Измерение давления пара сосуды

10.5. Измерение давления пара вещества

Определение давления пара основано либо на непосредственном измерении давления, создаваемого паром, находящимся в фазовом равновесии с жидким или твердым веществом, либо путем косвенных наблюдений за поведением пара в предположении, что он обладает свойствами идеального газа.

Для определения давления пара вещества можно применять практически любой тип манометра. Однако многие исследователи предпочитают использовать для этой цели специально сконструированные приборы, получившие название тензиметров (от латин. tendere — натягивать, напрягать + . метр).

Тензиметр объединяет в одно целое, без каких-либо переходных узлов, манометр и нагреваемый сосуд с веществом, давление пара которого измеряют. Прибор позволяет и произвести отбор порции пара для определения его молекулярного состава.

Известно много различных тензиметров, среди которых наиболее простыми являются приборы, в которых пар находится в изолированном от внешней среды объеме, и приборы, позволяющие переносить пар вещества потоком инертного газа. Первые получили название статических, а вторые — динамических тензиметров.

Статические тензиметры. В приборах этого типа часто применяют принцип работы вакуумметров Боденштейна и ложечкового (см. рис. 247).

Тензиметр Суворова (рис. 249,о) изготавливают из схеме с малым термическим коэффициентом линейного расширения (стекло марки ТС или «пирекс», ), позволяют использовать прибор в температурном интервале 30 — 500 °С.

В этом тензиметре к стеклянной мембране, 12 диаметром 20 мм приваривают строго по центру стеклянную нить 8 толщиной около 1 мм. Под мембраной снаружи к трубке сосуда 14

Рис. 249. Тензиметр Суворова (а) и изотонископ Смита — Меньеса (6): б 1 — трубка; 2 — трехходовой кран; 3 — сосуд для ртути: 4 — нуль-манометр; 5 — сосуд с веществом; 6- отросток; 7- термостат; 8- термометр

приваривают вторую нить 10 такой же толщины и концы их спаивают на расстоянии 100 — 150 мм от поверхности мембраны. При колебаниях мембраны нить 8 перемещается вдоль своей оси, что приводит к изгибу иглы (из-за неподвижности нити 10) вправо или влево относительно индикатора нуля 7. Система двух нитей увеличивает смещение иглы примерно в 100 раз относительно изменения положения мембраны. Конструкция прибора позволяет наблюдать за колебаниями иглы вне термостата 15.

Чтобы измерить давление пара, навеску вещества массой не более 1 г вводят через отросток 13 в сосуд 14 после чего из него Удаляют, воздух и отросток запаивают. Тензиметр присоединяют пРи помощи вакуумного шланга 6 к компенсационно-измерительному узлу 1-5. Трубку 5 присоединяют к вакуумметру, а трубку 1 к вакуум-ому насосу. Трубка 3 связана через трехходовой кран 2 с атмосферой. Кран 4 во время работы прибора должен быть всегда закрыт. Его открывают только для компенсации давления в камере 14.

После загрузки вещества прибор помещают в термостат 15 с заданной температурой, контролируемой термометром 9.

Давление пара вещества снизу на мембрану 12 вызывает смещение иглы 8 относительно индикатора 7. Для возвращения иглы к исходному положению в сосуд 11, вакуумированный перед опытом, осторожно впускают воздух через трубку 3, открыв кран 4 и отмечают по вакуумметру, присоединенному к трубке 5, давление, которое и будет давлением пара вещества.

Суворов Андрей Владимирович (р. 1926) — русский физикохимик, изучаю ший термодинамику газообразного состояния вещества.

Изотонископ Смита — Меньеса (рис. 249,6) представляет прибор с встроенным ртутным манометром. В изотонископ (от греч isos — равный, одинаковый + tonos — напряжение + skopeo — наблюдаю, смотрю) через отросток б вносят в сосуд 5 исследуемое вещество, а в сосуд 3 осторожно наливают через трубку 1 и трехходовой кран 2 ртуть. Отросток 6 запаивают и весь прибор тщательно вакуумируют через трубку 1. Затем изотонископ наклоняют и переливают всю ртуть в манометр 4, предварительно закрыв кран 2. В таком виде прибор готов для измерения давления пара вещества, находящегося в сосуде 5.

