2.4. Свойства сжиженных газов.

Сжижение газов осуществляется путем охлаждения их ниже темпера-туры кипения. Промышленный метод сжижение газов основан на использо-вании положительного эффекта Джоуля-Томпсона, т.е. изменения темпера-туры газа при его дросселировании.

Дросселированием называется уменьшение давления газа при адиаба-тическом истечении через узкие отверстия (адиабатический процесс – это процесс, проходящий без потерь тепла во внешнюю среду).

При этом температура газа понижается по зависимости:

, (2.19)

Если , то dT < 0 и газ охлаждается.

В промышленных условиях сильно сжатый и охлажденный до комнат-ной температуры газ подвергается неоднократному дросселированию и, со-ответственно, охлаждению до тех пор, пока не начинается сжижение газа. Охлаждение и сжижение происходят за счет работы расширения газа.

Примеры учета этих свойств жидкостей и газов в области пожаровзры-вобезопасности:

1. Быстрый выпуск сжиженного газа из баллона может привести к пе-ремерзанию запорного вентиля с последующей аварией.

2. В углекислотных огнетушителях выбрасываемый сжиженный угле-кислый газ распыляется, резко испаряется и охлаждается при этом до снего-образных частиц с температурой до – 70⁰С.

3. Наиболее эффективными огнетушащими веществами являются лег-коиспаряющиеся жидкости, которые резко охлаждают зону горения.

2.5. Свойства твердых веществ.

Сильный нагрев твердого тела приводит к плавлению и переходу в жидкое состояние, а затем при испарении – в газ. Ряд твердых веществ может непосредственно из твердой фазы перейти в газообразное. Такой процесс на-зывается сублимацией, или возгонкой.

Фазовые превращения определяются изменением температуры и давле-ния. Для объяснения фазовых переходов используется диаграмма состояния, показанная на рис. 6, на которой дается зависимость между температурой фа-зового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответ-ствующие условиям существования твердой (ТТ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз. Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия. Каждая точка на них соответствует условиям равновесия двух сосуществую-щих фаз: КП – твердого тела и жидкости, КИ – жидкости и газа, КС – твердо-го тела и газа. Точка К – критическая точка.

Точка, в которой пересекаются все кривые и которая, следовательно, определяет условия Т_ТР и Р_ТР одновременного равновесного состояния трех фаз, называется тройной точкой (m_ТР). Каждое вещество имеет только одну тройную точку.

Рис. 6. Диаграмма состояния фаз в системе твердое тело – жидкость – газ.

Диаграмма состояния позволяет судить, в каком состоянии находится вещество при определенных Р и Т, а также какие фазовые переходы могут протекать при том или ином процессе.

Рис. 7. Фазовые переходы в систе-

ме твердое тело – жидкость – газ.

Например (рис. 7): если вещество находится в точке 1, то при изотер-мическом сжатии оно проходит состояния жидкости и кристаллического (ли-ния 1-2); если вещество находится в т. 3, то при изобарном нагреве (линия 3-4), оно проходит состояния: твердое - жидкое и газ.

Из диаграммы видно, что кривая испарения заканчивается в критиче-ской точке К. Благодаря этому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход точки К (переход 5-6) без пересечения кривой испарения, т.е. такой переход не сопровождается фа-зовыми превращениями.

Таким образом, плавление однокомпонентного вещества происходит при постоянной для данного давления температуре плавления. Количество теплоты, необходимое для расплавления единицы массы твердого тела, на-зывается удельной теплотой плавления ( ). При повышении давления для большинства веществ температура плавления повышается. При конденсации паров и кристаллизации т.е. при Т<T_ИСП и Т<Т_ПЛ, теплота выделяется из ве-щества. Диаграмма состояния в координатах температура-время при P=const такова (рис. 8).

Рис. 8. Термограмма состояния вещества.

Испарение и плавление твердых тел сопровождается поглощением теп-лоты испарения или плавления, затрачиваемой на преодоление связей между частицами и на отрыв частиц от поверхности кристаллов или жидкости.

.

Температуры плавления твердых тел и кипения жидкостей различны и объясняются разными энергиями связей между атомами и молекулами ве-ществ.

Рассмотренные физические свойства веществ учитываются при разра-ботке, выборе и оценке эффективности огнетушащих средств и материалов.