Содержание:

Цель.

ВВедение.

1.Конденсация.

1.1.Пленочная Конденсация

1.2.Капельная Конденсация

1.3.Фракционная конденсация

1.4.Капиллярная конденсация

2.Камера Вильсона.

3.Дистиляция.

4.Опыт Кальете.

Заключение.

Цель:

Узнать какие виды конденсации существуют и где их применяют, чем схожи сжижение и конденсация, где применяются сжиженные газы, как получить сжиженный газ, принцип работы камеры Вильсона, что такое дистиляция.

Введение:

Агрега́тное состоя́ние вещества ( aggrego 'присоединяю') — состояние одного и того же вещества в определённом интервале температур и давлений, характеризующееся определёнными, неизменными в предела

указанных интервалов, качественными свойствами:

Традиционно выделяют три агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ.

Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел, в частности, могут поляризовать проходящее через них электромагнитное излучение.

Три основных состояния.

1) Твердое состояние:

В твёрдом состоянии вещество сохраняет как форму, так и объём. При низких температурах все вещества замерзают — превращаются в твёрдые тела. Температура затвердевания может быть несколько повышена при увеличении давления.

2) Жидкое состояние:

В жидком состоянии вещество сохраняет объём, но не сохраняет форму. Это означает, что жидкость может занимать только часть объёма сосуда, но также может свободно перетекать по всей поверхности сосуда. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом.

3) Газообразное состояние:

Газообразное состояние характерно тем, что оно не сохраняет ни форму, ни объём. Газ заполняет всё доступное пространство и проникает в любые его закоулки. Это состояние, свойственное веществам с малой плотностью.

Фазовый переход.

Переход вещества из одной фазы в другую,  при изменении внешних условий  (температуры, давления и т.д.)

Наиболее распространены четыре фазовых перехода: плавление, кристаллизация, испарение, конденсация.

1. Плавление:

Процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое, то есть переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.

2. Кристаллизация:

Процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов.

3. Испарение:

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества.

4. Конденсация:

Переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Максимальная температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным, перенасыщенным или ненасыщенным.

1.Конденсация

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое при докритических параметрах; фазовый переход первого рода. Конденсация - экзотермический процесс, при котором выделяется теплота фазового перехода - теплота конденсации.

1.1.Пленочная Конденсация.

При пленочной конденсации чистых паров неметаллов коэффициент теплоотдачи определяется в основным термическим сопротивлением пленки конденсата, которое зависит от режима ее течения. Последний в случае практически неподвижного пара определяется числом Рейнольдса пленки: Rепл=wd/vк, где w, d - соответственно средняя по сечению скорость и толщина пленки конденсата, vк - кинематическая вязкость конденсата. Для конденсации на вертикальной пластине или трубе при Rепл менее 5-8 течение пленки чисто ламинарное, при превышении этих значений Rепл - ламинарно-волновое, при Reпл>>350-400 - турбулентное. На вертикальных пoверхностях значительной высоты могут наблюдаться области с различными режимами течения пленки конденсата. При ламинарном течении увеличение Reпл с возрастанием толщины пленки приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи, при турбулентном течении - к его увеличению.

1.2.Капельная Конденсация.

При капельной конденсации первичные мелкие капли, образовавшиеся на сухой вертикальной или наклонной поверхности, растут в результате продолжения процесса, слияния близко расположенных и касающихся друг друга капель и подтягивания к ним возникающей между каплями и быстро разрывающейся тонкой пленки конденсата. Капли, достигшие "отрывного" диаметра, стекают вниз, объединяясь (коалесцируя) с нижележащими мелкими каплями, после чего на освободившейся поверхности опять образуются мелкие капли, и цикл повторяется. Условия, определяющие самопроизвольное возникновение капельной конденсации, наблюдаются редко. Обычно же для осуществления капельной конденсации на твердую поверхность наносят тонкий слой лиофобизатора - вещества, обладающего низким поверхностным натяжением и несмачиваемого конденсатом (напр., жиры, воски). В случае капельной конденсации коэффициент теплоотдачи намного выше (в 5-10 раз и более), чем при пленочной. Однако поддержание в условиях эксплуатации промышленно аппаратов устойчивой капельной К. затруднительно. Поэтому конденсационные устройства химической промышленности, как правило, работают в режиме пленочной конденсации.

1.3.Фракционная Конденсация.

