Prawo Daltona mówi, że... Mieszanki gazowe

Zestawienie praw Daltona

Prawo dotyczące ciśnienia całkowitego mieszaniny gazów

Ciśnienie mieszaniny chemicznie nie oddziaływać gazy doskonałe równa sumie ciśnienia cząstkowe.

(\ Displaystyle P = \ suma _ (i = 1) ^ (n) (p_ (i)) = p_ (1) + p_ (2) + \ cdots + p_ (n))

Prawo rozpuszczalności składników mieszanin gazowych

Na stałym rozpuszczalność w temperaturze w danej cieczy każdy ze składników mieszaniny gazowej znajdujący się nad cieczą jest proporcjonalny do ich ciśnienia cząstkowego.

(\ Displaystyle \ m_ (i) = (\ Frac (p_ (i)) (P)))

Granice zastosowania

Obydwa prawa Daltona są ściśle spełnione dla gazów doskonałych. Dla prawdziwe gazy prawa te mają zastosowanie pod warunkiem, że ich rozpuszczalność jest niska, a ich zachowanie jest zbliżone do gazu doskonałego.

Wyjaśnij pojęcia objętość masowa i ułamek molowy

Stosunek masy substancji rozpuszczonej do całkowitej masy roztworu nazywany jest ułamkiem masowym substancji rozpuszczonej.

Ułamek objętościowy(Czasami część wolumetryczna) jest bezwymiarową wielkością równą stosunkowi objętości substancji w mieszaninie do objętości całej mieszaniny. Oznaczone literą φ.

FRAKCJA MOLARNA

bezwymiarowe fizyczne wartość charakteryzująca stężenie i równa stosunkowi ilości składnika do całkowitej ilości mieszaniny. ppm wyrażane jest w ułamkach jednostki, np. setnych (procentach), tysięcznych (ppm), milionowych i jest odpowiednio oznaczane %, ooo, milion -1 .

Zasada równoważności konwersji energii

Zasadę równoważności można sformułować w następujący sposób. Jeżeli różne rodzaje energii zostaną pobrane w takich ilościach, że spowodują taką samą zmianę stanu danego układu zamkniętego, wówczas są one równoważne.
Uogólnienia zasady równoważności prowadzą do pierwszej zasady termodynamiki (prawa zachowania energii). Mówi ona, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii jest stała, natomiast różne formy energii mogą się w siebie przekształcać.Prawo zachowania energii obejmuje wszystkie formy energii występujące w danym układzie. Suma różnych rodzajów energii, jaką posiada układ, nazywa się, zgodnie z definicją Clausiusa, energią wewnętrzną i. Zatem energia wewnętrzna substancji jest sumą różnych energii, na przykład energii kinetycznej jej atomów lub cząsteczek, energii potencjalnej, a także energii pól elektrycznych i magnetycznych itp.

5. Twierdzenie Carnota

Przeanalizujmy pokrótce wzór na terminowską efektywność odwracalnego bezpośredniego cyklu Carnota:

Z tej równości wynika:

1) sprawność cieplna zależy wyłącznie od temperatur źródeł ciepła i zimna;

2) h t(dla cyklu Carnota) im wyższa temperatura gorącego źródła (71) i niższa temperatura zimnego źródła (72);

3) w cyklu Carnota sprawność cieplna musi być mniejsza od jedności. Ponieważ h t= 1 może występować tylko w przypadku T 2 / T 1 = 0, gdy T 1 = 0 lub T 2 = 0 (lub T 2 = -273,15 o C). Temperatura źródła zimna 72 w rzeczywistych silnikach cieplnych to zazwyczaj temperatura T 2 = 260 – 300 K(środowisko). Temperatura grzejnika w piecu elektrowni parowych wynosi około 2000 K, a w silnikach spalinowych około 2500 K, ponieważ ścianki cylindrów tłokowych tych silników są chłodzone, a produkty spalania stają się substancją roboczą. Oznacza to to samo stwierdzenie, że całe ciepło dostarczone do gazu podczas cyklu nie może zostać całkowicie zamienione na użyteczną pracę; przejściu temu musi koniecznie towarzyszyć utrata części ciepła (jest ono pochłaniane przez źródło zimna);

4) w cyklu Carnota sprawność cieplna wynosi zero w przypadku T 1 = T 2 . Wynika z tego, że jeśli w układzie zachowana jest równowaga termiczna, tj. temperatura wszystkich ciał w układzie jest taka sama, to zamiana ciepła na pracę użyteczną jest niemożliwa. Dla cyklu Carnota (bezpośredniego) prawdą jest: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 w T 1 = ? t = T 2 (w przypadku równych temperatur obu źródeł);

5) sprawność cieplna? t charakteryzuje odwracalny cykl Carnota (proces kołowy). Wszystkie rzeczywiste procesy są nieodwracalne, co tłumaczy się stratami energii (w wyniku wymiany ciepła, tarcia itp.). Zatem sprawność cieplna rzeczywistego cyklu Carnota (nieodwracalnego) jest zawsze mniejsza od wartości 1 – T 2 /T 1 . Główną cechą tego cyklu jest to, że jest taki sam zarówno dla gazów doskonałych, jak i zwykłych gazów rzeczywistych, jeśli podane są temperatury ( T 1 , T 2) źródła. To stwierdzenie jest esencją Twierdzenie Carnota, który brzmi: „W silniku cieplnym w dowolnym cyklu odwracalnym sprawność cieplna nie będzie zależała ani od charakteru cyklu, ani od rodzaju substancji (płynu roboczego)”. Zostanie ona określona jedynie na podstawie stosunku temperatur grzejnika (przekaźnika ciepła) i lodówki (odbiornika ciepła). Innymi słowy, w silniku cieplnym dla każdego odwracalnego cyklu sprawność cieplną oblicza się przy użyciu tego samego wzoru, jaki zdefiniowano dla odwracalnego cyklu Carnota.

Sprężarka jednostopniowa

Sprężarka jednostopniowa nie nadaje się do uzyskiwania wysokich ciśnień i dlatego służy do uzyskania sprężonego powietrza o wartości nie większej niż 10 - 12 łyków. Ponadto przy wysokich ciśnieniach sprężania wzrasta temperatura, co pogarsza warunki smarowania.

Sprężarki jednostopniowe służą do sprężania gazów do ciśnień, które rzadko przekraczają 6 - 7 atm. Wyższe ciśnienia można osiągnąć jedynie w sprężarkach wielostopniowych z następujących powodów.

Cykl, diagram, pojęcie sprawności zespołu turbiny gazowej

Płynem roboczym turbiny gazowej są produkty spalania paliwa ciekłego lub gazowego.

Rysunek 7.6 przedstawia schemat najprostszej instalacji turbiny gazowej ze spalaniem paliwa pod stałym ciśnieniem. Pompa paliwa 5 i sprężarka 4 dostarczają paliwo i powietrze przez dysze 6 i 7 do komory spalania 1. Z komory produkty spalania kierowane są do zespolonych dysz 2, gdzie rozszerzają się i dostają do łopatek turbiny gazowej 3.

Rysunek 7.7 i Rysunek 7.8 przedstawiają idealny cykl turbiny gazowej na diagramach PV i TS.

1-2 - sprężanie adiabatyczne do ciśnienia P 2;

2-3 – dopływ ciepła q 1 przy stałym ciśnieniu P 2 (spalanie paliwa);

3-4 – rozprężanie adiabatyczne do ciśnienia początkowego P1;

4-1 – chłodzenie płynu roboczego przy stałym ciśnieniu P 1 (odprowadzenie ciepła q 2);

Charakterystyka cyklu to:

stopień wzrostu ciśnienie -  = P 2 / P 1;

stopień rozszerzalności izobarycznej-  =  3 / 2 .