Изотонископ погружают в термостат 7. Давление пара вещества вызывает повышение столбика ртути в левом колене манометра. Для выравнивания уровней ртути в коленах манометра в него через трубку 1 при открытом кране 2 осторожно впускают воздух и отмечают давление по манометру, присоединенному через боковую трубку трехходового крана. Это давление и будет давлением пара вещества, находящегося в сосуде 5. Одновременно записывают показания термометра 8.

Существенный недостаток изотонископа — контакт пара с ртутью или другой манометрической жидкостью, что ограничивает круг веществ, давление паров которых возможно определить с помощью этого прибора.

Динамические тензиметры. В приборах такого типа над нагретым твердым веществом пропускают газ, который насыщается парами вещества, а затем от них освобождается, что и позволяет установить давление пара. Динамические тензиметры дают надежные результаты только в том случае, если давление пара заметно меньше давления газа-носителя. Обычно верхним пределом считается давление пара порядка (1 — 3) • 10 4 Па (до 200 торр).

Тензиметр с потоком газа-носителя (рис. 250,а) состоит из следующих узлов: реометра 1, термостата 3, сатуратора 4, конденсатора 5 и газометра 7 с приемником жидкости 8.

Газ-носитель, проходя реометр, поступает в сатуратор с исследуемым веществом. Температура сатуратора поддерживается постоянной и контролируется термометром 2.

c. 250 Прибор для измерения давления пара методом потока (а) и сатураторы (б-г):

ft / — капилляр; 2 — колба с веществом; J — пористый стеклянный патрон; г. I — стеклянный змеевик; 2- пористая стеклянная пластинка; 3- вещество; г. I — пористый стеклянный патрон; 2 — вешество

В сатураторе газ-носитель насыщается паром вещества и поступает в конденсатор, охлаждаемый в сосуде Дьюара 6.В конденсаторе происходит десублимация вещества, а газ-носитель собирается в газометре для определения объема при строго определенных атмосферном давлении и температуре. Вместо объема газа измеряют объем вытесненной из газометра воды.

Давление пара вещества р (в торр) находят по уравнению состояния идеального газа, допуская, что парциальное давление ПаРа мало по сравнению с общим давлением газа-носителя:

(10.10)

где к mв — масса конденсата, г; Мв — молярная масса вещества пара, г/моль; R — универсальная газовая постоянная, равная 62,363 л торр/(моль К); Г — температура, К; V- объем прошедшего газа-носителя, л.

Для расчета давления пара р применяют и другие соотноше-Если исходить из уравнения Дальтона для идеальных газов:

(10.11)

где Р — общее давление: рх — определяемое парциальное давление пара вещества: рг — парциальное давление газа-носителя), то объединяя уравнение (10.11) с уравнением Менделеева — Клайпейрона, получим

(10.12)

где nх и nг — число молей вещества, обнаруженного в конденсаторе 5 и числo моделей инертного газа-носителя, собранного в газометре 7. 40

(Дальтон Джон (1766-1844) — английский химик и физик, открывший кратных отношений и обосновавший основные идеи химической атомистики)

Важной частью установки, в которой используется метод no. тока, является сатуратор 4, где происходит насыщение газа. носителя паром вещества и выравнивание их температур. Отдельные виды сатураторов приведены на рис. 250,6 г.

В сатураторе поверхность контакта вещества с газом-носителем должна быть возможно большей для насыщения последнего паром. Чтобы предотвратить диффузию пара в направлении, обратном потоку газа, входная трубка 1 сатуратора (рис. 250,б,в) оканчивается либо капилляром, либо змеевиком. Иногда используют только пористый стеклянный патрон 1 на выходной трубке (рис. 250,г).