Разделение паровых и парогазовых смесей, основанное на различии составов пара и образующейся из него жидкости, Осуществляется путем частичной конденсации и послед. разделения жидкой и паровой фаз. В результате конденсат обогащается относительно менее летучими (высококипящими) компонентами, а несконденсировавшийся пар - более летучими (низкокипящими). Паровая смесь может быть разделена на две и более фракций, причем каждая последующая имеет большее относительное, содержание низкокипящих компонентов и соотв. более низкую температуру конденсации, чем предыдущая. Многократно повторяя процессы частичной конденсации и разделения паровой и жидкой фаз, можно получить некоторое количество практически чистого низкокипящего компонента. Конденсация фракционная - процесс, обратный фракционной дистилляции; может происходить на охлаждаемой поверхности, а также в объеме пара или парогазовой смеси и сопровождается образованием тумана либо мелких кристаллов. Технологическая установка для такой конденсации включает конденсаторы, сепараторы для разделения пара и жидкости и сборники конденсата. Если жидкая и паровая фазы достаточно полно разделяются в конденсаторах, необходимость в сепараторах отпадает.

1.4.Капиллярная Конденсация.

Сжижение пара в капиллярах, щелях или порах в твердых телах. Происходит при условии смачивания жидкостью поверхности конденсации и вследствие пониженного давления насыщенного пара р над вогнутым мениском по сравнению с давлением насыщенного пара рs над плоской поверхностью жидкости при той же т-ре Т. Кол-во удерживаемой капиллярными силами жидкости зависит от радиуса кривизны r поверхности раздела жидкость - пар согласно уравнению Кельвина:

где r - ср. радиус кривизны поверхности раздела фаз, р - давление насыщ. пара над сферич. поверхностью, р_о - давление насыщ. пара над плоской поверхностью в тех же условиях (с и с₀ - соответственно растворимости), о - межфазное поверхностное натяжение, V - молярный объём конденсированной фазы, Л - универсальная газовая постоянная. Величина 2G/r наз. капиллярным давлением. В случае выпуклых поверхностей (капли, кристаллы) r>0, в случае вогнутых поверхностей (пузырьки) r<0.

 2.Камера Вильсона

Камера Вильсона (рис.3) представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части, заполненная насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц у молекул воды не было центров конденсации. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширения пары охлаждаются и становятся перенасыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Пар конденсируется на ионах, делая видимым след частицы.

Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений и исследования космических лучей.

3.Дистиляция

Дистилляция (латин. distillatio — стекание каплями) — перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Различают дистилляцию с конденсацией пара в жидкость (при которой получаемый конденсат имеет усреднённый состав вследствие перемешивания) и дистилляцию с конденсацией пара в твёрдую фазу (при которой в конденсате возникает распределение концентрации компонентов). Продуктом дистилляции является конденсат или остаток (или и то, и другое) – в зависимости от дистиллируемого вещества и целей процесса. Основными деталями дистилляционного устройства являются обогреваемый контейнер (куб) для дистиллируемой жидкости, охлаждаемый конденсатор (холодильник) и соединяющий их обогреваемый паропровод. В теории дистилляции в первую очередь рассматриваются двухкомпонентные вещества. Действие дистилляции основано на том, что концентрация C1 некоторого компонента в жидкости отличается от его концентрации C2 в паре, образующемся из этой жидкости. Отношение B=C1/C2 является характеристикой процесса и называется коэффициентом разделения (или распределения) при дистилляции. (Также коэффициентом разделения при дистилляции называют величину α=1/β). Коэффициент разделения зависит от природы разделяемых компонентов и режима дистилляции.

4.Опыт Кальете

Ртуть, заключенная в стальном сосуде В при помощи гидравлического насоса, может быть вытеснена в стеклянный резер­вуар Т, в котором находится изучаемый газ. Этот резервуар имеет продолжение вне стального сосуда в виде узкой трубки Т: Когда да­вление достигает достаточной величины, ртуть вытесняет газ в верхнюю часть трубки Т, выдерживающую, высокое давление в силу незна­чительности своего внутреннего сечения. Благодаря объему расширенной части стеклянного сосуда части стеклянного сосуда, имеется возможность, оперировать с довольно значительной массой газа и все интересные фазы явления протекают на глазах наблюдателя. При помощи этого столь простого аппарата, четыре из известных в то время пяти “постоянных” газов были окончательно освобождены от этого абсурдного определения и даже были замечены не оставляю­щие сомнений признаки сжижения водорода.

Заключение:

Цель и задачи, поставленные в работе выполнены. Узнали какие виды конденсации существуют и где их применяют, чем схожи сжижение и конденсация, где применяются сжиженные газы, как получить сжиженный газ, принцип работы камеры Вильсона, что такое дистилляция.

И так можно сделать вывод, что различные виды конденсации позволяют расширить границы исследований и изучений в области этой темы.

Гасымова Айнур 10 "а"