Задача 4

Определить плотность и вязкость азота, при температуре 25 °C и давление 0,2 МПа.

Решение

Молярная масса, вязкость при нормальных условиях и константа Сазерленда для газов [1, с. 513, табл. V; 2, с. 12]:

, , .

Считая газ идеальным, определяем плотность через молярный объём:

,

или через универсальную газовую постоянную:

.

Вязкость газа рассчитываем, пренебрегая влиянием давления:

.

Задача 5

Определить плотность и вязкость дымовых газов, полученных при сжигании углерода. Температура дымовых газов 300°С, давление 745 мм рт. ст. Коэффициент избытка воздуха 1,2.

Решение

Уравнение реакции сгорания: С + О₂ → СО₂

Задаваясь количеством углерода равным 1 моль, получаем:

.

Исходное количество кислорода с учётом коэффициента избытка:

.

Конечное количество кислорода (за вычетом прореагировавшего):

.

Количество азота не меняется в процессе реакции и определяется соотношением азота и кислорода в исходном воздухе:

.

Суммарное количество вещества дымовых газов:

.

Рассчитаем молярные (объёмные) доли компонентов дымовых газов:

; ;

.

Рассчитаем молярную массу дымовых газов:

.

Рассчитаем плотность дымовых газов:

.

Рассчитаем вязкость компонентов:

;

;

.

Значения вязкости при нормальных условиях μ₀ и константы Сазерленда взяты из [2, c. 12].

Рассчитаем вязкость дымовых газов, воспользовавшись двумя различными формулами и сравнив полученные результаты (значения см. [1, табл. XI]):

;

.

Задача 6

Определить плотность и вязкость паров, полученных испарением 43 %-го (массовые %) раствора этанола. Температура паров 100°С, давление нормальное атмосферное.

Решение

Пересчитываем массовые доли в молярные:

.

При испарении не происходит изменения массовых и молярных долей вследствие закона сохранения массы. Кроме того, для паров молярные доли являются также и объёмными, поскольку молярный объём примерно одинаков для любого газообразного вещества и зависит только от температуры и давления.

Следовательно, объёмная доля спирта в паровой фазе: .

Молярная масса паровой смеси:

.

Плотность паров:

.

Вязкость паров органических веществ при нормальном атмосферном давлении и температуре 100 °С [2, с. 22]: .

Вязкость водяного пара при нормальном атмосферном давлении и температуре 100 °С:

либо находим по справочнику [3, с. 1001] ,

либо рассчитываем через константу Сазерленда

Вязкость паровой смеси:

.

Гидростатическое давление Задача 7

Атмосферное давление составляет 750 мм рт. ст. Определите абсолютное давление в реакторе, если:

а) реактор работает под избыточным давлением, а показания установленного на реакторе манометра составляют 2 кгс/см²;

б) реактор работает под вакуумом, а показания установленного на реакторе вакуумметра составляют 500 мм рт. ст.

Решение

Соотношения между единицами измерения давления:

1 мм рт. ст. = 133,32 Па,

1 бар = 10⁵ Па = 0,1 МПа ≈ 750 мм рт. ст.,

1 атм = 760 мм рт. ст. = 101 325 Па,

1 кгс/см² = 1 ат = 735,6  мм рт. ст. = 98 100 Па ≈ 10 м. вод. ст.

Переводим атмосферное давление в Па:

.

Переводим избыточное давление в реакторе и вакуум в Па:

а) ;

б) .

Рассчитываем абсолютное давление в реакторе:

а) ;

б) 

.