Как найти упругость насыщенного пара

Упругость – еще одна физическая величина, свойственная водяному пару. В статье подробно описано, что такое упругость водяного пара, зависимость данной величины от различных параметров.

Дополнительно приведена таблица упругости от температуры, формула и примеры расчета данного значения.

Что это за параметр, в чем измеряется?

Упругость водяного пара является величиной парциального давления. Иными словами, упругостью является общее количество пара в атмосфере на определенную единицу ее объема. Данная величина связана с плотностью пара, а значит с влажностью воздуха.

Единицей измерения упругости пара являются миллибар (мбар), миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст) или гектопаскаль (гПа).

Упругость сильно зависит от температуры пара, поэтому может обозначаться как упругость насыщения среды. В формулах параметр обозначается буквой «Е». Существует также понятие фактической упругости пара или газа, не достигшего насыщения. Обозначается параметр буквой «е».

От чего зависит?

Величина упругости водяного пара имеет несколько прямых зависимостей от различных факторов:

1. Температура. Чем выше температура пара, тем выше его упругость.

   С повышением температуры возможно увеличить скорость испарения или поддерживать ее на постоянном уровне, насыщая атмосферу паром и влагой.

2. Давление. Атмосферное давление позволяет поддерживать уровень упругости пропорционально скорости парообразования.

   С повышением высоты, атмосферное давление снижается, воздух становиться разряженным, большая часть пара конденсируется. При этом значение упругости снижается.

3. Среда. В замкнутой среде упругость остается пропорциональной температуре. При этом уровень насыщения достигается значительно быстрее при заданном объеме и температуре. На открытой местности упругость всегда ниже, так как пар распространяется на большую площадь.
4. Насыщение. Уровень насыщения молекулами воды прямо влияет на упругость пара. Чем больше влаги, тем плотность и упругость выше.

Также на данный параметр влияют различные примеси в виде газов и твердых частиц, находящиеся в атмосфере.

Дефицит

Это значение разности между полным насыщением и фактическим. Так как упругость зависит от температуры, при недостаточном уровне насыщения, при заданной температуре, прослеживается дефицит упругости пара.

На это может влиять высокий уровень примесей, резкое снижение температуры, повышение скорости ветра.

Таблица при различных температурах

По таблице можно проследить ряд зависимостей упругости пара по температуре:

1. При температурах от -40 до -5 градусов прослеживается слабый рост упругости (парциального давления).

   Связано это с высокой степенью кристаллизации молекул воды при испарении.

2. Температура 0 градусов является переходным порогом при парообразовании. В первый момент прослеживается снижение при переходе от положительного к отрицательному температурному значению.

   Повышение начинается при подводе тепла. Кристаллизация сменяется увлажнением среды.
3. Рост парциального давления увеличивается с +5 градусов. Увеличивается упругость с повышением температуры. Влажность среды увеличивается, что сказывается на плотности и упругости пара.

Зависимость упругости от температуры прослеживается при отрицательных и положительных температурных значениях. Это учитывают метеорологи при вычислении уровня влажности атмосферы.

Какова максимальная?

Максимальным значением упругости является его состояние насыщения при актуальной температуре. Выше этого значения атмосфера не насыщается, так как разность влажности переходит в состояние конденсации.

Если значения упругости меньше температурного параметра, атмосфера считается не насыщенной. Проследить зависимость можно по таблице:

В таблице прослеживается убывание упругости и абсолютного давления при снижении температуры и рост этих значений при ее увеличении.

Как найти значение?

Рассмотрим формулу, правила расчета и несколько примеров расчета.

Формула и правила расчета

Величина упругости водяного пара является табличным значением. На основе этих данных делается расчет влажности воздуха. Для этого используется следующая формула:

Формула состоит из:

• «r» — относительная влажность;
• «e» — фактическая упругость пара;
• «E» — упругость насыщения для актуальной температуры;
• «100%» — полное насыщение.

Значение относительной влажности помогает определить состояние насыщения при заданной температуре и вычислить уровень дефицита упругости.

Несколько примеров

Задача:

1. Температура воздуха 10 градусов.
2. Значение упругости при этой температуре 12,2 гПа.
3. Фактическая упругость 6 гПа.
4. Относительная влажность неизвестна.

