Gāzu sajaukšana. Gāzu sajaukšana

Rodas dabisks jautājums: kādi vienādojumi apraksta ideālo gāzu maisījumus? Galu galā dabā mēs reti sastopamies ar tīrām gāzēm. Piemēram, mūsu dabiskais biotops – gaiss – sastāv no slāpekļa N 2 (78,08 % ), skābeklis O2 (20,95 % ), inertās gāzes ( 0,94 % ), oglekļa dioksīds CO 2 (0,03 % ).

Ļaujiet zināmā mērā V kādā temperatūrā T satur gāzu maisījumu (kuru mēs numurēsim
rādītājs i). Mēs raksturosim katra maisījuma komponenta lomu masas daļa:

Kur es - svars i th sastāvdaļa. Mūsu uzdevums - uzrakstiet vienādojumu, kas ir līdzīgs Klepeirona vienādojumam - Mendeļejevs, un saprot maisījuma, kas var saturēt gan monatomiskas, gan poliatomiskas molekulas, efektīvu brīvības pakāpju skaitu.

Pirmkārt, ņemiet vērā, ka mēs apsveram ideālas gāzes. Molekulas nesadarbojas viena ar otru, un tāpēc katrs komponents netraucē nevienai citai “dzīvošanai” tajā pašā kopējā traukā. Dažādas gāzes traukā to šķietamā idealitātes dēļ viena otru vienkārši “nepamana”. Tāpēc katram komponentam ir spēkā viens un tas pats Klepeirona vienādojums - Mendeļejevs:

Kur n i - vielas molu skaits i-tā sastāvdaļa. Pilns numurs n molu maisījumā ir vienāds ar molu skaita summu n i katrā no sastāvdaļām:

Līdzīgi maisījuma kopējā masa ir vienāda ar katras sastāvdaļas masu summu

un ir dabiski noteikt molārā masa maisījumi m Kā viena mola maisījuma masa:

Ieviesīsim daudzumu, ko sauc daļējs spiediens.

Notiek Daltona likums gāzes maisījumam:

Gāzu maisījuma kopējais spiediens ir vienāds ar visu parciālo spiedienu summu

Summējot (1.21) kreiso un labo pusi, mēs nonākam pie Klapeirona-Mendeļejeva vienādojuma standarta formas.

Kur m,μ, n tiek noteiktas no konkrēta uzdevuma nosacījumiem. Piemēram, ja ir norādītas sastāvdaļu masas daļas, tad maisījuma molārā masa tiek noteikta no attiecības

Iekšējā enerģija U i i maisījuma sastāvdaļu nosaka saskaņā ar (1.16) un (1.19) formulām:

No vienas puses, maisījuma kopējā iekšējā enerģija ir vienāda ar katras sastāvdaļas enerģiju summu:

13.7. Siltuma transformatori

Bieži vien tehnoloģiskā procesa veikšanai ir nepieciešams uzturēt noteiktu temperatūru.

Vienkāršākā šāda atbalsta metode ir degvielas sadedzināšana un siltuma nodošana no karstiem sadegšanas produktiem vai nu tieši patērētājam, vai starpposma dzesēšanas šķidrumam. Šajā gadījumā siltuma apmaiņa notiek dabiski no karsta avota ar temperatūru T 1 aukstāks ar temperatūru T 2. Izmantojot šo metodi, nav iespējams nodot lielāku siltuma daudzumu nekā tas, kas iegūts kurināmā sadegšanas laikā (un zudumu dēļ tas ir ievērojami mazāks).

Tomēr principā tas ir iespējams ar noteiktu siltuma daudzumu q" augstā temperatūrā T 1, iegūstiet vairāk siltuma zemākā temperatūrā bez darba izmaksām T 2. Lai to izdarītu, pietiek ar atgriezenisku tiešo Carnot ciklu starp avotu ar augstu temperatūru un vidi ar temperatūru T Ar, kā rezultātā tiks iegūts darbs (sk. (7.7)):

Pavadījis šo darbu apgrieztā atgriezeniskā Karno ciklā starp barotni ar temperatūru T Ar un patērētājs ar temperatūru T 2, mēs pārnesim uz pēdējo siltuma daudzumu, kas vienāds ar

Darba vērtības aizstāšana šajā izteiksmē l Ar no iepriekšējās izteiksmes mēs iegūstam:

kur sauc proporcionalitātes koeficientu ψ 1.2 siltuma konversijas koeficients uz temperatūru T 1 līdz temperatūrai T 2 .

Tāpēc, saņēmusi q" siltuma daudzums no avota ar temperatūru T 1, var pārnest uz ķermeni ar drudzi T 2 siltuma daudzums ψ 1.2 q" .

Jo T 2 T 1, tad q" >q" .

Piemēram, ļaujiet t 1 = 1000 o C, t 2 = 50 o C, t Ar = 0 o C. Koeficients . Tātad, lai iegūtu, teiksim, 5 J siltuma 50 o C temperatūrā, 1000 o C temperatūrā jāiztērē tikai 1 J siltuma, turpretī parastā apkures iekārtā 1 J siltuma augstā temperatūrā apgriežas. tādā pašā siltuma daudzumā zemā temperatūrā.

Līdz ar to no termodinamiskā viedokļa apkures iekārta ir 5 reizes mazāk ekonomiska nekā atgriezeniska siltumpārveidojoša iekārta.

Ierīci, kas nodrošina siltuma pārnesi uz priekšu un atpakaļgaitu no avota ar vienu temperatūru patērētājam ar citu temperatūru sauc termotransformators.

Ja nepieciešamā temperatūra ir zemāka par sākotnējo, tad tiek izsaukts termotransformators uz leju.

Nepieciešama palīdzība, lai uzturētu augstāku temperatūru par sākuma temperatūru pieaug termotransformators, kuram kopš T 2 > T 1 .

Rīsi. 13.7 att. 13.8

Termotransformators ir siltumdzinēja un siltumsūkņa kombinācija.

Attēlā 13.7. parādīta pazeminošā termotransformatora diagramma, un att. 13,8 ir viņa teorētiskais cikls.

Attēlā 13.9. parādīta pakāpju termotransformatora diagramma, un att. 13.10 – viņa teorētiskais cikls.

Attēlos: I – siltumdzinējs, II – siltumsūknis.

Ja termotransformators ir paredzēts, lai uzturētu temperatūru gan zemāku, gan augstāku par sākotnējo, tad to sauc jaukta tipa termotransformators.

Rīsi. 13.9. att. 13.10

Kontroles jautājumi

Kā tiek veikts apgrieztais Carnot cikls?

Kāds parametrs novērtē siltumsūkņa iekārtas termodinamisko efektivitāti?

Kāda ir atšķirība starp siltumsūkņa un saldēšanas iekārtu shēmas?

14. Gāzu un tvaiku sajaukšana

Dažādās ierīcēs bieži nākas saskarties ar dažādu gāzu, tvaiku vai šķidrumu sajaukšanos. Šajā gadījumā ir nepieciešams noteikt maisījuma stāvokļa parametrus, izmantojot zināmos šo maisījumu veidojošo komponentu stāvokļa parametrus.

