Deixe-os misturar n quimicamente sem interação entre eles mesmos ideal gases. Assume-se que os parâmetros termodinâmicos iniciais do estado de todos os componentes antes da mistura e as condições de mistura (condições de interação com o ambiente) são conhecidos. Queria encontrar equilíbrio parâmetros do estado dos gases após a mistura.
Vamos considerar dois casos de mistura, por simplicidade, supondo que esse processo ocorra sem troca de calor com o ambiente .
2.1. Misturando em W=Const
Neste caso, as condições de mistura são tais que o volume da mistura resultante C cm é igual à soma dos volumes iniciais dos componentes da mistura WH:
(Não deve ser confundido W H i com volumes parciais Wi, discutido no parágrafo 1.4.3.)
Indicar:
P H i- pressão inicial eu o gás;
T H i,t H i- temperatura inicial euº gás, respectivamente, para 0 Para ou 0 A PARTIR DE.
Porque todo o sistema de n gases quando misturados em condições W=Const não realiza trabalho externo, então, de acordo com a primeira lei da termodinâmica para este caso (), podemos escrever:
Aqui: você cm é a energia interna de uma mistura de gases com massa m cm quilogramas
com temperatura T 0 K;
U H i- energia interna eu-ª massa de gás eu quilogramas
com temperatura inicial T H i .
Vamos introduzir a notação:
você cm é a energia interna específica de uma mistura de gases a uma temperatura T 0 K;
u H i- energia interna específica eu-º gás com temperatura inicial T H i .
Então a equação (2.1.1) assume a seguinte forma:
(2.1.2)
Como se sabe, para um gás ideal du = C v dT, de onde, ao contar a energia interna de 0 0 K pode ser escrito:
Aqui: - média no intervalo 0 T 0 K capacidade de calor isocórico de massa de uma mistura de gases;
Média no intervalo 0 T H i 0 K capacidade de calor isocórico de massa euº gás.
Depois de substituir (2.1.3) em (2.1.2), obtemos:
Mas, de acordo com o parágrafo 1.4.10, a verdadeira capacidade calorífica de massa de uma mistura de gases é expressa em termos das frações de massa dos componentes gi e suas verdadeiras capacidades caloríficas como segue:
Da mesma forma, a média no intervalo 0 T 0 K A capacidade calorífica isocórica da massa de uma mistura de gases é definida como:
Substituindo esta expressão no lado esquerdo da equação (2.1.4) obtemos:
de onde (2.1.5)
Porque da equação de estado , então após substituição eu na equação (2.1.5) finalmente obtemos a fórmula para a temperatura da mistura n gases:
Como se sabe, , portanto, a fórmula (2.1.6) pode ser escrita da seguinte forma:
(Deve-se lembrar que o produto é a média na faixa de 0- T H i 0 Kmolar capacidade térmica isocórica euº gás.)
Na literatura de referência, as dependências empíricas da capacidade calorífica em relação à temperatura são frequentemente dadas para a faixa 0 t 0 С .
Depois de substituir (2.1.8) e (2.1.9) na equação (2.1.2), obtemos:
Substituindo eu seu valor , finalmente obtemos a fórmula para a temperatura da mistura de gases em graus Celsius :
expressando R i através do peso molecular, obtemos outra fórmula:
Os denominadores das fórmulas (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) e (2.1.11) contêm as capacidades caloríficas médias para as quais a temperatura da mistura é usada como limite superior da média ( t ou T) estar determinado. Por causa disso, a temperatura da mistura de acordo com essas fórmulas é determinada método de aproximações sucessivas .
2.1.1. Casos especiais de mistura de gases em W=Const
Consideremos vários casos especiais de fórmulas (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) e (2.1.11).
1. Deixe os gases serem misturados, em que a dependência do expoente adiabático Ki temperatura pode ser desprezada.
(Na realidade Para diminui com o aumento da temperatura, pois
Onde s ou r , uma são coeficientes positivos empíricos.
Para cálculos técnicos no intervalo de 0 a 2000 0 С, você pode usar as seguintes fórmulas:
a) para gases diatômicos Para 1,40 - 0,50 10 -4 t;
b) para produtos de combustão Para 1,35 - 0,55 10 -4 t.
A partir dessas fórmulas, pode-se ver que o efeito da temperatura no expoente adiabático Para torna-se perceptível apenas em temperaturas da ordem de centenas de graus Celsius.)
Assim, se assumirmos que
então a fórmula (2.1.6) assume a seguinte forma:
A fórmula (2.1.12) pode ser usada como uma primeira aproximação para as fórmulas (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) e (2.1.11)
2. Sejam misturados gases nos quais as capacidades térmicas isocóricas molares são iguais e a dependência dessas capacidades térmicas com a temperatura pode ser desprezada, ou seja:
Então a equação (2.1.7) assume uma forma muito simples:
Se os gases têm capacidades térmicas isocóricas iguais, então, de acordo com a equação de Mayer
as capacidades de calor isobáricas molares devem ser iguais entre si e, consequentemente, os expoentes adiabáticos também devem ser iguais, ou seja,
Nesta condição, a equação (2.1.12) se transforma em (2.1.13).
2.1.2. Pressão após misturar os gases em W=Const
A pressão estabelecida após a mistura dos gases pode ser determinada pelas fórmulas do parágrafo 1.4.2, ou a partir da condição:
R cm C cm = m cm R cm T= m cm T.
