Formel für den gesättigten Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur. Gesättigter und ungesättigter Dampf

Die Flüssigkeit verdunstet nicht nur. Bei einer bestimmten Temperatur kocht es.
Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur. Der Zustand von Sattdampf wird erfahrungsgemäß (darüber haben wir im vorherigen Absatz gesprochen) näherungsweise durch die Zustandsgleichung eines idealen Gases (10.4) beschrieben und sein Druck wird durch die Formel bestimmt

Mit steigender Temperatur steigt der Druck. Als Der gesättigte Dampfdruck hängt nicht vom Volumen ab, sondern nur von der Temperatur.
Allerdings Abhängigkeit r n.p. aus T, experimentell gefunden, ist nicht direkt proportional wie das eines idealen Gases mit konstantem Volumen. Mit steigender Temperatur steigt der Druck eines echten gesättigten Dampfes schneller als der Druck eines idealen Gases ( Abb.11.1, Teil der Kurve AB). Dies wird deutlich, wenn wir durch die Punkte Isochoren eines idealen Gases zeichnen A Und IN(gestrichelt). Warum passiert das?

Beim Erhitzen einer Flüssigkeit geschlossener Behälter Ein Teil der Flüssigkeit verwandelt sich in Dampf. Als Ergebnis ergibt sich nach Formel (11.1) Der Sättigungsdampfdruck steigt nicht nur aufgrund einer Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit, sondern auch aufgrund einer Erhöhung der Molekülkonzentration (Dichte) des Dampfes. Grundsätzlich wird der Druckanstieg mit zunehmender Temperatur genau durch die Konzentrationszunahme bestimmt. Der Hauptunterschied im Verhalten eines idealen Gases und gesättigten Dampfes besteht darin, dass sich die Masse des Dampfes ändert, wenn sich die Temperatur des Dampfes in einem geschlossenen Gefäß ändert (oder wenn sich das Volumen bei konstanter Temperatur ändert). Die Flüssigkeit verwandelt sich teilweise in Dampf, oder im Gegenteil, der Dampf kondensiert teilweise. Mit einem idealen Gas passiert so etwas nicht.
Wenn die gesamte Flüssigkeit verdampft ist, ist der Dampf bei weiterer Erwärmung nicht mehr gesättigt und sein Druck bei konstantem Volumen steigt direkt proportional zur absoluten Temperatur (siehe. Abb.11.1, Teil der Kurve Sonne).
Sieden. Mit zunehmender Temperatur der Flüssigkeit erhöht sich die Verdunstungsrate. Schließlich beginnt die Flüssigkeit zu kochen. Beim Sieden bilden sich im gesamten Flüssigkeitsvolumen schnell wachsende Dampfblasen, die an die Oberfläche schwimmen. Der Siedepunkt der Flüssigkeit bleibt konstant. Dies geschieht, weil die gesamte der Flüssigkeit zugeführte Energie dafür aufgewendet wird, sie in Dampf umzuwandeln. Unter welchen Bedingungen beginnt das Sieden?
Eine Flüssigkeit enthält immer gelöste Gase, die am Boden und an den Wänden des Behälters freigesetzt werden, sowie an in der Flüssigkeit schwebenden Staubpartikeln, die Verdampfungszentren darstellen. Die Flüssigkeitsdämpfe in den Blasen sind gesättigt. Mit steigender Temperatur steigt der Druck gesättigte Dämpfe nimmt zu und die Blasen werden größer. Unter dem Einfluss der Auftriebskraft schweben sie nach oben. Wenn die oberen Schichten der Flüssigkeit eine niedrigere Temperatur aufweisen, kommt es in diesen Schichten zur Dampfkondensation in Blasen. Der Druck sinkt schnell und die Blasen zerfallen. Der Kollaps erfolgt so schnell, dass die Wände der Blase kollidieren und so etwas wie eine Explosion entsteht. Viele solcher Mikroexplosionen erzeugen ein charakteristisches Geräusch. Wenn sich die Flüssigkeit ausreichend erwärmt, kollabieren die Blasen nicht mehr und schwimmen an die Oberfläche. Die Flüssigkeit wird kochen. Beobachten Sie den Wasserkocher auf dem Herd sorgfältig. Sie werden feststellen, dass es fast keine Geräusche mehr macht, bevor es kocht.
Die Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur erklärt, warum der Siedepunkt einer Flüssigkeit vom Druck auf ihrer Oberfläche abhängt. Eine Dampfblase kann wachsen, wenn der Druck des gesättigten Dampfes in ihr den Druck in der Flüssigkeit geringfügig übersteigt, der sich aus der Summe des Luftdrucks an der Oberfläche der Flüssigkeit (Außendruck) und dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule ergibt.
Beachten Sie, dass die Verdampfung einer Flüssigkeit bei Temperaturen unterhalb des Siedepunkts erfolgt und beim Sieden nur von der Oberfläche der Flüssigkeit aus Dampf im gesamten Flüssigkeitsvolumen entsteht.
Das Sieden beginnt bei der Temperatur, bei der der Sättigungsdampfdruck in den Blasen gleich dem Druck in der Flüssigkeit ist.
Je größer der äußere Druck, desto höher ist der Siedepunkt. So kocht Wasser in einem Dampfkessel bei einem Druck von 1,6 · 10 6 Pa selbst bei einer Temperatur von 200 °C nicht. In medizinischen Einrichtungen in hermetisch verschlossenen Gefäßen - Autoklaven ( Abb.11.2) Siedet Wasser auch bei erhöhtem Druck. Daher liegt der Siedepunkt der Flüssigkeit deutlich über 100 °C. Autoklaven werden zum Sterilisieren von chirurgischen Instrumenten usw. verwendet.

