Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основы теории. Процессы парообразования и конденсации широко распространены в химической технологии





Процессы парообразования и конденсации широко распространены в химической технологии. Важной теплофизической характеристикой при расчете процессов перегонки, выпарки, ректификации, кипения и сушки является теплота парообразования r.

Для исследования термодинамических процессов, происходящих с реальными газами, большое значение имеют pv- и Ts-диаграммы (рис. 1 и 2).

Кривые a1b1c1d1, a2b2c2d2… на pv-диаграмме соответствуют процессу расширения вещества при t = const, а кривые ab1c1f1, ab2c2f2… на Ts-диаграмме – процессу нагревания вещества при p = const.

                       
   
p=const
 
   
 
   
 
 
 
   
s’ s” s
   
v’ vx=vкр v”
 


                   
   
   
a2
 
 
a1
 
   
   
 
 

 


На обеих диаграммах точки b1, b2,… соответствуют началу процесса парообразования и образуют нижнюю пограничную кривую – кривую кипящей жидкости (х = 0). На этих же диаграммах в точках с1, c2,… процесс парообразования завершается и данные точки образуют верхнюю пограничную кривую, соответствующую сухому насыщенному пару (х = 1). Точки d1, d2,… (рис. 1) и f1, f2,… (рис. 2) соответствуют состоянию перегретого пара, а точкb а – жидкости. Степень сухости:

х = ,

где - масса сухого насыщенного пара;

- масса влажного насыщенного пара;

- масса кипящей жидкости.

Ψ1=pн(v”- v’)
На участках b1c1, b2c2,…, где происходит переход жидкости в пар, в равновесии находятся системы, состоящие из двух фаз (двух агрегатных состояний) – жидкой и парообразной, причем температура и давление этих фаз одинаковы. Линии b1c1, b2c2,… на обеих диаграммах являются одновременно изобарой и изотермой, т.е. переход жидкости в пар совершается при рн = const, tн = const.



Таким образом, на обеих диаграммах можно выделить пять характерных состояний водяного пара:

· область жидкого состояния – расположена левее кривой х = 0, ;

· линия кипящей (насыщенной) жидкости, х = 0, ;

· область влажного насыщенного пара – двухфазное состояние, где пар и жидкость находятся в равновесии и имеют одинаковые рн и tн. Она расположена между пограничными кривыми х = 0 и х = 1, т.е. в этой области 0 < x < 1, ;

· линия сухого насыщенного пара, х = 1, ;

· область перегретого пара, расположенную правее кривой х = 1, при данном давлении.

Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. Вещества, находящиеся в разных агрегатных состояниях, имеют различные физические свойства. Это различие объясняется характером межмолекулярного взаимодействия.

Количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 кг кипящей жидкости для перехода её в сухой насыщенный называется теплотой парообразования r, кДж/кг. Этот процесс протекает при постоянном давлении насыщения и температуре насыщения (рнас= const и tнас = const).

, (1)

где - внешняя составляющая теплоты парообразования – расходуется на работу расширения, преодолевая давление рнас:

, (2)

где и - удельные объемы сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, соответственно;

- внутренняя составляющая теплоты парообразования – расходуется на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия.

На pv-диаграмме (рис. 1), как следует из уравнения (2), величина работы расширения показана заштрихованной областью. На Ts-диаграмме (рис.2) заштрихованной областью показана величина теплоты парообразования, которая может быть рассчитана как:

, (3)

где и - энтропия сухого насыщенного пара и кипящей жидкости, соответственно, ;

Тн - температура насыщения, К.

Из pv- и Тs-диаграмм видно, что с увеличением давления р точки b1, b2,… на нижней пограничной кривой сближаются с точками с1, с2, на верхней пограничной кривой и в критической точке они сходятся. Для воды критические параметры в точке К имеют следующие значения: ркр. = 22,13 МПа, tкр. = 374,2 °С, vкр. = 0,00326 м3/кг.

Выше критической точки К при p > pкр. и Т > Ткр. двухфазного состояния не наблюдается. Жидкая фаза находится под весьма большим внутренним давлением. Фактором, определяющим интенсивность межмолекулярных взаимодействий, является не давление, а температура. С ростом температуры и давления теплота парообразования r уменьшается, а в критической точке r = 0, и , т.к. в этом состоянии исчезает различие между жидкостью и ее паром и процесс парообразования отсутствует.

 
Опытным путем было установлено, что каждому давлению р соответствует определенная температура насыщения tнас. (кипения) данной жидкости, являющаяся одновременно температурой насыщения пара, с которым жидкость находится в равновесии. Кривая зависимости называется кривой насыщения, рис. 3.



Связь между температурой и давлением насыщения выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса [4, 5].

Δp
, (4)

Δt
t*н tн   Рис.3. Кривая насыщения
где , - удельные объемы соответственно сухого насыщенного пара и жидкости на линии насыщения при Тнас. и рнас., м3/кг.

Поскольку > , из уравнения (4) следует, что при фазовом переходе «жидкость-пар» производная всегда больше нуля, т.е. с ростом давления температура насыщения увеличивается до значения в критической точке.

В термодинамике внутренняя энергия u ,кДж/кг, энтальпия h, кДж/кг, теплоемкость c, кДж/кг К, теплота парообразования r=h”-h’ , кДж/кг называются калорическими свойствами вещества (1 калория = 4,19 Дж), удельный объем v, м3/кг, давление p, Па (1 Па = 1 н/м2) и температура T, К – термическими. Известно, что термические параметры определяются намного проще, чем калорические, поскольку устанавливаются прямыми или косвенными измерениями соответствующими приборами. Таким образом, уравнение Клапейрона-Клаузиуса (4) устанавливает связь между термическими и калорическими свойствами, а также свойствами насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара. Поэтому уравнение Клапейрона-Клаузиуса можно использовать для определения калорической характеристики – удельной теплоты парообразования воды r по измеренным в опыте термическим параметрам рн и Тн.

 






Date: 2015-05-09; view: 266; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2019 year. (0.013 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию