В двухфазных системах действуют силы, образующие т.н. свободную поверхность жидкости на границе раздела с газом. Работа, затраченная на образование 1 см2 поверхности раздела фаз, называется поверхностным натяжением. Единица измерения поверхностного натяжения — ньютон на метр (Н/м).
Если в системе не происходит массо- или теплообмена, поверхностное натяжение — физическая константа, характеризующая систему «жидкость-пар» или «жидкость-жидкость». Поверхностное натяжение системы «жидкость-пар» определяется по формуле
σ = с (ρж – ρп) (2.49)
где с — коэффициент пропорциональности (постоянный для данного вещества), определяемый через молекулярную массу. С повышением молекулярной массы поверхностное натяжение вещества увеличивается, а с увеличением температуры — уменьшается и становится равным нулю при критической температуре (табл. 2.16).
Влияние температуры на поверхностное натяжение при нормальном давлении может быть определено по формуле:
σ = σ0 [(tкр – t)/(tкр – t0)]1,2 (2.50)
где σ0 — поверхностное натяжение при нормальных условиях; tкр — критическая температура жидкости.
Повышение давления также приводит к уменьшению поверхностного натяжения, а при давлении, равном критическому, оно становится равным нулю. Поверхностное натяжение смеси двух жидкостей может быть определено с помощью следующего соотношения:
σ = σ1σ2(х1σ1 + х2σ2) (2.51)
где σ1 и σ2 — поверхностное натяжение смешанных жидкостей; х1 и х2 — молярные доли жидкостей в смеси.
Таблица 2.16. Поверхностное натяжение, кН/м, сжиженных углеводородных газов.
| Температура, °С | Этан | Пропилен | Пропан | н-Бутилен | Изобутилен | Изобутан | н-Бутан | н-Пентан |
| -50 | 10,1 | 16,9 | 16,9 | – | – | – | – | – |
| -45 | 9,5 | 16,2 | 15,5 | – | – | – | – | – |
| -40 | 8,8 | 15,4 | 15,0 | – | – | – | – | – |
| -35 | 8,0 | 14,7 | 14,0 | – | – | – | – | – |
| -30 | 7,4 | 14,0 | 13,8 | – | – | – | – | – |
| -25 | 6,6 | 13,3 | 13,2 | – | – | – | – | – |
| -20 | 5,9 | 12,6 | 12,5 | – | – | 15,3 | 17,0 | 20,5 |
| -15 | 5,3 | 11,9 | 11,9 | 16,7 | 16,2 | 14,8 | 16,4 | 20,0 |
| -10 | 4,7 | 11,3 | 11,2 | 16,0 | 16,5 | 14,1 | 15,8 | 19,4 |
| -5 | 4,1 | 10,6 | 10,6 | 15,4 | 14,8 | 13,5 | 15,2 | 18,8 |
| 0 | 3,4 | 9,9 | 9,9 | 14,7 | 14,2 | 12,9 | 14,7 | 18,2 |
| 5 | 2,8 | 9,2 | 9,4 | 14,1 | 13,7 | 12,3 | 14,2 | 17,7 |
| 10 | 2,2 | 8,6 | 8,7 | 13,6 | 13,1 | 11,7 | 13,6 | 17,2 |
| 15 | 1,5 | 7,9 | 8,2 | 13,0 | 12,5 | 11,1 | 13,0 | 16,6 |
| 20 | 0,8 | 7,3 | 7,6 | 12,4 | 11,9 | 10,5 | 12,4 | 16,1 |
| 25 | 0,4 | 6,7 | 6,9 | 11,8 | 11,3 | 10,0 | 11,9 | 15,5 |
| 30 | 0,2 | 6,1 | 6,3 | 11,1 | 10,7 | 9,4 | 11,3 | 15,0 |
| 35 | – | 5,5 | 5,8 | 10,6 | 10,2 | 8,8 | 10,7 | 14,5 |
| 40 | – | 4,7 | 5,1 | 10,0 | 9,7 | 8,2 | 10,2 | 14,0 |
| 45 | – | 4,2 | 4,5 | 9,4 | 9,1 | 7,7 | 9,6 | 13,5 |
| 50 | – | 3,7 | 3,9 | 8,9 | 8,6 | 7,1 | 9,1 | 13,0 |
| 55 | – | 3,1 | 3,4 | 8,3 | 8,0 | 6,5 | 8,6 | 12,5 |
| 60 | – | 2,6 | 2,9 | 7,8 | 7,5 | 6,0 | 8,0 | 11,9 |
| 65 | – | 2,0 | 2,4 | 7,2 | 7,0 | 5,5 | 7,5 | 11,4 |
| 70 | – | 1,5 | 1,9 | 6,6 | 6,4 | 5,0 | 7,0 | 10,8 |
.svg)