Šīs problēmas risinājums ir atkarīgs no apstākļiem, kādos notiek šis sajaukšanas process. Visas maisījumu veidošanas metodes var iedalīt trīs grupās:

gāzu sajaukšana nemainīgā tilpumā,

gāzes plūsmu sajaukšana,

gāzu sajaukšana, piepildot tvertni.

14.1. Pastāvīgs tilpuma maisīšanas process

Šī maisījuma veidošanas metode sastāv no vairākām gāzēm ar spiedienu R 1 , R 2 , …, R n, temperatūras T 1 , T 2 , …, T n un masām G 1 , G 2 , …, G n aizņem dažādus apjomus V 1 , V 2 , …, V n(14.1. att.).

Ja noņemat atdalošās starpsienas starp gāzēm, radīsies gāzu maisījums un maisījuma tilpums

V = V 1 + V 2 + …+ V n ,

un maisījuma masu

G = G 1 + G 2 + …+ G n .

Kad ir izveidots līdzsvara stāvoklis, maisījuma parametri būs R, v, T, u.

Tā kā process ir adiabātisks un apjoms nav mainījies, tad saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu tiek saglabāta sistēmas iekšējā enerģija:

U = U 1 +U 2 + …+ U n vai Gu = G 1 u 1 + G 2 u 2 + … + G n u n .

No šejienes maisījuma īpašo iekšējo enerģiju nosaka šādi:

, (14.1)

Kur g i– masas daļa i gāze.

Un konkrētais apjoms pēc savas definīcijas ir vienāds ar

. (14.2)

Citi parametri ( R, T) reālām gāzēm, tvaikiem un šķidrumiem ir atrodami šo vielu diagrammās.

Konkrētajā gadījumā, kad tiek sajauktas ideālas gāzes ar nemainīgu siltuma jaudu, kam du= c v dT, saņemam

Gadījumā, ja tiek sajauktas vienas un tās pašas gāzes daļas, maisījuma temperatūru aprēķina, izmantojot vienkāršāku formulu:

.

Gāzes spiedienu pēc sajaukšanas nosaka Kleiperona – Mendeļejeva vienādojums

Kur R– maisījuma gāzes konstante (definēta 1.4. iedaļā).

14.2. Straumes sajaukšanas process

Šajā gadījumā gāzu sajaukšanās notiek vairāku plūsmu savienojuma rezultātā vienā kanālā.

Ļaujiet tai būt caur cauruļvadu 1 (14.2. att.) gāze ar parametriem nonāk maisīšanas kamerā lpp 1 , v 1 , T 1 , h 1, un caur cauruļvadu 2 – gāze ar parametriem lpp 2 , v 2 , T 2 , h 2 .

Gāzes plūsma caur cauruļvadu 1 vienāds G 1, pa cauruļvadu 2 – G 2. Pie ieejas maisīšanas kamerā šīs gāzes plūsmas tiek droseles tā, lai spiediens kamerā R bija mazāks par R 1 un R 2 (ja, piemēram, R > R 1, tad gāze no sajaukšanas kameras ieplūstu cauruļvadā 1 ).

Jāuzsver, ka spiediens R maisīšanas kamerā var izvēlēties savādāk (regulējot vārstus); Tas padara sajaukšanas procesu plūsmā ievērojami atšķirīgu no sajaukšanas konstantā tilpumā, kur spiedienu unikāli nosaka sajaucamo gāzu parametri.

Gāze no maisīšanas kameras ar parametriem R,v, T izvadīts pa cauruļvadu 3 . Gāzes plūsma cauruļvadā 3 , acīmredzami līdzvērtīgs G = G 1 + G 2 .

Tā kā gāze pārvietojas pa cauruļvadiem, tai papildus iekšējai enerģijai (kopumā) ir arī kinētiskā un potenciālā enerģija. Vienkāršības labad (lielākajai daļai tehnisko problēmu tas ir pamatoti) mēs to pieņemsim

cauruļvadi atrodas horizontāli, tādējādi potenciālās enerģijas izmaiņas var tikt atstātas novārtā;

gāzes kustības ātrumi ir salīdzinoši zemi, t.i. Mēs ignorēsim arī kinētiskās enerģijas izmaiņas.

Tad saskaņā ar pirmo adiabātiskās plūsmas likumu (9.3.) saskaņā ar iepriekš minētajiem nosacījumiem mums ir

No šejienes mēs iegūstam īpatnējās maisījuma entalpijas izteiksmi, kas iegūta, sajaucot plūsmā:

. (14.3)

Zinot konkrēto entalpiju h un spiedienu R gāze pēc sajaukšanas, izmantojot stāvokļu diagrammas, varat atrast atlikušos maisījuma parametrus ( T, v, s un utt.).

Ideālām gāzēm specifisko entalpiju aizstājot ar izteiksmi Ar R T, saņemam

. (14.4)

Ja sajauc divas vienas un tās pašas gāzes plūsmas, maisījuma temperatūras formula ir vienkāršota:

. (14.5)

Zinot šādā veidā noteikto temperatūru T, no ideālas gāzes stāvokļa vienādojuma var atrast konkrēto tilpumu:

Formulas (14.3)–(14.5) ir uzrakstītas līdzīgi patvaļīgam sajaucamu gāzes plūsmu skaitam.

14.3. Sajaukšana, piepildot tilpumu

Ielaidiet tvertnē 1 (14.3. att.) tilpums V ir gāze (tvaiks, šķidrums) ar masu G 1 ar parametriem R 1 , T 1 . Šī tvertne tiek piegādāta caur cauruļvadu. 2 gāze ar parametriem R 2 , v 2 , T 2 (protams R 2 > R 1) un masa G 2, pēc kura vārsts aizveras. Gāzu maisījums ar tilpumu V un masa G = G 1 + G 2. Ir nepieciešams noteikt iegūtā maisījuma parametrus.

Uzpildes procesā tiek veikts stumšanas darbs pie gāzes cauruļvadā 2 , vienāds – lpp 2 v 2 G 2 ; tvertnē nenotiek darbs, jo tvertnes tilpums ir nemainīgs.

Adiabātiskā procesā darbs tiek veikts iekšējās enerģijas izmaiņu dēļ (tāpat kā iepriekš, mēs neņemam vērā ieplūstošās gāzes kinētisko enerģiju zemā plūsmas ātruma dēļ):

Tādējādi maisījuma īpatnējā iekšējā enerģija traukā ir vienāda ar

Maisījuma īpatnējais tilpums pēc definīcijas ir vienāds ar v = V/ G.

Zinot u Un v, izmantojot diagrammas, atrodiet atlikušos maisījuma parametrus ( R, T, s, h).

Ja tiek sajaukta viena un tā pati ideālā gāze ar nemainīgu siltuma jaudu

Kur k- adiabātiskais indekss.