Deixe em recipientes termostatos separados sob a mesma pressão p existem gases MAS e NO tomadas em quantidades de imole. Quando esses vasos são conectados, a mistura espontânea dos gases ocorrerá até que uma composição homogênea da mistura gasosa seja estabelecida em todo o volume do sistema. Vamos supor que os gases iniciais e suas misturas obedecem às equações de estado dos gases ideais. Então, mantendo uma pressão total de gás constante p pressões parciais de gases na mistura resultante será igual a
Quando gases ideais são misturados, não há efeitos térmicos, portanto não há troca de calor entre os gases e o termostato, e a mudança na entropia do sistema será completamente determinada pela irreversibilidade dos processos dentro do sistema.
Para encontrar a variação desejada na entropia, é necessário contrariar o processo espontâneo descrito com uma transição de equilíbrio mental entre os mesmos estados inicial e final do sistema.
Para a mistura de gases em equilíbrio, usamos um dispositivo hipotético especial, por analogia com um termostato chamado quimiostato . Este dispositivo consiste em um cilindro controlado termostaticamente equipado com um pistão que se move sem atrito; na base do cilindro há uma membrana seletivamente permeável apenas para uma determinada substância química individual; este último separa a substância individual carregada no quimiostato da mistura estudada de substâncias localizada em outro recipiente. Ao contrário de um termostato projetado para manter uma determinada temperatura de um corpo imerso nele, ou para aquecer ou resfriar este último em modo de equilíbrio, com a ajuda de um quimiostato, um determinado valor do potencial químico de uma determinada substância individual na mistura de substâncias em estudo é mantida, bem como um fornecimento e remoção de equilíbrio de uma substância das misturas. Potencial químico eu O componente goquímico em um quimiostato é determinado exclusivamente pela temperatura T e pressão no pistão. Alterando a pressão no pistão, é possível alterar a direção de transição de um determinado componente através da membrana seletiva: se é o potencial químico do componente na mistura em estudo, então em , a substância será fornecida ao mistura, em , ele será removido da mistura, e em , o equilíbrio químico é mantido entre o quimiostato e a mistura. A mudança de quase-equilíbrio na composição da mistura corresponde à transferência por difusão de uma substância através da membrana sob a ação de uma diferença muito pequena nos valores do potencial químico em ambos os lados da membrana.
O potencial químico de um gás ideal, independentemente de este gás estar em um estado individual ou em mistura com outros gases ideais, é expresso por uma relação simples, onde p eué a pressão de um gás puro ou sua pressão parcial na mistura. Portanto, quando um gás ideal é transferido através de uma membrana semipermeável, o equilíbrio entre a mistura e o quimiostato é caracterizado pela igualdade da pressão no quimiostato e a pressão parcial do gás na mistura.
Arroz. 2.3. Mistura de equilíbrio de dois gases usando quimiostatos: umaé o estado inicial do sistema; b– estado do sistema após expansão isotérmica dos gases; dentro– estado final após a mistura dos gases através das membranas; 1 – quimiostatos para gases individuais A e B ; 2 – membranas semipermeáveis; 3 - recipiente para mistura de gases em equilíbrio.
Mistura de equilíbrio de gases ideais UMA e B será realizado em um sistema controlado termostaticamente composto por dois quimiostatos de componentes individuais UMA e B, conectado ao terceiro recipiente - um coletor da mistura resultante, equipado, como quimiostatos, com um pistão móvel (Fig. 2.3).
Deixe no momento inicial os quimiostatos conterem, respectivamente, mols do componente UMA e mols do componente B sob a mesma pressão p
; o pistão no coletor de mistura está na posição zero (o volume de gás sob o pistão é zero). O processo de mistura é realizado em duas etapas. Na primeira etapa, realizamos uma expansão isotérmica reversível de gases UMA e B; enquanto a pressão UMA nós reduzimos de p
até a pressão e pressão ajustadas B respectivamente de p
antes da . Os volumes ocupados por gases no primeiro e segundo quimiostatos mudarão de para e de para respectivamente. O trabalho realizado pelo gás em expansão no primeiro quimiostato é 
; no segundo 
. Assim, na primeira etapa, o trabalho total é realizado em nosso dispositivo hipotético. Como durante a expansão isotérmica de um gás ideal sua energia interna não muda, o trabalho especificado é realizado devido ao fornecimento de calor equivalente do termostato. Portanto, a mudança reversível na entropia no sistema será igual a
Na segunda etapa do processo (mistura real), passamos os gases dos quimiostatos através de membranas seletivas para o coletor de mistura pelo movimento sincronizado de três pistões. Ao mesmo tempo, uma pressão constante é mantida em cada um dos pistões, respectivamente, tanto nos quimiostatos quanto no coletor, o que garante a passagem de gases em equilíbrio através das membranas (mais precisamente, é criada uma pressão no coletor que é ligeiramente menos do que p , mantendo uma força motriz diferente de zero para difusão através de membranas). A reversibilidade do processo de mistura neste caso é garantida pela possibilidade de uma mudança síncrona na direção do movimento de todos os três pistões, o que levaria a uma separação reversa da mistura em componentes individuais. Depois que a operação estiver concluída, a mistura obviamente tomará volume no coletor.
Como, no caso de gases ideais, a mistura não é acompanhada de nenhum efeito térmico, não há troca de calor entre nosso dispositivo e o termostato na segunda etapa da operação, . Consequentemente, não há mudança na entropia do sistema neste estágio, .