Umgekehrt, Durch die Reduzierung des Außendrucks senken wir dadurch den Siedepunkt. Indem Sie Luft und Wasserdampf aus dem Kolben pumpen, können Sie das Wasser bei Raumtemperatur zum Kochen bringen ( Abb.11.3). Beim Bergsteigen Atmosphärendruck sinkt, so dass der Siedepunkt sinkt. Auf einer Höhe von 7134 m (Lenin-Gipfel im Pamir) beträgt der Druck etwa 4·10 4 Pa (300 mm Hg). Wasser kocht dort bei etwa 70°C. Unter diesen Bedingungen ist es unmöglich, Fleisch zu garen.

Jede Flüssigkeit hat ihren eigenen Siedepunkt, der von ihrem Sättigungsdampfdruck abhängt. Je höher der Sättigungsdampfdruck ist, desto niedriger ist der Siedepunkt der Flüssigkeit, da bei niedrigeren Temperaturen der Sättigungsdampfdruck dem Atmosphärendruck entspricht. Beispielsweise beträgt der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei einem Siedepunkt von 100 °C 101.325 Pa (760 mm Hg), während der Druck von Quecksilberdampf nur 117 Pa (0,88 mm Hg) beträgt. Quecksilber siedet bei einer Temperatur von 357°C normaler Druck.
Eine Flüssigkeit siedet, wenn ihr Sättigungsdampfdruck dem Druck im Inneren der Flüssigkeit entspricht.

Bei der Verdampfung findet gleichzeitig mit dem Übergang der Moleküle von der Flüssigkeit in den Dampf auch der umgekehrte Vorgang statt. Einige der Moleküle, die sie verlassen haben, bewegen sich zufällig über die Flüssigkeitsoberfläche und kehren wieder in die Flüssigkeit zurück.

Gesättigter Dampfdruck.

Wenn gesättigter Dampf komprimiert wird, dessen Temperatur konstant gehalten wird, beginnt zunächst das Gleichgewicht gestört zu werden: Die Dichte des Dampfes nimmt zu und infolgedessen gelangen mehr Moleküle vom Gas in die Flüssigkeit als von der Flüssigkeit in das Gas; Dies wird so lange fortgesetzt, bis die Dampfkonzentration im neuen Volumen die gleiche ist, die der Konzentration des gesättigten Dampfes bei einer bestimmten Temperatur entspricht (und das Gleichgewicht wiederhergestellt ist). Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Anzahl der Moleküle, die pro Zeiteinheit die Flüssigkeit verlassen, nur von der Temperatur abhängt.

Die Konzentration der Sattdampfmoleküle bei konstanter Temperatur hängt also nicht von ihrem Volumen ab.

Da der Druck eines Gases proportional zur Konzentration seiner Moleküle ist, hängt der Druck von gesättigtem Dampf nicht von dem Volumen ab, das er einnimmt. Druck p 0, bei dem sich die Flüssigkeit mit ihrem Dampf im Gleichgewicht befindet, wird genannt Sattdampfdruck.