Spiediens tvertnē pēc sajaukšanas ir

Tiek sajauktas divas gaisa porcijas, un pirmās sastāvdaļas masa ir 10 kg, un tās temperatūra ir 400 o C, bet otrā komponenta masa ir 90 kg un temperatūra ir 100 o C. Nosakiet komponenta temperatūru. maisījums dažādām sajaukšanas metodēm.

Risinājums: maisījuma temperatūru, kas rodas nemainīga tilpuma sajaukšanas procesā vai gāzes plūsmas sajaukšanas procesā, noteiks pēc formulas t = g 1 t 1 +g 2 t 2. Un mūsu piemērā tas ir vienāds ar t= 0,1 ∙ 400 + 0,9 ∙ 100 = 130 o C.

Ja maisījumu iegūst, piepildot tilpumu, kurā jau atrodas pirmā gāze, tad tā absolūto temperatūru aprēķina pēc formulas T = g 1 T 1 +Kilograms 2 T 2. Apskatāmajā piemērā gaisa adiabātiskais indekss k= 1,4, un maisījuma temperatūra ir t= 0,1 (400 +273) +1,4 ∙ 0,9 ∙ (100 +273) – 273 = 264 o C.

14.4. Entropijas izmaiņas sajaukšanas laikā

Maisījuma entropija ir šī maisījuma sastāvdaļu entropiju summa, t.i.

vai noteiktos daudzumos

Tā kā sajaukšanas process ir neatgriezenisks process, tad termodinamiskās sistēmas entropija (visas vielas, kas piedalās adiabātiskā sajaukšanā), saskaņā ar otro termodinamikas likumu, šajā procesā palielināsies, t.i.

Sajaukšanas procesa neatgriezeniskums ir izskaidrojams ar maisīšanas komponentu difūziju, kas pavada šo procesu. Entropijas palielināšanās sajaukšanas procesā ir šīs neatgriezeniskuma mērs.

Kontroles jautājumi

Kādas ir galvenās sajaukšanas metodes?

Kādos veidos tiek norādīts maisījums?

Kā noteikt maisījuma temperatūru dažādām sajaukšanas metodēm?

Kā mēs varam izskaidrot, ka gāzu vai tvaiku adiabātiskās sajaukšanas laikā palielinās maisījuma entropija?

15. Ķīmiskās termodinamikas pamati

Neviendabīgu sistēmu nosaka tās sastāvdaļu sastāvs. Noteiktos apstākļos šis sastāvs var mainīties sistēmā notiekošo ķīmisko un fizikāli ķīmisko pārvērtību dēļ, kuru laikā tiek iznīcinātas vecās saites un starp atomiem rodas jaunas saites. Šos procesus pavada enerģijas izdalīšanās vai absorbcija šo saišu spēku darbības rezultātā.

Ķīmiskā termodinamika aplūko pirmā un otrā termodinamikas likuma piemērošanu ķīmiskām un fizikāli ķīmiskām parādībām.

15.1. Ķīmiskās reakcijas

Ķīmiskā viela ir noteikta ķīmiskā sastāva makroskopisks ķermenis, t.i. ķermenis, attiecībā uz kuru ir zināms ne tikai no kādiem ķīmiskajiem elementiem tas sastāv un kādā proporcijā individuāla ķīmiska viela), bet zināms arī no kādiem ķīmisko elementu savienojumiem tas veidojas ( maisījums vai risinājums).

Ķīmisko vielu (savienojumu) parasti raksturo ķīmiskā formula, kas parāda, no kādiem elementiem tā sastāv un kādā attiecībā šo elementu atomi savienojas, veidojot to.

Tiek saukti mijiedarbības procesi starp atsevišķām ķīmiskajām vielām, kas izraisa jaunu vielu veidošanos ķīmiskās reakcijas.

Jebkura ķīmiska reakcija var notikt gan uz priekšu, gan atpakaļ.

Slēgtās sistēmās ķīmiskās reakcijas notiek tā, ka katra sistēmā esošā ķīmiskā elementa kopējais daudzums nemainās. Šī iemesla dēļ ķīmiskās reakcijas ietver nevis patvaļīgu vielu daudzumu, bet gan to stehiometriskie daudzumi, t.i. daudzumus, kas atbilst vielu ķīmiskajām formulām. Tāpēc ķīmiskās reakcijas tiek rakstītas vienādības veidā starp reakcijā iesaistīto vielu ķīmiskajām formulām un šīs reakcijas produktu ķīmiskajām formulām. Ļaujiet A 1 , A 2 , …, A n- izejmateriāli un IN 1 , IN 2 , …, IN m– reakcijas galaprodukti. Tad ķīmiskā reakcija starp vielām A 1 , A 2 , …, A n, kas noved pie vielu veidošanās IN 1 , IN 2 , …, IN m, tiks uzrakstīts kā vienādība:

kurā α 1, α 2, … α n, β 1 , β 2 … β m– stehiometriskie koeficienti. Piemēram, metāna sadegšanas rezultātā veidojas oglekļa dioksīds un ūdens:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O.

Vielas daudzuma vienība ķīmijā ir 1 kurmis. Šis daudzums satur stingri noteiktu noteiktas vielas molekulu (atomu) skaitu, kas ir vienāds ar Avogadro konstanti N A= 6,02204∙10 23. Citiem vārdiem sakot: 1 mols vielas ir definēts kā vielas daudzums, kura masa gramos ir vienāda ar tās molekulāro (atomu) masu M.

Sarežģītu sistēmu sastāvs, kas veidojas no daudzām vielām, no kurām katras daudzums ir n i kurmji, ķīmijā to dod molu frakcijas sistēmas sastāvdaļa.

Ļaujiet viņiem sajaukt n ķīmiski nereaģējošs savā starpā ideāls gāzes Tiek pieņemts, ka ir zināmi visu komponentu stāvokļa sākotnējie termodinamiskie parametri pirms sajaukšanas un sajaukšanas apstākļi (mijiedarbības apstākļi ar vidi). Vajag atrast līdzsvars gāzu stāvokļa parametri pēc sajaukšanas.

Apskatīsim divus sajaukšanas gadījumus vienkāršības labad, pieņemot, ka šis process notiek bez siltuma apmaiņas ar vidi .

2.1. Sajaukšana plkst W=Konst

Šajā gadījumā sajaukšanas apstākļi ir tādi, ka iegūtā maisījuma tilpums W cm vienāds ar summu maisījuma sastāvdaļu sākotnējie tilpumi W H i:

(Nedrīkst sajaukt W H i ar daļējiem apjomiem W i punktā, apspriests 1.4.3.)

Apzīmēsim:

P H i- sākotnējais spiediens i th gāze;

T H i,t H i- sākotnējā temperatūra i-th gāze attiecīgi pie 0 UZ vai 0 AR.

Jo visa sistēma no n gāzes, ja tos sajauc apstākļos W=Konst neveic ārēju darbu, tad saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu šim gadījumam () varam rakstīt:

Šeit: U cm – gāzu maisījuma svēršanas iekšējā enerģija m cm kilogrami

ar temperatūru T 0 K;

U H i- iekšējā enerģija i th gāzes masa m i kilogramus

ar sākotnējo temperatūru T H i .