É útil verificar por cálculo direto que o trabalho dos gases no segundo estágio é zero. De fato, o trabalho é gasto no movimento dos pistões nos quimiostatos, enquanto, ao mesmo tempo, a mesma quantidade de trabalho é produzida no coletor pelos gases. Daqui.
Assim, o aumento total da entropia ao misturar gases é determinado pela expressão (2.9), . Se, na variante de equilíbrio de mistura, esse aumento está associado ao fornecimento reverso de calor e à produção de uma quantidade equivalente de trabalho 
, então com a mistura direta (irreversível) de gases, o mesmo aumento de entropia ocorre devido à sua geração dentro do sistema; o sistema não faz nenhum trabalho.
Após a substituição (2.8), a expressão (2.9) pode ser reescrita como
. (2.10)
Esta relação tem um lugar obrigatório nos cursos de termodinâmica devido ao seu aparente paradoxo. Vale ressaltar que para a mudança de entropia (ao misturar gases ideais!) não importa o que é misturado com o que, e também em que pressão e temperatura. Em essência, aqui está uma derivação informal de (2.10).
Vamos complementar a derivação (2.10) com seus corolários úteis. Apresentando as frações molares dos componentes 
e , obtemos uma expressão para a variação de entropia por 1 mol da mistura resultante:
. (2.11)
O máximo desta função recai sobre a mistura equimolar de gases, 0,5.
Do ponto de vista da teoria da separação de misturas de substâncias, é interessante traçar a mudança na produção de entropia quando um número suficientemente grande de moles do componente é adicionado B para um mol do componente UMA. Assumindo em (2.10) e , obtemos
Ao derivar (2.12), usamos a representação matemática da função logarítmica
.
A fórmula (2.12) mostra que a diluição sucessiva da mistura é acompanhada por um aumento infinito da entropia por mol do componente da impureza.
A fórmula (2.10) fornece o valor integral do incremento de entropia ao misturar quantidades finitas de gás. Para chegar a uma expressão diferencial compacta semelhante à fórmula (2.7) para transferência de calor, modificamos o modelo de mistura de componentes (ver Fig. 2.4). Assumiremos que a mistura ocorre através de uma membrana permeável a ambos os componentes, ou através de uma válvula suficientemente estreita separando vasos cheios de misturas. UMA e B composição diferente. O sistema é controlado termostaticamente e a pressão constante é mantida em ambos os recipientes por meio de pistões. p . Com uma taxa de mistura limitada, a composição da mistura em cada um dos recipientes pode ser considerada uniforme em todo o volume do recipiente. Assim, este sistema é semelhante a um sistema de troca de calor com um defletor fracamente condutor.
Capítulo 9. Informações gerais sobre mistura de gases.
Metas e objetivos do capítulo:
Aprenda sobre as regras de segurança contra incêndio ao trabalhar com oxigênio
Aprenda sobre as regras para manusear e trabalhar com oxigênio
Conheça a aplicação da "regra dos 40%"
Conheça os diferentes sistemas de mistura de gases.
Novos termos neste capítulo.
Triângulo inflamável (inflamável)
Lubrificante compatível com oxigênio
Aquecimento adiabático (processo diesel)
limpeza de oxigênio
regra de 40%
Mistura de pressão parcial
Mistura de fluxo constante
Absorção com limpeza periódica do absorvente
separação da membrana.
Como mergulhador que usa misturas enriquecidas em seus mergulhos, você deve ser capaz de obter essas misturas. Você não precisa saber preparar o nitrox sozinho, no entanto, você deve entender como eles são preparados e estar ciente dos requisitos de limpeza do seu equipamento que são impostos pelo uso do nitrox. Alguns dos métodos de enriquecimento comumente usados são discutidos neste capítulo e suas vantagens e desvantagens são discutidas. A mistura que você respira deve ter o conteúdo correto de oxigênio.
1. Manuseio e trabalho com oxigênio.
O oxigênio é um gás incrível. Ele pode ser tanto um amigo quanto um inimigo. Ao misturar gases para uso em mergulho autônomo, o operador deve obter o teor de oxigênio apropriado da mistura de alta pressão. Isso pode ser feito misturando oxigênio puro com nitrogênio ou ar, ou removendo parte do nitrogênio do ar. O principal problema com a mistura de oxigênio de alta pressão é o risco de incêndio. Qualquer coisa que não esteja totalmente oxidada - o que significa praticamente qualquer coisa - queimará em oxigênio de alta pressão quando uma fonte de ignição estiver presente. Há algum risco ao manusear misturas, mas há um risco muito maior ao manusear oxigênio comprimido puro. Um mergulhador que usa misturas enriquecidas não precisa ser capaz de lidar com oxigênio puro, mas ele deve ter alguma compreensão dos fatores de risco associados, pois o oxigênio está sendo usado à medida que as atividades do mergulhador se tornam mais complexas e expandidas.
2. Triângulo inflamável (risco de incêndio).
Para evitar um incêndio, é necessário saber quais ingredientes causam e sustentam um incêndio. Esses componentes são mostrados na figura.
sob a forma do chamado "triângulo inflamável ou de risco de incêndio". O fogo é uma reação química rápida entre combustível e oxigênio (oxidante) que só pode ocorrer na presença de uma fonte de ignição (calor). A oxidação pode ocorrer sem ignição, como, por exemplo, no processo de ferrugem. O fogo ocorre quando há uma fonte de ignição (calor). Após a ignição, durante a reação química de combustão, a energia (calor) é liberada, o que suporta a combustão adicional. Se removermos um dos ingredientes (combustível, oxigênio, fonte de ignição), o fogo não pode começar. Se, portanto, todos os três componentes não estiverem presentes ao mesmo tempo, a ignição será evitada. Se a chama já existir, a remoção de um dos componentes fará com que a chama se apague. Estes são os fundamentos da teoria de combate a incêndio. Outro ponto importante é que o fogo deve se espalhar para sustentar sua existência. Às vezes, o desejo de espalhar fogo é adicionado como outro componente do "triângulo" descrito acima.
