3 Газовые смеси

3.61 Смесь газов от сжигания 1 кг мазута имеет состав по объему: V_CO2=1,85 м³, V_O2=0,75 м³, V_N2=12,78 м³.

Определить объемные и массовые доли газов в смеси, если давление смеси 0,1 МПа.

3.62 (Вариант 23) По известному объемному составу сухих продуктов сгорания топлива и их основным параметрам — давлению р_см и температуре t_см определите:

— Массовый состав продуктов сгорания топлива.

— Молекулярную массу и газовую постоянную смеси.

— Плотность и удельный объем смеси при заданных и нормальных условиях.

— Парциальные давления компонентов смеси.

Таблица 1 – Исходные данные

3.63 Определить значение газовой постоянной, кажущейся молярной массы и плотности при н.у., а также при температуре 400 ºС и давлении р=0,1013 МПа. Смесь газов задана следующим массовым составом: 30% Н₂; 10% СО₂; 60% N₂.

Ответ: R=1,434 кДж/(кг·К), μ_см=5,798 кг/кмоль, ρ^н=0,259 кг/м³, ρ=0,106 кг/м³.

3.64 Под колоколом цилиндрического газгольдера постоянного давления находится доменный газ (состав в объемных долях: 12% СО₂; 29% СО; 1% Н₂; 0,3% СН₄; 57,7% N₂) при температуре 20 ºС и давлении 0,106 МПа; колокол расположен на высоте 2 м; диаметр колокола 5 м. Определить начальную массу газа и скорость опускания колокола, если при равномерном потреблении газа его расход составляет 12 м³/ч.

Ответ: m=50,9 кг, υ=1,02 см/мин.

3.67 (Вариант 02) Расчет газовых смесей

Условия задания.

В цилиндрическом сосуде с диаметром d и высотой h находится смесь, состоящая из четырех компонентов. Начальные параметры (масса m_i, температура t_i) компонентов смеси до смешения представлены в табл. 2. Газовая смесь в цилиндре может сжиматься или расширяться до конечных параметров (t_СМК или р_СМК):

а) изохорно; б) изобарно; в) изотермически; г) адиабатно; д) политропно с показателем политропы n (табл. 3).

Требуется: а) определить параметры газовой смеси: температуру t_СМН, давление р_СМН, газовую постоянную R_СМН, среднюю молекулярную массу μ_СМН, объемные (r_i) и массовые (g_i) доли компонентов смеси, парциальные давления p_i и объемы V_i компонентов смеси, истинную массовую (с_р) и объемную (с′_р) теплоемкости смеси при p=const; энтропию смеси S_СМ, среднюю массовую (c_pm) и объемную (c′_pm) теплоемкость в процессе сжатия или расширения;

б) определить недостающие начальные и конечные параметры и составляющие I и II законов термодинамики: подведенное или отведенное тепло (Q), полезную или затраченную работу (L), изменение внутренней энергии ΔU, изменение энтальпии ΔI и энтропии ΔS в процессе сжатия или расширения газовой смеси;

в) изобразить соответствующие процессы сжатия или расширения в p-V и T-S — диаграммах.

Варианты заданий выбрать из табл. 2 и 3.

Таблица 2

Таблица 3

3.68 Задан массовый состав смеси, состоящей из следующих компонентов: водорода — Н₂, метана — СН₄, этилена — С₂Н₄, диоксида углерода — СО₂, азота — N₂. Давление смеси p, температура t. Определить газовую постоянную, молярную массу, плотность, удельный объем смеси и парциальные давления компонентов.

Таблица 1.1 – Исходные данные

3.69 Определить молекулярную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объем при нормальных физических условиях, а также объемный состав смеси, если задан ее массовый состав: 7% N₂, 8% H₂, 51% CH₄, 5% O₂, 19% CO и 10% CO₂.