Решение:

1. r= e/E*100%.
2. r= 6/12,2*100%=49%

Ответ: относительная влажность воздуха, при температуре 10 градусов и фактической упругости пара 6 гПа, равняется 49% и находится в состоянии дефицита.

Задача:

1. Температура воздуха -30 градусов.
2. Значение упругости пара 0,5 гПа.
3. Фактическая упругость 0,3 гПа.
4. Влажность воздуха неизвестна.

Решение:

1. r= e/E*100%о
2. r= 0,3/0,5*100%=60%

Ответ: при температуре -30 градусов и фактической упругости пара 0,3 гПа, влажность воздуха составляет 60%.

Где используют знания в жизни?

Упругость водяного пара — важный параметр, указывающий на процентное содержание влажности в атмосфере.

При помощи этих данных метеорологи вычисляют влажность воздуха, скорость парообразования и концентрацию пара в отдельных регионах и над естественными природными источниками.

Заключение

Упругость водяного пара позволяет контролировать парообразование на отдельных участках планеты. При вычислении очень важно использовать табличные значения упругости по температуре, что укажет на насыщение или дефицит влаги в атмосфере.

Чаще всего практическое использование сжиженных углеводородных газов происходит в двухфазной системе жидкость–пар (если есть свободная поверхность жидкости в замкнутом пространстве резервуара)..

При этом в общем случае происходит или конденсация пара, или испарение жидкости. В условиях равновесия нет ни конденсации, ни испарения. Давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии с паром, называется упругостью насыщенных паров.

Определенной температуре отвечает определенная упругость насыщенных паров, и наоборот, заданной упругости насыщенных паров отвечает определенная температура.

Если поддерживать постоянную температуру и сжимать пар, находящийся над жидкостью, то происходит его конденсация; наоборот, если увеличивать объем, занимаемый паром, то продолжается испарение жидкости.

Графическая зависимость упругости паров и температуры называется кривой испарения. Зависимости между упругостью чистых паров и температурой для углеводородов, входящих в составы сжиженных углеводородных газов, приведены на рис. 2.2. и в табл. 2.5.

Для идеальных систем жидкость-пар, у которых компоненты смеси образуют идеальный раствор в жидкой фазе, а пары компонентов подчиняются законам идеального газа, в состоянии равновесия справедливо уравнение, объединяющее законы Дальтона и Рауля:

yip = xipi или yi /xi = pi /p = ki

где ki — константа равновесия или распределения системы “жидкость пар”; pi — парциальное давление; xi — мольная концентрация компонента i в жидкой фазе; уi — то же, в паровой фазе.

Таблица 2.5. Упругость насыщенных паров, МПа, предельных парафиновых углеводородных газов (алканов).

Температура, °С	Этан	Пропан	Изобутан	н-Бутан	н-Пентан
-50	0,553	0,007	–	–	–
-45	0,655	0,088	–	–	–
-40	0,771	0,109	–	–	–
-35	0,902	0,134	–	–	–
-30	1,050	0,164	–	–	–
-25	1,215	0,197	–	–	–
-20	1,400	0,236	–	–	–
-15	1,604	0,285	0,088	0,056	–
-10	1,831	0,338	0,107	0,068	–
-5	2,081	0,399	0,128	0,084	–
0	2,355	0,466	0,153	0,102	0,024
5	2,555	0,543	0,182	0,123	0,030
10	2,982	0,629	0,215	0,146	0,037
15	3,336	0,725	0,252	0,174	0,046
20	3,721	0,833	0,294	0,205	0,058
25	4,137	0,951	0,341	0,240	0,067
30	4,460	1,080	0,394	0,280	0,081
35	4,889	1,226	0,452	0,324	0,096
40	–	1,382	0,513	0,374	0,114
45	–	1,552	0,590	0,429	0,134
50	–	1,740	0,670	0,490	0,157
55	–	1,943	0,759	0,557	0,183
60	–	2,162	0,853	0,631	0,212

Упругость
насыщенных паров углеводородов
характеризует то давление, при котором
газ начинает конденсироваться и
переходить в жидкое состояние. У
индивидуальных углеводородов в чистом
виде упругость паров (Q) есть функция
только температуры: Q =ѓ (Т). Величина
упругости насыщенных паров углеводородов
повышается с ростом температуры, и она
тем выше, чем ниже плотность углеводорода.
Аналогично с ростом молекулярной массы
углеводорода, величина упругости
насыщенный паров углеводородов
уменьшается при равных температурах
(рис. 2.11).