Praca turbiny:

l t = godz 3 – godz 4. (7.10)

Praca sprężarki:

ln = godz. 2 – godz. 1. (7.11)

Praca użyteczna turbiny gazowej jest równa różnicy pracy turbiny i sprężarki:

L GTU = l t – l c. (7.12)

Wydajność termiczna Cykl GTU ma postać:

 t = 1 – 1/  (-1)/ . (7.13)

Moc teoretyczna turbiny gazowej, sprężarki i instalacji (GTU):

N t = l t D/3600 = (godz. 3 – godz. 4) D/3600 , (7.14)

N k = l k D/3600 = (h 2 – h 1) D/3600 , (7.15)

N zespół turbiny gazowej = l zespół turbiny gazowej ·D/3600 = [(h 3 – h 4) (h 2 – h 1) ]·D/3600. (7.16)

Rzeczywisty cykl turbiny gazowej różni się od teoretycznego ze względu na obecność strat spowodowanych tarciem i tworzeniem się wirów w turbinie i sprężarce. Skutecznymi metodami zwiększania sprawności zespołów turbin gazowych są: odzysk ciepła, stopniowe sprężanie i rozprężanie cieczy roboczej itp.

9. Schemat zespołu turbiny parowej (STU)
N

i rys. 9.8, 9.9, 9.10 przedstawiają schematy zespołu turbiny parowej (STU) i cyklu odwracalnego w p-v- I T-s- diagramy (cykl Rankine’a).

Oznaczenia: PC – kocioł parowy; PP – przegrzewacz pary; ET – rury ekranowe (odparowujące) kotła parowego; VE – oszczędzacz wody; T – turbina parowa; K – skraplacz chłodzony wodą; N – pompa;
EG – generator prądu elektrycznego (odbiorca). Liczby na schemacie
odpowiadają punktom węzłowym cyklu odwracalnego reprezentowanego przez
V p-v- I T-s- wykresy

Ciepło dostarczane do wody i pary wodnej w kotle parowym (w procesach: 3-4 - podgrzanie wody do wrzenia, 4-5 - odparowanie wody, 5-1 - przegrzanie pary),

Praca uzyskana w turbinie jest pracą zewnętrzną procesu rozprężania adiabatycznego 1-2:

Użyteczna praca cyklu odwracalnego (obszar cyklu w p-v- I T-s- diagramy)

W praktycznych obliczeniach często można pominąć pracę pompy, która ze względu na nieściśliwość płynu jest znikoma w porównaniu z pracą turbiny. W tym przypadku na diagramach nie pokazano stanu 3 (ryc. 9.11), ponieważ punkt 3 pokrywa się z punktem 2¢:

,
,	(9.11)
.	(9.12)

Analiza wzorów (9.9) – (9.12) pokazuje, że sprawność cieplna zależy od trzech parametrów ( P 1 , T 1 , P 2), wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia P 1 w kotle parowym, przy rosnącej temperaturze przegrzania pary T 1 i przy malejącym ciśnieniu P 2 w kondensatorze.

W nowoczesnych potężnych elektrowniach z turbinami parowymi wykorzystuje się parametry pary P 1 = 235...240 barów, T 1 = 535...565 o C, P 2 = 0,03...0,05 bara
(ts= 25...35 o C). Aktualizacja do wyższych ustawień P 1 i T 1 zależy od poziomu rozwoju metalurgii, ponieważ wymagane są drogie stale wysokostopowe. Stosowanie niższych ciśnień P 2 jest ograniczona temperaturą wody chłodzącej skraplacz, która latem wynosi 18...20 o C.

W elektrownia z turbiną parową mogłaby wdrożyć cykl Carnota A-4-5-B(Rys. 9.12): 4-5 – parowanie; 5- B– rozprężanie pary w turbinie; B-A - niepełna kondensacja pary; A-4 – sprężanie pary mokrej w sprężarce.

W praktyce cyklu tego nie realizuje się przede wszystkim dlatego, że w cyklu rzeczywistym, na skutek strat w napędzie sprężarki, większość mocy generowanej przez turbinę zostałaby zużyta. Bardziej ekonomiczne jest całkowite skroplenie pary, a następnie użycie pompy w celu zwiększenia ciśnienia wody P 2 do P 1 w procesie 2¢-3. Dodatkowo proces rozprężania suchej pary nasyconej w turbinie (5- B) wiąże się z dużymi stratami tarcia na skutek znacznego spadku stopnia suchości w procesie rozprężania, czyli wzrostu zawartości wody w parze. Dlatego w instalacjach turbin parowych stosuje się przegrzanie pary w rurach przegrzewacza kotła parowego. W tym przypadku proces rozprężania 1-2 przesuwa się do obszaru pary przegrzanej, a straty tarcia podczas przepływu pary w części przepływowej turbiny są zmniejszone.

9 .3.2. System wydajności
ocena efektywności szkół zawodowych. Bilans cieplny PTU

Na ryc. Rysunek 9.13 przedstawia rzeczywisty cykl Rankine'a 1-2 D-2 ¢ (bez uwzględnienia kosztów pracy przy pompie):

1-2D– nieodwracalny proces adiabatyczny rozprężania pary w turbinie ( S 2D > S 1);

1-2 – odwracalny proces rozprężania adiabatycznego ( S 2 = S 1).

Wydajność termiczna charakteryzuje termodynamiczną doskonałość odwracalnego cyklu 1-2-2¢:

Gdzie N ja = ja G– moc wewnętrzna (moc cyklu rzeczywistego).

Straty ciepła w kotle parowym (z dopalania chemicznego i mechanicznego paliwa, z wymiany ciepła z otoczeniem, ze spalinami itp.) charakteryzują się Sprawność kotła parowego

Gdzie Nie = ja G– moc czynna (na wale turbiny); ja- efektywna praca.

Wszystkie straty w PTU (bez uwzględnienia odbiorcy energii) charakteryzują się wydajna wydajność

Gdzie l uh, N uh = l uh . G– odpowiednio praca elektryczna i energia elektryczna.

Uwzględniane są wszystkie straty w elektrowni turbinowej wytwarzającej energię elektryczną sprawność elektryczna

,	(9.19)
.

Cykl Rankine’a dla szkół zawodowych

Odprowadzanie ciepła z mokrej pary w skraplaczu należy prowadzić aż do całkowitego skroplenia całej pary. W tym przypadku sprężaniu od ciśnienia p2 do ciśnienia p1 nie ulega para mokra o małej gęstości, ale woda. Do dostarczania wody do kotła wykorzystywana jest pompa wody zasilającej, która charakteryzuje się małymi wymiarami i dużą wydajnością. Cykl taki zaproponował w latach 50. szkocki fizyk i inżynier W. Rankine. W cyklu Rankine’a możliwe jest zastosowanie pary przegrzanej, co umożliwia zwiększenie średniej temperatury integralnej źródła ciepła, a tym samym zwiększenie wydajności cyklu.

W turbinie 3 ciepło zamieniane jest na pracę. Para wylotowa oddaje część ciepła wodzie chłodzącej w lodówce 4 i jest dostarczana z powrotem do kotła za pomocą pompy 5. W kotle parowym 1 pod wpływem ciepła paliwa spalanego w palenisku następuje proces tworzenia się pary, w przegrzewaczu pary 2 osiągane są niezbędne parametry pary.

W kotle przy ciśnieniu p1 = const następuje proces 4-5 - ogrzewanie i 5-6 - odparowanie wody.

Proces 6-1 – przegrzanie pary w przegrzewaczu do T1. Zatem na wylocie z przegrzewacza para ma parametry p1, T1, h1, zakładamy, że od kotła do turbiny p1 = const

1-2 – adiabatyczne rozprężanie pary w turbinie do ciśnienia p2 Parametry za turbiną p2 T2 h2

2-3 – izobaryczna kondensacja pary. Rezultatem będzie woda o parametrach h¢2 T¢2. Kondensat po adiabatycznym sprężaniu z p2 do p1 w pompie zasilającej trafia do kotła.

3-4 – adiabatyczne sprężanie wody przez pompę.

Cykle binarne

Na podstawie rozważanych cykli możemy sformułować wymagania dotyczące właściwości najdogodniejszego płynu roboczego:

Płyn roboczy musi zapewniać wyższy współczynnik wypełnienia cyklu. W tym celu płyn roboczy musi mieć niższą izobaryczną pojemność cieplną w stanie ciekłym, wyższe parametry krytyczne,

Właściwości płynu roboczego muszą być takie, aby górna temperatura przy dostatecznie wysokim współczynniku wypełnienia cyklu była zapewniona przy niezbyt wysokim ciśnieniu pary, ponieważ wysokie ciśnienie utrudnia montaż,

Płyn roboczy musi być niedrogi, nietoksyczny i agresywny w stosunku do materiałów konstrukcyjnych.