Wenn gesättigter Dampf komprimiert wird, geht der größte Teil davon in einen flüssigen Zustand über. Flüssigkeit nimmt weniger Volumen ein als Dampf gleicher Masse. Dadurch nimmt das Dampfvolumen bei unveränderter Dichte ab.

Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur.

Für ein ideales Gas ist es wahr lineare Abhängigkeit Druck gegen Temperatur bei konstantem Volumen. Bei Anwendung auf Sattdampf mit Druck p 0 Diese Abhängigkeit wird durch die Gleichheit ausgedrückt:

p 0 =nkT.

Da der Sättigungsdampfdruck nicht vom Volumen abhängt, hängt er daher nur von der Temperatur ab.

Experimentell ermittelte Abhängigkeit p0(T) unterscheidet sich von Abhängigkeit ( p 0 =nkT) für ein ideales Gas.

Mit steigender Temperatur steigt der Druck von gesättigtem Dampf schneller an als der Druck eines idealen Gases (Kurvenabschnitt). AB auf dem Bild). Dies wird besonders deutlich, wenn wir eine Isochore durch den Punkt zeichnen A(gestrichelte Linie). Dies liegt daran, dass beim Erhitzen einer Flüssigkeit ein Teil davon in Dampf umgewandelt wird und die Dichte des Dampfes zunimmt. Daher gilt nach der Formel ( p 0 =nkT) steigt der Sättigungsdampfdruck nicht nur durch eine Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit, sondern auch durch eine Erhöhung der Molekülkonzentration (Dichte) des Dampfes. Der Hauptunterschied im Verhalten eines idealen Gases und eines gesättigten Dampfes besteht in der Änderung der Dampfmasse bei einer Temperaturänderung bei konstantem Volumen (in einem geschlossenen Gefäß) oder bei einer Volumenänderung bei konstanter Temperatur. Mit einem idealen Gas kann so etwas nicht passieren (die molekularkinetische Theorie eines idealen Gases sieht keinen Phasenübergang vom Gas in die Flüssigkeit vor).

Nachdem die gesamte Flüssigkeit verdampft ist, entspricht das Verhalten des Dampfes dem Verhalten eines idealen Gases (Abschnitt Sonne Kurve in der Abbildung oben).

Ungesättigter Dampf.

Wenn in einem Raum, der Dampf einer Flüssigkeit enthält, eine weitere Verdampfung dieser Flüssigkeit stattfinden kann, dann ist der in diesem Raum befindliche Dampf vorhanden ungesättigt.

Dampf, der nicht im Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit steht, wird als ungesättigt bezeichnet.

Ungesättigter Dampf kann durch einfache Kompression in Flüssigkeit umgewandelt werden. Sobald diese Umwandlung begonnen hat, wird der Dampf im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit gesättigt.

Ticketnummer 13. Gesättigter und ungesättigter Dampf: Abhängigkeit des Sattdampfdrucks von der Temperatur, Sieden, Abhängigkeit des Siedepunkts vom Druck, Dampfisotherme, kritische Temperatur, kritischer Aggregatzustand, relative Luft, Taupunkt, Hygrometer, Psychrometer, Produktion von Flüssiggas, seine Eigenschaften und Anwendungen.

Sattdampf ist Dampf, der mit seiner Flüssigkeit im Gleichgewicht steht. Ungesättigter Dampf ist Dampf, der nicht im Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit steht. Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft.

Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur.

Denn im gesättigten Dampf steigt mit steigender Temperatur die Konzentration der Moleküle und ihr Durchschnitt kinetische Energie steigt auch, dann steigt der Druck des gesättigten Dampfes mit steigender Temperatur schneller als der Druck eines idealen Gases mit konstanter Molekülkonzentration.

Sieden. Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck.

Der Prozess der Verdunstung des gesamten Flüssigkeitsvolumens wird als Sieden bezeichnet. Der Druck von gesättigtem Wasserdampf beim Sieden ist gleich dem Außendruck auf die Flüssigkeit. Bei Normaldruck siedet Wasser bei 100˚C. Der Siedepunkt hängt vom Außendruck ab. Wenn der Außendruck sinkt/steigt, sinkt/steigt der Siedepunkt der Flüssigkeit.

Dampfisotherme.