Рис. 2.11. Кривые
упругости насыщенных паров чистых
углеводородов:

1. –
метан;

2. –
этан;

3. –
пропан;

4. –
изобутан;

5. –
бутан;

6. –
изопентан;

7. –
пентан;

8. –
изогексан;

9. –
гексан;

10. –
изогептан; 11. –
гептан;

12. –
октан;

13. –
нонан;

14. –
декан

Зависимость
упругости пара от температуры: Q =ѓ (Т) –
нелинейная функция. Для ее линеаризации
шкала упругости пара принята
логарифмической, и это создает удобства
для пересчета величины упругости пара
при нужной температуре. Анализ зависимостей
представленных на рис. 2.11 свидетельствует,
что давление паров метана наибольшее.
При нормальных условиях его нельзя
превратить в жидкость (пунктирная
линия), так как его критическая температура
(Т_кр.)
= –
82,4^о С
(190,75 К).

На рис. 2.12, а
изображены зависимости объёма жидкого
и парообразного пропана. При сжатии от
точки М до точки А имеется перегретый
(ненасыщенный) пар, зависимость объёма
жидкости от давления при конкретной
температуре имеет гиперболическую
форму.

Рис.
2.10. Зависимости давления от объёма и
температуры (а) и кривая упругости
насыщенных паров (б) при температурах,
К: 1. –
283; 2. –
293; 3. –
303; 4. –
313; 5. –
323.

В точке А пар
становится насыщенным, а при дальнейшем
изменении объёма (участок АВ) он постепенно
переходит в жидкость при неизменном
давлении. В точке В заканчивается переход
пара в жидкость. При дальнейшем сжатии
пара будет резко повышаться давление
при почти неизменном объёме. Горизонтальный
участок АВ соответствует неизменности
давления в процессе конденсации паровой
фазы в жидкую фазу. Величина этого
давления и есть упругость насыщенного
пара газового компонента при данной
температуре. Чем ближе значение
температуры, при которой измеряется
упругость насыщенного пара газового
компонента к значению критической
температуре, тем короче горизонтальный
участок. На основе полученных данных
строят кривую упругости насыщенных
паров, представляющую зависимость
давления от от температуры испарения
данной жидкости (рис. 2. 12, б).

У смеси
углеводородов упругость паров является
функцией и температуры и общего давления
смеси: Q = ѓ (Т, Р_см.).
Величина её зависит от упругости паров
отдельных компонентов при данной
температуре и от их мольных концентраций.
Общее давление смеси влияет на упругость
паров каждого компонента и это влияние
учитывается по закону Рауля:

Р
= ∑
р_i
и
(2.39)

где Р –
общее давление;

р_i
–
парциальное давление i-го компонента;

Q_i
–
упругость паров i-го компонента;

N_xi
–
мольная доля i-го компонента в жидкости.

Упругость
паров смеси компонентов повышается с
увеличением общего давления. Это влияние
ничтожно при низких давлениях (≈
до 1 МПа), а при высоких давлениях упругость
паров резко увеличивается.

групповой и
вещественный составы нефти.

Основными
элементами
состава нефти
являются углерод (83,5-87%) и водород
(11,5-14 %). Кроме того, в нефти присутствуют:

сера в
количестве от 0,1 до 1-2 % (иногда ее
содержание может доходить до 5-7 %, во
многих нефтях серы практически нет);

азот в
количестве от 0,001 до 1 (иногда до 1,7 %);

кислород
(встречается
не в чистом виде, а в различных соединениях)
в количестве от 0,01 до 1 % и более, но не
превышает 3,6 %.

Из других элементов
в нефти присутствуют – железо, магний,
алюминий, медь, олово, натрий, кобальт,
хром, германий, ванадий, никель, ртуть,
золото и другие. Однако, содержание их
менее 1 %.

Фракционный
состав нефти
показывает содержание в ней различных
фракций, выкипающих в определенных
температурных интервалах, и отражает
содержание соединений в них.

