वाष्पीकरण दबाव। किसी द्रव के क्वथनांक की दाब पर निर्भरता

तापमान के बीच सीधा संबंध है द्रव संतृप्तिऔर आसपास के लोग दबाव. जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, द्रव का दबाव बढ़ने से संतृप्ति तापमान बढ़ जाता है। इसके विपरीत, द्रव के दबाव में कमी से संतृप्ति तापमान कम हो जाता है।

22.2°C तापमान पर पानी से भरे एक बंद बर्तन पर विचार करें। प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए पोत पर एक थ्रॉटल वाल्व, एक दबाव नापने का यंत्र और दो थर्मामीटर स्थापित किए जाते हैं। वाल्व पोत में दबाव को नियंत्रित करता है। एक मैनोमीटर एक बर्तन में दबाव दिखाता है, जबकि थर्मामीटर भाप और तरल पानी के तापमान को मापता है। पोत के चारों ओर वायुमंडलीय दबाव 101.3 kPa है।

एक बर्तन में गठित खालीपनऔर वाल्व बंद है। पर आंतरिक दबाव 68.9 kPa . पर जल संतृप्ति तापमान 89.6 डिग्री सेल्सियस। इसका मतलब है कि उबाल तब तक नहीं आएगा जब तक वाष्प का दबाव 68.9 kPa तक नहीं पहुंच जाता। जैसा अधिकतम दबावजोड़ा 22.2 डिग्री सेल्सियस 2.7 केपीए के तरल तापमान पर, अगर तरल की सूचना नहीं दी जाती है तो उबाल नहीं होगा एक बड़ी संख्या कीऊर्जा।

इन परिस्थितियों में उबलने के बजाय, वाष्पीकरण शुरू हो जाएगा, क्योंकि तरल का वाष्प दबाव दबाव से कम होता है संतृप्त भाप , जो पानी के तापमान पर निर्भर करता है। यह तब तक जारी रहेगा जब तक तरल के ऊपर का आयतन जल वाष्प से संतृप्त नहीं हो जाता। संतुलन की स्थिति में पहुंचने पर, तरल और पर्यावरण का तापमान समान होगा, गर्मी हस्तांतरण बंद हो जाएगा, वाष्प के अणुओं की संख्या पानी से अलग हो जाएगी और उसमें वापस आ जाएगी, और वाष्प का दबाव बराबर होगा तरल के संतृप्ति दबाव के लिए, जो उसके तापमान पर निर्भर करता है। जब संतुलन पर पहुँच जाता है, तो वाष्प दाब पहुँच जाएगा अधिकतम मूल्य 2.7 kPa और तरल आयतन स्थिर रहेगा।

यदि, संतुलन की प्रारंभिक स्थिति में पहुंचने के बाद, वाल्व खोला जाता है, तो पोत में दबाव तेजी से बढ़कर 101.3 kPa हो जाएगा। इसलिए, पानी का क्वथनांक बढ़ जाएगा 100 डिग्री सेल्सियस. चूँकि पानी का तापमान 22.2°C रहता है, पानी का वाष्प दाब 2.7 kPa पर बना रहता है। पानी का वाष्प दाब कम हो जाएगा क्योंकि भाप वाल्व के माध्यम से बर्तन से बाहर निकल जाती है और वाष्पीकरण प्रक्रिया फिर से शुरू हो जाती है।

ईंधन के दहन के परिणामस्वरूप बर्तन में गर्मी हस्तांतरण में वृद्धि के साथ, पानी का तापमान 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ना शुरू हो जाता है। पानी के तापमान में वृद्धि का कारण बनता है अधिकगतिज ऊर्जा में वृद्धि के परिणामस्वरूप वाष्प के अणु, जो वाष्प के दबाव को 101.3 kPa तक बढ़ा देता है। भाप का दबाव बढ़ानातरल पानी के तापमान में परिवर्तन का परिणाम है। जैसे-जैसे तरल का तापमान बढ़ता है, वाष्प का दबाव भी बढ़ता है। एक बार वाष्प का दबाव पहुँच जाता है वायुमण्डलीय दबाव, शुरू होता है उबलना. पर आधारित स्थितिज ऊर्जाउबलने के परिणामस्वरूप अवस्था बदलने की प्रक्रिया एक स्थिर तापमान पर होती है। जब तक बर्तन पर्याप्त गर्मी प्राप्त करता है तब तक पानी जबरदस्ती अवस्था को गैसीय में बदल देगा।

जब वाष्प के अणु तरल सतह से अलग हो जाते हैं और बर्तन में चले जाते हैं, तो कुछ अणु अपना खो देते हैं गतिज ऊर्जाटक्कर के परिणामस्वरूप और तरल में गिर जाते हैं। कुछ अणु खुले वाल्व के माध्यम से बर्तन से बाहर निकलते हैं और वायुमंडल में फैल जाते हैं। जब तक वाल्व भाप छोड़ता है, तब तक बर्तन में भाप का दबाव और दबाव 101.3 kPa पर बना रहेगा। इस मामले में, वाष्प संतृप्त रहेगा, और इसका तापमान और दबाव तरल के समान होगा: 100 डिग्री सेल्सियस 101.3 केपीए पर। इस तापमान और दबाव पर वाष्प घनत्व 0.596 किग्रा / एम 3 है, और इसकी विशिष्ट मात्रा घनत्व का पारस्परिक है, जो 1.669 मिलीग्राम / किग्रा के बराबर है।

वाष्पीकरण

वाष्पीकरणएक सूक्ष्म ऊष्मागतिकीय प्रक्रिया है जो अपने परिवेश से किसी द्रव में ऊष्मा के धीमे स्थानांतरण के कारण होती है। प्रक्रिया वाष्पीकरणद्रव के आयतन या द्रव्यमान में तेजी से परिवर्तन करता है। वाष्पीकरणतरल अणुओं द्वारा अवशोषण के परिणामस्वरूप होता है तापीय ऊर्जाछोटे तापमान अंतर के कारण पर्यावरण से। ऊर्जा में इस वृद्धि से द्रव की गतिज ऊर्जा में भी वृद्धि होती है। टक्करों के परिणामस्वरूप गतिज ऊर्जा के स्थानान्तरण में, सतह के निकट कुछ अणु वेग प्राप्त करते हैं जो इससे बहुत अधिक होते हैं औसत गतिपड़ोसी अणु। जब कुछ उच्च-ऊर्जा अणु एक तरल की सतह के पास पहुंचते हैं, तो वे बंधन तोड़ते हैं, आकर्षण बल पर काबू पाते हैं, और वाष्प के अणुओं के रूप में वायुमंडल में चले जाते हैं।

वाष्पीकरणवाष्पीकरण तब होता है जब तरल के ऊपर वाष्प का दबाव संतृप्ति दबाव से कम होता है, जो तरल के तापमान से मेल खाता है। दूसरे शब्दों में, वाष्पीकरण तब होता है जब तरल वाष्प दबाव और तापमान रेखाएं वायुमंडलीय दबाव के नीचे एक बिंदु पर संतृप्ति तापमान रेखा पर प्रतिच्छेद करती हैं। ये शर्तें चालू हैं संतृप्ति तापमान रेखाएंनीचे क्षैतिज रेखावाष्प का दबाव, जो तरल के तापमान से मेल खाता है।

वाष्पीकरण तरल की मात्राजब अणुओं को सतह से अलग किया जाता है और आसपास के वातावरण में पेश किया जाता है, तो लगातार घटती जाती है। अलग होने के बाद, वाष्प के कुछ अणु वायुमंडल में दूसरों से टकराते हैं, कुछ गतिज ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं। जब ऊर्जा में कमी वाष्प के अणुओं के वेग को तरल से अलग होने के स्तर से कम कर देती है, तो वे वापस गिर जाते हैं और इस प्रकार कुछ खोया हुआ आयतन पुनः प्राप्त कर लेते हैं। जब द्रव से अलग होने वाले अणुओं की संख्या वापस गिरने वाली संख्या के बराबर होती है, तो होता है संतुलन की स्थिति. एक बार ऐसी स्थिति होने पर, तरल का आयतन तब तक अपरिवर्तित रहेगा जब तक कि वाष्प के दबाव या तापमान में परिवर्तन से वाष्पीकरण की दर में संबंधित परिवर्तन न हो जाए।

भाप का दबाव

वायुमंडलीय वायु में वाष्प दाब के मान को निम्नलिखित प्रयोग द्वारा स्पष्ट रूप से दर्शाया जा सकता है। यदि पानी की कुछ बूँदें जो ऊपर की ओर तैरती हैं, नीचे से पारा बैरोमीटर की नली में डाली जाती हैं, तो थोड़ी देर बाद टोरिसेली शून्य में बनने के कारण बैरोमीटर में पारा का स्तर कम हो जाएगा। भाप. बाद वाला अपना बनाता है आंशिक दबावपीएच, पारा की निचली सतह सहित सभी दिशाओं में समान रूप से कार्य करता है।