Ponieważ obecnie nie ma płynów roboczych spełniających te wymagania, możliwe jest przeprowadzenie cyklu z wykorzystaniem kombinacji dwóch płynów roboczych, wykorzystując każdy z nich w zakresie temperatur, w którym ten płyn roboczy ma największe zalety. Cykle tego rodzaju nazywane są cyklami binarnymi.

Cykl instalacji o cyklu kombinowanym

Cykl parowo-gazowy jest cyklem binarnym, w którym wykorzystuje się dwa płyny robocze - produkty spalania i parę wodną. W gazie

cyklu temperatura gazu na wlocie turbiny wynosi 900...1000°C, a na wylocie 350°C lub więcej. W elektrowniach parowych temperatura pary przegrzanej sięga 650°C, natomiast temperatura wody w skraplaczu będzie wynosić jedynie 30°C. Tym samym w cyklu binarnym możliwe jest zrealizowanie różnicy temperatur znacznie większej niż w każdym z poszczególnych cykli, a co za tym idzie zwiększenie sprawności cieplnej cyklu.

Instalacja pracująca w cyklu kombinowanym- elektrownia elektryczna służąca do wytwarzania energii elektrycznej. Od elektrowni parowych i turbin gazowych różni się zwiększoną wydajnością.

Zalety zasilacza:

Instalacje pracujące w cyklu kombinowanym umożliwiają osiągnięcie sprawności elektrycznej przekraczającej 50%. Dla porównania, dla elektrowni parowych pracujących osobno sprawność mieści się zwykle w przedziale 33-45%, dla elektrowni z turbiną gazową - w przedziale 28-42%

Niski koszt na jednostkę zainstalowanej mocy

Elektrownie pracujące w cyklu kombinowanym zużywają znacznie mniej wody na jednostkę wytworzonej energii elektrycznej w porównaniu do elektrowni parowych

1- Krótki czas budowy (9-12 miesięcy)

2- Nie ma potrzeby ciągłego dostarczania paliwa transportem kolejowym lub morskim

3- Kompaktowe wymiary umożliwiają budowę bezpośrednio u konsumenta (w fabryce lub w mieście), co zmniejsza koszty linii energetycznych i transportu energii elektrycznej. Energia

4- Bardziej przyjazne dla środowiska w porównaniu do elektrowni z turbinami parowymi.

Wady zasilacza:

5- Niska moc jednostkowa urządzeń (160-972,1 MW na jednostkę), podczas gdy nowoczesne elektrownie cieplne mają moc jednostkową do 1200 MW, a elektrownie jądrowe mają moc jednostkową do 1200 MW, a elektrownie jądrowe mają moc jednostkowa do 1200-1600 MW.

Konieczność filtrowania powietrza wykorzystywanego do spalania paliw.

Idealny obieg para-gaz to cykl, w którym temperatury płynów roboczych podczas dostarczania i odprowadzania ciepła są stałe i równe temperaturom odpowiednich źródeł ciepła.

Praktyczna realizacja izotermicznego zaopatrzenia w ciepło w obiegu gazowym 1-2-3-6-1 może zostać przeprowadzona w wyniku wieloetapowego

dostarczanie ciepła i izotermiczne odprowadzanie ciepła w obiegu parowym 3-4-5-6-3 można realizować w procesie kondensacji pary wodnej (proces 4-5). Ciepło przekazywane jest z produktów spalania do pary wodnej w wymienniku ciepła. Obieg gazowy w tym schemacie jest otwarty (produkty spalania są usuwane do atmosfery), a obieg parowy jest zamknięty.

Płynem roboczym w obiegu zamkniętym może być nie tylko woda, ale także dwutlenek węgla lub inne substancje wykorzystujące ciepło obiegu gazowego.

Gaz realizowany jest także w postaci obiegu zespołu turbiny gazowej z dopływem ciepła przy p = const (na wykresie Ts, obszar 72367).

Obiegi gazowo-parowe można łączyć w obieg gazowo-parowy (płynem roboczym takiego obiegu jest mieszanina parowo-gazowa składająca się z produktów spalania i pary wodnej). W instalacjach z cyklem kombinowanym wtrysk wody przed turbinę prowadzi do obniżenia temperatury gazów i jednocześnie do wzrostu entalpii płynu roboczego, ponieważ entalpia właściwa wody jest większa niż entalpia właściwa wody produkty spalania. Taki cykl zaproponował akademik S.A. Christianovich.

Istnieją dwa główne schematy instalacji gazowych w cyklu kombinowanym. W pierwszym typie instalacji gazy spalinowe i para wodna mieszają się ze sobą, a następnie dostają się do turbiny.

W drugim typie ciecze robocze, każdy z osobna, kierowane są odpowiednio do części gazowej i parowej instalacji.

Rozważmy instalację o cyklu kombinowanym z oddzielnymi przepływami produktów spalania i pary wodnej.

W tej instalacji powietrze po sprężeniu w kompresorze dostarczane jest do wysokociśnieniowej wytwornicy pary pracującej na paliwie gazowym lub ciekłym pod stałym ciśnieniem. Ciepło produktów spalania jest częściowo wykorzystywane do tworzenia pary i przegrzania pary w przegrzewaczu. Produkty spalania o obniżonej temperaturze kierowane są do turbiny gazowej, a następnie do podgrzewacza gazowo-wodnego w celu ogrzania wody zasilającej kierowanej do wytwornicy pary.

Określona ilość ciepła odbierana przez oba płyny robocze w cyklu teoretycznym

qi = m(hy - h4") + (h - h).

Sprawność cieplna cyklu para-gaz będzie wynosić

r]t = (h l - godz 2 ) + m(h ja - godz. 2") -(godz. 4 - godz. 3)-(godz. 4" -h 3") m(hy - h^)+ (cześć - h$)

Wydajne instalacje pracujące w cyklu kombinowanym to takie, które odprowadzają gazy spalinowe z turbin gazowych do wytwornic pary. Wydajność może osiągnąć 0,45.

20) 4Cykle agregatów chłodniczych.

Chłodzenie ciał do temperatury niższej od temperatury otoczenia odbywa się za pomocą agregatów chłodniczych pracujących w odwrotnym cyklu termicznym.

Cykl odwrotny to cykl, w którym praca ściskania przewyższa pracę rozprężania i dzięki dostarczonej pracy ciepło jest przekazywane ze źródła dolnego do górnego.

Niech q2 będzie ciepłem pobranym z zimnego źródła; q\ - ciepło oddawane do gorącego źródła;

L do =q 1 -q 2 - praca dostarczona w cyklu.

Agregat chłodniczy składa się z urządzenia sprężającego płyn roboczy (sprężarka lub pompa) oraz urządzenia, w którym następuje rozprężanie płynu roboczego (płyn roboczy nazywa się chłodziwo); rozprężanie płynu roboczego może nastąpić przy wykonywaniu pracy użytecznej (w maszynie tłokowej lub maszynie przepływowej) i bez wykonywania pracy użytecznej, tj. zasadniczo nieodwracalne (przez dławienie).

Cykl chłodzenia powietrzem (cykl Lorentza)

Agregaty chłodnicze powietrzne były jednym z pierwszych typów agregatów chłodniczych stosowanych w praktyce.

ze sprężarką tłokową były powszechne w drugiej połowie XIX wieku. Obecnie powszechnie stosowane są agregaty z turbosprężarkami i regeneracją, dzięki czemu zwiększa się wydajność powietrznych agregatów chłodniczych i poszerza się zakres ich zastosowania. [ 1 ]

Agregaty chłodnicze powietrzne mają wiele niedogodności i niedawno wypadły z użycia. Zamiast tego coraz powszechniejsze stają się agregaty chłodnicze, w których jako płyny robocze wykorzystuje się niskowrzące ciecze: amoniak, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, freony.

Głównymi elementami instalacji do wytwarzania chłodu (rysunek 14.1) jest sprężarka 1 i ekspander 3 . Oprócz nich są dwa wymienniki ciepła, jeden z nich to lodówka 4 powietrze odbiera ciepło z schłodzonego pojemnika, a w drugim - lodówki 2 uwalnia ciepło do otoczenia lub wody w lodówce.

