Критическое температура и критическое давление

Реальные газы. Критические температура и давление

Критическое температура и критическое давление

Газообразное состояние вещества. Идеальный газ. Смесь идеальных газов.

Различия между 3-мя агрегатными состояниями определяются расстоянием между молекулами и степенью их взаимодействия.

В газе атомы и молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, значительно превышающих размеры самих частиц, поэтому силы взаимодействия между частицами очень малы.

В жидкостяхрасстояние между молекулами сравнительно невелики, а силы сцепления между частицами намного больше, чем в газе.

Жидкости легко принимают любую форму, но оказывают сильно противодействие изменению V. Это указывает на то, что в жидкости значительно проявляют себя силы отталкивания между молекулами.

В твердых телахпри очень незначительном расстоянии между молекулами, атомами или ионами, силы отталкивания становятся соизмерными силами притяжения. И в результате взаимодействия обеих сил, при достаточно низких температурах, указанные частицы фиксируются в определенных положениях друг относительно друга, образуя кристаллическую решетку.

Идеальный газ.Газ состоит из молекул, двигающихся прямолинейно (от 1 столкновения до другого) с большой скоростью. Основными свойствами газа является отсутствие формы, малые плотность и вязкость.

Идеальным называетсягаз,у которого собственный V молекул пренебрежимо мал по сравнению с V, занимаемым газом, и между молекулами которого отсутствует взаимодействие.

Свойства идеального газа описываются уравнением состояния Менделеева-Клапейрона (М-К)

Смесь идеальных газов.Компонентный состав смеси газов может быть выражен в массовых и объемных долях или %, а также в молярных долях.

Т.к. V-ы 1 моля идеального газа при одинаковых условиях, по закону Авогадро, имеют одно и тоже численное значение, то молярные доли газов = V-ой доле

Связь между массовым и объемным, процентным составом имеет вид:

Они тем больше, чем выше Р и ниже Т. Отклонения реальных газов от идеального состояния:

· Силами притяжения между молекулами

· Собственным V молекул

Взаимное притяжение приводит к уменьшению расстояния между молекулами, и вызывает уменьшение V, занимаемого газом.

Действует некоторое добавочное Р, приложенное из вне к газу. Это Р получило название внутреннего.

Собственный V уменьшается пространство между молекулами и влияет на длину их свободного пробега.

При высоких Р и низких Т расстояние между молекулами газа настолько уменьшается, а силы притяжения настолько увеличиваются, что газ может перейти в жидкое состояние.

Критические температура и давление.Критическая Т (Ткр) –это максимальная Т, при которой паровая и жидкая фазы могут находиться в равновесии. Выше Ткр существование жидкой фазы невозможно.

При Т>Ткр нет различий между газообразным и жидким состояниями. Существует единое аморфное состояние, названноефлюидным или мезоморфным.

При Ткр для сжижения газа требует наиб.давление, которое также называется критическим (Ркр)

14. Жидкое состояние вещества. Давление насыщенного пара. Испарение и кипение жидкостей.По сравнению с газами внутреннее строение жидкости значительно сложнее, поэтому описание свойств жидкости через уравнение состояния невозможно.

Важные свойства жидкости:

· Давление насыщенного пара

· Т кипения

· Теплота испарения

· Вязкость

· Поверхностное натяжение

Испарение –непрерывный процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.

Кипение – парообразование при Т, когда давление насыщенного пара = внешнему давлению.

Насыщенным называетсяпар, который находится в равновесии с жидкостью. (Скорость испарения = скорость конденсации)

Давление насыщенного пара зависит от природы жидкости и Т.

15. Вязкость жидкостей. Зависимость вязкости от температуры, давления и природы вещества. Вязкость –внутреннее трение, возникающее между слоями, движущейся жидкости, причиной возникновения трения являются внутренние силы: притяжение между молекулами и хаотическое тепловое движение молекул.

F=М*S du/dx –Закон Ньютона, где М – коэффициент трения, S – площадь, между двумя перемещающимися слоями жидкости, U – скорость движения слоев жидкости, X – расстояние между ними, du/dx – градиент скорости перемещения.

Мерой вязкости служит коэффициент трения– М (или динамическая вязкость)

С увеличение температуры вязкость жидкости уменьшается.При этом увеличивается энергия теплового движения молекул. В результате чего, возрастает число молекул.

С повышением давления, вязкость жидкости увеличивается. Чем сложнее структура молекулы, тем больше влияние давления.

