Lass sie mischen n chemisch nicht wechselwirkend untereinander Ideal Gase. Es wird davon ausgegangen, dass die thermodynamischen Anfangsparameter des Zustands aller Komponenten vor dem Mischen und die Mischbedingungen (Wechselwirkungsbedingungen mit der Umgebung) bekannt sind. Wollte finden Gleichgewicht Parameter des Zustands von Gasen nach dem Mischen.
Betrachten wir zwei Fälle des Mischens, wobei wir der Einfachheit halber annehmen, dass dieser Prozess stattfindet ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung .
2.1. Mischen bei W=Konst
In diesem Fall sind die Mischbedingungen derart, dass das Volumen der resultierenden Mischung W cm ist gleich der Summe der Anfangsvolumina der Komponenten der Mischung W H ich:
(um nicht verwirrt zu sein W H ich mit Teilbänden Wi, diskutiert in Absatz 1.4.3.)
Bezeichnen:
P H ich- Anfangsdruck ich tes Gas;
T H ich,t H ich– Starttemperatur ich Gas jeweils auf 0 Zu oder 0 Mit.
weil das ganze System aus n Gase, wenn sie unter Bedingungen gemischt werden W=Konst führt keine externe Arbeit aus, dann können wir gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für diesen Fall () schreiben:
Hier: U cm ist die innere Energie eines Gasgemisches mit einer Masse m cm Kilogramm
mit Temperatur T 0K;
U H i- innere Energie ich-te Gasmasse m ich Kilogramm
mit Anfangstemperatur T H ich .
Wir führen die Notation ein:
u cm ist die spezifische innere Energie eines Gasgemisches bei einer Temperatur T 0K;
u H ich – spezifische innere Energie ich-ten Gas mit Anfangstemperatur T H ich .
Dann nimmt Gleichung (2.1.1) folgende Form an:
(2.1.2)
Bekanntlich für ein ideales Gas du=C v dT, woher, wenn man die innere Energie auszählt 0 0K kann geschrieben werden:
Hier: - Durchschnitt im Bereich 0 T 0K isochore Massenwärmekapazität eines Gasgemisches;
Durchschnittliche Reichweite 0 T H ich 0 K Masse isochore Wärmekapazität ich tes Gas.
Nach Einsetzen von (2.1.3) in (2.1.2) erhalten wir:
Aber gemäß Absatz 1.4.10 wird die wahre Massenwärmekapazität eines Gasgemisches als Massenanteil der Komponenten ausgedrückt gi und ihre wahren Wärmekapazitäten wie folgt:
Ebenso der Durchschnitt im Bereich 0 T 0K Die massenisochore Wärmekapazität eines Gasgemisches ist definiert als:
Setzen wir diesen Ausdruck auf der linken Seite von Gleichung (2.1.4) ein, erhalten wir:
woher (2.1.5)
weil aus der Zustandsgleichung , dann nach Substitution m ich in Gleichung (2.1.5) erhalten wir schließlich die Formel für die Temperatur der Mischung n Gase:
Formel (2.1.6) kann also bekanntlich in folgender Form geschrieben werden:
(Es sei daran erinnert, dass das Produkt der Durchschnitt im Bereich 0- T H ich 0 KBackenzahn isochore Wärmekapazität ich Gas.)
In der Literatur werden für den Bereich oft empirische Abhängigkeiten der Wärmekapazität von der Temperatur angegeben 0 t 0 С .
Nach Einsetzen von (2.1.8) und (2.1.9) in Gleichung (2.1.2) erhalten wir:
Ersetzen m ich dessen Wert , erhalten wir schließlich die Formel für die Temperatur des Gasgemisches in Grad Celsius :
ausdrücken R ich Durch das Molekulargewicht erhalten wir eine andere Formel:
Die Nenner der Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11) enthalten die mittleren Wärmekapazitäten, für die die Mischungstemperatur als Obergrenze der Mittelung verwendet wird ( t oder T) bestimmt werden. Aus diesem Grund wird die Temperatur der Mischung gemäß diesen Formeln bestimmt Methode der sukzessiven Annäherung .
2.1.1. Sonderfälle beim Mischen von Gasen bei W=Konst
Betrachten wir einige Spezialfälle der Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11).
1. Lassen Sie Gase mischen, bei denen die Abhängigkeit des Adiabatenexponenten K ich Temperatur kann vernachlässigt werden.
(In der Wirklichkeit Zu nimmt mit steigender Temperatur ab, weil
wo s oder r , a sind empirisch positive Koeffizienten.
Für technische Berechnungen im Bereich von 0 bis 2000 0 С können Sie die folgenden Formeln verwenden:
a) für zweiatomige Gase Zu 1,40 - 0,50 10 -4 t;
b) für Verbrennungsprodukte Zu 1,35 - 0,55 10 -4 t.
Aus diesen Formeln ist ersichtlich, dass sich die Temperatur auf den Adiabatenexponenten auswirkt Zu macht sich erst bei Temperaturen in der Größenordnung von Hunderten von Grad Celsius bemerkbar.)
Also, wenn wir davon ausgehen
dann nimmt Formel (2.1.6) folgende Form an:
Formel (2.1.12) kann als erste Näherung für die Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11) verwendet werden
2. Es seien Gase zu mischen, bei denen die molaren isochoren Wärmekapazitäten gleich sind und die Abhängigkeit dieser Wärmekapazitäten von der Temperatur vernachlässigt werden kann, d. h.:
Dann nimmt Gleichung (2.1.7) eine sehr einfache Form an:
Wenn Gase gleiche molare isochore Wärmekapazitäten haben, dann gemäß der Mayer-Gleichung
die molaren isobaren Wärmekapazitäten müssen einander gleich sein, und folglich müssen auch die adiabatischen Exponenten gleich sein, d.h.
Unter dieser Bedingung wird Gleichung (2.1.12) zu (2.1.13).
2.1.2. Druck nach dem Mischen von Gasen bei W=Konst
Der sich nach dem Mischen von Gasen einstellende Druck kann entweder durch die Formeln von Absatz 1.4.2 oder durch die Bedingung bestimmt werden:
R cm W cm = m cm R cm T= m cm T.
Getrennte thermostatisierte Gefäße unter gleichem Druck einlassen p es gibt Gase SONDERN und BEIM in Mengen von imol eingenommen. Wenn diese Gefäße verbunden sind, kommt es zu einer spontanen Vermischung der Gase, bis eine homogene Zusammensetzung des Gasgemisches über das gesamte Volumen des Systems erreicht ist. Wir nehmen an, dass die Ausgangsgase und ihre Gemische den Zustandsgleichungen idealer Gase gehorchen. Dann unter Beibehaltung eines konstanten Gesamtgasdrucks p Partialdrücke von Gasen in der resultierenden Mischung werden gleich sein
Wenn ideale Gase gemischt werden, gibt es keine thermischen Effekte, also gibt es keinen Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem Thermostat, und die Änderung der Entropie des Systems wird vollständig durch die Irreversibilität der Prozesse innerhalb des Systems bestimmt.