3. Oxigênio.
Nas situações discutidas abaixo, o oxigênio está presente em concentrações maiores que sua concentração no ar. Isso significa que o agente oxidante no "triângulo inflamável" está sempre presente por padrão e não pode ser removido dessa "fórmula de fogo". Todo mundo sabe que o oxigênio atmosférico, sob circunstâncias apropriadas, pode participar ativamente da reação de combustão, portanto, não deve surpreender que uma concentração mais alta só possa aumentar o risco. Além disso, deve ser lembrado que um teor aumentado de oxigênio no ar significa um teor reduzido de um gás inerte. Por esta e algumas outras razões, a intensidade da combustão não depende linearmente da porcentagem de oxigênio. Depende tanto da porcentagem (parte) de oxigênio na mistura quanto de sua pressão parcial e aumenta significativamente com o aumento desses parâmetros.
4. Combustível.
Neste parágrafo, falaremos sobre o combustível disponível no sistema de gás que proporciona o uso de gás para respiração. Em altas pressões de oxigênio, em caso de incêndio, o próprio sistema pode se tornar um combustível para uma reação química, mas é necessário algo mais facilmente inflamável para iniciar um incêndio. Pode ser alguma parte separada do sistema, solvente, lubrificante, componentes macios do sistema (borracha, plástico).
Alguns tipos de combustíveis disponíveis em sistemas de gás podem ser praticamente não inflamáveis em condições normais e muito combustíveis em ambientes ricos em oxigênio. Esses tipos de combustíveis incluem graxa de silicone, borracha de silicone, neoprene, lubrificantes de compressores, lascas e rebarbas de plástico e metal, matéria e materiais orgânicos, poeira de várias naturezas e até graxa no aro. Talvez os combustíveis mais perigosos sejam os lubrificantes. Existe um equívoco comum de que o silicone (talvez por causa do nome exótico) é seguro quando usado com oxigênio. Na verdade não é. Existem lubrificantes especiais compatíveis com oxigênio, como Christo-lube, Krytox, Halocarbon. São esses autolubrificantes que devem ser usados em um ambiente enriquecido com oxigênio.
5. Ignição.
Algumas fontes de ignição são óbvias, porém, a maioria delas está fora do sistema de gás e não é considerada aqui. As duas principais fontes de ignição dentro de um sistema são o atrito e a compressão do gás à medida que ele passa pelo sistema. O termo "atrito" é usado aqui em um sentido geral: no sentido da presença de quaisquer partículas no fluxo de gás ou no sentido do movimento do próprio fluxo de gás e sua colisão com os cantos dos gasodutos ou outros obstáculos . Outro fenômeno - o mesmo que causa o aquecimento do cilindro - também pode causar um incêndio (se for liberada uma quantidade suficiente de calor). Este é o mesmo efeito que inflama o combustível em um motor diesel sem vela de ignição. Este efeito é chamado de "aquecimento adiabático (processo Diesel)".
A abertura e fechamento abrupto da válvula do cilindro durante a compressão do gás pode causar um aumento da temperatura até o ponto de ignição, e se houver contaminantes no fluxo de gás, a própria ignição. Portanto, os compressores não utilizam válvulas de troca rápida ("válvulas de esfera").
6. Uso de sistemas de oxigênio.
O ponto importante neste capítulo é que o risco no manuseio de oxigênio pode ser minimizado seguindo certas regras no projeto e manuseio do sistema. Em particular, é importante evitar cantos afiados e válvulas de troca rápida e usar materiais apropriados. Os metais usados para fazer sistemas de ar também são adequados para fazer sistemas de oxigênio. Já as "partes moles", como gaxetas, juntas flexíveis, diafragmas, devem ser substituídas por outras compatíveis com oxigênio. Em alguns casos, o principal critério é menos inflamabilidade em oxigênio, mas na maioria dos casos, maior resistência ao oxigênio sob alta pressão. Estão disponíveis kits especiais para converter equipamentos aéreos em equipamentos para uso de nitrox.
Em especial, é necessário realizar a correta limpeza do equipamento e mantê-lo limpo, utilizar lubrificantes adequados, manusear os gases de forma a não causar ignição, abrir as válvulas lenta e suavemente.
7. Equipamento de limpeza para uso com oxigênio. Algumas considerações sobre a limpeza dos equipamentos.
O conceito de "limpeza de oxigênio" causa alguma confusão nas fileiras dos mergulhadores recreativos. A razão é que não está totalmente claro se o equipamento precisa ser limpo para uso com misturas contendo 21% a 40% de oxigênio. Esse problema é mais profundo: não há procedimentos industriais desenvolvidos e padronizados para o manuseio de misturas contendo alguma quantidade intermediária de oxigênio na faixa de 21% (ar) a 100% (oxigênio puro). Padrões existem apenas para manuseio de oxigênio puro; assim, qualquer mistura contendo mais de 21% de oxigênio é, em termos de padrões existentes, equivalente ao oxigênio puro. Portanto, para realizar todas as operações de acordo com os padrões da indústria, é necessário tratar qualquer mistura enriquecida como oxigênio puro.
