Лекция 11. 2.8. Упругость насыщенных газов

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. 2.12. 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 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.