Um die gewünschte Entropieänderung zu finden, muss dem beschriebenen spontanen Vorgang ein gedanklicher Gleichgewichtsübergang zwischen gleichen Anfangs- und Endzuständen des Systems entgegengestellt werden.
Für die Gleichgewichtsmischung von Gasen verwenden wir ein spezielles hypothetisches Gerät, analog zu einem Thermostat, der als Chemostat bezeichnet wird . Dieses Gerät besteht aus einem thermostatisch geregelten Zylinder, der mit einem reibungsfrei beweglichen Kolben ausgestattet ist; am Boden des Zylinders befindet sich eine Membran, die nur für eine gegebene einzelne chemische Substanz selektiv durchlässig ist; Letzterer trennt die in den Chemostaten geladene Einzelsubstanz von dem untersuchten Substanzgemisch, das sich in einem anderen Gefäß befindet. Im Gegensatz zu einem Thermostat, der dazu bestimmt ist, eine bestimmte Temperatur eines darin eingetauchten Körpers aufrechtzuerhalten oder diesen im Gleichgewichtsmodus zu erwärmen oder zu kühlen, wird mit Hilfe eines Chemostaten ein bestimmter Wert des chemischen Potenzials einer bestimmten Einzelsubstanz in der Mischung festgelegt von zu untersuchenden Stoffen sowie eine Gleichgewichtszufuhr und -entfernung eines Stoffes aus Gemischen aufrechterhalten wird. Chemisches Potential ich -gochemische Komponente in einem Chemostat wird eindeutig durch die Temperatur bestimmt T und Druck auf den Kolben. Durch Ändern des Drucks auf den Kolben ist es möglich, die Durchgangsrichtung einer bestimmten Komponente durch die selektive Membran zu ändern: Wenn das chemische Potenzial der Komponente in der zu untersuchenden Mischung ist, dann wird die Substanz dem zugeführt Mischung, bei wird es aus der Mischung entfernt, und bei wird das chemische Gleichgewicht zwischen dem Chemostat und der Mischung aufrechterhalten. Die Quasi-Gleichgewichtsänderung in der Zusammensetzung des Gemisches entspricht der Diffusionsübertragung einer Substanz durch die Membran unter Einwirkung eines sehr kleinen Unterschieds in den Werten des chemischen Potentials auf beiden Seiten der Membran.
Das chemische Potential eines idealen Gases, unabhängig davon, ob dieses Gas in einem individuellen Zustand oder in Mischung mit anderen idealen Gasen vorliegt, wird durch eine einfache Beziehung ausgedrückt, wo p ich ist entweder der Druck eines reinen Gases oder sein Partialdruck in der Mischung. Wenn daher ein ideales Gas durch eine semipermeable Membran geleitet wird, ist das Gleichgewicht zwischen der Mischung und dem Chemostat durch die Gleichheit des Drucks im Chemostat und des Partialdrucks des Gases in der Mischung gekennzeichnet.
Reis. 2.3. Gleichgewichtsmischung zweier Gase mit Chemostaten: a ist der Anfangszustand des Systems; b– Zustand des Systems nach isothermischer Expansion von Gasen; in– Endzustand nach dem Mischen von Gasen durch Membranen; 1 – Chemostate für einzelne Gase A und B ; 2 – halbdurchlässige Membranen; 3 - Behälter zum Mischen von Gasen im Gleichgewicht.
Gleichgewichtsmischung idealer Gase EIN und B wird in einem thermostatisierten System bestehend aus zwei Chemostaten aus Einzelkomponenten durchgeführt EIN und B, verbunden mit dem dritten Gefäß - einem Sammler der resultierenden Mischung, der wie Chemostaten mit einem beweglichen Kolben ausgestattet ist (Abb. 2.3).
Lassen Sie zu Beginn die Chemostaten jeweils Mole der Komponente enthalten EIN und Mol der Komponente B unter gleichem Druck p
; der Kolben im Gemischsammler steht in Nullstellung (das Gasvolumen unter dem Kolben ist Null). Der Mischvorgang erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe führen wir eine reversible isotherme Expansion von Gasen durch EIN und B; während der Druck EIN wir reduzieren ab p
bis zum eingestellten Druck und Druck B jeweils ab p
Vor . Die von Gasen eingenommenen Volumina in den ersten und zweiten Chemostaten ändern sich von zu bzw. von zu. Die vom expandierenden Gas im ersten Chemostat verrichtete Arbeit ist 
; in dieser Sekunde 
. Somit wird in der ersten Stufe die gesamte Arbeit in unserem hypothetischen Gerät ausgeführt. Da sich bei der isothermen Expansion eines idealen Gases dessen innere Energie nicht ändert, wird die angegebene Arbeit aufgrund der äquivalenten Wärmezufuhr des Thermostaten verrichtet. Daher ist die reversible Änderung der Entropie im System gleich
In der zweiten Phase des Prozesses (dem eigentlichen Mischen) leiten wir Gase aus Chemostaten durch selektive Membranen in den Gemischsammler durch die synchronisierte Bewegung von drei Kolben. Gleichzeitig wird an jedem der Kolben sowohl in den Chemostaten als auch im Kollektor ein konstanter Druck aufrechterhalten, der den Gleichgewichtsdurchgang von Gasen durch die Membranen gewährleistet (genauer gesagt wird im Kollektor ein Druck erzeugt). etwas weniger als p , während eine treibende Kraft ungleich Null für die Diffusion durch Membranen aufrechterhalten wird). Die Reversibilität des Mischvorgangs wird dabei durch die Möglichkeit einer synchronen Änderung der Bewegungsrichtung aller drei Kolben gewährleistet, was zu einer umgekehrten Trennung des Gemisches in einzelne Komponenten führen würde. Nachdem der Vorgang abgeschlossen ist, nimmt die Mischung offensichtlich Volumen im Kollektor ein.
Da bei idealen Gasen das Mischen nicht von einem thermischen Effekt begleitet wird, findet in der zweiten Stufe des Vorgangs kein Wärmeaustausch zwischen unserem Gerät und dem Thermostat statt. Folglich ändert sich die Entropie des Systems in diesem Stadium nicht, .
Es ist nützlich, durch direkte Berechnung zu verifizieren, dass die Arbeit der Gase in der zweiten Stufe Null ist. Tatsächlich wird in Chemostaten Arbeit für die Bewegung von Kolben aufgewendet, während gleichzeitig im Sammler durch Gase die gleiche Arbeit geleistet wird. Von hier.