В гомологическом ряду предельных углеводородов, влияние давления на вязкость повышается при увеличении длины углеводородной цепи.

Самое главное влияние на вязкость жидкостей, помимо физических условий (T и P), оказывает их природа (строение и полярность молекул, тип химической связи, межмолекулярное взаимодействие): 1) Вязкость возрастает с увеличением молекулярной массы жидкости., возрастает притяжение молекул друг к другу, поэтому возрастает вязкость. 2)Вязкость жидкости резко возрастает с увеличением электрического момента диполя молекул. 3)Вязкость жидкости зависит от пространственной структуры молекул. Чем сложнее строение молекул, тем вязкость больше.

Источник: https://studopedia.su/15_93481_realnie-gazi-kriticheskie-temperatura-i-davlenie.html

ПОИСК

Критическое температура и критическое давление

Таблица 4. Критические температуры и давления для ряда веществ

    Из уравнения Ван-дер-Ваальса следует, что при некотором значении температуры, повышая давление газа, его можно превратить в жидкость.

Однако для каждого газа существует такая температура, выше которой он никаким повышением давления не может быть переведен в жидкость. Эта температура называется критической Г р-Давление насыщенных паров, соответствующее критической температуре, называется критическим давлением Р р.

Объем паров при критических температуре и давлении называется критическим объемом. В критической точке исчезает граница между газообразным и жидким состоянием. [c.45]

    С. Фазовое равновесие углеводородов. При расчете свойств смесей можно использовать целый ряд характеристик.

Такие характеристики, как критическая температура, критическое давление, ацентрический фактор и т. д., часто называют обобщенными параметрами.Расчет обобщенных параметров для почти идеальных смесей, состоящих из легких углеводородов, является чрезвычайно трудной задачей.

Наиболее часто критическая температура н критическое давление оцениваются с помощью усреднения по мольным долям такие величины называют еще псевдо-критическими температурой и давлением. Критическая температура определяется из соотношения [c.165]

    Критическая температура (Т ) вещества — температура, выше которой оно может находиться только в газообразном (однофазном) состоянии. Критическое давление (Р ) — давление насыщенных его паров при критической температуре. Критический объем (У ) — удельный объем, занимаемый веществом,при критических температуре и давлении. [c.82]

    Для нефтяных фракций при известных величинах плотности и средней температуры кипения критические температуры и давления удобно находить по графику рис. 6. Иногда Р, V я Т, входящие в уравнение Ван-дер-Ваальса, выражают в зависимости от соответствующих критических параметров. При этом получают так называемые [c.45]

    Определить объем 1 кмоль азота при 100°С и 6,79-10 Па с учетом коэффициента сжимаемости газа при указанных условиях. Критические температуру и давление азота найти по справочнику. [c.17]

    В приведенных уравнениях N1 — число мольных долей компонентов в смеси для паровой фазы 1/ и для жидкой фазы хг, Тир.1 и Ркр./ — критические температура и давление компонентов значения коэффициентов Л/, В/ и С/ для азота и углеводородов приведены в табл. 1.4 и 1.5. При содержании азота в смеси с природным газом с большим содержанием метана можно принять dN =d . [c.46]

    Определенное значение имеют также поверхностное натяжение, теплоемкость, критические температура и давление и другие показатели растворителей. [c.212]

    Приведенной температурой и приведенным давлеш/см называются соответственно отношения т=Т/Ткр. и =р/ркр.. тде Г р. и Ркр,—критические температура и давление. [c.136]

    Состояние вещества, при котором исчезает различие между его жидкой и газообразной фазами, называется критическим. Критическая температура — максимальная температура, при которой жидкая и паровая фазы могут сосуществовать в равновесии.

Выше паровая среда никаким повышением давления не может быть переведена в жидкую среду. Давление насыщенных паров, соответствующее критической температуре, называется критическим давлением Р р.

При критическом давлении вещество еще может находиться в жидком состоянии при критической температуре, т.е. это давление насыщенного пара при критической температуре. Объем паров при критических температуре и давлении называется критическим объемом.

В критической точке К исчезает граница между газообразным и жидким состоянием вещества. [c.54]

    Другие полуэмпирические соотношения, подобные (1.47), используют для расчета критических температуры и давления смеси Гек и. Рек  [c.38]

    В методе соответственных состояний утверждается, что некоторые из термодинамических свойств веществ при одинаковых значениях приведенных параметров должны быть одинаковыми.