A Compressed Gas Association (CGA), a National Fire Protection Association (NFPA), a NASA e várias outras organizações recomendam que os gases entre as concentrações sejam tratados como oxigênio puro. Isso não significa que eles tenham realizado quaisquer estudos nesta faixa de concentrações. Isso só mostra que não existem normas desenvolvidas e aceitas industrialmente, e essas organizações preferem adotar uma postura conservadora. Por outro lado, a Marinha dos EUA desenvolveu procedimentos afirmando que misturas de até 40% de oxigênio podem ser tratadas como ar para fins de manuseio. Nenhum resultado de teste foi publicado para indicar que essa conclusão é verdadeira, no entanto, essa abordagem é praticada há muitos anos e não houve relatos de incidentes relacionados a esse problema. A NOAA adotou este limite de concentração ao operar com misturas enriquecidas; NAUI, em geral, também, porém, com algumas limitações.
Limpe o ar comprimido.
Outra confusão surge em relação ao conceito de "ar limpo". Os diferentes "graus" de pureza do gás respiratório usados por várias associações e organizações (CGA, Marinha dos EUA) são confusos quando se trata de pureza do gás enriquecido. Os padrões permitem algum vapor de óleo (hidrocarbonetos) no ar comprimido (geralmente 5 mg/m3). Esta quantidade é segura do ponto de vista respiratório, mas pode ser perigosa do ponto de vista do fogo ao trabalhar com oxigênio comprimido.
Assim, não há gradações de pureza do ar geralmente aceitas e acordadas que determinem sua adequação para mistura com oxigênio puro. Os legisladores de padrões da indústria concordaram que o nível de hidrocarbonetos é da ordem de 0,1 mg / cu. m pode ser considerado aceitável para o ar, que "deve ser misturado com oxigênio". Nos últimos anos, sistemas de filtro (foto) tornaram-se disponíveis para produzir ar comprimido que atende a esses requisitos. Compressores que impedem que o ar entre em contato com o lubrificante fazem um trabalho melhor, é claro, mas são significativamente mais caros.Uma abordagem formalizada para limpeza com oxigênio.
A frase "limpeza com oxigênio" soa assustadora também pelo motivo de sua implementação industrial exigir o cumprimento de procedimentos bastante rígidos. Esses procedimentos realizados periodicamente são publicados pela CGA e outras organizações. Eles são projetados para manter a segurança ao trabalhar com oxigênio comprimido.
A NAUI afirma que qualquer equipamento destinado ao uso com oxigênio puro ou misturas contendo mais de 40% de oxigênio a pressões superiores a 200 psi (aproximadamente 13 atm) deve ser compatível com oxigênio e purificado para uso com oxigênio. O cilindro, o primeiro estágio do regulador e todas as mangueiras devem ser limpas. Alguns equipamentos podem ser convertidos para trabalhar com essas misturas utilizando componentes de kits especiais.
8. Abordagem não formalizada à limpeza com oxigênio: "a regra dos 40%"
Apesar da falta de testes formais, a chamada "regra dos 40%" tem sido aplicada com bastante sucesso na indústria do mergulho, e sua aplicação não revelou nenhum problema. Numerosos incêndios em sistemas de mistura de mergulho ocorreram, mas foram causados por concentrações mais altas de oxigênio.
A NAUI aceita esta regra, mas exige que o equipamento seja oxigenado e use lubrificantes compatíveis com oxigênio. Essa abordagem é menos rígida que a formal, porém, quando feita corretamente, é muito eficaz. A limpeza deve ser realizada por técnicos qualificados.
O equipamento deve ser limpo de toda sujeira e graxa visível e, em seguida, escovado ou limpo por ultra-som com um limpador forte em água quente. Bons produtos de limpeza líquidos para uso doméstico, como Joy. A limpeza não deve ser pior do que a esperada de pratos e talheres de prata. Após a secagem, os componentes macios devem ser substituídos por outros compatíveis com oxigênio, após o que o equipamento é lubrificado com um lubrificante compatível com oxigênio.
Após a limpeza, o equipamento deve ser utilizado apenas para misturas ricas e não deve ser utilizado com ar comprimido, caso contrário terá que ser limpo novamente.
9. Preparação de misturas enriquecidas.
O esquema tradicional para construir um sistema de mistura de gases é baseado na adição de oxigênio ao ar de uma forma ou de outra. Recentemente desenvolvidos e disponibilizados são dois novos métodos que enriquecem o ar de uma maneira diferente - removendo nitrogênio. Neste parágrafo serão considerados 3 métodos com adição de oxigênio: mistura por peso, mistura de pressões parciais, mistura com fluxo constante; e 2 métodos de remoção de nitrogênio: absorção com limpeza periódica do absorvente, separação por membrana (Ballantyne e Delp, 1996).
O tipo de sistema de mistura de gás usado é importante para o usuário final, pois determina os procedimentos de enchimento do cilindro e a faixa de possíveis concentrações de oxigênio na mistura resultante.
Mistura de gases por peso.
O método mais simples e confiável de obter misturas precisas em composição é comprar misturas prontas. Os produtores de gás industrial geralmente misturam oxigênio puro e nitrogênio puro em vez de oxigênio puro e ar.