बैरोमीटर ट्यूब में वाष्प के उच्च तापमान वाली परिस्थितियों में एक समान प्रयोग करते समय, p का मान बढ़ जाएगा (पारा की सतह पर थोड़ा पानी रहना चाहिए)। इस तरह के प्रयोग संतृप्त भाप के तापमान में वृद्धि के साथ उसके दबाव में वृद्धि दर्शाते हैं। जब ट्यूब में वाष्प का तापमान 100°C होता है, तो उसमें पारा का स्तर बैरोमीटर कप में अपने स्तर तक गिर जाएगा, क्योंकि भाप का दबावके बराबर होगा वायुमण्डलीय दबाव. इस पद्धति का उपयोग निर्दिष्ट भाप मापदंडों के बीच कार्यात्मक निर्भरता का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

किसी भी गैस की तरह वाष्प का दबाव पास्कल में व्यक्त किया जा सकता है। माप और गणना करते समय लकड़ी सुखाने के उपकरणवाष्प दाब को शून्य दाब मान से मापा जाता है। कभी-कभी दबाव की उत्पत्ति को अतिरिक्त दबाव बनाम बैरोमीटर का दबाव माना जाता है। पहला दूसरे से 0.1 एमपीए अधिक है। उदाहरण के लिए, 0.6 एमपीए 0.5 एमपीए के अनुरूप होगा, स्टीम बॉयलर या स्टीम पाइपलाइन पर प्रेशर गेज पर पढ़ा जाएगा।

संतृप्ति तापमान

वह तापमान जिस पर कोई द्रव द्रव से गैस में या इसके विपरीत परिवर्तित होता है, कहलाता है संतृप्ति तापमान. तरल पर संतृप्ति तापमानबुलाया तरल के साथ संतृप्त, और संतृप्ति तापमान पर भाप को कहा जाता है संतृप्त भाप. किसी भी वातावरण या दबाव के लिए संतृप्ति तापमान- यह अधिकतम तापमानजिस पर पदार्थ द्रव अवस्था में रहता है। यह भी न्यूनतम तापमान, जिस पर पदार्थ वाष्प के रूप में मौजूद होता है। विभिन्न तरल पदार्थों का संतृप्ति तापमान अलग-अलग होता है और यह निर्भर करता है द्रव दबाव. मानक वायुमंडलीय दबाव में, लोहा लगभग 2454 डिग्री सेल्सियस पर, तांबा 2343 डिग्री सेल्सियस पर, सीसा 1649 डिग्री सेल्सियस पर, पानी 100 डिग्री सेल्सियस पर और अल्कोहल 76.7 डिग्री सेल्सियस पर वाष्पित हो जाता है। अन्य तरल पदार्थ वाष्पित हो जाते हैं जब केवल कम तामपान. मानक वायुमंडलीय दबाव पर अमोनिया -33 डिग्री सेल्सियस, ऑक्सीजन -182 डिग्री सेल्सियस और हीलियम -269 डिग्री सेल्सियस पर वाष्पित हो जाता है।

भाप दर

वायुमंडलीय गतिवाष्पित होने वाले तरल के ऊपर का सीधा संबंध है भाप दर. यदि तरल सतह पर वायुमंडल का वेग बढ़ जाता है, भाप दरभी बढ़ता है, क्योंकि वाष्प के अणु द्रव की सतह के ऊपर जमा नहीं होते हैं। इसलिए, तरल के ऊपर वाष्प का दबाव कम रहता है, जिससे अणु को सतह से अलग होने के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा की मात्रा कम हो जाती है और इस प्रकार बढ़ जाती है भाप दर. यदि पानी के कंटेनर के ऊपर पंखा रखा जाता है, तो वाष्पीकरण की दर बढ़ जाएगी और तरल कम समय में वाष्पित हो जाएगा।

वाष्पीकरण की दर को प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक है तरल सतह क्षेत्रजो वातावरण के लिए खुला है। सतह क्षेत्र में वृद्धि के साथ, वाष्पीकरण दर बढ़ जाती है, क्योंकि वाष्प के अणुओं का द्रव्यमान साथ-साथ फैलता है बड़ा क्षेत्र, जो कम करता है दबावतरल को। भाप के दबाव को कम करने से मात्रा कम हो जाती है गतिज ऊर्जाअणुओं को तरल की सतह से अलग करने के लिए आवश्यक है, जिससे वाष्पीकरण की दर बढ़ जाती है। इसलिए, यदि बर्तन से पानी की मात्रा को बोतल में स्थानांतरित किया जाता है, तो तरल का सतह क्षेत्र काफी कम हो जाएगा, और इसमें अधिक समय लगेगा पानी का वाष्पीकरण.

वाष्पीकरण दबाव को विनियमित करने के लिए, केवीपी नियामक का उपयोग करें, जो बाष्पीकरणकर्ता के नीचे की ओर सक्शन लाइन पर स्थापित है (चित्र। 6.13)।

अपने मुख्य कार्य के अलावा, वाष्पीकरण दबाव नियामक पानी के चिलरों के बाष्पीकरणकर्ताओं के ताप विनिमय पथ में ठंडा पानी को जमने से रोकने के लिए वाष्पीकरण दबाव में तेज गिरावट की स्थिति में सुरक्षा प्रदान करता है।

नियामक निम्नानुसार काम करता है: जब दबाव निर्धारित दबाव से ऊपर उठता है, तो नियामक खुलता है, और जब दबाव निर्धारित मूल्य से नीचे चला जाता है, तो यह बंद हो जाता है। नियंत्रण संकेत नियामक के इनलेट पर केवल दबाव है।

कई बाष्पीकरणकर्ताओं के साथ प्रतिष्ठानों में और विभिन्न वाष्पीकरण दबावों पर काम करते हुए, बाष्पीकरणकर्ता के बाद नियामक स्थापित किया जाता है, जिसमें दबाव सबसे अधिक होता है। स्टॉप के दौरान रेफ्रिजरेंट के संघनन से बचने के लिए, न्यूनतम दबाव के साथ बाष्पीकरण के तुरंत बाद सक्शन लाइन पर एक नॉन-रिटर्न वाल्व लगाया जाता है। समानांतर बाष्पीकरण करने वाले प्रतिष्ठानों में और आम कंप्रेसरबाष्पीकरणकर्ताओं में समान दबाव बनाए रखने के लिए चूषण लाइन पर नियामक स्थापित किया गया है।

इस प्रकार के नियामक के अलावा, एक या अधिक के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग करके वाष्पीकरण दबाव को स्थिर किया जाता है ठंडे कमरे, अलमारियाँ, आदि, शीतलन क्षमता की एक विस्तृत श्रृंखला में निर्धारित तापमान (± 0.5 K) को बनाए रखने की उच्च सटीकता प्रदान करते हैं - नाममात्र मूल्य के 10 से 100% तक।

8. प्रदर्शन नियामक।

क्षमता नियंत्रक (अंजीर। 6.14) बहुत कम रेफ्रिजरेंट चार्ज वाले प्रतिष्ठानों में बाष्पीकरणकर्ता पर गर्मी के भार में परिवर्तन के अनुकूल होने के लिए कंप्रेसर की शीतलन क्षमता में मदद करते हैं। वे कम चूषण दबाव और बेकार शुरुआत से बचते हैं।

जैसे ही बाष्पीकरण पर गर्मी का भार कम होता है, चूषण दबाव कम हो जाता है, जिससे सर्किट में एक वैक्यूम हो जाता है, जिससे नमी के संस्थापन में प्रवेश करने का खतरा होता है। जब चूषण दबाव निर्धारित मूल्य से नीचे चला जाता है, तो नियामक खुलता है, जिससे एक निश्चित मात्रा में गर्म गैसें निर्वहन से चूषण तक जाती हैं। नतीजतन, चूषण दबाव बढ़ जाता है और शीतलन क्षमता कम हो जाती है। नियामक केवल सक्शन लाइन में दबाव पर प्रतिक्रिया करता है, अर्थात। इससे बाहर निकलने पर।

9. नियामक शुरू करना।

स्टार्ट रेगुलेटर कंप्रेसर को बहुत अधिक सक्शन प्रेशर वैल्यू पर चलने और शुरू करने से रोकता है, जो मशीन के लंबे समय तक रुकने या बाष्पीकरण करने वाले के बाद होता है।