Это утверждение назьшается законом соответственных состояний, который является лишь приближенным правилом.

Ньютон (1935) на основании экспериментальных данных для Р, У и Г показал, что для различных газов при одинаковых параметрах коэффициенты фугитивности у = //Р близки между собой. Итак, у = /(я, т) является однозначной функцией от приведенных давления и температуры.

Зависимость у = /(я, т) представлена на рис. 98. Метод соответственных состояний позволяет очень легко определить коэффициенты фугитивности, а также и фугитивность / = уР, если известны критическая температура и давление. [c.276]

    Для того, чтобы задаться конечной температурой охлаждения газового потока, необходимо определить температуры фазовых переходов при выбранных значениях давления.

Для индивидуального вещества существует критическая точка, которой соответствуют критические температура и давление р р-Это максимальные значения температуры и давления, при которых еще возможно существование двух фаз.

При температуре выще критической существует только одно фазовое состояние, и никакими сочетаниями других параметров перевести его в двухфазное состояние невозможно. Следовательно, процессы частичного или полного сжижения однокомпонентного газа можно осуществить только после предварительного охлаждения газа до температуры ниже критической. [c.135]

    П р II м г ч а II и е. Значения критических температур и давлений взяты ид [55]. [c.177]

    Определить фугитивность н-гексана при 180 °С, когда он находится под давлением собственных насыщенных паров (Р=1277 кПа). Критические температура и давление 234 °С, 3028 кПа. [c.25]

    Теплота испарения при повышенном давлении меньше, а в вакууме больше, чем при атмосферном давлении, а при критических температуре и давлении она равна нулю. Для определения теплоты испарения парафинистых низкокипящих нефтепродуктов можно использовать уравнение Крега [c.32]

    Критические температуры и давление этилена соответственно 283° К и 50,9 атм [7], [c.116]

    Предыдущая корреляция может быть также использована для простого и непосредственного расчета критического давления любой смеси. Смеси, изображенные на рис. 20 на прямой, проведенной под углом 45°, имеют высокие критические давления (выше 100 ата), или высокие критические температуры, или то и другое вместе.

Для таких смесей коррелирующее давление при критическом давлении Р равно критическому давлению. Для других смесей или чистых компонентов, особенно тех, критические температура и давление которых низки, коррелирующее давление при критическом давлении определяется кривыми, лежащими вьппе прямой, расположенной под углом 45 (см. рис. 20.

) [c.110]

    К а р а п е т ь я п ц М. X. Критические температуры и давления некоторых углеводородов. Нефт. хоз., 1955, № 4, 66—72. [c.326]

    Карапетьянц М. X. Приближенный метод расчета критических температур и давлений. Ж. физ. хим., 30, 2218, 1956. [c.326]

    Определить объем 1 кмоль диоксида углерода при 200°С и 1,477-10 Па (учесть коэффициент сжимаемости газа при заданных условиях). Критические температуру и давление СОг найти по справочнику. [c.17]

    Критические температуры и давления. Состояние реальных газов характеризуется уравнением Ван-дер-Ваальса  [c.61]

    Давление паров, отвечающее критической температуре, называют к р и-тическим давлением Р р. Удельный объем газа при критических температуре и давлении называют критическим объемом В критической точке исчезает прерывность между газообразным и жидким состояниями. [c.61]

    Для расчета Ку определим коэффициенты летучести компонентов реакции с помощью закона соответственных состояний (см. раздел 4). Критические температуры и давления компонентов реакции имеют следующие значения  [c.99]

    Определение свойств чистых жидкостей (расширение, сжимаемость, влияние давления на энтальпию и энтропию, влияние давления на теплоемкость и т. д.) на основании температуры кипения, критических температуры и давления и плотности жидкости при какой-либо одной температуре может быть осуществлено следующим методом (Хоуген и Ватсон). [c.178]

    Коэффициенты летучести определяем на основании принципа соответственных состояний. Находим приведенные параметры для всех компонентов реакции, используя табличные данные для критических температур и давлений этилен [c.89]

    Уравнение Ван-дер-Ваальса дает достаточно точные результаты для всех газов даже в области их критических температур и давлений. Однако при высоких давлениях, когда плотность газа велика или когда газ находится вблизи точки сжижения, это уравнение дает значительные отклонения от действительного поведения газа (ср. приведенные выше примеры 2 н 3).