Czynnik chłodniczy (powietrze) rozpręża się w rozprężaczu 1 pod wpływem ciśnienia p1 aż do ciśnienia P2, wykonując pracę przekazaną przez ekspander zewnętrznemu odbiorcy. Chłodzony powietrzem w wyniku procesu adiabatycznego rozprężania w ekspanderze od temperatury

T1 do temperatury T2, wchodzi do schłodzonej objętości 2, z której pobiera ciepło. Proces przekazywania ciepła ze schłodzonej objętości do powietrza zachodzi przy stałym ciśnieniu powietrza (p = const). Usuwanie ciepła z

schłodzona objętość jest możliwa tylko wtedy, gdy temperatura powietrza podczas całego procesu izobarycznego odprowadzania ciepła jest niższa od temperatury schłodzonej objętości. W zasadzie temperatura powietrza na wylocie chłodzonej objętości T3 może być równa temperaturze chłodzonych ciał, lecz w praktyce jest zawsze nieco niższa od tej temperatury. Po opuszczeniu schłodzonej objętości powietrze kierowane jest do sprężarki 3, gdzie od ciśnienia wzrasta jego ciśnienie R 2 do ciśnienia R 1 (w tym samym czasie wzrasta temperatura powietrza z T3 do T4). Powietrze sprężone przez sprężarkę dostaje się do chłodnicy

6- Chłodnica jest powierzchniowym wymiennikiem ciepła, w którym temperatura powietrza jest obniżana w wyniku przekazywania ciepła do wody chłodzącej krążącej przez chłodnicę. W zasadzie temperatura powietrza opuszczającego chłodnicę T 1 można dowolnie zbliżyć do temperatury wody chłodzącej, jednak w praktyce temperatura powietrza jest zawsze nieco wyższa od temperatury wody chłodzącej. Proces w chłodnicy odbywa się przy stałym ciśnieniu powietrza ( Liczba Pi= stała).

Cykl elektrowni jądrowej

Wykorzystują elektrownie cieplne wykorzystujące paliwa kopalne cykl pary przegrzanej oraz w elektrowniach jądrowych wyposażonych w reaktory na neutronach termicznych (RTN) – cykl pary nasyconej. Wynika to z faktu, że RTN wykorzystuje stopy na bazie cyrkonu jako główny materiał konstrukcyjny rdzenia. Pozwalają na zmniejszenie szkodliwej absorpcji neutronów w porównaniu do różnych gatunków stali, ale wytrzymują temperatury nie wyższe niż 340-350 o C. Jest to mniej niż temperatura krytyczna pary wodnej, równa około 374 o C, a przy parametrach podkrytycznych sprawność obiegu pary nasyconej jest większa niż pary obiegu pary przegrzanej (rys. 7).

T, DO

Ryż. 7. Cykl Rankine’a dla pary nasyconej (linie ciągłe) i przegrzanej (linie przerywane) przy podkrytycznych początkowych parametrach pary

Początkowe parametry pary - to jest jego ciśnienie P o i temperatura T o na wlocie turbiny. Należy pamiętać, że w przypadku cyklu pary nasyconej można wybrać tylko ciśnienie początkowe, ponieważ ciśnienie nasycenia jednoznacznie określa temperaturę płynu roboczego.

Podniesienie początkowych parametrów pary jest jednym z głównych sposobów zwiększenia sprawności cieplnej obiegu.

Im wyższą założymy temperaturę początkową, tym niższe powinno być ciśnienie – zgodnie z niezawodnością metalu. Sparowane wartości P o i T o, które zapewniają tę samą moc urządzeń zasilających, nazywane są początkowe parametry jednakowej wytrzymałości płyn roboczy.q (π *) =1, a przy π *<π≤1 убывает до Q(1) = 0.

Rozważmy zależność zmniejszonego strumienia gazu wypływającego z dyszy od stosunku przeciwciśnienia P n do ciśnienia w zbiorniku P 0 – π n = P N/ P 0 .

W miarę jak……… prędkość wypływu… wzrasta z… wynika, że spadek ciśnienia…., co można uznać za słabe zaburzenie rozprzestrzeniające się względem przepływu gazu z lokalną prędkością dźwięku A, będzie propagować w kierunku strumienia wypływającego z dyszy i dotrzeć do sekcji wylotowej tej dyszy. Zatem dla ……….oraz zależność …..od ….zostanie opisana wzorem (10.2) dla …Zauważmy, że dla………..

Przy dalszym spadku przeciwciśnienia zaburzenie to nie będzie już mogło dotrzeć do odcinka wylotowego dyszy, ponieważ składowa bezwzględnej prędkości jego propagacji w kierunku przeciwnym do strumienia zmieni się na 0, tj. to zaburzenie ciśnienia będzie w pewnym sensie porywane przez przeciwny przepływ gazu. Prowadzi to do swoistego zjawiska zwanego „blokowaniem” przepływu lub kryzysem przepływu. Zmiana ciśnienia w podanym zakresie nie będzie miała wpływu na parametry wypływu, zatem w tym przypadku tj. część wykresu zależności ...w .... będzie reprezentowana przez odcinek poziomej linii prostej ...., a nie przez krzywą przerywaną odpowiadającą wzorowi (10.2).

Maksymalne możliwe masowe natężenie przepływu przepływającego gazu dla zadanych parametrów stanu gazu w kotle... i... wyznacza się ze wzoru (9.4) przy

(10.3)

i jest realizowany w zakresie przeciwciśnienia 0<P n ≤ P * (0<π н ≤π *).

Gdy zachodzi równość

, (10.4)

w którym Q w = Q(π n) wyznacza się wzorem (10.2) gdzie π in =π n.

Prędkość krytyczna nazywa się prędkością gazu w części wylotowej kanału, przy ciśnieniu równym lub mniejszym od krytycznego - P K.

w K = Ö 2(g/(g + 1)) P 1 x 1

Podczas wypływu gazu doskonałego prędkość krytyczna zależy tylko od parametrów początkowych i jej charakteru i jest równa prędkości dźwięku gazu (a) przy parametrach krytycznych.

w K. = za = Ö g P. K. x K

Dysza kombinowana Laval została zaprojektowana tak, aby wykorzystywać duże spadki ciśnienia i wytwarzać prędkości przepływu przekraczające prędkość krytyczną lub dźwiękową. Dysza Lavala składa się z krótkiej, zwężającej się części i rozszerzającej się dyszy stożkowej (ryc. 5.1). Eksperymenty pokazują, że kąt stożka rozszerzającej się części powinien wynosić  = 8-12 o. Przy dużych kątach obserwuje się oddzielenie strumienia od ścian kanału.

Natężenie przepływu i drugie natężenie przepływu gazu doskonałego wyznaczają wzory (5.7) i (5.9).
Długość rozszerzającej się części dyszy można określić za pomocą równania:

l = (D – d) / 2 tan(/2) , (5.13)

gdzie:  - kąt zbieżności dyszy;
D - średnica wylotu;
d jest średnicą dyszy w przekroju minimalnym.

Pytanie

Dysza Lavala- kanał gazowy o specjalnym profilu, który przyspiesza przepływający przez niego przepływ gazu do prędkości ponaddźwiękowych. Szeroko stosowany w niektórych typach turbin parowych i stanowi ważną część nowoczesnych silników rakietowych i silników naddźwiękowych samolotów odrzutowych.

Dysza to kanał zwężony pośrodku. W najprostszym przypadku taka dysza może składać się z pary ściętych stożków połączonych wąskimi końcami.

Zastosowanie dyszy Lavala jest wskazane w przypadku, gdy całkowite ciśnienie gazu przed dyszą jest wystarczające do uzyskania w wąskim odcinku dyszy p ciśnienia krytycznego, które jest większe od ciśnienia czynnika, do którego gaz jest wprowadzany. płynie, tj. kiedy p rnar. Tryb, w którym p rka ( nazywa się nadkrytycznym; w p r ri i p r mamy odpowiednio reżimy krytyczne i podkrytyczne

Zastosowanie dyszy Lavala pozwala uzyskać zwiększoną prędkość pary, poprawiając tym samym jakość atomizacji i zmniejszając zużycie pary. W dyszy Danilin do kanałów doprowadzających olej opałowy wprowadzana jest pewna ilość powietrza, które wraz z olejem opałowym jest zasysane na skutek wtryskiwania strumienia pary. Niektórzy uważają, że to powietrze znacząco poprawia proces spalania.