Die Gesamtzunahme der Entropie beim Mischen von Gasen wird also durch den Ausdruck (2.9) bestimmt, . Wenn bei der Gleichgewichtsvariante des Mischens diese Erhöhung mit der umgekehrten Zufuhr von Wärme und der Leistung einer äquivalenten Arbeit verbunden ist 
, dann tritt bei direkter (irreversibler) Vermischung von Gasen die gleiche Zunahme der Entropie aufgrund ihrer Erzeugung innerhalb des Systems auf; das System macht keine Arbeit.
Nach der Substitution (2.8) kann der Ausdruck (2.9) umgeschrieben werden als
. (2.10)
Diese Beziehung wird aufgrund ihrer scheinbaren Paradoxie in Thermodynamik-Kursen obligatorisch behandelt. Bemerkenswert ist, dass es für die Entropieänderung (beim Mischen idealer Gase!) egal ist, was womit gemischt wird und auch bei welchem Druck und welcher Temperatur. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine informelle Herleitung von (2.10).
Ergänzen wir die Herleitung (2.10) mit ihren nützlichen Folgerungen. Einführung der Molenbrüche der Komponenten 
und erhalten wir einen Ausdruck für die Entropieänderung pro 1 Mol der resultierenden Mischung:
. (2.11)
Das Maximum dieser Funktion fällt auf das äquimolare Gasgemisch, 0,5.
Aus Sicht der Trennungstheorie von Stoffgemischen ist es von Interesse, die Änderung der Entropieproduktion zu verfolgen, wenn eine genügend große Zahl von Molen der Komponente hinzugefügt wird B zu einem Mol der Komponente EIN. Unter der Annahme in (2.10) und erhalten wir
Bei der Ableitung von (2.12) haben wir die mathematische Darstellung der logarithmischen Funktion verwendet
.
Formel (2.12) zeigt, dass die sukzessive Verdünnung der Mischung von einer unendlichen Zunahme der Entropie pro Mol der Verunreinigungskomponente begleitet wird.
Formel (2.10) gibt den Integralwert des Entropieinkrements beim Mischen endlicher Gasmengen an. Um zu einem kompakten Differentialausdruck ähnlich Formel (2.7) für die Wärmeübertragung zu kommen, modifizieren wir das Komponentenmischungsmodell (siehe Abb. 2.4). Wir gehen davon aus, dass die Vermischung durch eine Membran erfolgt, die für beide Komponenten durchlässig ist, oder durch ein ausreichend enges Ventil, das mit Gemischen gefüllte Gefäße trennt EIN und B andere Zusammensetzung. Das System ist thermostatisch geregelt, und in beiden Behältern wird mittels Kolben ein konstanter Druck aufrechterhalten. p . Bei einer begrenzten Mischungsrate kann die Zusammensetzung der Mischung in jedem der Gefäße über das Volumen des Gefäßes hinweg als einheitlich betrachtet werden. Somit ähnelt dieses System einem Wärmetauschersystem mit einer schwach leitenden Trennwand.
Kapitel 9. Allgemeine Informationen zum Mischen von Gasen.
Ziele und Ziele des Kapitels:
Informieren Sie sich über die Brandschutzregeln beim Arbeiten mit Sauerstoff
Informieren Sie sich über die Regeln zum Umgang und Arbeiten mit Sauerstoff
Erfahren Sie mehr über die Anwendung der „40 %-Regel“
Lernen Sie die verschiedenen Gasmischsysteme kennen.
Neue Begriffe in diesem Kapitel.
Brennbares (brennbares) Dreieck
Sauerstoffkompatibles Schmiermittel
Adiabate Erwärmung (Dieselverfahren)
Sauerstoffreinigung
40%-Regel
Partialdruckmischen
Mischen mit konstantem Durchfluss
Absorption mit periodischer Reinigung des Absorptionsmittels
Membrantrennung.
Als Taucher, der bei seinen Tauchgängen angereicherte Mischungen verwendet, sollten Sie in der Lage sein, diese Mischungen zu erhalten. Sie müssen nicht wissen, wie man Nitrox selbst zubereitet, aber Sie sollten wissen, wie es zubereitet wird, und sich der Reinigungsanforderungen Ihrer Ausrüstung bewusst sein, die durch die Verwendung von Nitrox auferlegt werden. Einige der gebräuchlichen Anreicherungsmethoden werden in diesem Kapitel besprochen und ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Das Gemisch, das Sie atmen, muss den richtigen Sauerstoffgehalt haben.
1. Umgang und Arbeiten mit Sauerstoff.
Sauerstoff ist ein erstaunliches Gas. Er kann sowohl ein Freund als auch ein Feind sein. Beim Mischen von Gasen für den Tauchgebrauch muss der Bediener den angemessenen Sauerstoffgehalt des Hochdruckgemisches erhalten. Dies kann durch Mischen von reinem Sauerstoff mit Stickstoff oder Luft oder durch Entfernen eines Teils des Stickstoffs aus der Luft erfolgen. Das Hauptproblem beim Mischen von Hochdrucksauerstoff ist die Brandgefahr. Alles, was nicht vollständig oxidiert ist – was praktisch alles bedeutet – brennt in Hochdrucksauerstoff, wenn eine Zündquelle vorhanden ist. Beim Umgang mit Gemischen besteht ein gewisses Risiko, beim Umgang mit reinem komprimiertem Sauerstoff besteht jedoch ein viel größeres Risiko. Ein Taucher, der angereicherte Mischungen verwendet, muss nicht in der Lage sein, mit reinem Sauerstoff umzugehen, aber er sollte ein gewisses Verständnis der damit verbundenen Risikofaktoren haben, da Sauerstoff zum Einsatz kommt, wenn die Aktivitäten des Tauchers komplexer und erweitert werden.
2. Brennbares (feuergefährliches) Dreieck.
Um einen Brand zu verhindern, muss man wissen, welche Inhaltsstoffe einen Brand verursachen und aufrechterhalten. Diese Komponenten sind in der Abbildung dargestellt.
in Form des sogenannten "brennbaren oder brandgefährlichen Dreiecks". Feuer ist eine schnelle chemische Reaktion zwischen Brennstoff und Sauerstoff (Oxidationsmittel), die nur in Gegenwart einer Zündquelle (Wärme) auftreten kann. Die Oxidation kann ohne Zündung ablaufen, wie zum Beispiel beim Rosten. Feuer entsteht, wenn eine Zündquelle (Wärme) vorhanden ist. Nach der Zündung wird bei der chemischen Reaktion der Verbrennung Energie (Wärme) freigesetzt, die die weitere Verbrennung unterstützt. Wenn wir einen der Bestandteile (Brennstoff, Sauerstoff, Zündquelle) entfernen, kann kein Feuer entstehen. Sind also nicht alle drei Komponenten gleichzeitig vorhanden, wird eine Zündung verhindert. Wenn die Flamme bereits vorhanden ist, führt das Entfernen einer der Komponenten dazu, dass die Flamme erlischt. Dies sind die Grundlagen der Brandbekämpfungstheorie. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass sich das Feuer ausbreiten muss, um seine Existenz aufrechtzuerhalten. Manchmal kommt sogar der Wunsch, Feuer zu verbreiten, als weitere Komponente des obigen "Dreiecks" hinzu.