Ieviesīsim šādu apzīmējumu:

u cm – gāzu maisījuma īpatnējā iekšējā enerģija temperatūrā T 0 K;

u sveiks - specifiska iekšējā enerģija i-th gāze ar sākotnējo temperatūru T H i .

Tad vienādojumam (2.1.1.) ir šāda forma:

(2.1.2)

Kā zināms, ideālai gāzei du=C v dT, no kurienes, skaitot iekšējo enerģiju no 0 0 K var rakstīt:

Šeit: - vidējais diapazonā 0 T 0 K gāzu maisījuma masas izohoriskā siltumietilpība;

Vidējais diapazonā 0 T H i 0 K masas izohoriskā siltuma jauda i gāze.

Pēc (2.1.3) aizstāšanas ar (2.1.2) mēs iegūstam:

Bet saskaņā ar 1.4.10. punktu gāzu maisījuma patieso masas siltumietilpību izsaka sastāvdaļu masas daļās. g i un to patiesās siltuma jaudas:

Līdzīgi, vidējais diapazonā 0 T 0 K Gāzu maisījuma masas izohorisko siltumietilpību nosaka šādi:

Aizvietojot šo izteiksmi vienādojuma (2.1.4) kreisajā pusē, mēs iegūstam:

no kurienes (2.1.5.)

Jo no stāvokļa vienādojuma, tad pēc aizstāšanas m i vienādojumā (2.1.5.) beidzot iegūstam maisījuma temperatūras formulu n gāzes:

Kā zināms, tāpēc formulu (2.1.6.) var uzrakstīt šādā formā:

(Jāatgādina, ka produkts ir vidējais diapazonā no 0- T H i 0 Kmolārais izohoriskā siltuma jauda i gāze.)

Uzziņu literatūrā diapazonam bieži ir norādītas empīriskās siltumietilpības atkarības no temperatūras 0 t 0 C .

Pēc (2.1.8) un (2.1.9) aizstāšanas vienādojumā (2.1.2) iegūstam:

Nomaiņa m i tā vērtību, beidzot iegūstam formulu gāzu maisījuma temperatūrai grādos Celsija :

Izsakot R i caur molekulmasu mēs iegūstam citu formulu:

Formulu (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) un (2.1.11) saucēji satur vidējās siltumietilpības, kurām maisījuma temperatūru izmanto kā vidējās vērtības augšējo robežu ( t vai T), tiks noteikts. Šī iemesla dēļ maisījuma temperatūru nosaka šīs formulas secīgu tuvinājumu metode .

2.1.1. Īpaši gāzes sajaukšanas gadījumi laikā W=Konst

Apskatīsim vairākus īpašos formulu (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) un (2.1.11) gadījumus.

1. Jauktas gāzes, kurām adiabātiskā eksponenta atkarība K i temperatūru var neņemt vērā.

(Patiesībā UZ samazinās, palielinoties temperatūrai, jo

Kur s o r , A ir empīriski pozitīvi koeficienti.

Tehniskiem aprēķiniem diapazonā no 0 līdz 2000 0 C varat izmantot šādas formulas:

a) diatomiskām gāzēm UZ 1,40 - 0,50 10 -4 t;

b) sadegšanas produktiem UZ 1,35 - 0,55 10 -4 t.

No šīm formulām ir skaidrs, ka temperatūras ietekme uz adiabātisko indeksu UZ kļūst pamanāms tikai temperatūrā, kas ir aptuveni simtiem grādu pēc Celsija.)

Tādējādi, ja pieņemam, ka

tad formulai (2.1.6.) būs šāda forma:

Formulu (2.1.12) var izmantot kā pirmo tuvinājumu formulām (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) un (2.1.11).

2. Sajaukt gāzes, kuru molārās izohoriskās siltumietilpības ir vienādas un šo siltumietilpību atkarību no temperatūras var neņemt vērā, t.i.:

Tad vienādojums (2.1.7) iegūst ļoti vienkāršu formu:

Ja gāzēm ir vienādas molārās izohoriskās siltuma kapacitātes, tad saskaņā ar Mayera vienādojumu

Molārajām izobāriskajām siltumietilpībām jābūt vienādām viena ar otru, un tāpēc adiabātiskajiem eksponentiem jābūt vienādiem, t.i.

Saskaņā ar šo nosacījumu vienādojums (2.1.12) pārvēršas par (2.1.13).

2.1.2. Spiediens pēc gāzu sajaukšanas plkst W=Konst

Spiedienu, kas izveidots pēc gāzu sajaukšanas, var noteikt vai nu pēc 1.4.2. punkta formulām, vai no nosacījuma:

R cm W cm = m cm R cm T= m cm T.

9. nodaļa. Vispārīga informācija par gāzu sajaukšanu.

Nodaļas mērķi un uzdevumi:

Uzziniet par ugunsdrošības noteikumiem, strādājot ar skābekli

Uzziniet par noteikumiem, kā rīkoties un strādāt ar skābekli

Uzziniet par "40% noteikuma" piemērošanu

Uzzināt par dažādas sistēmas gāzu sajaukšanai.

Jauni termini šajā nodaļā.

Uzliesmojošs (ugunsbīstams) trīsstūris

Ar skābekli saderīga smērviela

Adiabātiskā apkure (dīzeļa process)

Skābekļa tīrīšana

40% noteikums

Daļēju spiedienu sajaukšana

Pastāvīgas plūsmas sajaukšana

Absorbcija ar periodisku absorbenta tīrīšanu

Membrānas atdalīšana.

Kā nirējam, kas savos nirumos izmanto bagātinātus maisījumus, jums ir jāspēj iegūt šos maisījumus. Jums nav jāzina, kā sagatavot nitroksu pašam, tomēr jums ir jābūt izpratnei par to, kā tas tiek pagatavots, un jāapzinās jūsu aprīkojuma tīrīšanas prasības, ko nosaka nitroks. Šajā nodaļā ir apskatītas dažas no visbiežāk izmantotajām metodēm stiprinātu maisījumu ražošanai, kā arī apskatītas to priekšrocības un trūkumi. Maisījumam, ko elpojat, jābūt atbilstošam skābekļa saturam.

1. Darbs un darbs ar skābekli.

Skābeklis ir pārsteidzoša gāze. Viņš var būt gan draugs, gan ienaidnieks. Sajaucot gāzes lietošanai akvalangā, operatoram augstspiediena maisījumā ir jāiegūst atbilstošs skābekļa saturs. To var izdarīt, sajaucot tīru skābekli ar slāpekli vai gaisu vai izvadot daļu slāpekļa no gaisa. Galvenā problēma, sajaucot augstspiediena skābekli, ir ugunsbīstamība. Viss, kas nav pilnībā oksidēts – un tas nozīmē praktiski visu – sadegs augstspiediena skābeklī, ja būs aizdegšanās avots. Rīkojoties ar maisījumiem, pastāv zināms risks, bet tīra saspiesta skābekļa lietošana rada daudz lielāku risku. Ūdenslīdējam, kurš izmanto bagātinātus maisījumus, nav jābūt prasmīgiem darbā ar tīru skābekli, taču viņam ir jāsaprot ar to saistītie riski, jo skābeklis tiek izmantots, jo nirēja darbības kļūst sarežģītākas un plašākas.