Isothermendiagramm bei kritische Temperatur in Abbildung 2.26 durch das Symbol Tcr gekennzeichnet; seine Form unterscheidet sich deutlich von einer Hyperbel. Die gestrichelte Kurve trennt die drei Phasen. Oben links entspricht der Bereich der flüssigen Phase, rechts von der Kurve und unten befindet sich der Bereich des ungesättigten Dampfes (Gases), unter der gestrichelten Kurve liegt der Bereich des ungesättigten Dampfes über der Flüssigkeit (zweiphasig). Mittel). Wenn ungesättigter Dampf bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur isotherm komprimiert wird, erhöht sich die Konzentration der Moleküle und dementsprechend steigt der Druck bis zum Druck von gesättigtem Dampf. Bei weiterer Volumenabnahme bildet sich am Boden des Gefäßes Flüssigkeit und es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein gesättigter Dampf und flüssig. Der Druck des Sattdampfes bleibt unverändert, bei abnehmendem Volumen sogar Großer Teil der Dampf wird flüssig. Der Prozess der Volumenverringerung bei weiterer Kompression stoppt, wenn das gesamte Gas im Behälter flüssig wird.

Relative Luftfeuchtigkeit.

ⱷ=ð/ð0 * 100 %

Das Verhältnis des Wasserdampfdrucks p zum Sättigungsdampfdruck p0 bei einer bestimmten Temperatur, ausgedrückt in Prozent, wird als relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet.

Taupunkt.

Dies ist die Temperatur, bei der Dampf gesättigt wird, d. h. p=p0, ⱷ=100 %

Hygrometer.

Dabei handelt es sich um ein Gerät, mit dem sich der Taupunkt bestimmen lässt. Dabei handelt es sich um ein Metallgefäß, in das eine leicht verdunstende Flüssigkeit, beispielsweise Äther, gegossen wird. Wenn der Äther verdunstet, kühlen sich die Wände des Hygrometers ab und bei Erreichen des Taupunktes erscheinen Tautropfen auf der polierten Oberfläche.

Die Wirkungsweise eines anderen Typs von Hygrometern, des Haarhygrometers, basiert auf der Eigenschaft entfetteter menschlicher Haare, sich bei steigender Luftfeuchtigkeit zu verlängern. Bei diesem Gerät wird das gestreckte Haar mit dem Pfeil des Gerätes verbunden und auf einer Skala angezeigt relative Luftfeuchtigkeit Luft.

Psychrometer.

Dabei handelt es sich um ein Gerät, mit dem sich die relative Luftfeuchtigkeit bestimmen lässt. Ein Thermometer misst die Lufttemperatur, das andere die Temperatur eines mit Wasser getränkten Tuchs. Wasser verdunstet von der Oberfläche des nassen Stoffes, was zu einem Temperaturabfall des nassen Stoffes führt.

Die Verflüssigung von Gasen hat technische und wissenschaftliche Bedeutung. Luftverflüssigung wird in der Technik genutzt, um Luft in ihre Bestandteile zu zerlegen. Die Methode basiert auf der Tatsache, dass die verschiedenen Gase, aus denen die Luft besteht, bei sieden unterschiedliche Temperaturen. Am meisten niedrige Temperaturen Helium, Neon und Argon haben Siedepunkte. Sauerstoff hat einen etwas höheren Siedepunkt als Argon. Daher werden zuerst Helium, Neon, Stickstoff und dann Argon und Sauerstoff verdampft.

Verflüssigte Gase werden in der Technik häufig eingesetzt. Aus Stickstoff werden Stickstoffsalze gewonnen, die zur Düngung des Bodens dienen. Argon, Neon und andere Edelgase werden zum Befüllen von elektrischen Glühlampen und Gaslampen verwendet. Sauerstoff hat den größten Nutzen. Gemischt mit Acetylen entsteht eine Flamme mit sehr hoher Temperatur, die zum Schneiden und Schneiden verwendet wird. Die Injektion von Sauerstoff (Sauerstoffstrahl) beschleunigt metallurgische Prozesse. Der aus den Kissen abgegebene Sauerstoff wirkt schmerzlindernd. Besonders wichtig ist die Verwendung von flüssigem Sauerstoff als Oxidationsmittel für Weltraumraketentriebwerke.

Flüssiger Wasserstoff wird als Treibstoff in Weltraumraketen verwendet. Zum Beispiel zum Tanken Amerikanische Rakete Saturn 5 benötigt 90 Tonnen flüssigen Wasserstoff.

Flüssiges Ammoniak wird häufig in Kühlschränken verwendet – riesigen Lagerhallen, in denen verderbliche Lebensmittel gelagert werden. Die bei der Verdampfung von Flüssiggasen entstehende Abkühlung wird in Kühlschränken beim Transport verderblicher Produkte genutzt.

