Давление насыщенных паров

Давление, создаваемое паром жидкости над её поверхностью при установившемся термодинамическом равновесии между жидкой и паровой фазами при заданной температуре. Ключевая физико-химическая характеристика летучести: чем выше ДНП, тем быстрее испаряется жидкость.

Физика явления

В закрытом сосуде над жидкостью идут два встречных процесса: испарение (переход молекул в паровую фазу) и конденсация (возврат молекул из пара в жидкость). При стабильной температуре скорости обоих процессов выравниваются — устанавливается динамическое равновесие. Давление, создаваемое молекулами пара над жидкостью в этот момент, называется давлением насыщенных паров (ДНП).

ДНП зависит от природы жидкости и температуры — и не зависит от объёма пара над жидкостью и количества самой жидкости (при условии, что жидкая фаза ещё присутствует). Подчиняется уравнению Клаузиуса — Клапейрона: растёт экспоненциально с температурой. Температура, при которой ДНП становится равным внешнему атмосферному давлению, — это температура кипения.

Характеристика летучести

ДНП — один из показателей летучести для лёгких углеводородов, спиртов, растворителей. Высокое ДНП означает, что жидкость интенсивно испаряется при обычных условиях — это важно при расчёте:

Вентиляции помещений при работе с летучими реагентами
Герметизации складов и ёмкостей хранения
Требований к конденсаторам при перегонке
Эксплуатационных свойств автомобильных бензинов

Метод Рида — ГОСТ 1756

В нефтехимии ДНП определяют по стандартной методике ГОСТ 1756-2000 «Нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров», гармонизированной с ASTM D323. Метод исторически называется «методом Рида» (Reid Vapor Pressure, RVP), по имени автора методики.

Общая процедура:

Пробу охлаждают и заливают в стандартный бомбовый сосуд Рида с двумя секциями — жидкостной и воздушной.
Сосуд герметизируют, нагревают до стандартной температуры испытания +37,8 °C (100 °F).
После выравнивания давления измеряется внутреннее избыточное давление по манометру.
Результат приводится в килопаскалях или килопаскаль-сек (кПа).

Результат по методу Рида отличается от истинного ДНП на некоторую поправку из-за присутствия воздуха в верхней секции сосуда. Для большинства приёмочных испытаний эта поправка не вводится — важно, что сравнение выполняется по единой стандартизированной методике.

Для измерения температуры при определении ДНП по методу Рида применяется специальный термометр ТИН-18 по ГОСТ 400-80 (ASTM 18C — Reid Vapor Pressure Thermometer).

Нормирование ДНП автомобильных бензинов

ДНП автомобильного бензина — ключевой показатель эксплуатационных свойств и экологической безопасности. Нормируется Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» и ГОСТ 32513-2013 «Топлива моторные. Бензин неэтилированный».

Требования к ДНП дифференцируются по климатическим классам (летний и зимний периоды применения). Общие диапазоны — от 35 до 80 кПа для летних классов и от 35 до 100 кПа для зимних классов. Детальные числовые нормы для конкретного класса смотрите непосредственно в тексте ТР ТС 013/2011 и ГОСТ 32513-2013 — ссылка обязательна при паспортизации и арбитражных испытаниях.

Практический смысл границ:

Слишком низкое ДНП зимой — плохой запуск холодного двигателя, обеднение смеси, затруднённое испарение топлива в карбюраторе/во впускном коллекторе.
Слишком высокое ДНП летом — образование паровых пробок в топливопроводе, повышенные потери от испарения при хранении и перекачке, экологические выбросы лёгких углеводородов.

Связь с другими показателями

ДНП бензина коррелирует с температурой начала кипения и с температурой выкипания 10 % фракции по ГОСТ 2177 (t₁₀). Совокупность трёх параметров задаёт пусковые и эксплуатационные характеристики топлива.

Для других жидкостей значение ДНП при рабочей температуре определяет требования к:

Вентиляции помещений (предельно допустимые концентрации паров по ГН 2.2.5)
Конструкции оборудования (герметичность при хранении, конденсаторы при перегонке)
Условиям хранения (классификация горючих жидкостей по температуре вспышки)

Связанные понятия

Температура кипения — температура, при которой ДНП равно атмосферному давлению
Фракционный состав — связанная характеристика летучести многокомпонентных смесей (ГОСТ 2177-99 для нефтепродуктов)
Температура вспышки — нижняя температурная точка образования горючей смеси в воздухе
Мановакуумметр — прибор для измерения давления при работе с парами в стеклянных установках