Os gases são misturados em peso. Isso permite ignorar muitas anomalias no comportamento dos gases causadas por sua diferença em relação aos ideais e fornece uma composição gasosa muito precisa das misturas. A mistura pode ser feita em garrafas, latas de garrafas ou tanques. É necessário ter balanças precisas, que são muito caras, pois devem ser capazes de medir pequenas mudanças com um grande peso. Este método de mistura de gases é o mais preciso, e as misturas resultantes são cuidadosamente analisadas quanto à conformidade com a composição real do declarado. Ao formular tais misturas, a empresa industrial é obrigada a usar oxigênio puro, mas o varejista da mistura pode evitar isso. Este método é bastante caro, e seu custo é aumentado pelo fato de os recipientes para armazenamento das misturas pertencerem ao fornecedor das misturas e, portanto, serem alugados pelo vendedor das misturas.
Pressões parciais de mistura.
Como o nome do método diz, ele é baseado na razão de pressões parciais. O técnico enche o cilindro com uma quantidade predeterminada de oxigênio (que é medida pela pressão) e depois o recarrega com ar ultrapuro até a pressão final desejada. O oxigênio é bombeado primeiro quando o cilindro ainda está vazio, o que reduz o risco de incêndio do procedimento, uma vez que não há necessidade de manipular o oxigênio a plena pressão do cilindro cheio. Como é usado oxigênio puro, todo o sistema, incluindo o cilindro que está sendo enchido, deve ser compatível com oxigênio e limpo. Como a pressão depende da temperatura e o balão aquece durante o enchimento, você deve deixar o balão esfriar ou levar em consideração o efeito da temperatura ao medir a pressão. Como o ajuste final da composição geralmente é realizado após o resfriamento final do cilindro, todo o processo de preparação da mistura leva bastante tempo. Este processo também pode ser usado para encher um recipiente com uma mistura de uma composição conhecida para uma mistura da mesma ou de uma composição definida diferente.
Não é necessário um compressor para misturar por este método se o ar for fornecido com pressão suficiente para encher os tanques de mergulho sem compressão adicional. A fim de maximizar o uso do banco de cilindros de enchimento, é utilizada a chamada "tecnologia em cascata", que consiste em primeiro usar o cilindro de enchimento com a menor pressão, após o qual é usado o cilindro com a maior pressão, e assim sucessivamente . Às vezes, o próprio método é chamado de "método de mistura em cascata".
Compressores também são frequentemente usados neste método. Eles não devem usar lubrificação a óleo ou devem fornecer ar de pureza ultra-alta adequado para mistura com oxigênio. Outra maneira de bombear ar para um cilindro é usar uma bomba pneumática que comprime o ar em um conjunto de cilindros de diferentes diâmetros, cujos pistões estão conectados a uma árvore de cames. Fogo dos modelos mais populares - Haskel.
A mistura de pressão parcial é muito popular entre os centros de mergulho, que preparam muitas misturas diferentes em pequenos volumes para vários fins de mergulho recreativo e técnico, incluindo misturas com teor de oxigênio superior a 40%. Nesse caso, uma proporção significativa do custo do sistema é um manômetro de alta precisão. Neste caso, o uso de uma bomba pneumática é muito eficaz. Este método é usado em locais de mergulho remotos. Como o oxigênio é adicionado a baixa pressão, alguns técnicos não limpam os cilindros de oxigênio. Esta prática deve ser evitada: o cilindro deve ser sempre limpo para uso com oxigênio.
10.Misturar com fluxo constante.
Esse método (também chamado de método de carregamento de ar ambiente) foi iniciado pela NOAA (1979, 1991) e é o método mais fácil de usar (Fig. 9-7). Neste método, o oxigênio a baixa pressão é adicionado à corrente de ar de entrada que entra no compressor com um alto grau de remoção de vapor de óleo. O fluxo de saída é analisado continuamente quanto à composição e o resultado dessa análise é usado para ajustar a mistura de oxigênio ao fluxo de entrada de acordo. A corrente de saída pode contornar o banco de cilindros de enchimento enquanto ajusta a mistura. Uma vez que a mistura tenha sido bombeada para os cilindros de enchimento, ela pode ser transferida para os cilindros de mergulho por derivação ou usando uma bomba de ar. Em uma planta de fluxo constante, um subsistema de absorção com limpeza periódica do absorvente PSA também pode ser usado como fonte de oxigênio.
Há outra classe de instalações de fluxo constante que fornecem ar a um mergulhador comercial através de uma mangueira de suprimento de ar. Tais instalações possuem meios para monitorar a constância da composição da mistura - vários medidores e reguladores de vazão. Sua pressão de saída é geralmente na região de menos de 200 psi (13 atm).
11. Absorção com limpeza periódica do absorvente (PSA).
Este método baseia-se no uso de um material chamado "peneira molecular" - um material sintético poroso semelhante a argila, cujos poros fornecem uma área de superfície muito grande. Esta superfície adsorve gases ("adsorb" significa "absorver na superfície"). O nitrogênio é adsorvido mais rápido que o oxigênio, de modo que o ar que passa pelo adsorvente se torna mais rico em oxigênio (mais precisamente, mais pobre em nitrogênio). Duas placas de adsorção são usadas, entre as quais o fluxo de ar é comutado. Quando o fluxo é direcionado para uma placa, ele adsorve nitrogênio, a segunda placa neste momento é limpa de nitrogênio previamente adsorvido. Em seguida, as placas mudam de função.