Gase, die in der Industrie, Medizin usw. verwendet werden, sind im verflüssigten Zustand leichter zu transportieren, da sie das gleiche Volumen enthalten große Menge Substanzen.

Da gesättigter Dampf eine der Komponenten eines thermodynamischen Gleichgewichtssystems eines Stoffes mit homogener Zusammensetzung, aber unterschiedlichen Phasenanteilen ist, ermöglicht das Verständnis des Einflusses einzelner physikalischer Faktoren auf die Höhe des von ihm erzeugten Drucks die Nutzung dieses Wissens in der Praxis. zum Beispiel bei der Ermittlung der Abbrandgeschwindigkeit bestimmter Flüssigkeiten im Brandfall etc.

Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur

Der Sättigungsdampfdruck wird mit steigender Temperatur höher. In diesem Fall ist die Werteänderung nicht direkt proportional, sondern erfolgt deutlich schneller. Dies liegt daran, dass sich mit steigender Temperatur die Bewegung der Moleküle relativ zueinander beschleunigt und es ihnen leichter fällt, die Kräfte der gegenseitigen Anziehung zu überwinden und in eine andere Phase überzugehen, d.h. Die Anzahl der Moleküle nimmt im flüssigen Zustand ab und im gasförmigen Zustand zu, bis die gesamte Flüssigkeit in Dampf übergeht. Durch diesen zunehmenden Druck hebt sich der Deckel im Topf oder das Wasser beginnt zu kochen.

Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von anderen Faktoren

Die Höhe des Sättigungsdampfdrucks wird auch von der Anzahl der in den gasförmigen Zustand übergegangenen Moleküle beeinflusst, da deren Anzahl die Masse des in einem geschlossenen Gefäß gebildeten Dampfes bestimmt. Dieser Wert ist nicht konstant, da bei einem Temperaturunterschied zwischen dem Boden des Gefäßes und dem Deckel, der ihn abdeckt, ständig zwei gegensätzliche Prozesse ablaufen – Verdampfung und Kondensation.

Da es für jeden Stoff bei einer bestimmten Temperatur bekannte Indikatoren für den Übergang einer bestimmten Anzahl von Molekülen von einer Zustandsphase des Stoffes in eine andere gibt, ist es möglich, den Wert des Sättigungsdampfdrucks durch Änderung des Volumens des Stoffes zu ändern Schiff. So erzeugt die gleiche Wassermenge, beispielsweise 0,5 Liter, in einem Fünf-Liter-Kanister und einem Wasserkocher unterschiedliche Drücke.

Der entscheidende Faktor für die Bestimmung des Referenzwerts des Sättigungsdampfdrucks bei konstantem Volumen und allmählichem Temperaturanstieg ist die molekulare Struktur der erhitzten Flüssigkeit selbst. Daher unterscheiden sich die Indikatoren für Aceton, Alkohol und normales Wasser erheblich voneinander.

Um den Siedevorgang einer Flüssigkeit zu sehen, ist es nicht nur notwendig, den Sättigungsdampfdruck auf bestimmte Grenzen zu bringen, sondern diesen Wert auch mit dem äußeren Atmosphärendruck zu korrelieren, da der Siedevorgang nur möglich ist, wenn der Außendruck höher ist als der Druck im Inneren des Gefäßes.

Öl und Erdölprodukte zeichnen sich durch einen bestimmten Sättigungsdampfdruck oder Öldampfdruck aus. Der gesättigte Dampfdruck ist ein standardisierter Indikator für Flug- und Autobenzine, der indirekt die Flüchtigkeit des Kraftstoffs, seine Starteigenschaften und die Tendenz zur Bildung von Dampfblasen im Motorantriebssystem charakterisiert.

Bei Flüssigkeiten mit heterogener Zusammensetzung, wie beispielsweise Benzin, ist der Sättigungsdampfdruck bei einer bestimmten Temperatur eine komplexe Funktion der Zusammensetzung des Benzins und hängt vom Raumvolumen ab, in dem sich die Dampfphase befindet. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, müssen daher praktische Bestimmungen bei einer Standardtemperatur und einem konstanten Verhältnis von Dampf- und Flüssigphase durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten gesättigter Dampfdruck Kraftstoff ist der Druck der Dampfphase des Kraftstoffs, der im dynamischen Gleichgewicht mit der flüssigen Phase steht, gemessen bei einer Standardtemperatur und einem bestimmten Verhältnis der Volumina der Dampf- und Flüssigkeitsphase. Die Temperatur, bei der der Sättigungsdampfdruck dem Druck im System entspricht, wird als Siedepunkt des Stoffes bezeichnet. Der gesättigte Dampfdruck steigt mit steigender Temperatur stark an. Bei gleicher Temperatur ist für leichtere Erdölprodukte ein höherer Sättigungsdampfdruck charakteristisch.