प्रारंभिक नियामक KVL "स्वयं के बाद" थ्रॉटलिंग दबाव नियामकों के प्रकार से संबंधित है। यह रेगुलेटर और कंप्रेसर के बीच सक्शन लाइन में लगातार दबाव बनाए रखता है और स्टार्ट-अप पर कंप्रेसर को उतार देता है।

रेगुलेटर इनलेट प्रेशर नीचे से धौंकनी पर और ऊपर से वॉल्व प्लेट पर काम करता है। चूंकि धौंकनी का प्रभावी क्षेत्र छिद्र के क्षेत्र के बराबर है, इनलेट दबाव बेअसर है। आउटलेट दबाव (क्रैंककेस में) नीचे से वाल्व प्लेट पर कार्य करता है, समायोज्य वसंत के तनाव बल का प्रतिकार करता है। ये दो बल हैं सक्रिय बलनियामक जब आउटलेट (क्रैंककेस में) पर विनियमित दबाव कम हो जाता है, तो वाल्व खुलता है, जिससे कंप्रेसर में रेफ्रिजरेंट वाष्प गुजरता है। के लिए प्रशीतन इकाइयांउच्च क्षमता, केवीएल स्टार्ट-अप नियंत्रकों के समानांतर बढ़ते संभव है। इस मामले में, नियामकों को प्रत्येक पाइपलाइन में समान दबाव ड्रॉप और समकक्ष प्रदर्शन की स्थिति से चुना जाता है।

नियामक को अधिकतम मूल्यों से अधिक के बिना समायोजित किया जाता है, हालांकि, कंप्रेसर या संघनक इकाई के लिए निर्माता द्वारा अनुशंसित मान। कंप्रेसर की सक्शन लाइन पर प्रेशर गेज की रीडिंग के अनुसार सेटिंग की जाती है।

बाष्पीकरणकर्ता और कंप्रेसर (चित्र। 6.15) के बीच सक्शन लाइन पर स्टार्ट रेगुलेटर स्थापित किया गया है।

इस नियामक में, 1/4 "बोर व्यास वाले इनलेट पाइप पर एक मैनोमेट्रिक आउटलेट के माध्यम से वाष्प निष्कर्षण लाइन को जोड़ना संभव है। विनियमन की इस पद्धति के साथ, वाष्प निष्कर्षण "स्वयं के बाद" किया जाता है।

एक प्रारंभिक नियामक का चुनाव पांच मुख्य संकेतकों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

रेफ्रिजरेंट का प्रकार

प्रणाली के प्रदर्शन,

चूषण डिजाइन दबाव,

अधिकतम डिजाइन दबाव,

नियामक में दबाव ड्रॉप।

डिज़ाइन और अधिकतम डिज़ाइन सक्शन दबाव के बीच का अंतर यह निर्धारित करता है कि वाल्व कितनी देर तक खुलेगा। रेगुलेटर के आर-पार प्रेशर ड्रॉप एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि सक्शन लाइन में प्रेशर लॉस मशीन के प्रदर्शन को प्रभावित करता है। इसलिए, नियामक के पार दबाव में गिरावट को न्यूनतम रखा जाना चाहिए। आमतौर पर, कम तापमान वाले रेफ्रिजरेशन सिस्टम में, प्रेशर ड्रॉप 3...7 kPa होता है। अधिकांश प्रशीतन प्रणालियों के लिए अधिकतम दबाव ड्रॉप 14 kPa है।

वाल्व के अधिकतम उद्घाटन पर, नियामक, एक तरफ, अधिकतम प्रदर्शन प्रदान करता है, और दूसरी ओर, बड़े दबाव के नुकसान का कारण बनता है, जो सिस्टम के प्रदर्शन को कम करता है। इसलिए, नियामक के पार दबाव ड्रॉप को यथासंभव कम रखा जाना चाहिए।

एक तरल के तीव्र वाष्पीकरण की प्रक्रिया एक तापमान पर शुरू होती है जब तरल का वाष्प दबाव तरल के ऊपर गैस वातावरण के बाहरी दबाव से अधिक हो जाता है। क्वथनांक पर, भाप का निर्माण तरल के पूरे द्रव्यमान में होता है और तरल (एकल-घटक) और वाष्प के पूर्ण संक्रमण तक लगभग स्थिर तापमान पर बहता है। दबाव को कृत्रिम रूप से कम करके, तरल को कम तापमान पर उबालना संभव है, जिसका व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसे खोजना आसान है उपयुक्त सामग्रीहार्डवेयर के लिए। आधुनिक वैक्यूम तकनीक में अपने निपटान में शक्तिशाली रोटरी पंप होते हैं जो एक वैक्यूम बनाने में सक्षम होते हैं, जिस पर अवशिष्ट दबाव 0.001 मिमीएचजी से अधिक नहीं होता है, और जेट प्रसार पंप जो 10v-7-10v-8 मिमीएचजी तक का वैक्यूम बनाते हैं। कला।
उच्च शुद्धता वाली धातुओं को प्राप्त करने के लिए वैक्यूम आसवन का उपयोग किया जाता है; Zn, Cd, Mg, Ca, आदि। आमतौर पर वे आसुत धातु के गलनांक पर वाष्प के दबाव से थोड़ा अधिक दबाव पर काम करते हैं। फिर, तरल धातु को आसवन करके, एक ठोस घनीभूत प्राप्त किया जाता है, जिससे इसे लागू करना संभव हो जाता है सरल डिजाइनअंजीर में दिखाया गया आसवन उपकरण। 24. उपकरण एक सिलेंडर है, जिसके निचले हिस्से में तरल आसुत धातु के साथ एक बर्तन होता है। क्रिस्टलीय क्रस्ट के रूप में एक विशेष मिश्रित धातु सिलेंडर (कंडेनसर) पर सिलेंडर के ऊपरी हिस्से में वाष्प संघनित होते हैं, जो प्रक्रिया के अंत के बाद कंडेनसर के साथ हटा दिए जाते हैं। पहले धातु को गर्म करने से पहले वैक्यूम पंपहवा को उपकरण से बाहर पंप किया जाता है, और फिर समय-समय पर एक वैक्यूम बहाल किया जाता है, जो उपकरण में लीक के माध्यम से बाहर से हवा के रिसाव के कारण बदल जाता है। यदि उपकरण पर्याप्त रूप से हर्मेटिक है, तो आसवन प्रक्रिया के दौरान, चूंकि गैर-संघनित गैसें नहीं निकलती हैं, इसलिए वैक्यूम पंप का निरंतर संचालन आवश्यक नहीं है।