Alterando a pressão e a frequência de limpeza das placas, é possível obter diferentes valores do teor de oxigênio na mistura de saída. O teor máximo de oxigênio alcançável é de 95%, o resto é argônio. O argônio se comporta em relação a esse tipo de adsorvente quase como o oxigênio (ou seja, não é adsorvido), portanto estará contido na mistura de saída quase na mesma proporção de oxigênio que no ar de entrada. Este argônio não tem efeito sobre o mergulhador.
Plantas deste tipo não requerem oxigênio sob alta pressão, mas são complexas e bastante caras em termos de aquisição e manutenção; o efluente deve ser bombeado para os cilindros usando um compressor limpo compatível com oxigênio ou bomba pneumática (foto).
12. Separação de membranas.
Este método baseia-se no uso de uma membrana que, quando o ar limpo passa por ela, passa as moléculas de oxigênio melhor do que o nitrogênio. A mistura de saída é assim enriquecida com oxigênio e a concentração de oxigênio é determinada pela corrente de entrada. O valor máximo alcançável de teor de oxigênio em sistemas comercialmente disponíveis é de cerca de 40%. A mesma tecnologia, aliás, é usada para extrair hélio e em alguns outros processos.
Semelhante às unidades PSA, não há necessidade de usar oxigênio de alta pressão. O efluente deve ser bombeado para os cilindros usando um compressor limpo compatível com oxigênio ou uma bomba pneumática. Os sistemas de membrana são bastante confiáveis e não requerem muita manutenção, desde que a pureza do fluxo de entrada seja suficiente.
gases arquivo
Uma mistura gasosa de hidrogênio e oxigênio, se eles frações de massa 1 e 2 são iguais respectivamente ... parâmetros que caracterizam propriedadesgás, e portanto é... T=400 K. 8 CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA MECÂNICA CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS FÍSICOS DA MECÂNICA...
Introdução 3 Capítulo 1 Cientistas e suas descobertas
Resumo da dissertação... capítulos. Introdução Capítulo 1: Cientistas e eles descobertas. - A Experiência de Priestley Capítulo 2. História da fotossíntese. Capítulo 3: Importância da fotossíntese na natureza. Capítulo... dióxido de carbono gás em oxigênio. Carbônico gás necessário... potencial eletroquímico. Propriedades membrana tilacóide...
Imaginemos três camadas horizontais A, B e C de nossa coluna de gás, com a camada B localizada acima de A e A acima de C. Sempre é possível obter qualquer quantidade de uma mistura de composição A misturando algum volume da camada C com um volume da camada B. Por outro lado, qualquer quantidade de uma mistura de composição A pode ser decomposta em duas misturas de composição B e C.
Esta mistura e separação dos dois gases também pode ser realizada de forma reversível, reforçando as tubagens horizontais em A, B e C. A extremidade de cada tubo, que sai da coluna de gás para o exterior, é fechada por um pistão. Vamos agora empurrar os pistões para dentro nas camadas B e C, movendo-os, digamos, da esquerda para a direita, e no ponto A, ao contrário, empurraremos o pistão para fora, ou seja, da direita para a esquerda. Então, em B e C, algumas massas de gás sairão da coluna e, ao contrário, algum volume da mistura entrará em A. Vamos supor que cada um desses tubos contém uma certa massa de uma mistura da mesma composição que a camada horizontal da coluna de gás com a qual esse tubo se comunica.
Os valores serão então determinados a partir das equações
Daí segue que
Agora dividimos a mistura de forma reversível e calculamos o trabalho despendido.
Introduzimos em A o volume unitário da mistura, e de B e derivamos, respectivamente, os volumes
O trabalho total realizado neste processo é
substituindo os valores aqui, vemos que este trabalho é igual a zero.
Há alguma sutileza aqui: as misturas B e nas quais a mistura A se desfez são elevadas a diferentes alturas e, assim, adquirem diferentes energias potenciais. Mas como o trabalho é zero e a temperatura do sistema é constante, isso só é possível se o sistema tiver fornecido ou recebido uma certa quantidade de calor. Conhecendo a mudança na energia potencial, encontramos a quantidade de calor comunicada ao sistema e, portanto, a mudança na entropia.
O incremento de energia potencial será
mas é igual à quantidade de calor transmitida ao sistema, de modo que o incremento na entropia será igual a
Por tal valor, a soma das entropias do volume da mistura B e o volume da mistura C é maior que a entropia de uma unidade de volume da mistura A. A partir daqui, pode-se encontrar os volumes das misturas B e C, cuja soma das entropias é igual à entropia de uma unidade de volume da mistura A; Para isso, vamos trazer os volumes das misturas B e C de forma isotérmica reversível a volumes e igualar a soma dos incrementos de entropia de ambas as misturas neste processo à expressão (75), tomada com o sinal oposto.