Derzeit gibt es mehrere Methoden zur Bestimmung des DNP von Stoffen, die sich in folgende Gruppen einteilen lassen:

Statische Methode.
Dynamische Methode.
Methode der beweglichen Gassättigung.
Methode zur Untersuchung von Isothermen.
Knudsen-Erguss-Methode.
Chromatographische Methode.

Statische Methode

Statische Methode ist am häufigsten, weil akzeptabel, wenn der DNP von Substanzen in einem weiten Temperatur- und Druckbereich gemessen wird. Der Kern der Methode besteht darin, den Druck eines Dampfes zu messen, der bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit steht. Der Druck kann entweder mit Manometern (Feder, Quecksilber, Eigengewicht, Wasser) oder mit speziellen Sensoren (Dehnungsmessstreifen, elektrisch usw.) gemessen werden, die eine Umrechnung in Druck ermöglichen, oder durch Berechnung, wenn die Menge eines Stoffes in einem bestimmten Volumen ist bekannt. Die am weitesten verbreitete Methode ist die Verwendung verschiedener Druckmessgeräte, die sogenannte direkte statische Methode. In diesem Fall wird die zu untersuchende Substanz in ein Piezometer (oder einen Behälter) gegossen, in einen Thermostat gestellt, der es ihr ermöglicht, eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, und der DNP wird mit einem Manometer gemessen. Darüber hinaus kann der Anschluss des Manometers sowohl in der Flüssigphase als auch in der Gasphase erfolgen. Beim Anschluss eines Manometers für die flüssige Phase wird eine Korrektur für die hydrostatische Flüssigkeitssäule berücksichtigt. Das Messgerät ist üblicherweise über einen Separator angeschlossen, der als Quecksilberventile, Membranen, Faltenbälge usw. verwendet wird.

Basierend auf der direkten statischen Methode wurden eine Reihe von Versuchsanlagen zur Untersuchung des DNP von Erdölprodukten erstellt.

In der Ölraffination aufgrund seiner Einfachheit der Standard Reid-Bomben-Methode(GOST 1756-2000). Die Bombe besteht aus zwei Kammern: Treibstoff 1 und Luft 2 mit einem Volumenverhältnis von jeweils 1:4, die durch ein Gewinde verbunden sind. Der durch den Dampf des Testkraftstoffs erzeugte Druck wird mit einem Manometer 3 aufgezeichnet, das oben an der Luftkammer angebracht ist. Der Test wird bei einer Temperatur von 38,8 °C und einem Druck von 0,1 MPa durchgeführt, der durch ein spezielles thermostatisiertes Bad bereitgestellt wird.

Der Sättigungsdampfdruck der Testflüssigkeit wird durch die Formel bestimmt:

Die Bestimmung des Dampfdrucks in einer Reid-Bombe liefert ungefähre Ergebnisse, die lediglich einer vergleichenden Beurteilung der Qualität von Kraftstoffen dienen.

Zu den Vorteilen des Geräts zählen die einfache Konstruktion und das Experimentieren, die Nachteile sind das konstante Verhältnis von Flüssigkeits- und Dampfphase und die Rauheit der Methode (der Fehler bei der Bestimmung des DNP von Benzin erreicht 15-20 %).

Eine genauere Möglichkeit zur Messung des DNP mit der statischen Methode ist die Sorrel-NATI-Methode. Mit dieser Methode ist es möglich, auch bei negativen Temperaturen die Absolutwerte des Sättigungsdampfdrucks zu bestimmen. Der Vorteil der Methode ist die Möglichkeit, DNP bei unterschiedlichen Verhältnissen der flüssigen und dampfförmigen Phase sowie in Gegenwart oder Abwesenheit von in der Substanz gelösten Luft und Gasen zu messen. Zu den Nachteilen zählen die Komplexität, die Anwendbarkeit nur in Speziallaboren und ein relativ großer Fehler bei der DNP-Messung (bis zu 5 %).

Die Abweichungen zwischen den mit der Reid-Bombe und der NATI-Methode gewonnenen Daten betragen 10-20 %.

Dynamische Methode

Dynamische Methode basiert auf der Messung des Siedepunkts einer Flüssigkeit bei einem bestimmten Druck. Bestehende experimentelle Installationen, die auf der dynamischen Methode basieren, verwenden in ihren Entwürfen Ebulliometer. Hierbei handelt es sich um Geräte, die auf dem Prinzip der Bewässerung des Thermometers mit einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch basieren. Die dynamische Methode wurde für die Untersuchung von DNP entwickelt reine Substanzen, bei dem der Siedepunkt ein fester Wert ist und nicht zur Messung des Drucks gesättigter Erdölprodukte verwendet wurde, deren Siedepunkt sich beim Verdampfen der Komponenten ändert. Es ist bekannt, dass niedrigsiedende Ölfraktionen eine Zwischenstellung zwischen Reinstoffen und Stoffgemischen einnehmen. Der Bereich der Druckmessung mit der dynamischen Methode ist normalerweise klein – bis zu 0,15–0,2 MPa. Daher wurden in jüngster Zeit Versuche unternommen, die dynamische Methode zur Untersuchung des DNP schmaler Ölfraktionen anzuwenden.

Methode der beweglichen Gassättigung

Methode der beweglichen Gassättigung Wird verwendet, wenn der DNP einer Substanz mehrere mmHg nicht überschreitet. Der Nachteil der Methode ist der relativ große Fehler der experimentellen Daten und die Notwendigkeit, das Molekulargewicht der untersuchten Substanz zu kennen. Der Kern der Methode ist wie folgt: Ein Inertgas wird durch die Flüssigkeit geleitet und mit deren Dämpfen gesättigt. Anschließend gelangt es in den Kühlschrank, wo die absorbierten Dämpfe kondensieren. Wenn man die Menge an Gas und absorbierter Flüssigkeit sowie deren Molekulargewichte kennt, kann man den Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit berechnen.

Methode zur Untersuchung von Isothermen

Methode zur Untersuchung von Isothermen liefert im Vergleich zu anderen Methoden die genauesten Ergebnisse, insbesondere wenn hohe Temperaturen. Bei dieser Methode wird der Zusammenhang zwischen Druck und Volumen von Sattdampf bei konstanter Temperatur untersucht. Am Sättigungspunkt muss die Isotherme einen Knick haben und in eine Gerade übergehen. Es wird angenommen, dass diese Methode zur Messung des DNP reiner Substanzen geeignet ist und für mehrkomponentige Substanzen, deren Siedepunkt ein unsicherer Wert ist, ungeeignet ist. Daher hat es sich bei der Messung des DNP von Erdölprodukten nicht durchgesetzt.

Knudsen-Erguss-Methode

Knudsen-Erguss-Methode Hauptsächlich anwendbar zum Messen sehr niedrige Drücke(bis zu 100 Pa). Diese Methode ermöglicht es, aus der Kondensatmenge die Dampfaustrittsgeschwindigkeit unter der Bedingung einer vollständigen Kondensation des ausströmenden Stoffes zu ermitteln. Auf dieser Methode basierende Anlagen haben folgende Nachteile: Es handelt sich um Einzelmessanlagen, die nach jeder Messung eine Druckentlastung erfordern, was bei Vorhandensein leicht oxidierbarer und instabiler Substanzen häufig zu einer chemischen Umwandlung der Prüfsubstanz und einer Verfälschung der Messergebnisse führt . Es wurde ein Versuchsaufbau geschaffen, der diese Nachteile nicht aufweist, der jedoch aufgrund der Komplexität des Designs nur in speziell ausgestatteten Laboren eingesetzt werden kann. Diese Methode wird hauptsächlich zur Messung des DNP von Feststoffen verwendet.

Knudsen-Erguss-Methode

Chromatographische Bestimmungsmethode Mit der Entwicklung von DNP-Substanzen wurde erst vor relativ kurzer Zeit begonnen. Bei dieser Methode basiert die Bestimmung des DNP von Erdölprodukten auf einer vollständigen chromatographischen Analyse der Flüssigkeit und der Berechnung der Summe der Partialdrücke aller Komponenten der Mischung. Die Methode zur Bestimmung des DRP einzelner Kohlenwasserstoffe und Erdölproduktfraktionen basiert auf den von den Autoren entwickelten Vorstellungen zum physikalisch-chemischen Retentionsindex und dem Konzept der Phasenspezifität. Zu diesem Zweck ist entweder eine Kapillarchromatographiesäule mit hoher Trennleistung oder Literaturdaten zu den Retentionsindizes der untersuchten Verbindungen erforderlich.