Фракцией
называется доля нефти, выкипающая в
определенном интервале температур.
Нефти выкипают в очень широком интервале
температур, в основном, от 28 до 520-540С.
Фракционный состав нефти определяется
стандартным методом (ГОСТ 2177–82)
по результатам лабораторных испытаний
при разделении соединений по температурам
кипения методом фракционирования
(разгонки) нефти, отгона или смеси
соединений на установках АВТ
(атмосферно-вакуумная трубчатка).

Началом
кипения
фракции считают температуру падения
первой капли сконденсированных паров.

Концом
кипения
фракции считают температуру, при которой
испарение фракции прекращается.

Различают
следующие основные фракции нефти:

28-180СС
–
широкая бензиновая фракция;

140-200С
–
уайт–спирит;

180-320С
–
широкая керосиновая фракция;

150-240С
–
осветительный керосин;

180-280С
–
реактивное топливо;

140-340С
–
дизельная топливо (летнее);

180-360С
–
дизельная топливо (зимнее);

350-500С
–
широкая масляная фракция;

380-540С
–
вакуумный газойль.

Под
групповым
составом нефти
(фракции) понимают количественное
соотношение в ней отдельных групп
углеводородов, гетероатомных соединений.

Нефть
представляет собой сложную смесь
органических соединений (более 1000),
преимущественно углеводородов,
их производных и гетероатомных
соединений.

Углеводороды
представляют
собой органические соединения углерода
и водорода. В нефти в основном содержатся
следующие классы углеводородов.

Парафиновые
углеводороды
(алканы) –
насыщенные (предельные) углеводороды
с общей формулой C_nH_2n+2.
Содержание их в нефти составляет 30-70 %.
Различают алканы нормального строения
(н-алканы-пентан и его гомологи),
изостроения (изоалканы-изопентан и др.)
и изопреноидного строения (изопрены –
пристан, фитан и др.). В нефти присутствуют
газообразные алканы от С₁
до
С₄
(в виде растворённого газа), жидкие
алканы С₅
–
С₁₆,
составляют основную массу жидких фракций
нефти и твёрдые алканы состава С₁₇
–
С₅₃
и более, которые входят в тяжёлые нефтяные
фракции и известны как парафины.

Нафтеновые
углеводороды
(циклоалканы) –
насыщенные алициклические углеводороды.
К ним относятся моноциклические с общей
формулой C_nH_2n,
бициклические –
C_nH_2n-2,
трициклические –
C_nH_2n-4,
тетрациклические
–
C_nH_2n-6.
Содержание нафтеновых углеводородов
в нефтях может колебаться от 25 до 75 %. Из
моноциклических углеводородов в нефти
присутствуют в основном пяти- и
шестичленные нафтены. Общее содержание
нафтеновых углеводородов в нефти растёт
по мере увеличения ее молекулярной
массы.

Ароматические
углеводороды (арены)
–
соединения, в молекулах которых
присутствуют циклические углеводороды
с р–сопряжёнными
системами. Содержание их в нефти
изменяется от 10 до 50 %. К ним относятся
представители моноциклических: бензол
и его гомологи (толуол, о-, м-, п-ксилол и
др.), бициклические: нафталин и его
гомологи, трициклические: фенантрен,
антрацен и их гомологи, тетрациклические:
пирен и его гомологи и другие.

Гибридные
углеводороды (церезины) – углеводороды
смешанного строения: парафино–нафтенового,
парафино–ароматического,
нафтено–ароматического.
В основном, это твёрдые алканы с примесью
длинноцепочечных углеводородов,
содержащих циклановое или ароматическое
ядро. Они являются основной составной
частью парафиновых отложений в процессах
добычи и подготовки нефтей.

В
зависимости от преимущественного
содержания в нефти одного или нескольких
классов углеводородов она может
называться парафиновой (парафинового
основания), парафино–нафтеновой,
нафтеновой, нафтено–ароматической,
ароматической

Гетероатомные
соединения –
углеводороды, в состав молекул которых
входят кислород, сера, азот, металлы или
неметаллы. К ним относятся:

1. кислородсодержащие
   –
   фенолы,
   эфиры, нафтеновые кислоты, жирные
   кислоты и др., содержание их в нефтях
   колеблется от 0,1 до 1 %, иногда в
   высокосмолистых нефтях содержание
   кислорода может доходить до 2-3 %;

