммарная энтальпия (h”)

Энтальпия указан в кДж/кг. В этом столбце таблицы приведены значения энтальпии пара. Из таблицы видно, что энтальпия растет до давления 31 бар и при дальнейшем увеличении давления снижается. При давлении 25 бар значение энтальпии 2801 кДж/кг. Для сравнения значение энтальпии при 75 бар составляет 2767 кДж/кг.

Столбец 7: Тепловая энергия парообразования (конденсации) (r)

Энтальпия парообразования (конденсации) указана в кДж/кг. В этом столбце приведены значения количества тепловой энергии, которое требуется для полного испарения 1 кг кипящей воды при соответствующем давлении. И наоборот – количество тепловой энергии, которое высвобождается в процессе полной конденсации (насыщенного) пара при определенном давлении.

При давлении 1 бар r = 2258 кДж/кг, при 12 бар r = 1984 кДж/кг и при 80 бар r = лишь 1443 кДж/кг. С увеличением давления количество тепловой энергии парообразования или конденсации снижается.

При увеличении давления пара количество тепловой энергии, необходимое для полного испарения кипящей воды, уменьшается. И в процессе конденсации насыщенного пара при соответствующем давлении высвобождается меньше тепловой энергии.

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»

Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector