содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

ПОВЕДЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ ПРИ ПОТЕРЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

5.1. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ

Изучая явления, связанные с процессами перемещения и хранения веществ, удобно воспользоваться диаграммой состояния. Для простоты будем предполагать, что рассматривается однокомпонентная система и что изменение ее состояния происходит без химического разложения. Диаграмма состояния такой системы представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Типичная диаграмма состояния вещества.

Кривая фазового равновесия А-В показывает соотношение между давлением пара и температурой для твердой фазы, а кривая фазового равновесия В - С -соотношение между давлением пара и температурой для жидкой фазы; точка С соответствует "критической температуре". При температурах больших, чем критическая, вещество не может находиться в жидком состоянии. Давление которому соответствует точка С, является "критическим", т. е. при этом давлении еще сохраняется возможность сжижения газообразной фазы. Физические свойства жидкой и газообразной фаз в этой точке идентичны, т. е. плотность удельная энтальпия, вязкость и др. имеют одно и то же значение, а скрытая теплота парообразования (конденсации) равна нулю.

Газообразная фаза имеет подфазу, именуемую "паровой", которая лежит области температур ниже критической и, таким образом, находится в так условиях, когда для перевода в жидкую фазу ее надо лишь сжать. Для области газообразной фазы, лежащей выше критической температуры, нет специально названия. Однако в XIX в. полагали, что такие газы, как кислород и азот, в отличие, например, от углекислого газа не могут быть сжижены только лишь посредством повышения давления, и им было дано название "постоянных" ("перманентных") газов. Сейчас понятно, что это было вызвано значительным превышением рабочих температур над критическими. В наше время все подобные газы успешно сжижаются в процессах с предварительным охлаждением газа (в одну стадию или в несколько) до температур ниже критической.

В табл. 5.1. приведены критические параметры различных веществ.

ТАБЛИЦА 5.1. Критические параметры различных веществ

аОсновной компонент природного газа.

В современной литературе термины "пар" и "газ" не используются в строг установившемся значении этих слов, что не совсем удобно.^* Так, например сжиженный нефтяной газ (СНГ) - это фактически сжиженный нефтяной пар. Однако выражение "сжиженный природный газ" (СПГ) вполне верно. С другой стороны, под взрывом парового облака может подразумеваться, строго говоря, взрыв горючего газа, например водорода или метана.

5.2. ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ

Для некоторых веществ температура, при которой происходит их разложение, ниже, чем температура, которой соответствует точка В. Такие вещества могут находиться только в твердом или парообразном состоянии. У других разложение может происходить в интервале температур (между точками В и С). Поэтому для подобных веществ физический смысл имеет только часть диаграммы состояния. Ряд веществ, например вода, сера, фосфор, имеют несколько твердых фаз. Для водорода и гелия характерны аномальные свойства при низких температурах. Однако для вопросов, рассматриваемых ниже, все эти исключения не имеют сколько-нибудь существенного значения.

5.3. ПЛОТНОСТЬ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ И СПОСОБЫ ХРАНЕНИЯ

Плотность (или обратная ей величина - удельный объем) - один из основных факторов, влияющих на экономичность обращения с летучими веществами. Газ (или пар) имеет такую низкую плотность, что хранить его в газообразном состоянии слишком дорого. Существуют два основных способа хранения газов: а) при постоянном давлении и изменяемом объеме и б) при переменном давлении и постоянном объеме.

Резервуар для хранения газа при атмосферном давлении - относительно легко сооружаемая конструкция, но имеющая при этом большие размеры. Для хранения бытового газа используются два типа резервуаров: мокрый телескопический и сухой поршневой. Максимальный объем таких резервуаров может достигать 250 - 300 тыс. м3 [Guinness,1983]. Помимо этого для хранения газов сейчас используются подземные каверны, а также резервуары, в которых газ содержится под давлением. В пересчете на единицу объема сооружение последних обходится намного дороже, чем хранилищ при атмосферном давлении, но относительно данной массы хранимого газа они намного меньше по размеру. Резервуары на ряде промышленных предприятий в Великобритании содержат газ при давлении 30 бар и имеют объем около 1000 м3.

В табл. 5.2 приведены значения удельного объема для некоторых веществ. Как видно из таблицы, жидкости в точке кипения при атмосферном давлении занимают объем в 250 - 450 раз меньший, чем объем той же массы находящихся с ними в равновесии насыщенных паров, а при критической температуре они занимают примерно 1/3 общего объема.

На рис. 5.2 показана зависимость удельного объема пропана от температуры. Используется логарифмический масштаб для полного представления о широте диапазона изменения удельного объема.

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..