Отклонения объясняются тем, что при большой плотности газа иа его давление оказывают влияние не только силы взаимного притяжения, но также и силы взаимного отталкивания частиц, обусловленные внешними электронными оболочками этих частиц. Кроме того, здесь на реальное поведение газа в значительной мере также оказывают влияние неупругие столкновения его частиц и другие факторы.

В связи с этим, кроме уравнения Ван-дер-Ваальса, был предложен ряд других, более сложных уравнений для реального состояния газов, на которых мы здесь останавливаться не будем, так как они для ггракгики технологических расчетов интереса не представляют.

Уравнением Ван-дер-Ваальса в производственных расчетах также пользуются довольно редко наиболее удобными и более точными для этого являются энтропийные диаграммы (глава IV, стр. 103). [c.57]

    Ясное феноменологическое описание этого вопроса содержится в статье Ньюитта и Тормса [30], посвященной окислению пропана. На рис. 2 приведен типичный пример ограниченных критическими температурой и давлением областей появления холодных пламен и двухстадийного- [c.249]

    Критические температуры и давления нефтяных продуктов Roess L. С.. 1936 г.] [c.40]

    Дальнейшее деление может быть проведено на основе других характерных свойств соединений. Так, в классе углеводородов можно произвести деление на соединения насыщенные и ненасыщенные, эфиры можно разделить по характеру цепей, прямых или разветвленных, амины—по числу радикалов.

Физико-химические свойства растворителей (температура кипения, давление пара, теплота испарения, критические температура и давление, вязкость, плотность, поверхностное натяжение, рефракция, криоскопическая и эбулио-скопическая постоянные) в виде обобщенных формул или отдельных данных указаны в руководстве Вейсбергера Органические растворители [117]. [c.18]

    Критические температура и давление индивидуальных углеводородов определяются зкспериментально они (приведены также в справочниках. [c.18]

    Приближённо критические температуру и давление нефтяной фракции и газов можно определить по графикам (рис. 2—4) в зависимости от молекулярной массы, плотности и средней температуры кипения. [c.18]

    Рид и Шервуд [52], проанализировав различные предложенные методы расчета критических температур и давлений, рекомендуют как наиболее надежные метод Лидерсена и метод Формана и Тодеса. [c.195]

    Кривая зависимости давления пара от температуры имеет физический смысл лишь в определенной области давления и температуры.

При увеличении температуры и давления плотности жидкости и пара начинают сближаться между собой по своему значению, и наконец достигается такое состояние, при котором жидкость и пар становятся неразличимыми по всем термодинамическим параметрам (например, по плотности и молярному объему), исчезает граница жидкость — пар, соответственно поверхностное натяжение становится равным нулю. Это состояние называется критическим. Энтальпия испарения с увеличением температуры понижается и в критическом состоянии также становится равной нулю. Соответствующая температура называется критической Гкрит (аналогично ркрит, Укрит, ркрит). В критическом состоянии пар и жидкость неразличимы. Нельзя считать, как это иногда делают, что критическое состояние отличается тем, что выше критических температуры и давления невозможно превратить газ (пар) в жидкость. Критическая плотность составляет примерно треть плотности жидкости в нормальных условиях, соответственно она в 300 раз больше плот- [c.276]

    Строение жидкостей. Жидкое агрегатное состояние является промежуточным между кристаллическим и газообразным (см. рис. 116). Поэтому при высоких температурах свойства жидкости приближаются к свойствам неидеального газа (где весьма часты многократные толкновения молекул), при низких — к свойствам кристаллического вещества.

Так, если жидкость нагревать под возрастающим давлением (иначе она превратится в пар), то можно достичь такого состояния, при котором парообразование жидкости не сопровождается расходом энергии. Это состояние называется критическим-, ему соответствуют критические температура и давление, разные для различных веш,еств (см. рис. 116).

В критической точке все свойства жидкости и пара (энергия, плотность и т. д.) становятся тождественными. Следовательно, если жидкость подвергнуть нагреванию под критическим давлением, то при достижении критической температуры она ничем, в частности, — ни характером движения частиц, ни структурой, — не будет отличаться от своего пара.

[c.276]

Источник: https://www.chem21.info/info/214796/

Критические давление, температура и объем для углеводородов

Критическое температура и критическое давление

Критические давление, температура и объем для углеводородов

Максимальная температура, при которой система вещества: жидкость — пар еще находится в равновесии, называется критиче­ской. Этому же состоянию вещества соответствуют критические давление и объем. При критическом состоянии различие между жидкой и газообразной фазами вещества исчезает. Выше крити­ческой температуры газ не может быть обращен в жидкость.

