Що таке кипіння (кипіння холодоагенту). Залежність тиску рідини від температури.

Що таке кипіння (кипіння холодоагенту)

Залежність тиску рідини від температури..

Взаємозв'язок між температурою та тиском рідин є одним із основних принципів роботи холодильного обладнання.

На прикладі води ми знаємо, що при нагріванні рідини до 100 °C і звичайному атмосферному тиску 760 мм р.с. відбувається кипіння.

На малюнку (рис 1) бачимо, що сили Fe і Fi взаємодіють друг на друга з однаковою величиною, тому перебувають у стадії спокою. Це означає, що поверхня рідини знаходиться під дією двох сполучених сил, які спрямовані один на одного. Одна сила намагається знизу вгору видавити воду з судини, а інша зверху вниз тисне на неї, перешкоджаючи цьому. Вони врівноважені.

Fe = Fi

Однак варто нам почати нагрівати низ колби, і відразу величина тиску Fi зростатиме і намагатиметься вийти за межі своєї поверхні відділенням молекул у вигляді пари. І що інтенсивніше нагрівання, то сильніше відбувається закипання, намагаючись вирівняти значення взаємодії різних середовищ. Дійшовши до 100 ° C, вода починає кипіти.

Fe < Fi

Нагріваючи рідину, ми підвищуємо тиск Fi. І за рахунок різниці тиску відбувається процес кипіння.

А що станеться (рис 2) якщо ми не будемо нагрівати воду, а просто досягнемо різниці взаємодії сил Fe та Fi шляхом зниження тиску в посудині шляхом сильного вакуумування повітря? Сила Fe сильно поступається Fi, і теоретично рідина закипає навіть за 30°C. Що видається неймовірним! Ми порушили стан рівності. І знову формула:

Fe < Fi

І ми її досягли не нагріванням, а вакуумуванням.

Ось такий приклад. (рис 3) Нагріваємо рідину до кипіння. Вода парує з отвору судини. І раптом ми щільно закриваємо вихід пари назовні. Молекули у вигляді пари сильно концентруються над поверхнею, підвищуючи таким чином тиск на стільки, що воно вирівнюється і кипіння різко зупиняється. Тобто тиск стає достатнім для встановлення нового стану рівноваги між силами Fe і Fi щоб зупинити процес кипіння.

Але тільки нам варто полити посуд холодною водою, вода знову закипить. Тому що масова частка молекул пари над поверхнею набагато менша від маси води, тому і охолоджується вона швидше. Хоч як парадоксально це не звучало, але шляхом охолодження ми закипіли.

Що ми розуміємо під різницею питомою масою рідини та пари?
Якщо взяти 1 літр води у рідкій фазі, то він важитиме 1 кг. Один літр рідкого Фреона R22 при температурі 20°C важить 1.2 кг, а якщо за тієї ж температури взяти 1 літр пари, то його вага буде 0.038 кг.

Тобто: 1.2/0.038 = 31.57

Це говорить про те, що 31 літр пари фреону R22, при атмосферному тиску, і температурі 20°C важить стільки ж, скільки і 1 літр рідкого того ж фреону, за тих же умов. (рис 4)

Таким чином, при випаровуванні 1 літра рідкого фреону R22, потрібен у 31 раз більший об'єм для пари його ж. Ось чому рідинні частини холодильного контуру мають більш вузький діаметр, ніж контур нагнітання, при тому, що тиск у них майже однаковий.

Підсумовуючи всього сказаного, подивимося на картинку взаємодії тиску фреону від температури. Ми бачимо, що якщо підвищувати температуру рідини сила Fi (тиск) збільшується, і це призводить до випаровування необхідної кількості рідини. Об'єм пари, який утворюється в цьому процесі, виявляється занадто малим для нього, тому відбувається його стиснення, зростання тиску Fe призводить до зростання тиску Fi, поки не відбудеться вирівнювання їх.

Висновок: у закритому контурі суміш пари з рідиною, що породжує їх (насиченими
парами або парорідинна суміш) підпорядковується дуже точному (рис 5) співвідношенню за певних умов.

Принцип холодильного обладнання полягає у зовнішньому впливі на рідину (нагрівання, охолодження, вакуумування), яка змінює свій стан і виділяє тепло.