वर्णित उपकरण अत्यंत सरल है, यह स्टील या गर्मी प्रतिरोधी धातु मिश्र धातुओं से बना है। क्या विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, इसका आवरण और सभी सीलिंग - सीलिंग भागों को पानी से ठंडा किया जाता है, अर्थात वे काम करते हैं कमरे का तापमान, बहुत उन्नत सीलेंट - रबर, वैक्यूम पुट्टी, आदि के उपयोग की अनुमति देता है। वैक्यूम के उपयोग से कैल्शियम, मैग्नीशियम, बेरियम जैसी रासायनिक रूप से सक्रिय और बहुत आक्रामक धातुओं के अपेक्षाकृत कम तापमान (700-900 °) पर आसवन द्वारा शुद्ध करना संभव हो जाता है। उपकरण के लिए सामग्री के चयन की असंभवता के कारण वायुमंडलीय दबाव पर आसवन संभव नहीं है।
आइए हम निर्वात में वाष्पीकरण प्रक्रिया की विशेषताओं पर विचार करें।
राज्य आरेख तरल - घटते दबाव वाले वाष्प में वायुमंडलीय दबाव के आरेखों के समान चरित्र होता है, केवल तरल और वाष्प की रेखाएं कम तापमान के क्षेत्र में चलती हैं। यह इस प्रकार है कि वैक्यूम में उनके समाधान के वाष्पीकरण के दौरान घटकों को अलग करने की दक्षता लगभग वायुमंडलीय दबाव के समान होती है, लेकिन कम तापमान पर की जाती है; लागू वैक्यूम जितना गहरा होता है, तापमान उतना ही कम होता है। वैक्यूम ऑपरेशन की एक विशेषता वाष्प के साथ छोटी तरल बूंदों के प्रवेश की अनुपस्थिति है, जो हमेशा वायुमंडलीय दबाव में संचालन करते समय देखी जाती है। तरल के तेजी से उबलने के दौरान, तरल की गहराई से उठने वाली भाप के फटने वाले बुलबुले छींटे देते हैं, जो वाष्प द्वारा कंडेनसर में ले जाते हैं और आसुत को प्रदूषित करते हैं। एक निर्वात (काफी गहरा) में, छींटे नहीं पड़ते हैं, क्योंकि उबलने की प्रक्रिया वायुमंडलीय दबाव पर उबलने से मौलिक रूप से भिन्न होती है। निर्वात में, भाप का निर्माण केवल तरल की सतह पर होता है, तरल के अंदर बुलबुले नहीं बनते हैं, सतह शांत होती है, उबलती नहीं है, इसलिए छींटे नहीं पड़ सकते। इसलिए, निर्वात आसवन वायुमंडलीय आसवन की तुलना में अधिक शुद्ध आसवन उत्पन्न करता है।
आइए हम निर्वात में उबलने की प्रक्रिया की ख़ासियत दिखाने के लिए एक उदाहरण का उपयोग करें। एक मामले में वायुमंडलीय दबाव (760 मिमी एचजी) पर 250 मिमी की गहराई वाले बर्तन में पानी उबाल लें। फिर बाहरी दबाव को दूर करने के लिए पानी की सतह से निकलने वाली भाप में वायुमंडलीय दबाव (760 मिमी एचजी) होना चाहिए, जो पानी की सतह के तापमान 100 डिग्री पर विकसित होता है। बर्तन के तल पर बने वाष्प के बुलबुले का दबाव अधिक होना चाहिए, क्योंकि वायुमंडल के दबाव के अलावा, इसे 250 मिमी ऊंचे पानी के स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव को दूर करने की आवश्यकता होती है, जो 18 के अतिरिक्त दबाव से मेल खाती है। मिमी एचजी। कला। इस प्रकार, बर्तन के नीचे से निकलने वाली भाप में 760 + 18 = 778 मिमी एचजी का दबाव होना चाहिए। कला।, जो बर्तन के तल पर पानी के तापमान 100.6 ° से मेल खाती है। तल (0.6°) पर पानी का इतना छोटा गर्म होना काफी वास्तविक है, और उबलने की प्रक्रिया इस तरह से आगे बढ़ती है कि परत के पूरे द्रव्यमान में भाप बन जाती है। पानी जोर से उबलता है और सतह पर बुलबुले फूटते ही फूट पड़ता है।
अब पानी की उसी परत को 4.58 मिमी एचजी के निर्वात में उबालने पर विचार करें। कला। उबलने के लिए, पानी की सतह परत का तापमान 0 ° होना चाहिए, जिस पर संतृप्त वाष्प का दबाव 4.58 मिमी Hg है। कला। तल पर बनने वाले बुलबुले को 250 मिमी के पानी के स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव को दूर करना चाहिए, जो कि 18 मिमी एचजी के दबाव से मेल खाता है। कला।, और कुल दबाव 4.58 + 18 = 22.58 मिमी एचजी है। कला। पानी में ~ 23 ° के तापमान पर ऐसा संतृप्त वाष्प दबाव होगा, अर्थात, बर्तन के तल पर वाष्प का बुलबुला बनने के लिए, तल पर 23 ° का तापमान होना आवश्यक है। नीचे और सतह पर तापमान के बीच इतना अंतर प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि यह संवहन धाराओं द्वारा रोका जाएगा। नतीजतन, तरल परत की गहराई में बुलबुले नहीं बनेंगे, और वाष्पीकरण केवल तरल की सतह से ही किया जाएगा।
धातु के पिघलने में उच्च तापीय चालकता होती है, जो तरल के स्थानीय अति ताप को रोकता है और, परिणामस्वरूप, बुलबुले के गठन के साथ उबलता है।
जब तक उपकरण में दबाव बहुत छोटा नहीं हो जाता, तब तक तरल की सतह और वाष्प के बीच अणुओं का आदान-प्रदान होता है और एक मोबाइल तरल-वाष्प संतुलन स्थापित होता है। भाप की एक पारंपरिक गैस धारा कंडेनसर में प्रवाहित होती है और आसवन प्रक्रिया के परिणाम तरल-वाष्प अवस्था आरेख द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।
यदि यंत्र में दबाव इतना कम हो कि अणुओं का माध्य मुक्त पथ बन जाए अधिक आकारउपकरण, आसवन प्रक्रिया की प्रकृति मौलिक रूप से बदल जाती है।
इन शर्तों के तहत, वाष्प और तरल के बीच अणुओं का कोई आदान-प्रदान नहीं होता है, एक मोबाइल तरल-वाष्प संतुलन स्थापित नहीं होता है, और तरल-वाष्प राज्य आरेख वाष्पीकरण प्रक्रिया का वर्णन नहीं करता है। बाष्पीकरण और कंडेनसर के बीच साधारण गैस एस्चर। वह बनता है, द्रव की सतह से अलग वाष्प के अणु एक सीधे रास्ते का अनुसरण करते हैं, अन्य अणुओं से टकराए बिना, वे कंडेनसर की ठंडी सतह पर गिरते हैं और वहीं रहते हैं - वे संघनित होते हैं; वाष्पीकरण प्रक्रिया पूरी तरह से अपरिवर्तनीय है और इसमें आणविक वाष्पीकरण का चरित्र है। आसवन का परिणाम वाष्पीकरण दर से निर्धारित होता है, जो वाष्पित पदार्थ के प्रकार और तापमान पर निर्भर करता है और सिस्टम में बाहरी दबाव से स्वतंत्र होता है, यदि यह दबाव पर्याप्त रूप से कम है। इन शर्तों के तहत वाष्पीकरण दर की गणना लैंगमुइर सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

एक इकाई सतह से प्रति सेकंड वाष्पित होने वाले पदार्थ के द्रव्यमान को वाष्पीकरण की दर के रूप में लेते हुए, वाष्प दबाव p को मिलीमीटर में व्यक्त करते हुए पारा स्तंभऔर मात्राओं आर और π को उनके संख्यात्मक मानों के साथ बदलकर, हम समीकरण (III, 13) को एक अलग रूप में प्राप्त करते हैं, व्यावहारिक गणना के लिए सुविधाजनक:

आणविक वाष्पीकरण में, समान वाष्प दबाव वाले पदार्थों को अलग किया जा सकता है यदि उनके आणविक भार भिन्न होते हैं, जैसा कि आइसोटोप पृथक्करण पर प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया गया है।

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इसके वाष्पीकरण के दौरान तरल शीतलन की घटना का उपयोग करना; पानी के क्वथनांक की दबाव पर निर्भरता।

वाष्पीकरण के दौरान, पदार्थ से चलता है तरल अवस्थागैसीय (भाप) में। वाष्पीकरण दो प्रकार के होते हैं: वाष्पीकरण और उबलना।

वाष्पीकरणवाष्पीकरण एक तरल की मुक्त सतह से होता है।

वाष्पीकरण कैसे होता है? हम जानते हैं कि किसी भी तरल के अणु निरंतर और अराजक गति में होते हैं, जिनमें से कुछ तेज गति से और अन्य धीमी गति से चलते हैं। एक दूसरे के प्रति आकर्षण बल उन्हें बाहर उड़ने से रोकते हैं। यदि, हालांकि, पर्याप्त रूप से बड़ी गतिज ऊर्जा वाला एक अणु तरल की सतह के पास दिखाई देता है, तो यह अंतर-आणविक आकर्षण की ताकतों को दूर कर सकता है और तरल से बाहर निकल सकता है। दूसरे, तीसरे आदि के साथ एक और तेज अणु के साथ भी यही बात दोहराई जाएगी। बाहर उड़ते हुए, ये अणु तरल के ऊपर वाष्प का निर्माण करते हैं। इस वाष्प का निर्माण वाष्पीकरण है।

चूंकि सबसे तेज अणु वाष्पीकरण के दौरान तरल से बच जाते हैं, तरल में शेष अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा छोटी और छोटी हो जाती है। नतीजतन वाष्पित होने वाले द्रव का तापमान कम हो जाता है: द्रव को ठंडा किया जाता है। इसलिए, विशेष रूप से, गीले कपड़ों में एक व्यक्ति को सूखे कपड़ों की तुलना में अधिक ठंड लगती है (खासकर जब हवा चल रही हो)।

साथ ही यह तो सभी जानते हैं कि अगर आप गिलास में पानी डालकर टेबल पर रख दें तो वाष्पीकरण के बावजूद यह लगातार ठंडा नहीं होगा, जमने तक और ज्यादा ठंडा होता जाएगा। इससे क्या रोकता है? उत्तर बहुत सरल है: कांच के चारों ओर गर्म हवा के साथ पानी का ताप विनिमय।