3. Sauerstoff.
In den unten diskutierten Situationen ist Sauerstoff in Konzentrationen vorhanden, die größer sind als seine Konzentration in Luft. Das bedeutet, dass das Oxidationsmittel im „Branddreieck“ standardmäßig immer vorhanden ist und nicht aus dieser „Brandformel“ entfernt werden kann. Jeder weiß, dass Luftsauerstoff unter geeigneten Umständen aktiv an der Verbrennungsreaktion teilnehmen kann, daher sollte es nicht überraschen, dass eine höhere Konzentration davon das Risiko nur erhöhen kann. Außerdem muss beachtet werden, dass ein erhöhter Sauerstoffgehalt in der Luft einen verringerten Gehalt an Inertgas bedeutet. Aus diesem und einigen anderen Gründen hängt die Verbrennungsintensität nicht linear vom Sauerstoffanteil ab. Sie hängt sowohl vom prozentualen Anteil (Anteil) des Sauerstoffs im Gemisch als auch von dessen Partialdruck ab und steigt mit steigenden Parametern deutlich an.
4. Kraftstoff.
In diesem Abschnitt werden wir über den im Gassystem verfügbaren Kraftstoff sprechen, der die Verwendung von Gas zum Atmen ermöglicht. Bei hohem Sauerstoffdruck kann das System im Brandfall selbst zu einem Brennstoff für eine chemische Reaktion werden, aber um ein Feuer zu entfachen, ist etwas leichter Entflammbares erforderlich. Es kann ein separater Teil des Systems sein, Lösungsmittel, Schmiermittel, weiche Komponenten des Systems (Gummi, Kunststoff).
Einige Arten von Brennstoffen, die in Gassystemen verfügbar sind, können unter normalen Bedingungen praktisch nicht brennbar und in sauerstoffangereicherten Umgebungen sehr brennbar sein. Zu diesen Arten von Kraftstoffen gehören Silikonfett, Silikonkautschuk, Neopren, Kompressorschmiermittel, Kunststoff- und Metallspäne und -grate, organische Stoffe und Materialien, Staub verschiedener Art und sogar Fett auf dem Reifen. Die vielleicht gefährlichsten Kraftstoffe sind Schmiermittel. Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Silikon (vielleicht wegen des exotischen Namens) sicher ist, wenn es mit Sauerstoff verwendet wird. Eigentlich ist es nicht. Es gibt spezielle sauerstoffkompatible Schmiermittel wie Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Es sind diese selbstschmierenden Mittel, die in einer mit Sauerstoff angereicherten Umgebung verwendet werden sollten.
5. Zündung.
Einige Zündquellen sind offensichtlich, die meisten liegen jedoch außerhalb des Gassystems und werden hier nicht betrachtet. Die zwei Hauptzündquellen innerhalb eines Systems sind Reibung und Kompression des Gases, wenn es durch das System strömt. Der Begriff "Reibung" wird hier allgemein verwendet: im Sinne des Vorhandenseins von Partikeln im Gasstrom oder im Sinne der Bewegung des Gasstroms selbst und seiner Kollision mit den Ecken von Gasleitungen oder anderen Hindernissen . Ein anderes Phänomen – das gleiche, das die Erwärmung des Zylinders verursacht – kann ebenfalls einen Brand verursachen (wenn eine ausreichende Wärmemenge freigesetzt wird). Dies ist der gleiche Effekt, der den Kraftstoff in einem Dieselmotor ohne Zündkerze entzündet. Dieser Effekt wird als "adiabatische Erwärmung (Dieselprozess)" bezeichnet.
Das abrupte Öffnen und Schließen des Flaschenventils während der Gasverdichtung kann zu einem Temperaturanstieg bis zum Zündpunkt und bei Verunreinigungen im Gasstrom zur Entzündung selbst führen. Daher verwenden die Kompressoren keine Schnellwechselventile ("Kugelhähne").
6. Verwendung von Sauerstoffsystemen.
Der wichtige Punkt in diesem Kapitel ist, dass das Risiko beim Umgang mit Sauerstoff minimiert werden kann, indem bestimmte Regeln bei Systemdesign und -handhabung befolgt werden. Insbesondere gilt es, scharfe Ecken und Schnellwechselventile zu vermeiden und geeignete Materialien zu verwenden. Die zur Herstellung von Luftsystemen verwendeten Metalle eignen sich auch zur Herstellung von Sauerstoffsystemen. Die „weichen Teile“ wie Dichtungen, flexible Verbindungen, Membranen müssen durch sauerstoffkompatible ersetzt werden. In einigen Fällen ist das Hauptkriterium eine geringere Entflammbarkeit in Sauerstoff, in den meisten Fällen jedoch eine erhöhte Beständigkeit gegen Sauerstoff unter hohem Druck. Es sind spezielle Kits erhältlich, um Luftausrüstung in Ausrüstung für die Verwendung von Nitrox umzuwandeln.
Insbesondere ist es notwendig, die Ausrüstung richtig zu reinigen und sauber zu halten, geeignete Schmiermittel zu verwenden, mit Gasen umzugehen, um keine Entzündung zu verursachen, Ventile langsam und sanft zu öffnen.
7. Reinigungsgeräte zur Verwendung mit Sauerstoff. Einige Überlegungen zur Reinigung von Geräten.
Der Begriff „Sauerstoffreinigung“ sorgt in den Reihen der Sporttaucher für einige Verwirrung. Der Grund dafür ist, dass nicht ganz klar ist, ob Geräte für den Einsatz mit Gemischen mit 21 % bis 40 % Sauerstoff gereinigt werden müssen. Dieses Problem geht tiefer: Es gibt keine entwickelten und standardisierten Industrieverfahren für die Handhabung von Gemischen, die eine mittlere Sauerstoffmenge im Bereich von 21 % (Luft) bis 100 % (reiner Sauerstoff) enthalten. Standards existieren nur für den Umgang mit reinem Sauerstoff; daher ist jedes Gemisch, das mehr als 21 % Sauerstoff enthält, in Bezug auf bestehende Standards reinem Sauerstoff gleichwertig. Um alle Vorgänge gemäß den Industriestandards durchzuführen, ist es daher erforderlich, jedes angereicherte Gemisch als reinen Sauerstoff zu behandeln.