2. Uzliesmojošs (ugunsbīstams) trīsstūris.

Lai novērstu ugunsgrēku, jums jāzina, kādi komponenti izraisa un atbalsta ugunsgrēku. Šīs sastāvdaļas ir parādītas attēlā

tā sauktā “uzliesmojoša vai ugunsbīstama trīsstūra” formā. Uguns ir ātra ķīmiska reakcija starp degvielu un skābekli (oksidētāju), kas var rasties tikai tad, ja ir aizdegšanās avots (siltums). Oksidācija var notikt bez sadegšanas, kā, piemēram, rūsēšanas procesā. Ugunsgrēks rodas, ja ir aizdegšanās (siltuma) avots. Pēc aizdegšanās laikā ķīmiskā reakcija sadegšana atbrīvo enerģiju (siltumu), kas atbalsta turpmāku degšanu. Ja mēs noņemam vienu no sastāvdaļām (degvielu, skābekli, aizdegšanās avotu), ugunsgrēks nevar rasties. Ja visas trīs sastāvdaļas nav vienlaicīgi, ugunsgrēks tiks novērsts. Ja liesma jau pastāv, noņemot kādu no sastāvdaļām, liesma nodzisīs. Šie ir ugunsdzēsības teorijas pamati. Vēl viens svarīgs punkts ir tas, ka uguns ir jāizplatās, lai saglabātu savu pastāvēšanu. Dažreiz vēlme izplatīt uguni pat tiek pievienota kā vēl viena iepriekš aprakstītā “trīsstūra” sastāvdaļa.

3.Skābeklis.

Tālāk aplūkotajās situācijās skābeklis atrodas koncentrācijā, kas ir lielāka nekā tā koncentrācija gaisā. Tas nozīmē, ka oksidētājs "uzliesmojošā trīsstūrī" vienmēr atrodas pēc noklusējuma, un to nevar noņemt no šīs "uguns formulas". Ikviens zina, ka atbilstošos apstākļos atmosfēras skābeklis var aktīvi piedalīties degšanas reakcijās, tāpēc nevajadzētu brīnīties, ka lielāka koncentrācija var tikai palielināt risku. Turklāt jāatceras, ka paaugstināts skābekļa saturs gaisā nozīmē samazinātu inertās gāzes saturu. Šī un dažu citu iemeslu dēļ degšanas intensitāte nav lineāri atkarīga no skābekļa procentuālā daudzuma. Tas ir atkarīgs gan no skābekļa procentuālā daudzuma (dalības) maisījumā, gan no tā daļējā spiediena un ievērojami palielinās, palielinoties šiem parametriem.

4.Degviela.

Šajā punktā mēs runāsim par degvielu, kas ir pieejama gāzes sistēmā, kas nodrošina gāzes izmantošanu elpošanai. Pie augsta skābekļa spiediena, ja izceļas ugunsgrēks, pati sistēma var kļūt par degvielu ķīmiskai reakcijai, taču, lai izceltos ugunsgrēks, ir nepieciešams kaut kas vairāk uzliesmojošs. Tā var būt kāda atsevišķa sistēmas daļa, šķīdinātājs, smērviela vai sistēmas mīkstie komponenti (gumija, plastmasa).

Dažas degvielas, kas atrodamas gāzes sistēmās, parastos apstākļos var būt praktiski neuzliesmojošas un viegli uzliesmojošas vidē, kas bagātināta ar skābekli. Šie degvielas veidi ietver silikona smērvielu, silikona gumiju, neoprēnu, kompresoru smērvielas, plastmasas un metāla skaidas un šķembas, organiskās vielas un materiāli, dažāda veida putekļi, pat tauki uz stīpas. Iespējams, visbīstamākās degvielas ir dažādas smērvielas. Ir izplatīts nepareizs uzskats, ka silikons (iespējams, eksotiskā nosaukuma dēļ) ir drošs, ja to lieto kopā ar skābekli. Patiesībā tā nav taisnība. Ir īpašas ar skābekli saderīgas smērvielas, piemēram, Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Ar skābekli bagātinātā vidē ir jāizmanto tieši šīs pašsmērvielas.

5. Aizdedze.

Daži aizdegšanās avoti ir acīmredzami, tomēr lielākā daļa no tiem atrodas ārpus gāzes sistēmas un mēs tos neuzskatām. Divi galvenie aizdegšanās avoti sistēmā ir berze un gāzes saspiešana, kad tā iet caur sistēmu. Termins "berze" šeit tiek lietots vispārīgā nozīmē: jebkādu daļiņu klātbūtnes nozīmē gāzes plūsmā vai pašas gāzes plūsmas kustības un tās sadursmes ar gāzes vadu stūriem vai citiem šķēršļiem nozīmē. . Ugunsgrēku var izraisīt arī cita parādība – tā pati, kas izraisa cilindra uzsilšanu (ja izdalās pietiekami daudz siltuma). Tas ir tas pats efekts, kas izraisa degvielas aizdegšanos dīzeļdzinēja cilindros bez aizdedzes sveces. Šo efektu sauc par "adiabātisko sildīšanu (dīzeļa process)".

Pēkšņa balona vārsta atvēršanās un aizvēršanās gāzes saspiešanas laikā var izraisīt temperatūras paaugstināšanos līdz aizdedzes punktam, un, ja gāzes plūsmā ir piesārņotāji, arī pati aizdedze. Tāpēc kompresoros netiek izmantoti ātrās pārslēgšanas vārsti (“lodveida vārsti”).

6.Skābekļa sistēmu izmantošana.

Šīs nodaļas svarīgais vēstījums ir tāds, ka skābekļa apstrādes risku var samazināt, ievērojot noteiktus noteikumus sistēmu projektēšanā un apstrādē. Jo īpaši ir svarīgi izvairīties asi stūri un ātri nomainiet vārstus, un izmantojiet atbilstošus materiālus. Metāli, ko izmanto gaisa sistēmu izgatavošanai, ir piemēroti arī skābekļa sistēmu izgatavošanai. Kas attiecas uz “mīkstajām detaļām”, piemēram, blīvēm, lokanajiem savienojumiem, diafragmām, tās jāaizstāj ar skābekli saderīgām. Dažos gadījumos galvenais kritērijs ir mazāka uzliesmojamība skābeklī, bet vairumā gadījumu tā ir paaugstināta izturība pret skābekli zem augsta spiediena. Ir pieejami speciāli komplekti, kas ļauj pārveidot gaisa iekārtas par aprīkojumu nitroksa izmantošanai.

Tie ietver iekārtu pareizu tīrīšanu un apkopi, atbilstošu smērvielu izmantošanu, gāzu apstrādi tā, lai tas neizraisītu aizdegšanos, kā arī lēnu un vienmērīgu vārstu atvēršanu.