वाष्पीकरण के दौरान तरल का ठंडा होना अधिक ध्यान देने योग्य होता है जब वाष्पीकरण जल्दी होता है (ताकि तरल के पास गर्मी विनिमय के कारण अपना तापमान बहाल करने का समय न हो वातावरण) वाष्पशील तरल पदार्थ जल्दी से वाष्पित हो जाते हैं, जिसमें अंतर-आणविक आकर्षण बल छोटे होते हैं, उदाहरण के लिए, ईथर, अल्कोहल, गैसोलीन। यदि आप इस तरह के तरल को अपने हाथ पर गिराते हैं, तो हमें ठंड लग जाएगी। हाथ की सतह से वाष्पित होने पर, ऐसा तरल ठंडा हो जाएगा और इससे कुछ गर्मी दूर हो जाएगी।

इंजीनियरिंग में वाष्पीकरण करने वाले पदार्थों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में, वंश वाहनों को ऐसे पदार्थों के साथ लेपित किया जाता है। ग्रह के वातावरण से गुजरते समय घर्षण के परिणामस्वरूप शरीर-यंत्र गर्म हो जाता है और इसे ढकने वाला पदार्थ वाष्पित होने लगता है। वाष्पीकरण, यह ठंडा अंतरिक्ष यानइस प्रकार इसे ओवरहीटिंग से बचाते हैं।

वाष्पीकरण के दौरान पानी को ठंडा करने का उपयोग हवा की नमी को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में भी किया जाता है - साइकोमीटर(ग्रीक "साइक्रोस" से - ठंडा)। साइकोमीटर में दो थर्मामीटर होते हैं। उनमें से एक (सूखा) हवा का तापमान दिखाता है, और दूसरा (जिसका टैंक कैम्ब्रिक से बंधा होता है, पानी में उतारा जाता है) - अधिक हल्का तापमान, गीले कैम्ब्रिक से वाष्पीकरण की तीव्रता के कारण। जिस हवा की आर्द्रता मापी जा रही है, वह जितनी शुष्क होगी, वाष्पीकरण उतना ही मजबूत होगा और इसलिए वेट-बल्ब रीडिंग उतनी ही कम होगी। इसके विपरीत, हवा की आर्द्रता जितनी अधिक होगी, वाष्पीकरण उतना ही कम होगा और इसलिए अधिक उच्च तापमानइस थर्मामीटर को दिखाता है। सूखे और गीले थर्मामीटर की रीडिंग के आधार पर, एक विशेष (साइक्रोमेट्रिक) तालिका का उपयोग करके, प्रतिशत के रूप में व्यक्त की गई हवा की आर्द्रता निर्धारित की जाती है। उच्चतम आर्द्रता 100% है (इस आर्द्रता पर, वस्तुओं पर ओस दिखाई देती है)। एक व्यक्ति के लिए, सबसे अनुकूल आर्द्रता 40 से 60% की सीमा में मानी जाती है।

ज़रिये सरल प्रयोगयह स्थापित करना आसान है कि वाष्पीकरण की दर तरल के तापमान में वृद्धि के साथ-साथ इसकी मुक्त सतह के क्षेत्र में वृद्धि और हवा की उपस्थिति में बढ़ जाती है।

हवा की उपस्थिति में तरल तेजी से वाष्पित क्यों होता है? तथ्य यह है कि एक साथ तरल की सतह पर वाष्पीकरण के साथ, रिवर्स प्रक्रिया होती है - वाष्पीकरण. संघनन इस तथ्य के कारण होता है कि वाष्प के अणुओं का हिस्सा, तरल के ऊपर बेतरतीब ढंग से आगे बढ़ते हुए, फिर से उसमें लौट आता है। हवा उन अणुओं को दूर ले जाती है जो तरल से बाहर निकल गए हैं और उन्हें वापस लौटने की अनुमति नहीं देते हैं।

संघनन तब भी हो सकता है जब वाष्प तरल के संपर्क में न हो। यह संक्षेपण है, उदाहरण के लिए, जो बादलों के निर्माण की व्याख्या करता है: वायुमंडल की ठंडी परतों में पृथ्वी के ऊपर उठने वाले जल वाष्प के अणुओं को पानी की छोटी बूंदों में समूहित किया जाता है, जिसके संचय बादल होते हैं। वायुमण्डल में जलवाष्प के संघनन के कारण भी वर्षा और ओस होती है।

उबलते तापमान बनाम दबाव

पानी का क्वथनांक 100°C होता है; कोई सोच सकता है कि यह पानी का एक अंतर्निहित गुण है, कि पानी, जहां भी और किन परिस्थितियों में है, हमेशा 100 डिग्री सेल्सियस पर उबलता रहेगा।

लेकिन ऐसा नहीं है, और ऊंचे-ऊंचे गांवों के निवासी इस बात से अच्छी तरह वाकिफ हैं।

एल्ब्रस के शीर्ष के पास पर्यटकों के लिए एक घर और एक वैज्ञानिक स्टेशन है। शुरुआती कभी-कभी आश्चर्य करते हैं कि "उबलते पानी में अंडे उबालना कितना मुश्किल है" या "उबलता पानी क्यों नहीं जलता।" इन शर्तों के तहत, उन्हें बताया जाता है कि एल्ब्रस के शीर्ष पर पहले से ही 82 डिग्री सेल्सियस पर पानी उबलता है।

यहाँ क्या बात है? उबलने की घटना में कौन सा भौतिक कारक हस्तक्षेप करता है? ऊंचाई का क्या महत्व है?

यह भौतिक कारक द्रव की सतह पर कार्य करने वाला दबाव है। जो कहा गया है उसकी वैधता की जांच करने के लिए आपको पहाड़ की चोटी पर चढ़ने की जरूरत नहीं है।

घंटी के नीचे गर्म पानी रखकर और उसमें से हवा को अंदर या बाहर पंप करके, किसी को यह विश्वास हो सकता है कि क्वथनांक बढ़ते दबाव के साथ बढ़ता है और घटते दबाव के साथ गिरता है।

पानी 100°C पर केवल एक निश्चित दाब - 760 mm Hg पर उबलता है। कला। (या 1 एटीएम)।

क्वथनांक बनाम दबाव वक्र अंजीर में दिखाया गया है। 4.2. एल्ब्रस के शीर्ष पर, दबाव 0.5 एटीएम है, और यह दबाव 82 डिग्री सेल्सियस के क्वथनांक से मेल खाता है।

चावल। 4.2

लेकिन पानी 10-15 मिमी एचजी पर उबल रहा है। कला।, आप गर्म मौसम में तरोताजा हो सकते हैं। इस दबाव पर, क्वथनांक 10-15 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाएगा।

आप "उबलते पानी" भी प्राप्त कर सकते हैं, जिसमें ठंडे पानी का तापमान होता है। ऐसा करने के लिए, आपको दबाव को 4.6 मिमी एचजी तक कम करना होगा। कला।

दिलचस्प तस्वीरदेखा जा सकता है यदि आप घंटी के नीचे पानी के साथ एक खुला बर्तन रखते हैं और हवा को बाहर निकालते हैं। पम्पिंग से पानी उबल जाएगा, लेकिन उबालने के लिए गर्मी की आवश्यकता होती है। इसे लेने के लिए कहीं नहीं है, और पानी को अपनी ऊर्जा छोड़नी पड़ेगी। उबलते पानी का तापमान गिरना शुरू हो जाएगा, लेकिन जैसे-जैसे पंपिंग जारी रहेगी, दबाव भी बढ़ेगा। इसलिए, उबालना बंद नहीं होगा, पानी ठंडा होता रहेगा और अंततः जम जाएगा।

ऐसा उबाल ठंडा पानीन केवल हवा पंप करते समय होता है। उदाहरण के लिए, जब जहाज का प्रोपेलर घूमता है, तो दबाव तेजी से बढ़ रहा है धातु की सतहपानी की परत जोर से गिरती है और इस परत में पानी उबलता है, यानी उसमें भाप से भरे कई बुलबुले दिखाई देते हैं। इस घटना को पोकेशन (लैटिन शब्द कैविटास - कैविटी से) कहा जाता है।

दबाव कम करके, हम क्वथनांक को कम करते हैं। इसे बढ़ाने के बारे में क्या? हमारे जैसा ग्राफ इस प्रश्न का उत्तर देता है। 15 एटीएम का दबाव पानी के उबलने में देरी कर सकता है, यह केवल 200 डिग्री सेल्सियस से शुरू होगा, और 80 एटीएम का दबाव पानी को केवल 300 डिग्री सेल्सियस पर उबाल देगा।

तो, एक निश्चित बाहरी दबाव एक निश्चित क्वथनांक से मेल खाता है। लेकिन इस कथन को "उलटा" भी किया जा सकता है, यह कहते हुए: पानी का प्रत्येक क्वथनांक अपने स्वयं के विशिष्ट दबाव से मेल खाता है। इस दबाव को वाष्प दबाव कहा जाता है।