Die Compressed Gas Association (CGA), die National Fire Protection Association (NFPA), die NASA und eine Reihe anderer Organisationen empfehlen, Gase zwischen Konzentrationen als reinen Sauerstoff zu behandeln. Dies bedeutet nicht, dass sie Studien in diesem Konzentrationsbereich durchgeführt haben. Dies zeigt nur, dass es keine industriell entwickelten und akzeptierten Normen gibt und diese Organisationen eher eine konservative Haltung einnehmen. Andererseits hat die US-Marine Verfahren entwickelt, die besagen, dass Mischungen mit bis zu 40 % Sauerstoff für Handhabungszwecke wie Luft behandelt werden können. Es wurden keine Testergebnisse veröffentlicht, die darauf hindeuten, dass diese Schlussfolgerung zutrifft, jedoch wird dieser Ansatz seit vielen Jahren praktiziert, und es gibt keine Berichte über Vorfälle im Zusammenhang mit diesem Problem. Die NOAA hat diese Konzentrationsgrenze beim Betrieb mit angereicherten Gemischen übernommen; NAUI generell auch, jedoch mit einigen Einschränkungen.
Saubere Druckluft.
Eine weitere Verwirrung entsteht in Bezug auf den Begriff „saubere Luft“. Die unterschiedlichen Reinheitsgrade von Atemgasen, die von verschiedenen Verbänden und Organisationen (CGA, US Navy) verwendet werden, sind verwirrend, wenn es um die Reinheit von angereichertem Gas geht. Die Normen erlauben etwas Öldampf (Kohlenwasserstoffe) in der Druckluft (typischerweise 5 mg/m3). Diese Menge ist aus Sicht der Atmung unbedenklich, kann aber aus Sicht des Feuers gefährlich sein, wenn mit komprimiertem Sauerstoff gearbeitet wird.
Daher gibt es keine allgemein akzeptierten und vereinbarten Abstufungen der Luftreinheit, die ihre Eignung zum Mischen mit reinem Sauerstoff bestimmen. Die Gesetzgeber für Industriestandards haben sich darauf geeinigt, dass der Gehalt an Kohlenwasserstoffen in der Größenordnung von 0,1 mg / cu liegt. m kann als akzeptabel für Luft angesehen werden, die "weiter mit Sauerstoff gemischt werden muss". In den letzten Jahren sind Filtersysteme (im Bild) verfügbar geworden, um Druckluft zu erzeugen, die diesen Anforderungen entspricht. Kompressoren, die verhindern, dass Luft mit dem Schmiermittel in Kontakt kommt, leisten natürlich bessere Arbeit, sind aber erheblich teurer.Ein formalisierter Ansatz zur Sauerstoffreinigung.
Der Ausdruck "Sauerstoffreinigung" klingt auch deshalb beängstigend, weil seine industrielle Umsetzung die Einhaltung ziemlich strenger Verfahren erfordert. Diese regelmäßig durchgeführten Verfahren werden von der CGA und anderen Organisationen veröffentlicht. Sie wurden entwickelt, um die Sicherheit beim Arbeiten mit komprimiertem Sauerstoff zu gewährleisten.
NAUI gibt an, dass alle Geräte, die für die Verwendung mit reinem Sauerstoff oder Gemischen mit mehr als 40 % Sauerstoff bei Drücken über 200 psi (ca. 13 atm) vorgesehen sind, sauerstoffkompatibel und für die Verwendung mit Sauerstoff gereinigt sein müssen. Die Flasche, die erste Stufe des Atemreglers und alle Schläuche müssen gereinigt werden. Einige Ausrüstungsgegenstände können für die Arbeit mit diesen Mischungen umgerüstet werden, indem Komponenten aus speziellen Kits verwendet werden.
8. Nicht formalisierter Ansatz zur Sauerstoffreinigung: „die 40 %-Regel“
Trotz des Fehlens formaler Tests wurde die sogenannte "40%-Regel" in der Tauchindustrie ziemlich erfolgreich angewendet, und ihre Anwendung hat keine Probleme ergeben. Zahlreiche Brände in Tauchmischsystemen sind aufgetreten, wurden jedoch durch höhere Sauerstoffkonzentrationen verursacht.
NAUI akzeptiert diese Regel, verlangt jedoch, dass die Ausrüstung sauerstoffgereinigt wird und sauerstoffkompatible Schmiermittel verwendet werden. Dieser Ansatz ist weniger streng als der formale, aber wenn er richtig durchgeführt wird, ist er sehr effektiv. Die Reinigung muss von qualifizierten Technikern durchgeführt werden.
Das Gerät muss von allen sichtbaren Verschmutzungen und Fetten gereinigt und dann gebürstet oder mit einem starken Reinigungsmittel in heißem Wasser ultraschallgereinigt werden. Gute Flüssigreiniger für den Hausgebrauch wie Joy. Die Sauberkeit sollte nicht schlechter sein als die, die man von Tellern und Silberbesteck erwartet. Nach dem Trocknen müssen die weichen Komponenten durch sauerstoffkompatible ersetzt werden, wonach die Ausrüstung mit einem sauerstoffkompatiblen Schmiermittel geschmiert wird.
Nach der Reinigung darf das Gerät nur noch für fette Mischungen und nicht mit Druckluft betrieben werden, da es sonst erneut gereinigt werden muss.
9. Herstellung angereicherter Mischungen.
Das traditionelle Schema zum Bau eines Gasmischsystems basiert auf der Zugabe von Sauerstoff zur Luft auf die eine oder andere Weise. Kürzlich entwickelt und verfügbar gemacht wurden zwei neue Methoden, die die Luft auf andere Weise anreichern - durch Entfernung von Stickstoff. In diesem Absatz werden 3 Verfahren mit Sauerstoffzugabe betrachtet: Mischen nach Gewicht, Mischen mit Partialdruck, Mischen mit konstantem Durchfluss; und 2 Stickstoffentfernungsmethoden: Absorption mit periodischer Reinigung des Absorptionsmittels, Membrantrennung (Ballantyne und Delp, 1996).
Die Art des verwendeten Gasmischsystems ist für den Endverbraucher wichtig, da es die Flaschenfüllverfahren und den Bereich möglicher Sauerstoffkonzentrationen in der resultierenden Mischung bestimmt.
Mischen von Gasen nach Gewicht.
Die einfachste und zuverlässigste Methode, Mischungen mit einer genauen Zusammensetzung zu erhalten, besteht darin, fertige Mischungen zu kaufen. Hersteller von Industriegasen mischen normalerweise reinen Sauerstoff und reinen Stickstoff statt reinen Sauerstoff und Luft.
