Химия и химические технологии / Кинетика
и катализ
Доненко В.Д.,
Калашникова О.Б.
Донецкий национальный
технический университет, Украина
ИСПАРЯЕМОСТЬ КАПЕЛЬ Н2О,
С2Н5ОН и CCl4 НА ПЕРЕГРЕТОЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА
От скорости испарения жидкости при её контакте с
перегретой поверхностью твердого тела зависит интенсивность технологических
процессов. Например сжигание жидких топлив в двигателях внутреннего сгорания
автомобилей, получение пара высокого давления в парагенераторах, охлаждение
режущего инструмента при обработке металлов, и т.д. При этом корректное
сравнение результатов исследования этих процессов способствует успеху поиска
оптимальных жидкостей.
Для объективного сравнения испарительной
способности жидкостей разной природы объёмная скорость испарения в качестве
критерия малопригодна. В этом плане гораздо более приемлемой является их
молярная скорость. Учитывая аналогию физического процесса испарения жидкости с
физико-химическим процессом разложения некоторых сложных химических соединений
на более простые [1], представляется достаточно обоснованным использовать
математический аппарат, связывающий число молей 
испаряемой жидкости с
константой скорости К при данной температуре и скоростью 
испарения в моль/л соотношением
, (1)
количество
испаряемой жидкости 
в момент времени 
с его количеством 
в исходном состоянии соотношением
, (2)
а
период полупревращения испаряемой жидкости – с константой скорости К следующим соотношением
. (3)
Для достижения
поставленной цели использовали результаты экспериментов по испарению мелких
сфероидов воды, этилового спирта и тетрахлорметана на латунной пластине
толщиной 2 и 8 мм, опубликованные в [2]. Эти результаты представлены в табл. 1.
Таблица1 – Значения
времени жизни 
капель дистиллированной воды, этилового
спирта и тетрахлорметана в интервале температур нагрева латуни (450 – 800) К и
начальных радиусах капель 
|
Температура Т, К |
Время жизни капли |
||
|
Н2О,
|
С2Н5ОН,
|
СCl4,
|
|
|
450 500 550 600 650 670 700 750 800 |
- 138 123 109 95 - 87 80 75 |
38 32 28 23 20 19 - - - |
- 17,4 15,9 14,1 12,6 11,7 11,0 9,1 8,2 |
,
с, для жидкостей
Среднее значение
критического радиуса капель всех жидкостей в конце их испарения (в момент
времени 
)
равно 
=2,5·10-4
м, по формуле
(4)
определеям
количество вещества каждой из них в исходном состоянии 
и в конечной фазе 
процесса испарения. Значения плотности 
этих жидкостей приняты соответствующими их
температурам, на 5 – 10 градусов ниже температур кипения при нормальном
давлении, как это предложено в [3]. Температурная зависимость плотности этих
жидкостей показана на рисунке, а их молярные массы М в формуле (4) приняты
равными 18, 46 и 154 г/моль соответственно для Н2О, С2Н5ОН
и СCl4.
Рисунок – Температурная
зависимость плотности исследованных жидкостей
После
подстановки в (4) численных значений 
,
М, 
или 
и последующего расчета исходного 
и конечного 
количества вещества каждой жидкости получены
следующие их значения в молях: для воды 
=2,483·10-3
и 
=3,498·10-6;
для этилового спирта 
=2,226·10-5
и 
=1,073·10-7;
для тетрахлорметана
=8,964·10-6
и 
=6,375·10-8.
Литература:
1. Основы физической химии. Теория и задачи: Учеб.
пособие для вузов / В.В Ерёмин, С.И.
Картов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. – М.: Изд-во «Экзамен»,
2005. – 480 с. (Серия «Классический университетский учебник»)
2. Боришанский В.М. Теплоотдача к жидкости, свободно
растекающейся по поверхности, нагретой выше температуры кипения / В.М. Боришанский // Теплообмен и гидродинамика в
парогенераторах (двухфазный поток). – Тр. ЦКТИ. – Л., 1965. – Вып. 62. – С. 118 – 155
3. Боришанский В.М. О пленочном кипении жидкости в
сфероидальном состоянии при свободном растекании по поверхности / В.М.
Боришанский, К.М. Арефьев, И.И. Палеев, Р.Т. Техтилов // Теплообмен и
гидродинамика в парогенераторах (двухфазный поток). – Тр. ЦКТИ. – Л., 1965. –
Вып. 62. – С. 78 – 83