Podaj klasyfikację elektrowni cieplnych ze względu na rodzaj wykorzystywanej pierwotnej energii naturalnej i rodzaj uwalnianej energii. Odszyfrowanie Państwowej Elektrowni Rejonowej. Przykładowe typy elektrowni w regionie.

Według rodzaju wykorzystanej pierwotnej energii naturalnej Wyróżnia się następujące typy elektrowni cieplnych:

Elektrownie cieplne paliwo kopalne(węgiel, olej opałowy, gaz ziemny, łupki bitumiczne itp.); takie elektrownie nazywane są elektrowniami cieplnymi (w wąskim znaczeniu tego słowa); głównymi typami elektrowni cieplnych wykorzystujących paliwa kopalne są elektrownie cieplne na pył węglowy oraz gaz i olej; dla elektrowni pyłowych gaz może stanowić paliwo rezerwowe;

Elektrownie cieplne napędzane energią nuklearną, tj. elektrownie jądrowe (EJ);

Elektrociepłownie wykorzystujące nietradycyjne i odnawialne źródła energii(NRES), w szczególności energia bezpośredniego promieniowania słonecznego. Zauważmy, że pierwotnym źródłem niemal wszystkich rodzajów pierwotnej energii naturalnej jest Słońce. Na przykład węgiel powstał w skorupie ziemskiej z produktów pochodzenia organicznego, przede wszystkim roślinności, a jego wzrost następuje dzięki energii słonecznej. Przyczyną pływów oceanicznych jest obrót Księżyca wokół Ziemi, a ten wokół Słońca. Przepływ rzek spowodowany jest parowaniem wody z powierzchni dużych zbiorników pod wpływem energii słonecznej i późniejszymi opadami atmosferycznymi w postaci deszczu i śniegu.

Ciśnienie cząstkowe to ta część całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów, która jest spowodowana działaniem danego gazu lub pary. Częściowy gaz w mieszaninie jest równy ciśnieniu gazu w mieszaninie, jakie miałby on sam, zajmując tę samą objętość, jaką zajmuje mieszanina w tej samej temperaturze.

Prawo Daltona.W przypadku braku reakcji chemicznych całkowite ciśnienie mieszaniny gazów P. total jest równe sumie ciśnień cząstkowych wszystkich zawartych w niej gazów p 1, p 2, p 3 ..., p n:

P ogółem = p 1 + p 2 + ... + p n. (62)

Ciśnienie cząstkowe danego gazu jest proporcjonalne do proporcji jego cząsteczek do całkowitej liczby cząsteczek mieszaniny (ułamek molowy):

p ja = P ogółem ·X i = P ogółem · . (63)

Ułamek molowy X i to stosunek liczby moli danej substancji - n i (lub określonego rodzaju cząstki) do całkowitej liczby moli substancji (lub cząstek) znajdujących się w układzie ni.

Ułamek molowy można przypisać całemu układowi lub jakiejś fazie. W tym drugim przypadku przyjmuje się stosunek liczby moli danej substancji w tej fazie do całkowitej liczby moli substancji tworzącej daną fazę. Suma ułamków molowych wszystkich substancji tworzących układ (lub fazę) jest równa jedności.

Skład mieszanin gazowych można również wyrazić za pomocą części wagowych i objętościowych. Udział wagowy danego gazu w mieszaninie to stosunek masy tego gazu do masy mieszaniny gazów. Jeśli oznaczymy ułamki wagowe gazów przez G 1, G 2, G 3, ..., G i; i masy gazów w mieszaninie - przez m 1, m 2, m 3, ..., mi i całkowitą masę mieszaniny gazów - przez m, wówczas otrzymujemy:

sol 1 = sol 2 = sol 3 = … sol n = (64)

sol 1 + sol 2 + sol 3 + … + sol n =1

m 1 + m 2 + m 3 + … + m n = m.

Aby wyrazić skład mieszaniny gazów w jednostkach objętości, konieczne jest doprowadzenie objętości gazów tworzących mieszaninę do tego samego ciśnienia i temperatury. Objętość pojedynczego gazu zawartego w mieszaninie zmniejszona do ciśnienia mieszaniny nazywana jest objętością zredukowaną. Aby znaleźć zredukowaną objętość gazu przy ciśnieniu mieszaniny gazów Ptot i temperaturze T, należy skorzystać z prawa Boyle'a-Mariotte'a:

p 1 V łącznie = v 1 P łącznie; p 2 V łącznie = v 2 P łącznie; p 3 V łącznie = v 3 P łącznie; ...; p n V ogółem = v n P ogółem,

gdzie v 1, v 2, v 3, ..., v n to zmniejszone objętości poszczególnych gazów tworzących mieszaninę; р 1, р 2, р 3, …, р n – ciśnienia cząstkowe poszczególnych gazów;

v 1 = v 2 = v 3 = …; v n = (65)

Suma zredukowanych objętości poszczególnych gazów jest równa całkowitej objętości mieszaniny:

v 1 + v 2 + v 3 + … + v n = V łącznie.

Stosunek zredukowanych objętości poszczególnych gazów do całkowitej objętości mieszaniny nazywany jest ułamkiem objętościowym i wyraża się poprzez r:

r 1 = r 2 = r 3 = ...; r n = (66)

Dla mieszanin gazowych skład wyrażony w ułamkach objętościowych i molowych jest taki sam, tj.:

…; (67)

Średnią masę cząsteczkową mieszaniny gazów, jeżeli znane są udziały objętościowe gazów w mieszaninie, oblicza się ze wzoru:

M av = M 1 r 1 + M 2 r 2 + M 3 r 3 + … + M n r n. (68)

Przykład 7. Doprowadź gaz do normalnych warunków (oblicz objętość V, jaką zajmuje dana ilość gazu w temperaturze 273 K i 1,0133 · 10 5 Pa), jeśli w temperaturze 373 K i 1,333 · 10 3 Pa jego objętość wynosi 3 · 10 -2 m 3.

Rozwiązanie. Korzystając z równania (59) wyznaczamy objętość gazu:

Przykład 8. Gaz pod ciśnieniem 1,2 · 10 · 5 N/m 2 zajmuje objętość 4,5 litra. Jakie będzie ciśnienie, jeśli bez zmiany temperatury objętość wzrośnie do 5,5 litra?

Rozwiązanie. Korzystając z prawa Boyle’a–Mariotte’a (52):

skąd to mamy

Przykład 9. Oblicz objętości cząstkowe pary wodnej, azotu i tlenu oraz ciśnienia cząstkowe azotu i tlenu w wilgotnym powietrzu. Całkowita objętość mieszaniny wynosi 2,10 -3 m3, ciśnienie całkowite 1,0133,10 5 Pa, ciśnienie cząstkowe pary wodnej 1,233,10 4 Pa. Skład objętościowy powietrza wynosi 21% O 2 i 79% N 2,

Rozwiązanie. Objętość cząstkową pary wodnej V obliczamy korzystając z równania (65):

Obliczamy częściowe objętości O 2 i N 2:

V + V = V - V = 0,002 – 0,00024 = 1,76·10 -3 m3.

V/V = 0,21/0,79.

V = 1,76·10 -3 m 3 · 0,21 = 0,37,10 -3 m 3 ;

V = 1,76·10 -3 m3 · 0,79 = 1,39·10 -3 m3.

Obliczamy ciśnienie cząstkowe O 2 za pomocą równania (63):

P = P x ,

x = V / V = 0,37 10 -3 m 3 / 2 10 -3 m 3 = 0,186;

P = 1,0133 10 5 Pa 0,186 = 1,866 10 4 Pa;

i ponieważ P = P + P + P, to

P = 1,0133 10 5 Pa - 1,866 10 4 Pa - 1,233 10 4 Pa = 7,033 10 4 Pa.

Opcja 1.

5. W normalnych warunkach gęstość dwutlenku węgla wynosi 1,977 kg/m 3. Jakie ciśnienie należy zastosować, aby sprężyć gaz, aby jego gęstość w temperaturze 0°C osiągnęła 10 kg/m3?