Die Gase werden nach Gewicht gemischt. Dies ermöglicht es, viele Anomalien im Verhalten von Gasen zu ignorieren, die durch ihre Abweichung von idealen Gasen verursacht werden, und liefert eine sehr genaue Gaszusammensetzung von Gemischen. Das Mischen kann in Flaschen, Kanistern oder Tanks erfolgen. Es sind genaue Waagen erforderlich, die sehr teuer sind, da sie in der Lage sein müssen, kleine Änderungen mit einem großen Gewicht zu messen. Diese Methode zum Mischen von Gasen ist die genaueste, und die resultierenden Mischungen werden sorgfältig auf Übereinstimmung mit der tatsächlichen Zusammensetzung der deklarierten analysiert. Bei der Formulierung solcher Mischungen ist der Industriebetrieb gezwungen, reinen Sauerstoff zu verwenden, was der Mischungshändler vermeiden kann. Dieses Verfahren ist ziemlich teuer, und seine Kosten werden durch die Tatsache erhöht, dass die Behälter zum Lagern der Mischungen dem Lieferanten der Mischungen gehören und daher vom Verkäufer der Mischungen gemietet werden.
Partialdrücke mischen.
Wie der Name der Methode schon sagt, basiert sie auf dem Verhältnis von Partialdrücken. Der Techniker füllt die Flasche mit einer vorbestimmten Sauerstoffmenge (die durch Druck gemessen wird) und füllt sie dann mit ultrareiner Luft bis zum gewünschten Enddruck nach. Sauerstoff wird zuerst gepumpt, wenn die Flasche noch leer ist, was die Brandgefahr des Verfahrens verringert, da keine Notwendigkeit besteht, Sauerstoff bei vollem Druck der gefüllten Flasche zu manipulieren. Da reiner Sauerstoff verwendet wird, muss das gesamte System einschließlich der zu befüllenden Flasche sauerstoffkompatibel und gereinigt sein. Da der Druck temperaturabhängig ist und sich der Ballon beim Befüllen erwärmt, müssen Sie den Ballon entweder abkühlen lassen oder bei der Druckmessung den Temperatureinfluss berücksichtigen. Da die endgültige Einstellung der Zusammensetzung oft erst nach dem endgültigen Abkühlen des Zylinders erfolgt, dauert der gesamte Prozess der Mischungsherstellung recht lange. Dieses Verfahren kann auch verwendet werden, um einen Behälter mit einem Gemisch bekannter Zusammensetzung zu einem Gemisch gleicher oder unterschiedlicher definierter Zusammensetzung zu füllen.
Ein Kompressor zum Mischen bei diesem Verfahren ist nicht erforderlich, wenn die Luft mit einem ausreichenden Druck zugeführt wird, um Tauchflaschen ohne zusätzliche Kompression zu füllen. Um die Füllflaschenbank maximal auszunutzen, wird die sogenannte "Kaskadentechnologie" verwendet, die darin besteht, zuerst die Füllflasche mit dem niedrigsten Druck zu verwenden, danach die Flasche mit dem höchsten Druck und so weiter . Manchmal wird das Verfahren selbst als "Kaskadenmischverfahren" bezeichnet.
Auch bei diesem Verfahren werden häufig Kompressoren eingesetzt. Sie dürfen keine Ölschmierung verwenden oder müssen ultrahochreine Luft liefern, die zum Mischen mit Sauerstoff geeignet ist. Eine andere Möglichkeit, Luft in einen Zylinder zu pumpen, besteht darin, eine pneumatische Pumpe zu verwenden, die Luft in einem Satz von Zylindern mit unterschiedlichen Durchmessern komprimiert, deren Kolben mit einer Nockenwelle verbunden sind. Feuer der beliebtesten Modelle - Haskel.
Das Partialdruckmischen ist sehr beliebt bei Tauchbasen, die viele verschiedene Mischungen in kleinen Mengen für verschiedene Freizeit- und technische Tauchzwecke herstellen, einschließlich Mischungen mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 40 %. In diesem Fall entfällt ein erheblicher Teil der Kosten des Systems auf ein hochpräzises Manometer. In diesem Fall ist der Einsatz einer pneumatischen Pumpe sehr effektiv. Diese Methode wird an abgelegenen Tauchplätzen verwendet. Da Sauerstoff bei niedrigem Druck hinzugefügt wird, reinigen einige Techniker Sauerstoffflaschen nicht. Diese Praxis sollte vermieden werden: Die Flasche sollte immer für die Verwendung mit Sauerstoff gereinigt werden.
10. Mischen mit konstantem Durchfluss.
Diese Methode (auch Ambient-Air-Loading-Methode genannt) wurde von der NOAA (1979, 1991) entwickelt und ist die benutzerfreundlichste Methode (Abb. 9-7). Bei diesem Verfahren wird dem Einlassluftstrom, der mit einem hohen Grad an Öldampfentfernung in den Kompressor eintritt, Sauerstoff bei niedrigem Druck zugesetzt. Der Ausgangsstrom wird kontinuierlich auf Zusammensetzung analysiert, und das Ergebnis dieser Analyse wird verwendet, um die Sauerstoffbeimischung zum Eingangsstrom entsprechend anzupassen. Der Auslassstrom kann die Reihe von Füllzylindern umgehen, während er die Mischung einstellt. Nachdem die Mischung in die Füllzylinder gepumpt wurde, kann sie per Bypass oder mit einer Luftpumpe in die Tauchflaschen überführt werden. In einer Anlage mit konstantem Durchfluss kann auch ein Absorptionssubsystem mit periodischer Reinigung des PSA-Absorptionsmittels als Sauerstoffquelle verwendet werden.
Es gibt eine andere Klasse von Installationen mit konstantem Durchfluss, die einem kommerziellen Taucher Luft durch einen Luftversorgungsschlauch zuführen. Solche Anlagen verfügen über Mittel zur Überwachung der Konstanz der Zusammensetzung des Gemisches - verschiedene Durchflussmesser und Regler. Ihr Ausgangsdruck liegt üblicherweise im Bereich von weniger als 200 psi (13 atm).
11. Absorption mit periodischer Reinigung des Absorptionsmittels (PSA).
Diese Methode basiert auf der Verwendung eines Materials namens "Molekularsieb" - eines synthetischen porösen tonähnlichen Materials, dessen Poren eine sehr große Oberfläche bieten. Diese Oberfläche adsorbiert Gase ("adsorbieren" bedeutet "an der Oberfläche absorbieren"). Stickstoff wird schneller adsorbiert als Sauerstoff, sodass die durch das Adsorptionsmittel strömende Luft sauerstoffreicher (genauer gesagt stickstoffärmer) wird. Es werden zwei Adsorptionsplatten verwendet, zwischen denen der Luftstrom umgeschaltet wird. Wenn die Strömung zu einer Platte geleitet wird, adsorbiert sie Stickstoff, die zweite Platte wird zu diesem Zeitpunkt von zuvor adsorbiertem Stickstoff befreit. Dann tauschen die Platten ihre Rollen.