7. Tīrīšanas iekārtas lietošanai ar skābekli. Daži apsvērumi attiecībā uz aprīkojuma tīrīšanu.

Jēdziens “skābekļa tīrīšana” rada zināmu neskaidrību nirēju amatieru vidū. Iemesls ir tāds, ka nav pilnībā skaidrs, vai iekārtas ir jātīra, lai to lietotu ar maisījumiem, kas satur 21% līdz 40% skābekļa. Šai problēmai ir dziļākas saknes: nav izstrādātas un standartizētas rūpnieciskas procedūras, kā rīkoties ar maisījumiem, kas satur nelielu skābekļa daudzumu diapazonā no 21% (gaiss) līdz 100% (tīrs skābeklis). Standarti pastāv tikai darbam ar tīru skābekli; Tādējādi jebkurš maisījums, kas satur vairāk nekā 21% skābekļa, ir līdzvērtīgs tīram skābeklim saskaņā ar pašreizējiem standartiem. Tāpēc, lai visas darbības veiktu saskaņā ar nozares standartiem, jebkurš bagātināts maisījums ir jāapstrādā kā tīrs skābeklis.

Asociācija par saspiestās gāzes CGA, NFPA, NASA un vairākas citas organizācijas iesaka apstrādāt gāzes ar vidēju koncentrāciju kā tīru skābekli. Tas nenozīmē, ka viņi ir veikuši kādus pētījumus šajā koncentrācijas diapazonā. Tas nozīmē tikai to, ka nav rūpnieciski izstrādātu un pieņemtu standartu, un šīs organizācijas dod priekšroku konservatīvai nostājai. Savukārt ASV flote ir izstrādājusi procedūras, kas nosaka, ka maisījumus ar skābekļa koncentrāciju līdz 40% no apstrādes viedokļa var uzskatīt par gaisu. Nav publicēti pārbaužu rezultāti, kas liktu domāt, ka šis secinājums ir patiess, tomēr šāda pieeja tiek praktizēta jau daudzus gadus un nav saņemti ziņojumi par negadījumiem saistībā ar šo jautājumu. NOAA ir pieņēmusi šo koncentrācijas robežu, strādājot ar stiprinātiem maisījumiem; NAUI kopumā arī, tomēr ar dažiem ierobežojumiem.

Tīrs saspiests gaiss.

Vēl viena neskaidrība rodas saistībā ar jēdzienu “gaisa tīrība”. Dažādās elpceļu gāzu tīrības pakāpes, ko izmanto dažādas asociācijas un organizācijas (CGA, US Navy), rada neskaidrības attiecībā uz bagātinātā maisījuma tīrību. Standarti pieļauj dažu eļļas tvaiku (ogļūdeņražu) klātbūtni saspiestā gaisā (parasti 5 mg/cu.m.). Šis daudzums ir drošs no elpošanas viedokļa, bet var būt bīstams no uguns viedokļa, strādājot ar saspiestu skābekli.

Tādējādi nav vispārpieņemtu un saskaņotu gaisa tīrības gradāciju, kas noteiktu tā piemērotību sajaukšanai ar tīru skābekli. Nozares standartu noteicēji ir vienojušies, ka ogļūdeņražu līmenis ir aptuveni 0,1 mg/m3. m var uzskatīt par pieņemamu gaisam, kas "vēlāk jāsajauc ar skābekli". Dažu pēdējo gadu laikā ir kļuvušas pieejamas filtru sistēmas (attēlā), lai ražotu šīm prasībām atbilstošu saspiestu gaisu. Kompresori, kas neļauj gaisam nonākt saskarē ar smērvielu, protams, tiek galā ar šo uzdevumu labāk, taču tie ir ievērojami dārgāki. Formalizēta pieeja skābekļa tīrīšanai.

Frāze “skābekļa tīrīšana” arī izklausās biedējoši, jo tās rūpnieciskai ieviešanai ir nepieciešamas diezgan stingras procedūras. Šīs periodiskās procedūras publicē CGA un citas organizācijas. Tie ir paredzēti, lai saglabātu drošību, strādājot ar saspiestu skābekli.

NAUI norāda, ka jebkurai iekārtai, kas paredzēta lietošanai ar tīru skābekli vai maisījumiem, kas satur vairāk nekā 40% skābekļa, spiedienā, kas lielāks par 200 psi (aptuveni 13 atm), jābūt saderīgam ar skābekli un attīrītai lietošanai ar skābekli. Jātīra cilindrs, regulatora pirmais posms un visas šļūtenes. Dažas iekārtas var pārveidot, lai apstrādātu šādus maisījumus, izmantojot komponentus no īpašiem komplektiem.

8. Neformāla pieeja skābekļa tīrīšanai: “40% noteikums”

Neskatoties uz formālas pārbaudes trūkumu, tā dēvētais "40% noteikums" niršanas industrijā ir izmantots diezgan veiksmīgi, un tā pielietojums nav atklājis nekādas problēmas. Ir notikuši daudzi ugunsgrēki niršanas gāzes sajaukšanas sistēmās, taču tos izraisīja augstāka skābekļa koncentrācija.

NAUI piekrīt šim noteikumam, taču pieprasa, lai iekārtas būtu tīrītas ar skābekli un jāizmanto ar skābekli saderīgas smērvielas. Šī pieeja ir mazāk stingra nekā formālā, taču, ja tā tiek veikta pareizi, tā ir ļoti efektīva. Tīrīšana jāveic kvalificētiem tehniķiem.

Iekārta ir jātīra no visiem redzamajiem netīrumiem un taukiem, pēc tam notīra ar suku vai ultraskaņu, izmantojot spēcīgu tīrīšanas līdzekli. karsts ūdens. Šķidrie tīrīšanas līdzekļi, piemēram, Joy, ir piemēroti lietošanai mājās. Tīrībai nevajadzētu būt mazākai par to, ko sagaida no šķīvjiem un sudrablietām. Pēc žāvēšanas mīkstās detaļas jānomaina pret ar skābekli saderīgām, pēc tam iekārta tiek ieeļļota ar skābekli saderīgu smērvielu.

Pēc tīrīšanas iekārtu drīkst izmantot tikai bagātinātiem maisījumiem, un to nedrīkst lietot ar saspiestu gaisu, pretējā gadījumā tas būs jātīra vēlreiz.

9. Bagātinātu maisījumu sagatavošana.

Tradicionālā gāzes sajaukšanas sistēmas uzbūves shēma balstās uz skābekļa pievienošanu gaisam vienā vai otrā veidā. Nesen ir izstrādātas un kļuvušas pieejamas divas jaunas metodes, kas bagātina gaisu citādā veidā – atdalot slāpekli. Šajā sadaļā tiks apskatītas 3 skābekļa pievienošanas metodes: svara sajaukšana, daļēja spiediena sajaukšana, pastāvīgas plūsmas sajaukšana; un 2 metodes ar slāpekļa atdalīšanu: absorbcija ar periodisku absorbenta tīrīšanu, membrānas atdalīšana (Ballantyne un Delp, 1996).