O incremento de entropia para a mistura B será
Vamos substituir na equação (76) a expressão para as pressões em termos das densidades
1. Mistura de gás em V=const. Se o volume total ocupado pelos gases antes e depois da mistura permanece inalterado e os gases antes da mistura ocupam volumes V 1, V 2, ... .. V n m 3 nas pressões p 1, p 2, p n e temperaturas T 1, T 2, Т n , e a razão das capacidades caloríficas desses gases com р /с v são iguais a k 1 , k 2 ,…. k n , então os parâmetros da mistura são determinados pelas fórmulas:
temperatura
pressão
(5.15)
Para gases cujas capacidades de calor molar são iguais e, portanto, os valores de k são iguais, as fórmulas (62) e (63) assumem a forma:
2. Mistura de correntes de gás. Se as vazões de massa das vazões de mistura são iguais a M 1, M 2, ... M n, kg / h, as vazões volumétricas são V 1, V 2, ... .. V n m 3 / h, gás pressões - p 1, p 2, p n e temperatura - T 1 , T 2 ,…T n , e as relações das capacidades caloríficas dos gases individuais são respectivamente k 1 , k 2 ,…. k n , então a temperatura da mistura é determinada pela fórmula:
(5.18)
A vazão volumétrica da mistura por unidade de tempo à temperatura T e pressão p:
(5.19)
Para gases cujos valores de k são iguais, a temperatura da mistura é determinada pela fórmula (64). Se os fluxos de gás, além dos mesmos valores de k, também tiverem pressões, as fórmulas (66) e (67) assumem a forma:
(5.21)
Tarefas
5.1. Encontre a mudança na energia interna de 1 kg de ar durante sua transição do estado inicial t 1 \u003d 300 0 C para o estado final em t 2 \u003d 50 0 C. Considere a dependência da capacidade calorífica da temperatura como linear. Dê sua resposta em kJ.
A mudança na energia interna é encontrada pela fórmula (5.9):
Du \u003d C vm (t 2 -t 1).
Usando mesa. 4.3, temos para o ar
(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).
Consequentemente,
Du=0,7411(50-300)= - 185,3 kJ/kg
Resposta: DU = - 185,3 kJ/kg
5.2. Encontre a mudança na energia interna de 2 m 3 de ar se sua temperatura cair de t 1 \u003d 250 0 C para t 2 \u003d 70 0 C. Aceite a dependência da capacidade calorífica da temperatura como linear. Pressão de ar inicial Р 1 =0,6 MPa.
Resposta: DU=-1063 kJ.
5.3. Ao gás contido em um cilindro com pistão móvel, 100 kJ de calor são fornecidos do lado de fora. A quantidade de trabalho realizado neste caso é de 115 kJ. Determine a variação da energia interna do gás se sua quantidade for 0,8 kg.
Resposta: DU = - 18,2 kJ.
5.4. 2 m 3 de ar à pressão de 0,5 MPa e temperatura de 50 0 C são misturados com 10 m 3 de ar à pressão de 0,2 MPa e temperatura de 100 0 C. Determine a pressão e a temperatura da mistura.
Resposta: t cm \u003d 82 0 C; Pcm \u003d 0,25 MPa.
5.5. Os gases de combustão de três caldeiras, que têm pressão atmosférica, são misturados na chaminé da caldeira. Por simplicidade, assume-se que esses gases possuem a mesma composição, a saber: CO 2 =11,8%; O 2 \u003d 6,8%; N 2 \u003d 75,6%; H2O=5,8%. O consumo horário de gás é V 1 =7100 m 3 /h; V 2 \u003d 2600 m 3 / h; V 3 \u003d 11200 m 3 / h, e as temperaturas dos gases, respectivamente, t 1 \u003d 170 0 C, t 2 \u003d 220 0 C, t 3 \u003d 120 0 C. Determine a temperatura dos gases após mistura e seu volume flui através da chaminé a esta temperatura.
Resposta: t=147 0 С; V=20900 m3/h.
5.6. Os gases de exaustão de três caldeiras de vapor a uma pressão de 0,1 MPa são misturados no duto de coleta de gás e removidos para a atmosfera através da chaminé. A composição volumétrica dos gases de combustão das caldeiras individuais é a seguinte: desde o primeiro
CO 2 = 10,4%; Cerca de 2 \u003d 7,2%; N2 = 77,0%; H2O=5,4%;
a partir do segundo
CO 2 = 11,8%; O 2 \u003d 6,9%; N 2 \u003d 75,6%; H2O=5,8%;
do terceiro
CO 2 = 12,0%; O 2 \u003d 4,1%; N 2 \u003d 77,8%; H2O=6,1%.
O consumo horário de gases é
M1 = 12.000 kg/h; M2 =6500 kg/h; M3 =8400 kg/h; e temperaturas do gás, respectivamente, t 1 \u003d 130 0 С; t 2 \u003d 180 0 С; t 3 \u003d 200 0 C.
Determine a temperatura dos gases de combustão após a mistura no duto de coleta. Suponha que as capacidades caloríficas molares desses gases sejam as mesmas.
Resposta: t 2 \u003d 164 0 C.
5.7. Três correntes de gás são misturadas no duto de gás, tendo a mesma pressão igual a 0,2 MPa. A primeira corrente é nitrogênio com vazão volumétrica V 1 = 8200 m 3 / h a uma temperatura de 200 0 C, a segunda corrente é dióxido de carbono com vazão de 7600 m 3 / h a uma temperatura de 500 0 C e a a terceira corrente é o ar com vazão de 6400 m 3 / h a uma temperatura de 800 0 C. Encontre a temperatura dos gases após a mistura e seu fluxo volumétrico no gasoduto comum.
Resposta: t 1 \u003d 423 0 C; V=23000 m3/h.
5.8. Os produtos de combustão da chaminé da caldeira a vapor na quantidade de 400 kg/h a uma temperatura de 900 0 C devem ser resfriados a 500 0 C e enviados para a instalação de secagem. Os gases são resfriados misturando a corrente de gás com a corrente de ar a uma temperatura de 20 0 C. A pressão em ambas as correntes de gás é a mesma. Determine o fluxo de ar horário se for conhecido que R gás \u003d R ar. A capacidade calorífica dos produtos de combustão é considerada igual à capacidade calorífica do ar.
Resposta: M ar \u003d 366 kg / h.