Уменьшение термодиффузии пара в направлении потока газа-носителя достигается введением в выводную трубку сатуратора перед конденсатором пористого стеклянного фильтра 9 (рис. 250,о) и 3 (рис. 250,6) или пористой стеклянной пластинки 2 (рис. 250,в). Чтобы газ-носитель принял температуру пара перед прохождением через вещество, его вначале направляют в стеклянный змеевик (рис. 250,в). Как правило, скорость газа-носителя поддерживают в интервале от 1 до 50 мл/мин, регулируя ее реометром 1 (рис. 250,а). При меньшей скорости увеличивается диффузия пара в сторону, обратную движению потока газа-носителя, а при больших скоростях последний не насыщается паром.

Источник

К сосудам, работающим под давлением

Сосудом, работающим под давлением, называют герметически закрытую емкость, предназначенную для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортирования газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входной и выходной штуцера. К числу сосудов, работающих под давлением, относятся котлы, баллоны, цистерны, бочки. Сосуды, работающие под давлением, изготавливают сварными или литыми на предприятиях, имеющих разрешение Госнадзорохрантруда. На заводе на поверхность сосудов наносят паспортные данные. После изготовления все сосуды подлежат испытанию пробным давлением.

При эксплуатации наиболее частыми причинами аварий и взрывов сосудов являются: превышение предельно допустимого давления, нарушение температурного режима, потеря ими механической прочности.

Сосуды, работающие под давлением, из-за возможности взрыва являются оборудованием повышенной опасности, поэтому эксплуатировать их необходимо в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”. Эти правила распространяются на: сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115°С или другой жидкости с температурой, превышающей температуру кипения при давлении 0,07 МПа (без учета гидростатического давления); сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0,07 МПа; баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа; цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50°С превышает 0,07 МПа; цистерны и сосуды для транспортирования или хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа создается периодически для их опорожнения; барокамеры.

Указанные правила не распространяются на: сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м 3 (25 л), для которых произведение давления (р) в МПа на вместимость (V) в м 3 не превышает 0,02; сосуды, работающие под вакуумом; приборы парового и водяного отопления; трубчатые печи; части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов, и некоторые другие.

Сосуды, на которые распространяются “Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”, подлежат регистрации и техническому освидетельствованию — осмотру и испытанию пробным давлением. Предусмотрена регистрация некоторых сосудов в органах Госнадзорохрантруда. Регистрации в этих органах не подлежат: сосуды холодильных установок и холодильных блоков в составе технологических установок; бочки для перевозки сжиженных газов, баллоны вместимостью до 100 л включительно, установленные стационарно, а также предназначенные для транспортировки и (или) хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов; сосуды для хранения или транспортировки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, находящиеся под давлением периодически при их опорожнении; сосуды со сжатым и сжиженным газами, предназначенные для обеспечения топливом двигателей транспортных средств, на которых они установлены, и некоторые другие.

На предприятиях торговли и общественного питания не используются сосуды, подлежащие регистрации в органах Госнадзор-охрантруда. Однако на этих предприятиях имеются или обращаются сосуды (аппараты), на которые распространяются требования “Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”. К таким сосудам относятся аппараты стационарных холодильных установок, автосатураторы, баллоны с различными газами.

Разрешение на ввод в эксплуатацию сосуда, не подлежащего регистрации в органах Госнадзорохрантруда, выдается лицом, назначенным приказом по предприятию для осуществления надзора за техническим состоянием и эксплуатацией сосудов, на основании документации предприятия-изготовителя после проверки представителем организации обслуживания и, при необходимости, технического освидетельствования. Разрешение на ввод сосуда в эксплуатацию записывается в его паспорт. На поверхности сосуда должны быть следующие данные: регистрационный номер, разрешенное рабочее давление, дата (число, месяц и год) следующих осмотра и испытания.

Cосуд или группа сосудов, входящих в установку, включаются в работу на основании письменного распоряжения администрации предприятия. Сосуды, на которые распространяются требования указанных выше правил, периодически в процессе эксплуатации и, при необходимости, досрочно подвергаются техническому освидетельствованию. Объем, методы и периодичность технических освидетельствований сосудов (за исключением баллонов) определены предприятиями-изготовителями, указаны в паспортах и инструкциях по монтажу и безопасной эксплуатации. Техническое освидетельствование сосудов, цистерн, баллонов и бочек может производиться на специальных ремонтно-испытательных пунктах, на предприятиях-изготовителях, на наполнительных станциях, а также на предприятиях владельцев.