Izmantotās gāzes sajaukšanas sistēmas veids ir svarīgs gala lietotājam, jo ​​tas nosaka balona uzpildīšanas procedūras un iespējamās skābekļa koncentrācijas diapazonu iegūtajā maisījumā.

Gāzu sajaukšana pēc svara.

Vienkāršākā un uzticamākā metode maisījumu iegūšanai ar precīzu sastāvu ir gatavu maisījumu iegāde. Rūpnieciskās gāzes ražotāji parasti sajauc tīru skābekli un tīru slāpekli, nevis tīru skābekli un gaisu.

Gāzes sajaucas pēc svara. Tas ļauj ignorēt daudzas gāzu uzvedības anomālijas, ko izraisa to atšķirības no ideālajām, un nodrošina ļoti precīzu maisījumu gāzu sastāvu. Sajaukšanu var veikt cilindros, cilindru bankās vai tvertnēs. Ir nepieciešami precīzi svari, kas ir diezgan dārgi, jo tiem jāspēj izmērīt nelielas izmaiņas ar lielu svaru. Šī gāzu sajaukšanas metode ir visprecīzākā, un iegūtie maisījumi tiek rūpīgi analizēti, lai pārliecinātos, ka faktiskais sastāvs atbilst deklarētajam. Gatavojot šādus maisījumus, rūpniecības uzņēmums ir spiests izmantot tīru skābekli, bet maisījumu mazumtirgotājs no tā var izvairīties. Šī metode ir diezgan dārga, un tās izmaksas palielina tas, ka maisījumu uzglabāšanas tvertnes pieder maisījumu piegādātājam, tāpēc tos nomā maisījumu pārdevējs.

Daļējo spiedienu sajaukšana.

Kā saka pats metodes nosaukums, tās pamatā ir daļējo spiedienu attiecība. Tehniķis piepilda tvertni ar iepriekš noteiktu skābekļa daudzumu (mēra pēc spiediena vērtības), pēc tam papildina to ar īpaši tīru gaisu līdz vajadzīgajam galīgajam spiedienam. Pirmkārt, skābeklis tiek iesūknēts, kad balons vēl ir tukšs, kas samazina procedūras ugunsbīstamību, jo nav nepieciešams manipulēt ar skābekli pie pilna piepildītā cilindra spiediena. Tā kā tiek izmantots tīrs skābeklis, visai sistēmai, ieskaitot uzpildāmo cilindru, jābūt saderīgai ar skābekli un jātīra. Tā kā spiediens ir atkarīgs no temperatūras un uzpildot balons uzsilst, ir nepieciešams vai nu ļaut balonam atdzist, vai arī, mērot spiedienu, jāņem vērā temperatūras ietekme. Tā kā kompozīcijas galīgā pielāgošana bieži tiek veikta pēc tam, kad cilindrs ir pilnībā atdzisis, viss maisījuma sagatavošanas process aizņem diezgan daudz laika. Šo procesu var izmantot arī zināma sastāva maisījuma tvertnes uzpildīšanai, lai iegūtu tāda paša vai cita specifiska sastāva maisījumu.

Kompresors sajaukšanai, izmantojot šo metodi, nav nepieciešams, ja gaiss tiek piegādāts ar spiedienu, kas ir pietiekams, lai bez papildu saspiešanas piepildītu akvalangu tvertnes. Lai maksimāli izmantotu uzpildes cilindru banku, tiek izmantota tā sauktā “kaskādes tehnoloģija”, kas sastāv no tā, ka vispirms tiek izmantots uzpildes cilindrs ar zemāko spiedienu, pēc tam cilindrs ar augstāko spiedienu utt. Dažreiz pašu metodi sauc par "kaskādes sajaukšanas metodi".

Ar šo metodi bieži tiek izmantoti arī kompresori. Tajos nedrīkst izmantot eļļas smērvielas vai jānodrošina īpaši augstas tīrības pakāpes gaiss, kas piemērots sajaukšanai ar skābekli. Vēl viens veids, kā iesūknēt gaisu cilindrā, ir izmantot pneimatisko sūkni, kas saspiež gaisu dažāda diametra cilindru komplektā, kuru virzuļi ir savienoti ar vienu un to pašu sadales vārpstu. Ogna no populārākajiem modeļiem ir Haskel.

Daļēja spiediena sajaukšana ir ļoti populāra niršanas centru vidū, kuri nelielos apjomos gatavo daudz dažādu maisījumu dažādiem atpūtas un tehniskās niršanas mērķiem, tostarp maisījumus ar skābekļa saturu virs 40%. Šajā gadījumā ievērojamu daļu no sistēmas izmaksām veido augstas precizitātes manometrs. Šajā gadījumā pneimatiskā sūkņa izmantošana ir ļoti efektīva. Šo metodi izmanto attālās niršanas vietās. Tā kā skābeklis tiek pievienots zemā spiedienā, daži tehniķi netīra skābekļa balonus. No šādas prakses ir jāizvairās: balons lietošanai vienmēr ir jātīra ar skābekli.

10.Pastāvīgas plūsmas maisīšana.

Šo metodi (ko sauc arī par atmosfēras slodzes metodi) pirmo reizi izstrādāja NOAA (1979, 1991), un tā ir lietotājam draudzīgākā metode (9.-7. attēls). Šajā metodē ieplūdes gaisa plūsmai, kas nonāk kompresorā, ar augstu eļļas tvaiku noņemšanas pakāpi tiek pievienots zema spiediena skābeklis. Notekūdeņu plūsmas sastāvs tiek nepārtraukti analizēts, un šīs analīzes rezultāts tiek izmantots, lai attiecīgi pielāgotu skābekļa piejaukumu ieplūdes plūsmā. Kamēr maisījuma sastāvs tiek regulēts, izvades plūsma var apiet uzpildes cilindru banku. Kad maisījums ir iesūknēts uzpildes cilindros, to var pārnest uz akvalangu cilindriem, izmantojot apvedceļu vai gaisa sūkni. Pastāvīgas plūsmas iekārta kā skābekļa avotu var izmantot arī absorbcijas apakšsistēmu, periodiski attīrot PSA absorbentu.

Ir vēl viena pastāvīgas plūsmas vienību klase, kas nodrošina gaisu komerciālajam ūdenslīdējam caur gaisa padeves šļūteni. Šādām iekārtām ir maisījuma sastāva noturības kontroles līdzekļi - dažādi plūsmas mērītāji un regulatori. To izejas spiediens parasti ir mazāks par 200 psi (13 atm).

11. Absorbcija ar periodisku absorbenta (PSA) tīrīšanu.

Šīs metodes pamatā ir tāda materiāla izmantošana, ko sauc par "molekulāro sietu" - sintētisku porainu māliem līdzīgu materiālu, kura poras nodrošina ļoti lielu virsmas laukumu. Šī virsma adsorbē gāzes (“adsorbēt” nozīmē “absorbēt uz virsmas”). Slāpeklis tiek adsorbēts ātrāk nekā skābeklis, tāpēc gaiss, kas iet caur adsorbentu, kļūst bagātāks ar skābekli (precīzāk, nabadzīgāks ar slāpekli). Tiek izmantotas divas absorbējošas plāksnes, starp kurām tiek pārslēgta gaisa plūsma. Kad plūsma tiek virzīta uz vienu plāksni, tā adsorbē slāpekli, bet otrā plāksne šajā laikā tiek attīrīta no iepriekš adsorbētā slāpekļa. Tad plāksnes maina lomas.