Durch Änderung des Drucks und der Reinigungshäufigkeit der Platten ist es möglich, unterschiedliche Werte des Sauerstoffgehalts im Ausgangsgemisch zu erhalten. Der maximal erreichbare Sauerstoffgehalt beträgt 95 %, der Rest ist Argon. Argon verhält sich in Bezug auf diese Art von Adsorptionsmittel fast wie Sauerstoff (d. h. es wird nicht adsorbiert), daher wird es in der Ausgangsmischung in fast demselben Verhältnis zu Sauerstoff wie in der Eingangsluft enthalten sein. Dieses Argon hat keine Wirkung auf den Taucher.
Anlagen dieser Art benötigen keinen Sauerstoff unter hohem Druck, sind aber aufwendig und recht teuer in Anschaffung und Unterhalt; Das Abwasser muss mit einem sauerstoffkompatiblen, gereinigten Kompressor oder einer pneumatischen Pumpe (abgebildet) in die Flaschen gepumpt werden.
12. Membrantrennung.
Dieses Verfahren basiert auf der Verwendung einer Membran, die beim Durchgang von sauberer Luft Sauerstoffmoleküle besser durchlässt als Stickstoff. Das Austrittsgemisch wird somit mit Sauerstoff angereichert und die Sauerstoffkonzentration durch den Eintrittsstrom bestimmt. Der maximal erreichbare Wert des Sauerstoffgehalts in handelsüblichen Systemen liegt bei etwa 40 %. Die gleiche Technologie wird übrigens zur Gewinnung von Helium und in einigen anderen Prozessen verwendet.
Ähnlich wie bei PSA-Geräten muss kein Hochdrucksauerstoff verwendet werden. Das Abwasser muss mit einem sauerstoffkompatiblen gereinigten Kompressor oder einer pneumatischen Pumpe in die Zylinder gepumpt werden. Membransysteme sind ziemlich zuverlässig und erfordern nicht viel Wartung, vorausgesetzt, die Reinheit des Einlassstroms ist ausreichend.
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Ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff, ggf Sie Massenanteile 1 und 2 sind jeweils gleich ... Parameter, die das Individuum charakterisieren EigenschaftenGas, und ist daher... T=400 K. 8 KAPITEL 1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER MECHANIK KAPITEL 1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER MECHANIK...
Einleitung 3 Kapitel 1 Wissenschaftler und ihre Entdeckungen
Zusammenfassung der Dissertation... Kapitel. Einführung Kapitel 1: Wissenschaftler u Sie Entdeckungen. - Die Priestley-Erfahrung Kapitel 2. Geschichte der Photosynthese. Kapitel 3: Bedeutung der Photosynthese in der Natur. Kapitel... Kohlendioxid Gas in Sauerstoff. Kohlensäure Gas benötigt ... elektrochemisches Potential. Eigenschaften Thylakoidmembran...
Stellen wir uns drei horizontale Schichten A, B und C unserer Gassäule vor, wobei sich Schicht B über A und A über C befindet. Es ist immer möglich, eine beliebige Menge einer Mischung der Zusammensetzung A zu erhalten, indem man etwas Volumen von Schicht C mit a mischt Volumen aus Schicht B. Umgekehrt kann eine beliebige Menge einer Mischung der Zusammensetzung A in zwei Mischungen der Zusammensetzung B und C zerlegt werden.
Dieses Mischen und Trennen der beiden Gase kann auch reversibel erfolgen, indem horizontale Rohre in A, B und C verstärkt werden. Das aus der Gassäule nach außen austretende Ende jedes solchen Rohres ist durch einen Kolben verschlossen. Wir werden nun die Kolben in den Schichten B und C nach innen drücken, indem wir sie beispielsweise von links nach rechts bewegen, und bei Punkt A werden wir dagegen den Kolben nach außen drücken, dh von rechts nach links. Dann werden in B und C einige Gasmassen die Säule verlassen und im Gegenteil ein gewisses Volumen der Mischung in A eintreten. Wir nehmen an, dass jedes dieser Rohre eine bestimmte Masse einer Mischung derselben Zusammensetzung wie die horizontale Schicht der Gassäule enthält, mit der dieses Rohr kommuniziert.
Die Werte werden dann aus den Gleichungen ermittelt
Daraus folgt das
Wir teilen nun das Gemisch irgendwie umkehrbar auf und berechnen die aufgewendete Arbeit.
Wir führen in A das Einheitsvolumen der Mischung ein und aus B leiten wir jeweils die Volumina ab
Die Gesamtarbeit, die in diesem Prozess geleistet wird, ist
Wenn wir hier die Werte ersetzen, sehen wir, dass diese Arbeit gleich Null ist.
Hier gibt es eine gewisse Subtilität: Die Mischungen B und in die Mischung A zerfallen sind, werden auf unterschiedliche Höhen gehoben und haben so unterschiedliche potenzielle Energien erhalten. Da aber die Arbeit Null ist und die Temperatur des Systems konstant ist, ist dies nur möglich, wenn das System eine bestimmte Wärmemenge abgegeben oder aufgenommen hat. Wenn wir die Änderung der potentiellen Energie kennen, finden wir die Wärmemenge, die dem System mitgeteilt wird, und daher die Änderung der Entropie.
Das Inkrement der potentiellen Energie wird sein
aber es ist gleich der Wärmemenge, die dem System zugeführt wird, also ist das Entropieinkrement gleich
Bei einem solchen Wert ist die Summe der Entropien des Volumens der Mischung B und des Volumens der Mischung C größer als die Entropie einer Volumeneinheit der Mischung A. Daraus kann man die Volumina der Mischungen B und ermitteln C, deren Entropiesumme gleich der Entropie einer Volumeneinheit der Mischung A ist; Dazu bringen wir die Volumina der Mischungen B und C auf reversible isotherme Weise zu Volumina und setzen die Summe der Zuwächse in den Entropien beider Mischungen bei diesem Vorgang mit dem Ausdruck (75) gleich, mit entgegengesetztem Vorzeichen.
