Термодинамика процесса испарения однокомпонентных жидкостей

Abstract

По аналогии с термическим разложением сложного химического соединения на более простые вещества, испарение однокомпонентной жидкости рассмотрено как самопроизвольный процесс, протекающий в закрытой системе при постоянной температуре до момента наступления равновесия. Изменение энтропии такой системы может быть определено как отношение молярной теплоты парообразования к температуре жидкости. Сравнительной характеристикой летучести жидкости можно считать давление еe насыщенного пара при данной температуре. На примере произвольно выбранных десяти жидкостей органической природы и воды показано, что при стандартной температуре, например, наименее летучими являются высоковязкие жидкости − этиленгликоль и анилин, а наиболее летучим оказался ацетон. Испаряемость воды в тех же условиях лишь незначительно превышает летучесть анилина и этиленгликоля, и оказывается существенно ниже остальных жидкостей. Всесторонний анализ процесса испарения жидкости является основой оптимизации процессов сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания, производства пара в котлоагрегатах тепловых электростанций, охлаждения режущего инструмента при металлообработке и термической закалке деталей машин, при выполнении сварочных работ под водой и в других случаях использования жидкостей в промышленности и на транспорте. В качестве сравнительного показателя летучести однокомпонентной жидкой системы можно использовать величину давления ее насыщенного пара при данной температуре. С повышением температуры любой однокомпонентной жидкой системы темп роста давления ее насыщенного пара заметно понижается, однако это свойство не коррелируется с самой летучестью. Изменение энтропии однокомпонентной жидкой системы при ее испарении более точно определяется отношением молярной теплоты испарения к температуре жидкости.By analogy with the thermal decomposition of complex chemical compound into more elementary substances evaporation of the single fluid is considered as spontaneous process progressing in closed system at constant temperature up to the moment of equilibrium coming. Entropy change of this system can be determined as the ratio of molar vaporization heat to the fluid temperature. Saturated vapor pressure at given temperature can be considered as comparison characteristic of fluid volatility. By example of arbitrarily chosen ten organic fluids and water it is shown that at standard temperature high-viscosity fluids - ethylene glycol and aniline are the least volatile and acetone is the most volatile. Water volatility exceeds aniline, ethylene glycol volatility only insignificantly in same conditions and it is substantially lower than other fluids. Comprehensive analysis of the fluid evaporation process is the basis of optimization process of fuel combustion in internal combustion engines, steam generation in boiler units of thermal power plants, cooling of cutting tool at metal processing and thermal hardening of machine elements, at underwater welding and in other cases of fluid using in industry and transport. As the comparative measure of the single fluid volatility we can use pressure value of its saturated vapor at given temperature. As the temperature of any single fluid system increases the pressure growth rate of its saturated vapor notably drops, but this property is not correlated with volatility itself. Entropy change of the single fluid system at its evaporation is determined more exactly by the ratio of molar vaporization heat to the fluid temperature.