Bei der Analyse komplexer Kohlenwasserstoffgemische wie Erdölprodukten treten jedoch nicht nur Schwierigkeiten bei der Trennung der Kohlenwasserstoffe verschiedener Klassen auf, sondern auch bei der Identifizierung der einzelnen Bestandteile dieser Gemische.

Umwandlung des gesättigten Dampfdrucks

Bei technischen Berechnungen ist es häufig erforderlich, Temperaturen von einem Druck auf einen anderen oder einen Druck umzurechnen, wenn sich die Temperatur ändert. Dafür gibt es viele Formeln. Am häufigsten wird die Ashworth-Formel verwendet:

Die von V.P. Antonchenkov verfeinerte Ashworth-Formel hat die Form:

Um Temperatur und Druck neu zu berechnen, ist es auch praktisch, grafische Methoden zu verwenden.

Das gebräuchlichste Diagramm ist das Cox-Diagramm, das wie folgt aufgebaut ist. Die Abszissenachse ist eine logarithmische Skala, auf der die Werte des Logarithmus des Drucks ( LGP), zur Vereinfachung der Handhabung sind die entsprechenden Werte jedoch auf der Skala markiert R. Auf der Ordinatenachse sind Temperaturwerte aufgetragen. Im Winkel von 30° zur Abszissenachse wird eine Gerade gezeichnet, die mit dem Index „ N 2 0", das die Abhängigkeit des gesättigten Wasserdampfdrucks von der Temperatur charakterisiert. Beim Erstellen eines Diagramms aus mehreren Punkten auf der x-Achse werden die Senkrechten wiederhergestellt, bis sie die Linie schneiden N 2 0 und die resultierenden Punkte werden auf die Ordinatenachse übertragen. Auf der Ordinatenachse wird eine Skala angezeigt, die auf den Siedetemperaturen von Wasser basiert, die den unterschiedlichen Drücken seiner gesättigten Dämpfe entsprechen. Anschließend werden für mehrere gut untersuchte Kohlenwasserstoffe eine Reihe von Punkten mit zuvor bekannten Siedepunkten und entsprechenden Dampfdruckwerten ermittelt.

Es stellte sich heraus, dass für Alkane normaler Struktur die mit diesen Koordinaten erstellten Graphen gerade Linien sind, die alle in einem Punkt (Pol) zusammenlaufen. In Zukunft reicht es aus, einen beliebigen Punkt mit den Koordinaten Temperatur – Sättigungsdampfdruck eines Kohlenwasserstoffs zu nehmen und ihn mit einem Pol zu verbinden, um die Abhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks von der Temperatur für diesen Kohlenwasserstoff zu erhalten.

Obwohl das Diagramm für einzelne Alkane mit normaler Struktur erstellt wurde, wird es häufig in technologischen Berechnungen in Bezug auf enge Ölfraktionen verwendet und auf der Ordinatenachse aufgetragen Durchschnittstemperatur Siedepunkt dieser Fraktion.

Um die Siedepunkte von Erdölprodukten vom Hochvakuum auf Atmosphärendruck umzurechnen, wird das Nomogramm UOP verwendet, wonach durch Verbinden zweier bekannter Werte auf den entsprechenden Skalen des Diagramms mit einer Geraden der gewünschte Wert bei erhalten wird der Schnittpunkt mit der dritten Skala R oder T. Das UOP-Nomogramm wird hauptsächlich in der Laborpraxis verwendet.

Der Sättigungsdampfdruck von Gemischen und Lösungen hängt im Gegensatz zu einzelnen Kohlenwasserstoffen nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Zusammensetzung der Flüssigkeits- und Dampfphase ab. Für Lösungen und Mischungen, die den Gesetzen von Raoult und Dalton gehorchen, kann der gesamte Sättigungsdampfdruck der Mischung mithilfe der Formeln berechnet werden:

Bei hohen Drücken gehorchen reale Gase bekanntlich nicht den Gesetzen von Raoult und Dalton. In solchen Fällen wird der durch Berechnung oder grafische Methoden ermittelte Sättigungsdampfdruck anhand der kritischen Parameter Kompressibilitätsfaktor und Flüchtigkeit verfeinert.

Dichte