Давление насыщенных паров при определенной температуре

Расчет давление насыщенного пара по уравнению Антуана. Показатели пожарной опасности горючих веществ

Давлением насыщенного пар (Рн) – называют величину давления при котором пар находится в термодинамическом равновесии с жидкостью того же состава. То есть давление пара над зеркалом жидкости, при котором не происходит испарение жидкости, а так же не происходит конденсация пара.

Величина Pн является необходимым параметром для расчета интенсивности испарения жидкости и используется для определения массы облака горючего, которое может образоваться при возникновении аварийной ситуации.

Давление насыщенного пара зависит от температуры окружающего воздуха. Одним из возможных способов определения давления насыщенного пара является расчет с помощью уравнения Антуана, приведенного в Пособии к НПБ 105-95 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» и имеющего вид:

Pн — давление насыщенного пара кПа;

tp — расчетная температура o C;

A, B, C_A — константы Антуана.

На данной странице вы можете рассчитать величину Pн с помощью констант Антуана, для различных значений температуры, для основных горючих веществ. Так же приведены основные показатели пожарной опасности горючих веществ, а именно: молярная масса, температура вспышки, теплота сгорания и др.

Для расчета давления насыщенного пара вещества:

1) Выберете вещество из предложенного списка.

2) Задайте расчетную температуру, при которой определяется давление насыщенного пара.

!Важно! Расчетная температура должна быть в интервале значений констант уравнения Антуана, иначе величина давления насыщенного пара вещества не будет рассчитана.

3) Для расчета величины давления насыщенного пара, а так же получения значений констант уравнения Антуана и показателей пожарной опасности выбранного вещества нажмите кнопку «Расчет».

!Важно! Для веществ для которых значения констант уравнения Антуана не определены (const=0), расчет давления не проводится.

Источник

Давление насыщенного пара при заданной температуре

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

; Р_s ,

Р_s — давление насыщенного пара, кПа;

t_Р — рабочая (заданная) температура, 0 С;

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

( таблица 5 приложения).

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:

, % ,

j_ОБ — 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

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

Р_s — 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,

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

V_М 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.

Источник

Давление насыщенных паров при определенной температуре

«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 р_{н. 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 T_кр = 4 К, у азота T_кр = 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 р_{н. 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

Источник