क्वथनांक को दाब के फलन के रूप में दर्शाने वाला वक्र तापमान के फलन के रूप में वाष्प दाब का वक्र भी है।

क्वथनांक ग्राफ (या वाष्प दबाव ग्राफ) पर अंकित आंकड़े बताते हैं कि तापमान के साथ वाष्प का दबाव बहुत तेजी से बदलता है। 0°C (अर्थात 273 K) पर वाष्प दाब 4.6 मिमी Hg होता है। कला।, 100 डिग्री सेल्सियस (373 के) पर यह 760 मिमी एचजी के बराबर है। कला।, यानी 165 गुना बढ़ जाती है। जब तापमान दोगुना हो जाता है (0 ° C, यानी 273 K, से 273 ° C, यानी 546 K), वाष्प का दबाव 4.6 मिमी Hg से बढ़ जाता है। कला। लगभग 60 एटीएम तक, यानी लगभग 10,000 बार।

इसलिए, इसके विपरीत, दबाव के साथ क्वथनांक धीरे-धीरे बदलता है। जब दबाव 0.5 एटीएम से 1 एटीएम तक दोगुना हो जाता है, तो क्वथनांक 82 डिग्री सेल्सियस (355 के) से बढ़कर 100 डिग्री सेल्सियस (373 के) हो जाता है और जब दबाव 1 से 2 एटीएम से दोगुना हो जाता है, तो 100 डिग्री सेल्सियस (373 के) से बढ़ जाता है। के) से 120 डिग्री सेल्सियस (393 के) तक।

जिस वक्र पर अब हम विचार कर रहे हैं वह भाप के पानी में संघनन (मोटा होना) को भी नियंत्रित करता है।

भाप को संपीड़न या ठंडा करके पानी में बदला जा सकता है।

उबालने के दौरान और संघनन के दौरान, बिंदु वक्र से तब तक नहीं हटेगा जब तक कि भाप का पानी या पानी से भाप में रूपांतरण पूरा नहीं हो जाता। इसे इस प्रकार भी तैयार किया जा सकता है: हमारे वक्र की स्थितियों के तहत, और केवल इन शर्तों के तहत, तरल और वाष्प का सह-अस्तित्व संभव है। यदि उसी समय कोई ऊष्मा न तो डाली जाए और न ही ली जाए, तो एक बंद बर्तन में वाष्प और तरल की मात्रा अपरिवर्तित रहेगी। इस तरह के वाष्प और तरल को संतुलन में कहा जाता है, और इसके तरल के साथ संतुलन में वाष्प को संतृप्त कहा जाता है।

उबलने और संक्षेपण की वक्र, जैसा कि हम देखते हैं, का एक और अर्थ है: यह तरल और वाष्प का संतुलन वक्र है। संतुलन वक्र आरेख क्षेत्र को दो भागों में विभाजित करता है। बाईं ओर और ऊपर की ओर (उच्च तापमान और निम्न दबाव की ओर) भाप की स्थिर अवस्था का क्षेत्र है। दाएँ और नीचे - द्रव की स्थिर अवस्था का क्षेत्र।

वाष्प-तरल संतुलन वक्र, यानी, दबाव पर क्वथनांक की निर्भरता या, जो समान है, तापमान पर वाष्प का दबाव, सभी तरल पदार्थों के लिए लगभग समान होता है। कुछ मामलों में, परिवर्तन कुछ अधिक अचानक हो सकता है, दूसरों में - कुछ हद तक धीमा, लेकिन हमेशा बढ़ते तापमान के साथ वाष्प का दबाव तेजी से बढ़ता है।

हमने कई बार "गैस" और "भाप" शब्दों का इस्तेमाल किया है। ये दोनों शब्द काफी हद तक एक जैसे हैं। हम कह सकते हैं: जल गैस पानी का वाष्प है, गैस ऑक्सीजन ऑक्सीजन तरल का वाष्प है। फिर भी, इन दो शब्दों के प्रयोग में कुछ आदत विकसित हुई है। चूंकि हम एक निश्चित अपेक्षाकृत कम तापमान सीमा के आदी हैं, हम आमतौर पर "गैस" शब्द उन पदार्थों पर लागू करते हैं जिनका सामान्य तापमान पर वाष्प दबाव वायुमंडलीय दबाव से ऊपर होता है। इसके विपरीत, हम वाष्प की बात करते हैं, जब कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव में, पदार्थ तरल के रूप में अधिक स्थिर होता है।

वाष्पीकरण

चाय के एक मग पर वाष्पीकरण

वाष्पीकरण- किसी पदार्थ के द्रव अवस्था से गैसीय अवस्था में संक्रमण की प्रक्रिया, जो किसी पदार्थ (वाष्प) की सतह पर होती है। वाष्पीकरण प्रक्रिया संक्षेपण प्रक्रिया (वाष्प से तरल में संक्रमण) के विपरीत है। वाष्पीकरण (वाष्पीकरण), एक संघनित (ठोस या तरल) चरण से गैसीय (भाप) में किसी पदार्थ का संक्रमण; पहले क्रम का चरण संक्रमण।

उच्च भौतिकी में वाष्पीकरण की अधिक विस्तृत अवधारणा है।

वाष्पीकरण- यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कण (अणु, परमाणु) तरल या ठोस की सतह से बाहर (फाड़) जाते हैं, जबकि E k > E p.

सामान्य विशेषताएँ

किसी ठोस पिंड के वाष्पीकरण को ऊर्ध्वपातन (उच्च बनाने की क्रिया) कहा जाता है, और तरल के आयतन में वाष्पीकरण को क्वथनांक कहा जाता है। आमतौर पर, वाष्पीकरण को किसी तरल की मुक्त सतह पर वाष्पीकरण के रूप में समझा जाता है, जो उसके अणुओं के क्वथनांक से नीचे के तापमान पर निर्दिष्ट सतह के ऊपर स्थित गैसीय माध्यम के दबाव के अनुरूप होता है। इस मामले में, पर्याप्त रूप से बड़ी गतिज ऊर्जा वाले अणु तरल की सतह परत से गैसीय माध्यम में भाग जाते हैं; उनमें से कुछ वापस परावर्तित हो जाते हैं और तरल द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जबकि बाकी इसके द्वारा अपरिवर्तनीय रूप से खो जाते हैं।

वाष्पीकरण एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है जिसमें चरण संक्रमण की गर्मी अवशोषित होती है - तरल चरण में आणविक एकजुटता की ताकतों पर काबू पाने और तरल वाष्प में बदल जाने पर विस्तार के काम पर खर्च होने वाली वाष्पीकरण की गर्मी। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा को 1 मोल तरल (वाष्पीकरण की दाढ़ ऊष्मा, J/mol) या इसकी द्रव्यमान इकाई (वाष्पीकरण की द्रव्यमान ऊष्मा, J/kg) के रूप में संदर्भित किया जाता है। वाष्पीकरण दर वाष्प प्रवाह jп की सतह घनत्व द्वारा निर्धारित की जाती है, तरल सतह की एक इकाई [mol / (s.m 2) या kg / (s.m 2)] से गैस चरण में प्रति इकाई समय में प्रवेश करती है। उच्चतम मूल्य jп निर्वात में पहुँच जाता है। तरल के ऊपर एक अपेक्षाकृत घने गैसीय माध्यम की उपस्थिति में, वाष्पीकरण धीमा हो जाता है क्योंकि तरल की सतह से गैसीय माध्यम में वाष्प के अणुओं को हटाने की दर तरल द्वारा उनके उत्सर्जन की दर की तुलना में कम हो जाती है। . इस मामले में, वाष्प-गैस मिश्रण की एक परत, व्यावहारिक रूप से भाप से संतृप्त होती है, इंटरफ़ेस के पास बनती है। इस परत में भाप का आंशिक दबाव और सांद्रता वाष्प-गैस मिश्रण के थोक की तुलना में अधिक है।

वाष्पीकरण प्रक्रिया अणुओं की तापीय गति की तीव्रता पर निर्भर करती है: जितनी तेजी से अणु चलते हैं, उतनी ही तेजी से वाष्पीकरण होता है। इसके अलावा, वाष्पीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारक बाहरी (पदार्थ के संबंध में) प्रसार की दर, साथ ही साथ पदार्थ के गुण भी हैं। सीधे शब्दों में कहें तो हवा के साथ वाष्पीकरण बहुत तेजी से होता है। पदार्थ के गुणों के लिए, उदाहरण के लिए, शराब बहुत अधिक वाष्पित हो जाती है पानी से भी तेज. एक महत्वपूर्ण कारक तरल का सतह क्षेत्र भी है जिसमें से वाष्पीकरण होता है: एक संकीर्ण कंटर से, यह एक विस्तृत प्लेट की तुलना में अधिक धीरे-धीरे होगा।