На рис. 36 представлена типичная фазовая диаграмма много­компонентной смеси углеводородов.

Зоны, ограниченные линиями АС и АВ, отвечают ретроградной конденсации. Состояние вещества, при котором средняя кинетиче­ская энергия молекул становится близкой по величине потенциальной энергии притяжения молекул, характеризуется критической температурой.

Выше этой температуры существование жидкой фазы невозможно, поскольку газ не может быть обращен в жид­кость. Вещество, находящееся в критическом состоянии, подчи­няется физическим закономерностям, отличающимся от законо­мерностей для жидкой и газообразной фаз того же ве­щества.

Знание параметров вещества, находящегося в критическом состоянии, необходимо при его использо­вании в качестве теплоноси­теля или охлаждающего агента.

С отклонением не более 3—4% критическую темпе­ратуру индивидуальных ор­ганических соединений мож­но вычислить по формуле Лидерсена:

где Тс— критическая темпе­ратура, °К; Тb — нормальная температура кипения веще­ства, °К; ? — постоянная, различная для соединений. ? вычисляется суммированием атом­ных и структурных инкрементов согласно формуле:

??T определяется сложением величин, приведенных в табл. 33.

Для углеводородов, кипящих в области близких температур, критические температуры цикланов выше на 25 °С, а производных бензола выше на 40°С критической температуры алканов. Алканы изостроения характеризуются более низким значением крити­ческой температуры, чем алканы нормального строения. В зави­симости от строения изоалканов различия в критической темпера­туре могут достигать 5—10 °С.

Критические параметры для смесей углеводородов не могут быть удовлетворительно подсчитаны по формулам, предназначен­ным для индивидуальных соединений.

Для определения критиче­ского состояния смесей часто пользуются псевдокритическими ве­личинами, которые не всегда равны экспериментальным.

Псевдокритическая температра для бензинов, керосинов, газойлей может быть вычислена, с отклонением не более чем на 5%, по фор­муле:

где tкр.— критическая температура, °С; Z — коэффициент; ?415 — плотность смеси; ts— средняя температура нормального кипения (температура отгона 50 объемн. % смеси при стандартных усло­виях).

Критические давления Ркр индивидуальных углеводородов мо­гут быть рассчитаны с отклонением от экспериментальной вели­чины до 3,1 % по уравнению Лидерсена:

где Ркр. — критическое давление, ат; М — молекулярный вес; Ф — константа — определяется сложением атомных и структурных инкрементов (табл.34).

Псевдокритическое давление углеводородных топлив можно определить с достаточной точностью по номограммам.

Наибольшие псевдокритические давления имеют гомологи бен­зола. В зависимости от структуры молекулы расхождения в ве­личинах критического давления могут достигать 2—3 ат.

Псевдо­критическое давление смесей почти не зависит от отношения объемов паровой и жидкой фаз и выше критического давления лю­бого компонента, составляющего смесь.

С точностью до 3% можно определить псевдокритическое давление топлива при помощи уравнения:

Величину Zкр. принимают равной 0,27; Pкр.— псевдокритиче­ское давление, кГ/м2; Vкр. — критический объем, м3/к•моль (см. ниже); Tкр. — критическая температура, °К; Rм — универсальная газовая постоянная, кГм/(кмоль•град) (для идеальных газов Rм=848).

Критический объем Vкр. в мл/моль индивидуальных углеводо­родов может быть вычислен суммированием атомных и структур­ных инкрементов (табл. 35). Ошибка при сравнении с эксперимен­тальными данными составляет 2—5%, иногда достигает 10%.

Пример подсчета критического объема декана [СH3—(СH2)8—СН3]. Vкг =основное значение+ 2(— СН3) + 8 (—СН2—) = 40 + 2•55 + 8•55 = 590 мл/моль.

Псевдокритический объем, занимаемый углеводородами в каж­дом гомологическом ряду, зависит от молекулярного веса М со­единения. Так, для алканов нормального строения Vкр? 0,0043 М.

В табл. 36 и 37 приведены значения критических температур (tкр.)» давлений (Pкр) и плотностей ( ?кр.) для некоторых углево­дородов различного строения. Критическая плотность (?кр.) соот­ветствует обратной величине критического объема (Vкр.).

Как это видно, для углеводородов С5—С18 критические темпе­ратуры находятся в пределах от 238 до 470 °С, увеличиваясь с ростом молекулярного веса углеводородов в направлении: алканы?цикланы? ароматические углеводороды.