6. Mieszanka gazowa składa się z 3 m 3 CO 2 pobranego pod ciśnieniem 95 940 N/m 2, 4 m 3 O 2 pod ciśnieniem 106 600 N/m 2, 6 m 3 N 2 pod ciśnieniem 93 280 N/ m 2. Objętość mieszaniny wynosi 10 m3. Wyznacz ciśnienie cząstkowe gazów w mieszaninie i ciśnienie całkowite mieszaniny (temperatura jest stała).

Opcja 2.

5. Masa 1 m 3 azotu w temperaturze 10°C i pod ciśnieniem 9,86·10 4 N/m 2 wynosi 1,175 kg. Jaka jest masa tej samej objętości azotu pod ciśnieniem 1,092·10 5 N/m 2 w tej samej temperaturze?

6. Suche powietrze ma w przybliżeniu następujący skład (%): N 2 78,09; O2 20,95; Ar 0,93; CO2 0,03%. Określ masę 40 m 3 suchego powietrza w temperaturze 22 ° C i normalnym ciśnieniu.

Opcja 3.

5. Przy 37°С objętość gazu wynosi 0,50 m 3. Jaką objętość zajmie gaz w temperaturze 100°С, jeśli ciśnienie pozostanie stałe?

6. Mieszankę gazową przygotowano z 3 litrów CH 4 pod ciśnieniem 95 940 N/m 2 ; 4 l H 2 pod ciśnieniem 83 950 N/m 2 i 1 l CO pod ciśnieniem 108 700 N/m 2. Objętość mieszaniny wynosi 8 litrów. wyznaczyć ciśnienie cząstkowe gazów w mieszaninie i ciśnienie całkowite mieszaniny.

Opcja 4.

5. W temperaturze 18°C ciśnienie w butli z azotem wynosi 1,621·10 6 N/m 2 . W jakiej temperaturze ciśnienie podwoi się?

Opcja 5.

5. Oblicz objętość gazów spalinowych pod ciśnieniem normalnym, jeżeli ich objętość przy ciśnieniu 9,888·10 4 N/m 2 i stałej temperaturze wynosi 10 m 3?

6. Gaz wielkopiecowy ma przybliżony skład (%) obj.: CO 28; N 2 3; CO2 10; N 2 59. obliczyć ciśnienie cząstkowe gazów tworzących mieszaninę, jeśli całkowite ciśnienie mieszaniny gazów wynosi 106 400 N/m 2.

Opcja 6.

5. Pod jakim ciśnieniem znajduje się tlen, jeśli jego gęstość w temperaturze 0°C wynosi 6,242 kg/m3? Gęstość tlenu przy nie. 1,429 kg/m3.

6. Gaz z podziemnego zgazowania ma w przybliżeniu następujący skład (% obj.): CO 12; N 2 14; N2 62,2; CO 2 10 i CH 4 1,8. Określ skład tej mieszaniny gazów w procentach wagowych.

Opcja 7.

5. Ciśnienie tlenu w butli w temperaturze 15°C wynosi 1,255·10 7 N/m 2 . O ile spadnie ciśnienie gazu, jeśli cylinder zostanie schłodzony do -33°С?

6. Gaz generatorowy ma w przybliżeniu następujący skład (%): CO 2 12; N 2 14; CO20; N 2 54. Oblicz objętość każdego składnika gazu generatorowego.

Opcja 8.

5. Ile metrów sześciennych dwutlenku węgla o temperaturze 22°C i 99289 N/m 2 można uzyskać spalając 1000 kg wapienia zawierającego 90% CaCO 3?

6. Butla o pojemności 20 litrów w temperaturze 18°C zawiera mieszaninę 28 g tlenu i 24 g amoniaku. Określ ciśnienie cząstkowe każdego gazu i ciśnienie całkowite mieszaniny.

Opcja 9.

5. Wyznacz ciśnienie, pod jakim 13,5 g tlenku węgla będzie znajdować się w naczyniu o pojemności 8 litrów w temperaturze 150°C?

Opcja 10.

5. Najwyższa temperatura w zbiorniku gazu latem wynosi 40°С, najniższa zimą -30°С. O ile więcej metanu (w masie) może pomieścić zbiornik gazu o pojemności 2000 m3 zimą niż latem przy normalnym ciśnieniu?

6. Naczynie o pojemności 2 litrów zawiera 5,23 g azotu i 7,10 g wodoru. obliczyć całkowite ciśnienie mieszaniny gazów w temperaturze 25°С.

Mieszanki gazów doskonałych to mieszaniny spełniające prawa gazów doskonałych. W przypadku braku reakcji chemicznych całkowite ciśnienie idealnej mieszaniny gazów R suma jest równa sumie proporcjonalnych ciśnień wszystkich wchodzących do niej gazów R 1 , R 2 , R 3 , …, р n(Prawo Daltona). Ciśnienie cząstkowe gazu w mieszaninie jest równe ciśnieniu gazu, jaki miałby on sam, zajmując objętość mieszaniny w tej samej temperaturze:

R suma = R 1 + R 2 + R 3 + …+ р n.

Skład mieszanin gazowych można wyrazić za pomocą masy, ułamków objętościowych, liczby moli lub ułamków molowych. Udział masowy danego gazu w mieszaninie to stosunek masy tego gazu do masy mieszaniny gazów. Wyznaczanie ułamków masowych gazów G 1 ,G 2 ,G 3 , …,G, masy gazów w mieszaninie – przez M 1 ,M 2 ,M 3 , …,M i całkowita masa mieszaniny gazów – przez M, otrzymujemy

G 1 = M 1 /M; G 2 = M 2 /M; G 3 = M 3 /M; …; G = M/M,

G 1 +G 2 +G 3 + … + G= 1, a M 1 + M 2 + M 3 + … + M .

Aby wyrazić skład mieszaniny gazów w ułamkach objętościowych, konieczne jest doprowadzenie objętości gazów tworzących mieszaninę do tego samego ciśnienia i temperatury. Objętość pojedynczego gazu zawartego w mieszaninie zmniejszona do ciśnienia mieszaniny nazywana jest objętością zredukowaną. Aby znaleźć zredukowaną objętość gazu pod ciśnieniem mieszaniny gazów R całkowita i temperatura T należy skorzystać z prawa Boyle’a-Mariotte’a:

R 1 V suma = υ 1 R ogólny; R 2 V suma = υ 2 R ogólny;

R 3 V suma = υ 3 R ogólny; pV suma = υ Р całkowity

Gdzie υ 1 , υ 2 ,υ 3 , …, υ - podane objętości poszczególnych gazów tworzących mieszaninę; R 1 , R 2 , R 3 , …, R– ciśnienia cząstkowe poszczególnych gazów;

υ 1 = υ 2 =

υ 3 = υ =

Suma zredukowanych objętości poszczególnych gazów jest równa całkowitej objętości mieszaniny

υ 1 + υ 2 + υ 3 + …+υ= V całkowity

Stosunek zredukowanych objętości poszczególnych gazów do całkowitej objętości mieszaniny nazywany jest objętością ułamkową i oznaczany jest przez R:

R 1 = υ 1 / V ogólny; R 2 = υ 2 / V ogólny; R 3 = υ 3 / V ogólny; ...; R= υ / V całkowity

Kilomolowy (molowy) ułamek gazu w mieszaninie gazów to stosunek liczby kmoli (moli) danego gazu N 1 ,N 2 , N 3 , …, N do całkowitej liczby kmoli (moli) gazów tworzących tę mieszaninę:

∑N = N 1 + N 2 + N 3 + … + N

N 1 / ∑N;N 2 / ∑N;N 3 / ∑N;…;N/ ∑N.

W przypadku mieszanin gazów doskonałych skład wyrażony w ułamkach objętościowych i molowych jest taki sam, tj.

N 1 / ∑N = υ 1 / V suma = R 1; N 2 / ∑N = υ 2 / V suma = R 2;

N 3 / ∑N = υ 3 / V suma = R 3; N/ ∑N = υ / V suma = R.

Liczbę kmoli można wyznaczyć dzieląc masy M 1 ,M 2 ,M 3 , …,M(kg) dla mas cząsteczkowych gazów w mieszaninie:

N 1 = M 1 /M 1 ;N 2 = M 2 /M 2 ; N 3 = M 3 /M 3 ;…; N= M/M.