सूक्ष्म स्तर

इस प्रक्रिया पर विचार करें सूक्ष्म स्तर: अणु जिनमें पड़ोसी अणुओं के आकर्षण को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा (गति) होती है, वे पदार्थ (तरल) की सीमाओं से बाहर निकल जाते हैं। इस मामले में, तरल अपनी कुछ ऊर्जा खो देता है (ठंडा हो जाता है)। उदाहरण के लिए, एक बहुत गर्म तरल: हम इसे ठंडा करने के लिए इसकी सतह पर उड़ाते हैं, जबकि हम वाष्पीकरण प्रक्रिया को तेज करते हैं।

थर्मोडायनामिक संतुलन

गैस-वाष्प मिश्रण में निहित तरल और वाष्प के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन का उल्लंघन चरण सीमा पर तापमान कूद द्वारा समझाया गया है। हालांकि, इस छलांग को आमतौर पर उपेक्षित किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि इंटरफ़ेस पर आंशिक दबाव और वाष्प की एकाग्रता तरल सतह के तापमान पर संतृप्त वाष्प के लिए उनके मूल्यों के अनुरूप है। यदि तरल और गैस-वाष्प मिश्रण स्थिर हैं और उनमें मुक्त संवहन का प्रभाव नगण्य है, तो तरल की सतह से गैसीय माध्यम में वाष्पीकरण के दौरान बनने वाली वाष्प का निष्कासन मुख्य रूप से आणविक प्रसार के परिणामस्वरूप होता है और द्रव की सतह से गैसीय माध्यम में निर्देशित वाष्प-गैस मिश्रण के द्रव्यमान (तथाकथित स्टीफन) प्रवाह की उपस्थिति (डिफ्यूजन देखें)। बाष्पीकरणीय तरल शीतलन के विभिन्न तरीकों के तहत तापमान वितरण। उष्मा प्रवाह को निर्देशित किया जाता है: ए - तरल चरण से वाष्पीकरण सतह तक गैस चरण में; बी - तरल चरण से केवल वाष्पीकरण सतह तक; ग - दोनों चरणों की ओर से वाष्पीकरण की सतह तक; डी - केवल गैस चरण की ओर से वाष्पीकरण की सतह तक।

बारो-, थर्मल डिफ्यूजन

बारो- और थर्मल प्रसार के प्रभावों को आमतौर पर इंजीनियरिंग गणना में ध्यान में नहीं रखा जाता है, लेकिन थर्मल प्रसार का प्रभाव गैस-वाष्प मिश्रण की उच्च असमानता के साथ महत्वपूर्ण हो सकता है (इसके घटकों के दाढ़ द्रव्यमान में बड़े अंतर के साथ) और महत्वपूर्ण तापमान प्रवणता। जब एक या दोनों प्रावस्थाएँ अपने अंतरापृष्ठ के सापेक्ष गति करती हैं, तो वाष्प-गैस मिश्रण और द्रव के द्रव्य और ऊर्जा के संवहन स्थानान्तरण की भूमिका बढ़ जाती है।

तरल-गैस प्रणाली को अतिरिक्त से ऊर्जा आपूर्ति के अभाव में। ऊष्मा स्रोत वाष्पीकरण को एक या दोनों चरणों से तरल की सतह परत तक पहुँचाया जा सकता है। एक पदार्थ के परिणामी प्रवाह के विपरीत, जो हमेशा तरल से गैसीय माध्यम में वाष्पीकरण के दौरान निर्देशित होता है, गर्मी प्रवाह हो सकता है अलग दिशातरल टीएल, चरण सीमा टीजीआर और गैसीय माध्यम टीजी के थोक के तापमान के अनुपात के आधार पर। जब एक निश्चित मात्रा में तरल एक अर्ध-अनंत मात्रा या गैसीय माध्यम प्रवाह के संपर्क में आता है जो इसकी सतह को धोता है और गैस तापमान (tl> tgr> tg) से अधिक तरल तापमान पर होता है, तो पक्ष से एक गर्मी प्रवाह होता है इंटरफ़ेस के लिए तरल: (Qlg = Qzh - Qi, जहां क्यूई वाष्पीकरण की गर्मी है, Qzhg तरल से गैसीय माध्यम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है। इस मामले में, तरल को ठंडा किया जाता है (तथाकथित बाष्पीकरणीय शीतलन) ) यदि, इस तरह के शीतलन के परिणामस्वरूप, समानता tgr \u003d tg तक पहुँच जाता है, तो तरल से गैस में गर्मी हस्तांतरण बंद हो जाता है ( Qzhg = 0) और तरल की तरफ से इंटरफ़ेस तक आपूर्ति की गई सभी गर्मी वाष्पीकरण पर खर्च की जाती है (क्यूएल = क्यूई)।

एक गैसीय माध्यम के मामले में जो भाप से संतृप्त नहीं होता है, इंटरफ़ेस पर उत्तरार्द्ध का आंशिक दबाव और Ql = Qi गैस के थोक की तुलना में अधिक रहता है, जिसके परिणामस्वरूप वाष्पीकरण और बाष्पीकरणीय शीतलन द्रव रुकता नहीं है और tgr tl और tg से कम हो जाता है। इस मामले में, दोनों चरणों से इंटरफ़ेस को गर्मी की आपूर्ति की जाती है, tl में कमी के परिणामस्वरूप, समानता tgr = tl तक पहुंच जाती है और तरल पक्ष से गर्मी का प्रवाह बंद हो जाता है, और गैस माध्यम Qgl की ओर से क्यूई के बराबर हो जाता है। तरल का आगे वाष्पीकरण एक स्थिर तापमान tm = tl = tgr पर होता है, जिसे बाष्पीकरणीय शीतलन या गीले थर्मामीटर के तापमान के दौरान तरल शीतलन सीमा कहा जाता है (क्योंकि यह साइकोमीटर के गीले थर्मामीटर द्वारा दिखाया गया है)। tm का मान गैस-वाष्प माध्यम के मापदंडों और तरल और गैस चरणों के बीच गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण की स्थितियों पर निर्भर करता है।

यदि एक तरल और एक गैसीय माध्यम में विभिन्न तापमान, एक सीमित मात्रा में हैं जो बाहर से ऊर्जा प्राप्त नहीं करते हैं और इसे बाहर नहीं देते हैं, वाष्पीकरण तब तक होता है जब तक दो चरणों के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन नहीं होता है, जिस पर दोनों चरणों के तापमान को सिस्टम के निरंतर उत्साह पर बराबर किया जाता है, और सिस्टम टैड के तापमान पर गैस चरण भाप से संतृप्त होता है। उत्तरार्द्ध, जिसे गैस का रुद्धोष्म संतृप्ति तापमान कहा जाता है, केवल दोनों चरणों के प्रारंभिक मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है और गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण की स्थितियों पर निर्भर नहीं करता है।

भाप दर

इज़ोटेर्मल वाष्पीकरण की दर [किलो / (एम 2 एस)] यूनिडायरेक्शनल वाष्प प्रसार के साथ एक बाइनरी वाष्प-गैस मिश्रण की एक निश्चित परत में मोटाई डी के साथ तरल सतह के ऊपर स्थित है, [एम] स्टीफन सूत्र द्वारा पाया जा सकता है: , जहां डी पारस्परिक प्रसार का गुणांक है, [एम 2 /साथ]; - गैस स्थिर वाष्प, [जे / (किलो के)] या [एम 2 / (एस 2 के)]; टी मिश्रण का तापमान है, [के]; पी गैस-वाष्प मिश्रण का दबाव है, [पा]; - इंटरफेस पर और मिश्रण परत की बाहरी सीमा पर आंशिक वाष्प दबाव, [पा]।

पर सामान्य मामला(चलती तरल और गैस, गैर-इज़ोटेर्मल स्थितियां) इंटरफ़ेस से सटे तरल की सीमा परत में, गति का हस्तांतरण गर्मी के हस्तांतरण के साथ होता है, और गैस की सीमा परत (वाष्प-गैस मिश्रण) में होता है। परस्पर ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण होता है। इस मामले में, वाष्पीकरण दर की गणना करने के लिए, प्रयोगात्मक गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण गुणांक का उपयोग किया जाता है, और अपेक्षाकृत अधिक में साधारण मामले- अनुमानित तरीके संख्यात्मक समाधानप्रणाली विभेदक समीकरणगैस और तरल चरणों की संयुग्मित सीमा परतों के लिए।