Критические давле­ния находятся в пределах от 13 до 40 ат, уменьшаясь для алканов и цикланов с ростом молекулярного веса и мало различаясь для гомологов бензола.

Критические плотности, а следовательно, объемы для углеводородов С5—С18 различаются не столь суще­ственно.

Известны и другие эмпирические зависимости, позволяющие, зная парахор, мольную рефракцию, подсчитать критический объем для индивидуальных углеводородов; зная молекулярный вес и аддитивную константу, можно определить критическое давление; если известна также температура кипения, можно рассчитать кри­тическую температуру. На основании этого составлены номограм­мы. Для определения вспомогательных величин: парахора, молярной рефракции, аддитивной константы используются атом­ные и структурные инкременты, подсчитанные для индивидуаль­ных соединений, для которых определяются критические объем, давление и температура.

Критическое состояние вещества изучено мало. Только в по­следнее время, когда топлива перед сжиганием используются в качестве охлаждающих агентов в условиях высоких температур и давлений, возникает необходимость изучения их теплофизических свойств в критической и закритической области.

Источник: http://vdvizhke.ru/toplivo-dlja-dvigatelej/reaktivnye-i-dizelnye-topliva/1022-kriticheskie-davlenie-temperatura-i-obem-dlja-uglevodorodov.html

§ 6.4. Критическая температура. Критическое состояние

Критическое температура и критическое давление

  • Вещество может находиться в жидком состоянии не при любой температуре. Есть предел.

Критическая температура

При достаточно высоких температурах горизонтальный участок изотермы реального газа (см. рис. 6.4) становится совсем коротким и при некоторой температуре обращается в точку (на рис. 6.4 — точка К). Эту температуру называют критической.

Критической называется температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимся с ней в динамическом равновесии. Каждое вещество имеет свою критическую температуру. Например, критическая температура для углекислоты СO2 равна tK = 31 °С, а для воды — tK = 374 °С.

Критическое состояние

Состояние, соответствующее точке К, в которую обращается горизонтальный участок изотермы при температуре Т = Тк, называют критическим состоянием (критическая точка).

Давление и объем в этом состоянии называют критическими. Критическое давление для углекислого газа равно 7,4 • 106 Па (73 атм), а для воды 2,2 • 107 Па (218 атм).

В критическом состоянии жидкость имеет максимальный объем, а насыщенный пар — максимальное давление.

Плотность жидкости и ее насыщенного пара при критической температуре

Мы уже отмечали, что при увеличении температуры возрастает плотность насыщенного пара (см. § 6.3). Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, наоборот, уменьшается вследствие ее расширения при нагревании.

В таблице 2 приведены значения плотности воды и ее насыщенного пара для разных температур.

Таблица 2

Если на одном рисунке начертить кривые зависимости плотности жидкости и ее насыщенного пара от температуры, то для жидкости кривая пойдет вниз, а для пара — вверх (рис. 6.6). При критической температуре обе кривые сливаются, т. е. плотность жидкости становится равной плотности пара. Различие между жидкостью и паром исчезает.

Рис. 6.6

Газ и пар

Мы много раз употребляли слова «газ» и «пар». Эти термины возникли в те времена, когда считалось, что пар может быть превращен в жидкость, а газ нет. После того как все газы были сконденсированы (см. § 6.7), для такой двойственной терминологии не осталось оснований.

Пар и газ — это одно и то же, между ними принципиальной разницы нет. Когда говорят о паре какой-нибудь жидкости, то обычно имеют в виду, что его температура меньше критической и сжатием его можно превратить в жидкость.

Только по привычке мы говорим о водяном паре, а не о водяном газе, о насыщенном паре, а не о насыщенном газе и т. д.

Экспериментальное исследование критического состояния

Эксперименты по изучению критического состояния выполнил в 1863 г. русский ученый М. П. Авенариус. Прибор, с помощью которого можно наблюдать критическое состояние (прибор Авенариуса), состоит из воздушной ванны (рис. 6.

7) и находящейся внутри ванны запаянной стеклянной трубочки (ампулы) с жидким эфиром. Объем ампулы (ее вместимость) равен критическому объему эфира, налитого в трубочку.

Пространство над эфиром в ампуле заполнено насыщенным паром эфира.

Рис. 6.7

При помощи газовой горелки или другого нагревателя воздушную ванну подогревают. За состоянием эфира наблюдают через стеклянное окошко в приборе.