Wygodnie jest obliczyć ciśnienie cząstkowe każdego gazu na podstawie całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów (określonego doświadczalnie) i zawartości molowej gazów w mieszaninie zgodnie ze wzorem

R =(N/ ∑N)R całkowity

Jeżeli znane są masy gazów i temperatura mieszaniny, to dla pojedynczego gazu stosuje się równanie stanu gazu doskonałego:

R =nRT/V całkowity

Równanie stanu mieszaniny gazów zapisuje się w następujący sposób:

R ogólnie Vłącznie = ∑ nRT,

R ogólnie Vłącznie =( M cm / M Poślubić) CZ,

Gdzie M cm – masa mieszaniny gazowej, kg; ∑ N– suma gazów tworzących mieszaninę, kmol; M cf to średnia masa cząsteczkowa mieszaniny gazów, którą oblicza się ze wzoru na regułę mieszania, biorąc pod uwagę masy cząsteczkowe gazów tworzących mieszaninę i ich udziały objętościowe:

Mśrednia = M 1 R 1 + M 2 R 2 + M 3 R 3 + … + Pan.

Ułamki objętościowe, molowe i masowe gazów w mieszaninie gazów można wyrazić w procentach. Aby zmienić ułamki objętościowe wyrażone w procentach R(%), do ułamków masowych w procentach M(%) korzysta ze wzoru

M(%) = r(%) (MM Poślubić),

Gdzie M– masa cząsteczkowa danego gazu; M av - średnia masa cząsteczkowa mieszaniny gazów.

Jeżeli skład mieszaniny gazów wyraża się w ułamkach masowych poszczególnych gazów, wówczas średnią masę cząsteczkową oblicza się ze wzoru

M por = .

Przykład 1. Mieszanka gazowa składa się z 3 m 3 dwutlenku węgla pobranego pod ciśnieniem 95 940 Pa, 4 m 3 tlenu pod ciśnieniem 106 600 Pa, 6 m 3 azotu pod ciśnieniem 93 280 Pa. Objętość mieszaniny wynosi 10 m3. Wyznacz ciśnienie cząstkowe gazów w mieszaninie i ciśnienie całkowite mieszaniny. Temperatura jest stała.

Rozwiązanie Obliczamy ciśnienia cząstkowe każdego gazu, korzystając ze wzoru na prawo Boyle'a-Mariotte'a:

Rocznie;
Rocznie;

Rocznie.

Rłącznie = 28 782 + 42 640 + 55 968 = 127 390 Pa.

Przykład 2. Suche powietrze ma w przybliżeniu następujący skład (%): N 2 78,09; O2 20,95, Ar 0,93; CO2 0,03. Wyznacz masę 40 m 3 suchego powietrza w temperaturze 22°C i pod normalnym ciśnieniem.

Rozwiązanie Korzystając ze wzoru obliczamy średnią masę cząsteczkową powietrza:

M av =,

Mśrednia = 28,02 ∙ 0,7809 + 32,00 ∙ 0,2095 + 39,94 ∙ 0,0093 + 44,01 ∙ 0,0003 = 28,97.

Do ustalenia M powietrze, używamy równania

M powietrze =
kg.

Przykład 3. W naczyniu o pojemności 2000 m3 miesza się 1 kg azotu, 2 kg tlenu i 3 kg wodoru. Oblicz objętości cząstkowe i ciśnienia składników mieszaniny gazowej, a także ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej w temperaturze 17°C.

Rozwiązanie Liczbę kmoli gazów obliczamy za pomocą równania:

; ; ;

∑N = 0,03569 + 0,0625 + 1,485 = 1,583;T= 273 + 17 = 290 K.

Wyznacz ciśnienie całkowite mieszaniny gazów R ogólny:

R suma =
Rocznie.

Obliczamy ciśnienie cząstkowe gazów w mieszaninie:

Rocznie,

Rocznie;
Rocznie.

Wyznaczamy częściowe objętości gazów:

m 3;

m 3;
m 3.

21. Butla o pojemności 20 litrów w temperaturze 18°C zawiera mieszaninę 28 g tlenu i 24 g amoniaku. Określ ciśnienie cząstkowe każdego gazu i ciśnienie całkowite mieszaniny

22. Naczynie o pojemności 7 litrów zawiera 0,4 g wodoru i 3,15 g azotu w temperaturze 0°C. Określ ciśnienie cząstkowe gazów i ciśnienie całkowite mieszaniny gazów.

23. Do naczynia o pojemności 6 litrów wprowadzono pod próżnią 1 g wody i heksanu C 6 H 14 ogrzanego do 250 o C. Oblicz objętości cząstkowe gazów w mieszaninie.

24. 5 litrów azotu, 2 litry tlenu i 3 litry dwutlenku węgla pobiera się odpowiednio pod ciśnieniem 2,3 ∙ 10 5; 2,7 ∙ 10 5 i 5,6 ∙ 10 5 Pa i zmieszane, a objętość mieszaniny wynosi 15 litrów. Oblicz ciśnienie cząstkowe, częściowe objętości gazów w mieszaninie i ciśnienie całkowite mieszaniny gazów.

25. Mieszankę gazową przygotowuje się z 3 litrów metanu pod ciśnieniem 95 940 Pa, 4 litrów wodoru pod ciśnieniem 83 950 Pa i 1 litra tlenku węgla pod ciśnieniem 108 700 Pa. Objętość mieszaniny wynosi 8 litrów. Wyznaczyć ciśnienia cząstkowe, objętości cząstkowe poszczególnych gazów w mieszaninie oraz ciśnienie całkowite mieszaniny gazów.

26. Dwie butle z tlenem o pojemności 3 i 4 litrów są połączone ze sobą rurką z kranem. Przy zamkniętym kranie ciśnienie tlenu w pierwszej butli wynosi 55 970 Pa, w drugiej – 103 500 Pa. Temperatura gazu jest taka sama. Jakie będzie ciśnienie w cylindrach przy tej samej temperaturze, jeśli odkręcisz kran? Pomiń objętość rurki.

27. Trzy butle o pojemnościach odpowiednio 3, 7 i 5 litrów napełnia się tlenem ( Pa), azot ( Pa) i dwutlenek węgla ( Pa) w tej samej temperaturze. Cylindry są ze sobą połączone i powstaje mieszanina o tej samej temperaturze. Jakie jest ciśnienie całkowite mieszaniny gazów?

28. W gazometrze o pojemności 8 litrów w temperaturze 20°C znajduje się mieszanina azotu i wodoru. Ciśnienie cząstkowe wodoru wynosi 50 660 Pa, a ilość azotu wynosi 0,85 mola. Wyznacz ciśnienie mieszaniny gazów w gazometrze.

29. Mieszanina zawierająca azot i 0,854 mola wodoru pod ciśnieniem 3,55 ∙ 10 5 Pa i temperaturze 20°C zajmuje objętość 25 litrów. Oblicz liczbę moli azotu i masę azotu.

30. Mieszanina gazów ma skład (ułamek objętościowy, %): H 2 3,0; CO2 11,0; CO 26,0; N2 60,0. Określ masę 80 m 3 tej mieszaniny w temperaturze 15°C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym.

Jeśli gaz składa się z mieszaniny kilku gazów, prawo Daltona pomoże obliczyć ciśnienie mieszaniny

Gdzie p v p 2 , ръ - ciśnienia cząstkowe gazy zawarte w mieszaninie.

Ciśnienie cząstkowe to ciśnienie, jakie miałby gaz, gdyby sam zajmował całą dostępną objętość.

Teoria kinetyki molekularnej(MKT) powstał w XIX wieku. i przedstawił budowę materii (głównie gazów) z punktu widzenia trzech zapisów:

wszystkie ciała składają się z cząstek: atomów i cząsteczek;
cząstki znajdują się w ciągłym, chaotycznym ruchu (termicznym);
cząstki oddziałują ze sobą poprzez zderzenia doskonale sprężyste.

MCT stała się jedną z najbardziej udanych teorii fizycznych i została potwierdzona wieloma faktami eksperymentalnymi. Uzyskano wyraźne eksperymentalne potwierdzenie chaotycznego ruchu termicznego atomów i cząsteczek Ruch Browna.