वाष्पीकरण के दौरान बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की तीव्रता अंतरफलक पर वाष्प की रासायनिक क्षमता और वाष्प-गैस मिश्रण के थोक में अंतर पर निर्भर करती है। हालांकि, अगर बारो- और थर्मल डिफ्यूजन को नजरअंदाज किया जा सकता है, तो रासायनिक क्षमता में अंतर को आंशिक दबाव या वाष्प सांद्रता में अंतर से बदल दिया जाता है और लेता है: सीपी, जीआर - सीएन, ओएसएन), जहां बीपी, बीसी - मास ट्रांसफर गुणांक, पी - मिश्रण दबाव, पीपी - आंशिक वाष्प दबाव, वाईपी = पीपी / पी - दाढ़ वाष्प एकाग्रता, सीपी = आरपी / आर - द्रव्यमान वाष्प एकाग्रता, आरपी, आर - वाष्प और मिश्रण की स्थानीय घनत्व; सूचकांकों का अर्थ है: "जीआर" - चरण सीमा पर, "मुख्य" - मुख्य में। मिश्रण का द्रव्यमान। तरल द्वारा वाष्पीकरण के दौरान दिए गए ऊष्मा प्रवाह का घनत्व [J/(m2 s) में] है: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), जहां azh, ag ऊष्मा अंतरण हैं तरल और गैस पक्षों से गुणांक , [डब्ल्यू / (एम 2 के)]; आर - गर्मी वाष्पीकरण, [जे / किग्रा]।

वाष्पीकरण सतह की वक्रता की बहुत छोटी त्रिज्या पर (उदाहरण के लिए, छोटी तरल बूंदों के वाष्पीकरण के दौरान), का प्रभाव सतह तनावतरल, इस तथ्य की ओर जाता है कि इंटरफ़ेस के ऊपर संतुलन वाष्प दबाव दबाव से अधिक है संतृप्त वाष्पएक सपाट सतह पर एक ही तरल। यदि टीजीआर ~ टीएल, तो वाष्पीकरण की गणना करते समय, गैस चरण में केवल गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण को ध्यान में रखा जा सकता है। बड़े पैमाने पर स्थानांतरण की अपेक्षाकृत कम तीव्रता पर, गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण की प्रक्रियाओं के बीच समानता लगभग मान्य है, जिससे यह निम्नानुसार है: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, जहां Nu = ag l/lg Nusselt संख्या है, l वाष्पीकरण सतह का विशिष्ट आकार है, lg तापीय चालकता भाप-गैस मिश्रण है, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D वाष्प प्रवाह के प्रसार घटक के लिए शेरवुड संख्या है, Dp = D/ आरपीटी ग्रेडिएंट से संबंधित प्रसार गुणांक है आंशिक दबावजोड़ा। बीपी और बीसी के मूल्यों की गणना उपरोक्त अनुपातों से की जाती है, संख्याएं Nu0 और Sh0 jp: 0 के अनुरूप होती हैं और अलग-अलग होने वाली गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रियाओं के लिए डेटा से निर्धारित की जा सकती हैं। कुल (प्रसार और संवहन) वाष्प प्रवाह के लिए संख्या Sh0, Sh * को दाढ़ (yg, gr) या द्रव्यमान (sg, gr) गैस सांद्रता द्वारा इंटरफ़ेस पर विभाजित करके पाया जाता है, जिसके आधार पर द्रव्यमान की प्रेरक शक्ति गुणांक को स्थानांतरित करती है बी को सौंपा गया है।

समीकरण

वाष्पीकरण के दौरान Nu और Sh* के लिए समानता समीकरणों में सामान्य मानदंड (रेनॉल्ड्स नंबर रे, आर्किमिडीज आर, प्रांड्ल पीआर या श्मिट एससी और जियोम। पैरामीटर) के अलावा, पैरामीटर जो अनुप्रस्थ वाष्प प्रवाह के प्रभाव को ध्यान में रखते हैं और सीमा परत के क्रॉस सेक्शन में प्रोफाइल, वेग, तापमान या सांद्रता पर वाष्प-गैस मिश्रण (दाढ़ द्रव्यमान या गैस स्थिरांक के अनुपात) की असमानता की डिग्री।

छोटे जेपी में, जो गैस-वाष्प मिश्रण की गति के हाइड्रोडायनामिक शासन का महत्वपूर्ण रूप से उल्लंघन नहीं करते हैं (उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय हवा में पानी के वाष्पीकरण के दौरान) और तापमान और एकाग्रता क्षेत्रों की सीमा स्थितियों की समानता, का प्रभाव समानता समीकरणों में अतिरिक्त तर्क महत्वहीन है और इसे उपेक्षित किया जा सकता है, यह मानते हुए कि नु = श। जब बहु-घटक मिश्रण वाष्पित हो जाते हैं, तो ये नियमितताएँ बहुत अधिक जटिल हो जाती हैं। इसी समय, मिश्रण घटकों के वाष्पीकरण की गर्मी और तरल और वाष्प-गैस चरणों की रचनाएं, जो एक दूसरे के साथ संतुलन में होती हैं, भिन्न होती हैं और तापमान पर निर्भर करती हैं। जब एक द्विआधारी तरल मिश्रण वाष्पित हो जाता है, तो परिणामी वाष्प मिश्रण एक अधिक अस्थिर घटक में अपेक्षाकृत समृद्ध होता है, केवल एज़ोट्रोपिक मिश्रण को छोड़कर जो शुद्ध तरल के रूप में अवस्था के चरम (अधिकतम या न्यूनतम) बिंदुओं पर वाष्पित हो जाता है।

उपकरण डिजाइन

तरल और गैस चरणों की संपर्क सतह में वृद्धि के साथ वाष्पीकरण तरल की कुल मात्रा बढ़ जाती है; इसलिए, उपकरणों का डिज़ाइन जिसमें वाष्पीकरण होता है, वाष्पीकरण सतह में एक बड़ा तरल दर्पण बनाकर, इसे तोड़कर वाष्पीकरण सतह में वृद्धि प्रदान करता है। जेट और ड्रॉप्स, या नोजल की सतह पर बहने वाली पतली फिल्म बनाते हैं। वाष्पीकरण के दौरान ऊष्मा की तीव्रता और द्रव्यमान स्थानांतरण में वृद्धि भी तरल सतह के सापेक्ष गैसीय माध्यम के वेग को बढ़ाकर प्राप्त की जाती है। हालांकि, इस गति में वृद्धि से गैसीय माध्यम से तरल के अत्यधिक प्रवेश और तंत्र के हाइड्रोलिक प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होनी चाहिए।

आवेदन पत्र

वाष्पीकरण का व्यापक रूप से औद्योगिक अभ्यास में पदार्थों की सफाई, सुखाने की सामग्री, तरल मिश्रण को अलग करने और एयर कंडीशनिंग के लिए उपयोग किया जाता है। वाष्पशील शीतलनउद्यमों की जल आपूर्ति प्रणालियों को परिचालित करने में पानी का उपयोग किया जाता है।

यह सभी देखें

साहित्य

• // ब्रोकहॉस और एफ्रॉन का विश्वकोश शब्दकोश: 86 खंडों में (82 खंड और 4 अतिरिक्त)। - सेंट पीटर्सबर्ग। , 1890-1907।
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• बर्ड आर।, स्टुअर्ट डब्ल्यू।, लाइटफुट ई।, ट्रांसफर फेनोमेना, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1974;
• बर्मन एल. डी., " सैद्धांतिक आधाररसायन टेक्नोलॉजीज", 1974, वॉल्यूम 8, नंबर 6, पी। 811-22;
• शेरवुड टी।, पिगफोर्ड आर।, विल्की सी।, मास ट्रांसफर, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1982। एल। डी। बर्मन।

लिंक

विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.

समानार्थक शब्द:

देखें कि "वाष्पीकरण" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

द्रव या ठोस से va में संक्रमण एकत्रीकरण की स्थितिगैसीय (भाप) में। I. को आमतौर पर तरल के वाष्प में संक्रमण के रूप में समझा जाता है, जो तरल की मुक्त सतह पर होता है। I. ठोस पिंड कहलाते हैं। उच्च बनाने की क्रिया या उच्च बनाने की क्रिया। दबाव निर्भरता …… भौतिक विश्वकोश

द्रव की मुक्त सतह पर होने वाला वाष्पीकरण। किसी ठोस के पृष्ठ से वाष्पन को ऊर्ध्वपातन कहते हैं... विशाल विश्वकोश शब्दकोश