На предприятиях должны быть обеспечены содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы. Приказом по предприятию или объединению предприятий назначаются из числа инженерно-технических работников лицо, ответственное за исправное состояние и безопасное действие сосудов, и лицо, осуществляющее надзор за их техническим состоянием и эксплуатацией. К обслуживанию сосудов, работающих под давлением, допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, прошедшие специальное обучение (в профессионально-техническом училище, учебно-курсовом комбинате), аттестацию в квалификационной комиссии и инструктаж по безопасному обслуживанию сосудов. Проверка знаний персонала, обслуживающего сосуды, проводится не реже одного раза в год.

Инструкции по режиму работы и безопасной эксплуатации сосудов должны быть вывешены на рабочих местах и выданы под расписку обслуживающему персоналу.

При нарушениях режимов работы и появлении неисправностей эксплуатация сосудов должна быть прекращена.

Для управления работой и обеспечения безопасной эксплуатации сосуды оборудуют приборами для измерения давления и температуры, предохранительными устройствами, запорной арматурой и, при необходимости, указателями уровня жидкости.

На сосудах для измерения давления устанавливают манометры, проверка которых с опломбированием или клеймением производится не реже одного раза в год. Не реже одного раза в 6 месяцев на предприятии проверяют показания рабочих манометров по контрольному; результаты проверки записывают в журнал. Манометр должен иметь красную черту по делению, соответствующему разрешенному рабочему давлению в сосуде.

Предохранительные клапаны бывают пружинного и рычажно-грузового действия. Предохранительные клапаны должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.085-82.”ССБТ. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности”. Давление настройки предохранительных клапанов должно быть равно рабочему давлению в сосуде или превышать его, но не более чем на 25% . Рабочую среду, выходящую из предохранительного клапана, следует отводить в безопасное место. Предохранительные клапаны проверяют не реже одного раза в 6 месяцев или одного раза в год в зависимости от вида сосуда, на котором они установлены. При проведении периодических проверок предохранительный клапан после испытания и тарировки должен пломбироваться.

Вместо предохранительных клапанов могут быть использованы предохранительные пластины, разрывающиеся при давлении в сосуде, превышающем рабочее не более чем на 25% .

Сосуд, работающий под давлением, меньшим давления питающего его источника, должен быть оборудован автоматическим редуцирующим устройством для понижения давления газа. Камера низкого давления редуктора должна иметь манометр и пружинный предохранительный клапан, отрегулированный на соответствующее разрешенное давление в емкости, в которую перепускается газ. Такие устройства-редукторы имеются, например, в автосатураторах.

Запорную арматуру устанавливают на трубопроводах, по которым к сосуду подводятся или от него отводятся жидкости, пары или газы. Установка запорной арматуры между сосудом и предохранительным клапаном не допускается. Нельзя устанавливать запорные приспособления на трубах, отводящих газ или пар от предохранительных устройств.

Между сосудом с чрезвычайно опасным или высокоопасным веществом, а также с пожаро- или взрывоопасной средой и насосом (компрессором) устанавливают обратный клапан, автоматически закрывающийся под действием давления из сосуда.

При необходимости контроля уровня жидкости в сосудах, имеющих границу раздела сред, применяются указатели уровня. Кроме указателей уровня, на сосудах могут быть установлены звуковые, световые и другие сигнализаторы и блокировки по уровню.

Эксплуатацию паровых и водогрейных котлов регламентируют “Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов”.

Паровые котлы с рабочим давлением до 0,07 МПа должны соответствовать требованием ГОСТ 12.2.096-83. “ССБТ. Котлы паровые с рабочим давлением до 0,07 МПа. Требования безопасности”.

§ 2. Дополнительные требования к баллонам,

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы

Источник