1. серосодержащие
   –
   меркаптаны, сульфиды, дисульфиды,
   тиофены и др., содержание их в нефтях
   изменяется от 0,1 до 1-7 %, кроме того, в
   нефти может присутствовать сера в
   свободном состоянии или в виде
   сероводорода, как составляющая природного
   газа;

1. азотсодержащие
   –
   амины, пиридин, хинолин, пирролы, их
   производные и др., содержание их
   изменяется от 0,001 до 0,4-1 %;

1. порфирины
   –
   это азотистые соединения, в основе
   структуры которых расположены четыре
   пиррольных кольца координационно-соединенные
   с атомами ванадия, никеля и др., содержание
   их в нефтях меньше 1 %;

1. смолы и
   асфальтены
   –
   высокомолекулярные соединения,
   содержащие два и более гетероатома,
   содержание их в нефтях изменяется от
   1 до 35 %.

Подавляющая
часть гетероатомных соединений содержится
в наиболее высокомолекулярных фракциях
нефти, выкипающих выше 300^оС.
В нефтях Западной Сибири на их долю
приходится до 15 %.

В нефти содержатся
в малых количествах минеральные вещества,
вода и механические примеси.

Состав полностью
определяет физико-химические свойства
нефтей. Вследствие изменчивости
химического состава, физико-химические
свойства нефтей различных месторождений
и даже различных пластов одного
месторождения отличаются большим
разнообразием.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Упругость насыщенных паров

Чаще всего практическое использование сжиженных углеводородных газов происходит в двухфазной системе «жидкость-пар» (если есть свободная поверхность жидкости в замкнутом пространстве резервуара). При этом в общем случае происходит или конденсация пара, или испарение жидкости. В условиях равновесия нет ни конденсации, ни испарения. Давление, при котором жидкость находится в равновесном состоянии с паром, называется упругостью насыщенных паров. Определенной температуре отвечает определенная упругость насыщенных паров, и наоборот, заданной упругости насыщенных паров отвечает определенная температура.

Если поддерживать постоянную температуру и сжимать пар, находящийся над жидкостью, то происходит его конденсация; наоборот, если увеличивать объем, занимаемый паром, то продолжается испарение жидкости. Графическая зависимость упругости паров и температуры называется кривой испарения. Зависимости между упругостью чистых паров и температурой для углеводородов, входящих в составы сжиженных углеводородных газов, приведены на рис. 2.2. и в табл. 2.5.

Температура, °С	Этан	Пропан	Изобутан	н-Бутан	н-Пентан
-50	0.553	0,007	–	–	–
-45	0.655	0,088	–	–	–
-40	0.771	0,109	–	–	–
-35	0.902	0,134	–	–	–
-30	1.050	0,164	–	–	–
-25	1.215	0,197	–	–	–
-20	1.400	0,236	–	–	–
-15	1.604	0,285	0,088	0.056	–
-10	1,831	0,338	0,107	0,068	–
-5	2.081	0,399	0,128	0,084	| – |
0	2,355	0,466	0,153	0.102	0,024
5	2.555	0,543	0,182	0,123	0,030
10	2.982	0,629	0,215	0.146	0,037
15	3.336	0,725	0,252	0,174	0,046
20	3,721	0,833	0,294	0.205	0,058
25	4.137	0,951	0,341	0.240	0,067
30	4,460	1,080	0,394	0.280	0,081
35	4,889	1,226	0,452	0.324	0,096
40	–	1,382	0,513	0.374	0,114
45	–	1,552	0,590	0.429	0,134
50	–	1,740	0,670	0,490	0,157
55	–	1,943	0,759	0.557	0,183
60	–	2,162	0,853	0.631	0,212

Для идеальных систем «жидкость-пар», у которых компоненты смеси образуют идеальный раствор в жидкой фазе, а пары подчиняются законам идеального газа, в состоянии равновесия справедливо уравнение, объединяющее законы Дальтона и Рауля:

y_iP = x_iP_i или y_i /x_i = P_i /P = k_i (2.46)

где k_i — константа равновесия или распределения системы «жидкость-пар»; p_i — парциальное давление; x_i — мольная концентрация компонента i в жидкой фазе; у_i — то же, в паровой фазе.

• Главная
• Справочник
• Основные физико- химические законы и соотношения
• Упругость насыщенных паров

1