При комнатной температуре можно отчетливо видеть границу между жидкостью и паром (рис. 6.8, а). По мере приближения к критической температуре объем жидкого эфира увеличивается, а граница раздела жидкость — пар становится слабовыраженной, неустойчивой (рис. 6.8, б).

Рис. 6.8

При подходе к критическому состоянию граница между ними исчезает совсем (рис. 6.8, в).

При охлаждении появляется плотный туман, заполняющий всю трубочку (рис. 6.8, г). Это образуются капельки жидкости. Далее они сливаются вместе, и опять возникает граница раздела между жидкостью и паром (рис. 6.8, д).

Для опыта выбран эфир, так как он имеет сравнительно низкое критическое давление (около 36 атм). Критическая температура его тоже невелика: 194 °С.

Если сжимать газ, поддерживая его температуру выше критической (см. рис. 6.4, изотерма Т3), причем, как и раньше, начать с очень больших объемов, то уменьшение объема приведет к возрастанию давления в соответствии с уравнением состояния идеального газа.

Однако если при температуре ниже критической при определенном давлении происходила конденсация пара, то теперь образования жидкости в сосуде наблюдаться не будет. При температуре выше критической газ нельзя обратить в жидкость ни при каких давлениях.

В этом и состоит основное значение понятия критической температуры.

Диаграмма равновесных состояний газа и жидкости

Еще раз вернемся к рисунку 6.4, на котором изображены изотермы реального газа. Соединим все левые концы горизонтальных участков изотерм, т. е. те точки, которые соответствуют окончанию конденсации насыщенного пара и началу сжатия жидкости. Получится плавная кривая, оканчивающаяся в критической точке К. На рисунке 6.

9 это кривая ART. Слева от кривой АК, между ней и критической изотермой (участок изотермы СК), расположена область, соответствующая жидкому состоянию вещества (на рис. 6.9 эта область выделена горизонтальной штриховкой).

Каждой точке этой области соответствуют параметры р, V и Т, характеризующие жидкость в состоянии теплового равновесия.

Рис. 6.9

Соединим теперь плавной кривой все правые концы горизонтальных участков изотерм. Эта кривая на рисунке 6.9 тоже заканчивается в точке К.

Две линии АК и ВК ограничивают область, каждая точка которой соответствует состоянию равновесия между жидкостью и насыщенным паром (на рис. 6.9 эта область выделена вертикальной штриховкой).

За исключением области жидкого состояния и области равновесия жидкости с газом вся остальная область соответствует газообразному состоянию вещества. На рисунке 6.9 она выделена косой штриховкой.

В результате получилась диаграмма равновесных состояний газа и жидкости. Каждой точке на этой диаграмме соответствует определенное состояние системы: газ, жидкость или равновесие между жидкостью и газом.

При критической температуре свойства жидкости и насыщенного пара становятся неразличимыми. Выше критической температуры жидкость не может существовать.

Источник: http://tepka.ru/fizika_10-2/49.html

Основы термодинамики сжиженных газов идеальный газ

Критическое температура и критическое давление

Идеальныйгазимеет следующие свойства:

• размеры молекул малыпо сравнению с расстояниями между ними;

• молекулы взаимодействуютдруг с другом и со стенками сосуда тольков момент соударения;

• все соударенияабсолютно упруги;

• рассматриваютсялюбые газы, в которых число молекулочень велико;

• молекулы распределеныпо всему объему равномерно;

• молекулы движутсяхаотично, т. с. все направления движениямолекул равноправны;

• скорость молекулможет принимать любые значения;

• к движению отдельноймолекулы применимы законы классическоймеханики.

Количественныезависимости между двумя параметрамигаза при фиксированном значении третьегопараметра называются газовыми законами.

Процессыже, протекающие при постоянстве одногоиз параметров, называютсяизопроцессами.

Критическиетемпература и давление.Теоретически все газы можно сжижатьпри охлаждении их до определеннойтемпературы или путем их сжатия.

Некоторыегазы необходимо предварительно охладитьперед Их сжатием (табл. 18).

Рассматриваяэтот вопрос подробнее, можно установить,что все газы имеют строго определеннуютемпературу и давление, при которых ихможно обратить в жидкость. Такие параметрыназываются критическими.

Критическаятемпература газа— это температура, выше которой газ неможет быть сжат до состояния жидкости,каким бы высоким ни было давление.

Критическоедавление газа —это минимальное давление, при которомгаз, находящийся при критическойтемпературе, может быть сжат до состоянияжидкости.