Ruchy Browna - zjawisko to odkrył Robert Brown 1 w 1827 roku. Obserwując pod mikroskopem ruch pyłku kwiatowego zawieszonego w wodzie, dostrzegł nieuporządkowane, zygzakowate trajektorie cząstek.

Przyczyną ruchu Browna jest ruch termiczny cząsteczek ośrodka, wywołany wahaniami ciśnienia. Uderzenia cząsteczek ośrodka wprawiają cząstkę w losowy ruch: jej prędkość szybko zmienia się pod względem wielkości i kierunku. Kompletną teorię ruchów Browna przedstawili później Albert Einstein i Marian Smoluchowski.

Podstawowe równanie MKT. Ciśnienie gazu na ściance naczynia zależy od impulsu, jaki cząsteczki gazu przekazują ściance naczynia podczas zderzenia z nią. Im większa prędkość cząsteczki, tym większy impuls niesie, tym silniej działa na ścianę, tj. R ~ w. Ponadto im większa masa cząsteczki T, im wyższy impuls, R ~ T. Im wyższe stężenie cząsteczek P, tym częściej dochodzi do kolizji, dlatego R ~ P. Zakładając, że ciśnienie rozkłada się równomiernie we wszystkich kierunkach w przestrzeni (x, z/, z), ostatecznie piszemy

Energia kinetyczna jednej cząsteczki E = mv / 2. Łącząc ze sobą dwa ostatnie równania, otrzymujemy

Ostatnie równanie nazywa się podstawowe równanie MKT. Równanie to wskazuje, że średnia energia kinetyczna cząsteczek gazu doskonałego (MI) proporcjonalna do jego temperatury T. Należy zauważyć, że równanie jest napisane dla jednoatomowego gazu doskonałego. W przypadku gazu wieloatomowego przybierze on postać

Gdzie I- liczba stopni swobody cząsteczki, którą już znasz. Od równości

wynika z tego średnia prędkość kwadratowa cząsteczek gazu jednoatomowego jest równa

Rozkład Maxwella 1 to rozkład prawdopodobieństwa, często spotykany w równych częściach fizyki (i nie tylko) i leżący u podstaw MCT. Rozkład Maxwella ma również zastosowanie do procesów transferu elektronów do opisu właściwości poszczególnych cząsteczek w gazie. Zwykle rozkład ten odnosi się do rozkładu energii cząsteczek w gazie, ale można go również zastosować do rozkładu prędkości, pędu i modułu cząsteczek. Można go również wyrazić jako dyskretny rozkład na wielu dyskretnych poziomach energii lub jako ciągły rozkład na pewnym kontinuum energii.

Ograniczymy się do rozważenia tylko jednego zastosowania rozkładu Maxwella – rozkładu prędkości cząsteczek gazu.

Matematycznie funkcję rozkładu Maxwella (ryc. 4.1) zapisuje się w następujący sposób:

Ryż. 4.1.

Wyjaśnijmy matematyczne znaczenie funkcji rozkładu. Dowolna funkcja rozkładu (w tym Maxwella) pokazuje prawdopodobieństwo, że pewna wielkość (w naszym przypadku prędkość cząsteczek gazu) v) przyjmuje określoną wartość. Funkcja rozkładu prędkości Maxwella f(v) pokazuje prawdopodobieństwo, że prędkość cząsteczki gazu wynosi w.

Na ryc. 4.1 na krzywej rozkładu prędkości zaznaczono trzy punkty charakterystyczne: o - najprawdopodobniej prędkość cząsteczki (odpowiada maksimum, ponieważ ma największe prawdopodobieństwo, stąd nazwa), r> sr - Średnia prędkość cząsteczki (jego prawdopodobieństwo jest nieco mniejsze) i g; kv - Średnia kwadratowa prędkość (z jeszcze mniejszym prawdopodobieństwem).

Zdefiniujmy wyrażenia matematyczne dla wszystkich trzech prędkości. Aby znaleźć najbardziej prawdopodobną prędkość odpowiadającą wartości maksymalnej /( v), trzeba obliczyć df/dv, ustaw go na zero i rozwiąż w

James Clerk Maxwell (1831 - 1879) – brytyjski fizyk i matematyk. Położył podwaliny współczesnej elektrodynamiki klasycznej (równania Maxwella), wprowadził do fizyki pojęcia prądu przemieszczenia i pola elektromagnetycznego, przewidział istnienie fal elektromagnetycznych, elektromagnetyczną naturę światła, jest jednym z twórców kinetycznej teorii gazów i twórca zasady fotografii kolorowej.

Ciśnienie cząstkowe każdego gazu zawartego w mieszaninie to ciśnienie, jakie wytworzyłaby ta sama masa danego gazu, gdyby zajmowała ona całą objętość mieszaniny w tej samej temperaturze.

W przyrodzie i technologii bardzo często mamy do czynienia nie tylko z jednym czystym gazem, ale z mieszaniną kilku gazów. Na przykład powietrze jest mieszaniną azotu, tlenu, argonu, dwutlenku węgla i innych gazów. Od czego zależy ciśnienie mieszaniny gazów?

Ustalił to w 1801 roku John Dalton ciśnienie mieszaniny kilku gazów jest równe sumie ciśnień cząstkowych wszystkich gazów tworzących mieszaninę.

To prawo nazywało się prawo ciśnień cząstkowych gazów

Prawo Daltona Ciśnienie cząstkowe każdego gazu zawartego w mieszaninie to ciśnienie, jakie wytworzyłaby ta sama masa danego gazu, gdyby zajmowała ona całą objętość mieszaniny w tej samej temperaturze.

Prawo Daltona stwierdza, że ciśnienie mieszaniny (idealnych) gazów jest sumą ciśnień cząstkowych składników mieszaniny (ciśnienie cząstkowe składnika to ciśnienie, jakie wywierałby składnik, gdyby sam zajmował całą zajmowaną przestrzeń) przez mieszankę). Prawo to wskazuje, że na każdy składnik nie ma wpływu obecność innych składników, a właściwości składników mieszaniny nie ulegają zmianie.

Dwa prawa Daltona

Prawo 1 Ciśnienie mieszaniny gazów jest równe sumie ich ciśnień cząstkowych. Wynika z tego, że ciśnienie cząstkowe składnika mieszaniny gazowej jest równe iloczynowi ciśnienia mieszaniny i ułamka molowego tego składnika.

Prawo 2 Rozpuszczalność składnika mieszaniny gazowej w danej cieczy w stałej temperaturze jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego tego składnika i nie zależy od ciśnienia mieszaniny i charakteru pozostałych składników.

Prawa zostały sformułowane przez J. Daltona wzgl. w latach 1801 i 1803.

Równanie prawa Daltona

Jak już wspomniano, poszczególne składniki mieszaniny gazów uważa się za niezależne. Dlatego każdy składnik wytwarza ciśnienie:

\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]

a ciśnienie całkowite jest równe sumie ciśnień składników:

\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\prawo),\]

gdzie $p_i$ jest ciśnieniem cząstkowym i składnika gazowego. To równanie jest prawem Daltona.

Przy wysokich stężeniach i wysokich ciśnieniach prawo Daltona nie jest dokładnie spełnione. Ponieważ istnieje interakcja między składnikami mieszaniny. Komponenty nie są już niezależne. Dalton wyjaśnił swoje prawo, posługując się hipotezą atomistyczną.

Niech w mieszaninie gazów będzie i składnik, wówczas równanie Mendelejewa-Cliperona będzie miało postać:

\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \lewy(3\prawy), \]

gdzie $m_i$ to masy składników mieszaniny gazowej, $(\mu )_i$ to masy molowe składników mieszaniny gazowej.

Jeśli wejdziesz $\lewy\lange \mu \prawy\rangle $ takie, że:

\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\kropki +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]

następnie zapisujemy równanie (3) w postaci:

\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]

Prawo Daltona można zapisać jako:

\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\po prawej). \]

\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]

Gdzie $x_i-molarne\ stężenie\ i-tego$ gazu w mieszaninie, natomiast:

\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]

gdzie $(\nu )_i $ jest liczbą moli $i-tego $ gazu w mieszaninie.

JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce.
Aby wykonać obliczenia, musisz włączyć kontrolki ActiveX!