Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебпотерм1.doc
Скачиваний:
125
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
1.44 Mб
Скачать
  1. Суміші ідеальних газів

У суміш ідеальних газів входять компоненти, що не вступають між собою в хімічну взаємодію й підлягають закону стану ідеального газу.

Склад газової суміші визначається кількістю кожного із компонентів і задається масовою або об’ємною часткою.

Масова частка – це відношення маси окремого газу т1, що входить у суміш, до маси всієї суміші m

g1= m1/ m; g2= m2/ m; … g n= m n/ m; . (29)

Об’ємною часткою називають відношення об’єму кожного компонента, що входить у суміш V1, до об’єму всієї суміші V

r1 = V1/ V; r2 = V2/ V; … rn = Vn/ V; . (30)

Об’ємна і мольна частки рівнозначні.

Тиск окремого компонента, який би він мав за умови, що він один знаходиться в усьому об’ємі газової суміші, називається парціальним тиском газу.

Сума парціальних тисків компонентів дає величину тиску суміші газів (закон Дальтона)

. (31)

Парціальний тиск кожного з компонентів суміші визначається за відомим тиском суміші та об’ємною часткою компонентів

Р1 = r1 ×Р; Р2 = r2 ×Р; … Рn = rn ×Р. (32)

Перерахунок часток виконується за залежностями

g1= r1 ×ρ1 / ρ; rі = gі× ρ / ρі , (33)

де ρі і ρ – відповідно густина і-го компонента і суміші газів у кг/м3.

Усі термодинамічні функції й параметри суміші газів мають адитивні властивості – характеристики суміші визначаються як сума характеристик компонентів з урахуванням частки кожного з компонентів.

Залежності для визначення характеристик суміші наведені в таблиці 4.

Контрольні запитання

  1. Визначити парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі.

  2. Що являють собою масова й об’ємна частки компонентів суміші газів?

  3. Мольна частка СН4 у складі природного газу становить 0,3. Визначити об’ємну частку СН4.

  4. Масова частка пропану в суміші газів становить 0,005. Визначити його об’ємну частку, якщо густина пропану ρС3Н8 = 2,5 кг/м3, а густина суміші ρ = 0,8 кг/м3.

Таблиця 4

з/п

Найменування

характеристики

суміші

Позна-чення

Од.

вимірювання

Залежності для визначення

Через об’ємну

частку

Через масову

частку

1

2

3

4

5

6

1

Густина

ρ

2

Молекулярна

маса

μ

кг

3

Газова стала

R

4

Тиск

Р

МПа

5

Масова

теплоємність

С

6

Об’ємна

теплоємність

С´

7

Теплота згорання газової суміші

Задачі

1. До об’ємного складу суміші, що добувається з нафтової свердловини, входить вода 60% і нафта 40%. Густина води ρ1=1000 кг/м3, а нафти ρ2=800 кг/м3. Масова теплоємність води С1=4,2 кДж/кг·гр, а нафти С2=1,6 кДж/кг·гр. Визначити густину суміші, її теплоємність і кількість теплоти для нагрівання V=10 м3/год нафти від температури tп= +10°C до tк= +60°C. Тиск у підігрівачі постійний. Теплоємність прийняти незалежною від температури.

Розв’язання

Густина суміші „вода – нафта”

ρ = ρ1 r1 + ρ2  r2= 10000,6+8000,4 = 920 кг/м3.

Масова частка компонентів суміші за відомими значеннями об’ємної частки визначається за формулою (33)

  • для води g1 = r1 ρ1 /ρ = 0,61000/920 = 0,65 (65%);

  • для нафти g2 = r2 ρ2 /ρ = 0,4800/920 = 0,35 (35%).

Масова теплоємність суміші обчислюється за формулою (5) таблиці 4

С = g1 С1 + g2 С2 = 0,654,2 + 0,351,6 = 3,3 кДж/кг·гр.

Кількість теплоти для нагрівання 10 м3/год суміші визначається за залежністю

Q = СVρ(tк – tп) = 3,310920(60 – 10) = 1518000 кДж/год=1518000/3600=

= 421,6 кВт = 0,42 МВт.

2. Масовий склад горючого природного газу: СН4 – 90%; С2Н6 – 6%; СО2 – 4%. Визначити теплоту згорання газу. До якого тиску необхідно стиснути газ, щоб при температурі tк = +50°C і масі М = 8 кг він займав об’єм V2 = 4 м3? = 35800 кДж/нм3, = 64400 кДж/нм3.

Розв’язання

Визначають густину суміші газів за нормальних умов відповідно до залежності (1) таблиці 4

де ;

;

.

Об’ємний склад суміші за відомим масовим складом розраховується за формулою (33)

(95%);

(3,5%);

(1,5%).

Перевірка: ∑rі= rСН +rС2Н6 +rСО2= 0,95+0,035+0,015=1,0.

Теплота згорання газу згідно із законом адитивності

, кДж/нм3.

Газова стала компонентів суміші визначається за залежностями

; ;.

Газова стала для суміші газів згідно із законом адитивності

, кДж/кг·гр.

Абсолютний тиск газу, при якому 4 кг газу будуть займати об’єм 4 м3, визначається із рівняння стану суміші газів

РАV= М RТ; РА= М RТ/ V, Па;

Р = РА = 8491,7(273+50)/4 = 317761 Па = 317,8 кПа 3,18 ата.

Надлишковий (манометричний) тиск газу буде становити

РМАН = РА – РБАР = 317,8 – 101,3 = 216,5 кПа  2,16 ата.