Таблица18.Значения критических давлений итемператур некоторых газов

Газ

Химическая формула

Критическая температура, °С

Критическое давление, бары

Аммиак

NHз

132,4

112,0

Гелий

Не

-268,0

2,3

Водород

Н2

-240,0

12,8

Углекислый газ

С02

31,0

73,0

Метан

СН4

-82,1

45,8

Азот

N2

-147,1

33,9

Кислород

O2

-118,8

51,4

Пропан

СзH8

96,8

42,1

Вода

Н2O

374,0

218,0

Винилхлорид

С2НзСl

156,5

56,9

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева—Клапейрона). Со­стояние идеального газа характеризуют три инструментально измеряемых пара­метра: давление Р, Па; удельный объем v, м³кг, или плотность ρ, кг/м3; Т— темпера­тура, К.

Существует общая зависимость, связы­вающая между собой эти параметры, кото­рая называется уравнением состо­яния. Параметры состояния, изменяющи­еся в термодинамическом процессе, не за­висят от его хода и определяются только на­чальным и конечным состояниями.

Для идеального газа уравнение состоя­ния имеет простой вид и называется урав­нением Менделеева—Клапейрона:

Рис. 55. Зависимость давления насыщения от температуры химических газов

pVnRT или P=RT;

где п =т / М количество вещества, моль;

т — масса вещества, г;

М — молярная масса вещества, г/моль,

R 8,314 — массовая газовая постоянная;

µ

Дж/(кг-К) = число 8,314 (Дж/кмоль К) — универсальная газовая постоянная для мольного количества газа, определенная Д. И. Менделеевым, µ — мольное число газа, равное его молярной массе.

Уравнение, устанавливающее связь меж­ду давлением, температурой и объемом га­зов, было получено французским физиком Бенуа Клапейроном. В форме уравнения состояния идеального газа его впервые ис­пользовал Д. И. Менделеев.

Рис. 56. Зависимость давления насыщения от температуры нефтяных газов

Как видно, два параметра определяют третий в любом термодинамическом про­цессе с неизменным количеством идеаль­ного газа.

Многие процессы, происходящие в при­роде и реализуемые в технике, можно при­ближенно рассматривать как процессы, в которых меняются лишь давление и темпе­ратура.

Тщательная экспериментальная проверка газовых законов современными методами показала, что они достаточно точно описы­вают поведение реальных газов при небольших давлениях и высоких температурах, в противном случае наблюдаются значительные отступления от уравнения состояния. Что объясняется двумя причинами:

1) при сильном сжатии газов объем незанятого молекулами пространства становится сравним с объемом, занима­емым самими молекулами;

2) при низких температурах становится заметным взаимодействие между молекулами.

Пример 1: Какой объем займут 96 г кислорода при 3 барах (300000 Па) давления и температуре 77° С?

Решение: 1. Прежде всего определим, сколько молей составляют 96 г кислорода. Из Периодической таб­лицы элементов находим, что атомная масса кислорода составляет 15,9994. Это значит, что один моль кислорода (6,02 х 1023 атомов) будет иметь массу -16 г. Соответственно молекула кислорода, состоящая из двух атомов, будет иметь массу 32 г/моль.

2. Далее определим, сколько молей кислорода составляет 96 г.

96 г : 32 г/моль = 3 моля.

3. Теперь, используя уравнение Менделеева—Клапейрона, найдем объем:

рV = mRT откуда, V = mRT

M p

Заметим, что Дж = Н • м, а Па = Н/м3.

Пример 2: Определим, какое количество паров ( масса) содержится в танке объемом 5000 м3 после выгрузки бутана (С6Н10), если манометрическое давление в танке составляет 0,1 бара, а температура 5°С?

Решение: Из уравнения состояния идеального газа рV = m • R • T

M

Определим искомую величину: m= р• V •M

R • T

Для нашего примера давление р будет равно сумме манометрического и атмосферного давлений: р = 1013 мбар + 100 мбар = 1,11 бара, или же 1,11 • 105 Па, а температура Т = 273 + 5° С.

Подставляя известные величины в выражение (1), получаем массу паров бутана, оставшихся в грузовом танке после выгрузки сжиженного газа:

m = 1.11 • 105 • 5 • 10³ • 58,1 = 0,0138 • 108 кг = 13 8 т

8,31434. 278

Источник: https://studfile.net/preview/5851646/page:33/

Ваше Давление
Добавить комментарий