Das Entropieinkrement für Mischung B wird sein
Lassen Sie uns in Gleichung (76) den Ausdruck für die Drücke in Bezug auf die Dichten einsetzen
1. Gasmischung bei V=const. Wenn das von Gasen eingenommene Gesamtvolumen vor und nach dem Mischen unverändert bleibt und die Gase vor dem Mischen die Volumina V 1, V 2, ... .. V n m 3 bei Drücken p 1, p 2, p n und Temperaturen T 1, T 2 einnehmen , Т n , und das Verhältnis der Wärmekapazitäten dieser Gase mit р /с v sind gleich k 1 , k 2 ,…. k n , dann werden die Parameter der Mischung durch die Formeln bestimmt:
Temperatur
Druck
(5.15)
Für Gase, deren molare Wärmekapazitäten gleich sind und daher die Werte von k gleich sind, nehmen die Formeln (62) und (63) die Form an:
2. Mischen von Gasströmen. Wenn die Massenströme der Mischströme gleich M 1, M 2, ... M n, kg / h sind, sind die Volumenströme V 1, V 2, ... .. V n m 3 / h, Gas Drücke - p 1, p 2, p n und Temperatur - T 1 , T 2 ,…T n , und die Verhältnisse der Wärmekapazitäten der einzelnen Gase sind jeweils k 1 , k 2 ,…. k n , dann wird die Temperatur der Mischung durch die Formel bestimmt:
(5.18)
Volumenstrom des Gemisches pro Zeiteinheit bei Temperatur T und Druck p:
(5.19)
Für Gase, deren k-Werte gleich sind, wird die Temperatur des Gemisches durch Formel (64) bestimmt. Wenn Gasströme zusätzlich zu den gleichen Werten von k auch Drücke haben, dann nehmen die Formeln (66) und (67) die Form an:
(5.21)
Aufgaben
5.1. Ermitteln Sie die Änderung der inneren Energie von 1 kg Luft beim Übergang vom Anfangszustand t 1 \u003d 300 0 C in den Endzustand bei t 2 \u003d 50 0 C. Nehmen Sie die Abhängigkeit der Wärmekapazität von der Temperatur als linear an. Geben Sie Ihre Antwort in kJ an.
Die Änderung der inneren Energie ergibt sich aus Formel (5.9):
Du \u003d C vm (t 2 -t 1).
Tabelle verwenden. 4.3, bekommen wir Luft
(С vm) 0 t =0,7084+0,00009349t kJ/(kg·K);
(С vm) 50 300 =0,7084+0,00009349(50+300)=0,7411 kJ/(kg·K).
Somit,
Du = 0,7411 (50-300) = - 185,3 kJ/kg
Antwort: DU = - 185,3 kJ / kg
5.2. Finden Sie die Änderung der inneren Energie von 2 m 3 Luft, wenn ihre Temperatur von t 1 \u003d 250 0 C auf t 2 \u003d 70 0 C fällt. Akzeptieren Sie die Abhängigkeit der Wärmekapazität von der Temperatur als linear. Anfangsluftdruck Р 1 =0,6 MPa.
Antwort: DU=-1063 kJ.
5.3. Dem in einem Zylinder mit beweglichem Kolben eingeschlossenen Gas werden von außen 100 kJ Wärme zugeführt. Die verrichtete Arbeit beträgt in diesem Fall 115 kJ. Bestimmen Sie die Änderung der inneren Energie des Gases, wenn seine Menge 0,8 kg beträgt.
Antwort: DU = - 18,2 kJ.
5.4. 2 m 3 Luft bei einem Druck von 0,5 MPa und einer Temperatur von 50 0 C werden mit 10 m 3 Luft bei einem Druck von 0,2 MPa und einer Temperatur von 100 0 C gemischt. Bestimmen Sie den Druck und die Temperatur der Mischung.
Antwort: t cm \u003d 82 0 C; Pcm \u003d 0,25 MPa.
5.5. Im Kesselhauszug werden die Rauchgase von drei Kesseln, die atmosphärischen Druck haben, gemischt. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass diese Gase die gleiche Zusammensetzung haben, nämlich: CO 2 = 11,8 %; O2 \u003d 6,8 %; N2 \u003d 75,6 %; H2O = 5,8 %. Der stündliche Gasverbrauch beträgt V 1 = 7100 m 3 /h; V 2 \u003d 2600 m 3 / h; V 3 \u003d 11200 m 3 / h bzw. die Gastemperaturen t 1 \u003d 170 0 C, t 2 \u003d 220 0 C, t 3 \u003d 120 0 C. Bestimmen Sie die Temperatur der Gase nach dem Mischen und ihr Volumenstrom durch den Schornstein bei dieser Temperatur.
Antwort: t=147 0 С; V = 20900 m 3 /h.
5.6. Abgase aus drei Dampfkesseln mit einem Druck von 0,1 MPa werden im Gassammelkanal gemischt und durch den Schornstein in die Atmosphäre abgeführt. Die volumetrische Zusammensetzung der Rauchgase aus einzelnen Kesseln ist wie folgt: von Anfang an
CO 2 = 10,4 %; Ungefähr 2 \u003d 7,2%; N2 = 77,0 %; H2O=5,4 %;
ab dem zweiten
CO 2 = 11,8 %; O2 \u003d 6,9 %; N2 \u003d 75,6 %; H2O=5,8 %;
ab dem dritten
CO 2 = 12,0 %; O2 \u003d 4,1 %; N2 \u003d 77,8 %; H 2 O = 6,1 %.
Der stündliche Verbrauch von Gasen ist
M 1 = 12000 kg/h; M2 = 6500 kg/h; M3 = 8400 kg/h; bzw. Gastemperaturen t 1 \u003d 130 0 С; t 2 \u003d 180 0 С; t 3 \u003d 200 0 C.
Bestimmen Sie die Temperatur der Rauchgase nach der Mischung im Sammelkanal. Nehmen Sie an, dass die molaren Wärmekapazitäten dieser Gase gleich sind.
Antwort: t 2 \u003d 164 0 C.
5.7. In der Gasleitung werden drei Gasströme mit dem gleichen Druck von 0,2 MPa gemischt. Der erste Strom ist Stickstoff mit einem Volumenstrom V 1 = 8200 m 3 /h bei einer Temperatur von 200 0 C, der zweite Strom ist Kohlendioxid mit einem Volumenstrom von 7600 m 3 /h bei einer Temperatur von 500 0 C und der dritter Strom ist Luft mit einem Volumenstrom von 6400 m 3 /h bei einer Temperatur von 800 0 C. Finden Sie die Temperatur der Gase nach dem Mischen und ihren Volumenstrom in der gemeinsamen Gasleitung.
Antwort: t 1 \u003d 423 0 C; V=23000 m3/h.
5.8. Verbrennungsprodukte aus dem Dampfkesselzug in Höhe von 400 kg/h bei einer Temperatur von 900 0 C müssen auf 500 0 C abgekühlt und der Trocknungsanlage zugeführt werden. Die Gase werden gekühlt, indem der Gasstrom mit dem Luftstrom bei einer Temperatur von 20 0 C gemischt wird. Der Druck in beiden Gasströmen ist gleich. Bestimmen Sie den stündlichen Luftstrom, wenn bekannt ist, dass R Gas \u003d R Luft. Die Wärmekapazität der Verbrennungsprodukte wird gleich der Wärmekapazität von Luft angenommen.
Antwort: M Luft \u003d 366 kg / h.