Mainot spiedienu un plākšņu tīrīšanas biežumu, ir iespējams iegūt dažādas skābekļa satura vērtības izejas maisījumā. Maksimālais sasniedzamais skābekļa saturs ir 95%, pārējais ir argons. Argons attiecībā uz šāda veida adsorbentu uzvedas gandrīz kā skābeklis (t.i., tas nav adsorbēts), tāpēc izejas maisījumā tas būs gandrīz tādā pašā proporcijā ar skābekli kā ieplūdes gaisā. Šim argonam nav nekādas ietekmes uz ūdenslīdēju.

Šāda veida iekārtām nav nepieciešams skābeklis zem augsta spiediena, taču tās ir sarežģītas un diezgan dārgas iegādes un uzturēšanas ziņā; izejas plūsma ir jāiesūknē cilindros, izmantojot ar skābekli saderīgu attīrītu kompresoru vai gaisa sūkni (attēlā).

12. Membrānas atdalīšana.

Šīs metodes pamatā ir membrānas izmantošana, kas, tīram gaisam izejot cauri, ļauj skābekļa molekulām iziet cauri labāk nekā slāpekļa molekulām. Tādējādi izvadošais maisījums tiek bagātināts ar skābekli, un skābekļa koncentrāciju nosaka ieejas plūsma. Maksimālais sasniedzamais skābekļa saturs komerciāli pieejamās sistēmās ir aptuveni 40%. To pašu tehnoloģiju, starp citu, izmanto hēlija atdalīšanai un dažos citos procesos.

Līdzīgi kā PSA vienībās, nav nepieciešams izmantot augstspiediena skābekli. Notekūdeņi jāiesūknē cilindros, izmantojot ar skābekli saderīgu attīrītu kompresoru vai gaisa sūkni. Membrānas sistēmas ir diezgan uzticamas un tām nav nepieciešama īpaša apkope, ar nosacījumu, ka ieplūdes plūsmas tīrība ir pietiekama.

gāzes arhīvs

Ūdeņraža un skābekļa gāzes maisījums, ja viņu masas daļas 1 un 2 ir vienādas, attiecīgi... indivīdu raksturojošie parametri īpašībasgāze, un tāpēc ir... T=400 K. 8 NODAĻA 1 MEHĀNIKAS FIZISKIE PAMATI NODAĻA 1 MEHĀNIKAS FIZISKIE PAMATI...

Ievads 3 1. nodaļa Zinātnieki un viņu atklājumi

Promocijas darba kopsavilkums

... nodaļas. Ievads nodaļa 1: Zinātnieki un viņu atklājumiem. - Priestlija pieredze nodaļa 2. Fotosintēzes vēsture. nodaļa 3: Fotosintēzes nozīme dabā. nodaļa... oglekļa dioksīds gāze skābeklī. Oglekļa gāze nepieciešams...elektroķīmiskais potenciāls. Īpašības tilakoīda membrāna...

Katra gāze maisījumos uzvedas tā, it kā tā viena pati aizņemtu visu trauka tilpumu: tās molekulas ir vienmērīgi izkliedētas telpā un rada savu, tā saukto parciālo spiedienu pi uz trauka sieniņām. Ja maisījums ir līdzsvarā, visu gāzu temperatūra ir vienāda un vienāda ar maisījuma TCM temperatūru. Maisījuma masa ir vienāda ar sastāvdaļu masu summu; Maisījuma spiediens saskaņā ar Daltona parciālo spiedienu likumu (1801) ir vienāds ar parciālo spiedienu summu:

kur n ir maisījuma sastāvdaļu skaits.

Angļu fiziķis un ķīmiķis Džons Daltons (1766–1844) 1803. gadā formulēja vairāku attiecību likumu: ja divas vienkāršas vai sarežģītas vielas savā starpā veido vairāk nekā vienu savienojumu, tad vienas vielas masas uz vienu un to pašu citas vielas masu saistīti kā veseli skaitļi, parasti mazi. Piemēram, piecos slāpekļa oksīdos (N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 5) skābekļa daudzums līdz tādam pašam slāpekļa daudzumam ir 1: 2: 3: 4: 5. Daltons pareizi izskaidroja šo likumu ar vielas atomu uzbūvi un vienas vielas atomu spēju apvienoties ar dažādu skaitu citas vielas atomu. Tajā pašā laikā Daltons ierosināja izmantot atomu svara jēdzienu ķīmijā. Zinot elementu atomsvarus, iespējams noteikt vielu ķīmisko pārvērtību un ķīmisko attiecību mēru, kā arī sastādīt kvantitatīvos reakciju vienādojumus. Pirmo reizi (1794) viņš veica pētījumu un aprakstīja redzes defektu, ar kuru viņš pats cieta - krāsu aklumu, vēlāk par godu nosauca daltonismu.

Pusi savas dzīves Daltonam nebija ne jausmas, ka ar viņa redzi kaut kas nav kārtībā. Viņš studēja optiku un ķīmiju, bet atklāja savu defektu, pateicoties aizraušanās ar botāniku. To, ka viņš nevarēja atšķirt zilu ziedu no rozā, viņš sākotnēji skaidroja ar neskaidrību ziedu klasifikācijā, nevis ar viņa paša redzējuma trūkumiem. Daltons pamanīja, ka zieds, kas saules gaismā izskatījās debeszils (pareizāk sakot, krāsa, kuru viņš uzskatīja par debeszilu), sveces gaismā izskatās tumši sarkans. Viņš pievērsās apkārtējiem, taču neviens neredzēja tik dīvainas pārvērtības, izņemot brāli. Tātad Daltons saprata, ka ar viņa redzējumu kaut kas nav kārtībā un ka šī problēma ir iedzimta. 1995. gadā tika veikti pētījumi par Džona Daltona konservēto aci, kas atklāja, ka viņš cieš no retas daltonisma formas - deuteranopijas. Deuteranopos trūkst M-konusa pigmenta, kā rezultātā slimie ir salīdzinoši nejutīgi pret spektra zaļās daļas vidējiem viļņu garumiem, bet tajā pašā laikā spektra īsviļņu daļu uztver kā zilu un garo viļņu daļa kā dzeltena.

Maisījuma īpašības ir atkarīgas no tā sastāva, ko var precizēt Dažādi ceļi. Vienkāršākais un ērtākais ir norādīt masas sastāvu, t.i. Katrai gāzei ir norādīta tās masas daļa maisījumā:

Molu daļa ir noteiktas gāzes kilomolu skaita attiecība pret visa maisījuma kilomolu skaitu:

kur m i ir i-tā komponenta molekulmasa.

Izmērs

sauc par maisījuma šķietamo molekulmasu.

Bieži vien maisījuma sastāvu nosaka tilpuma daļas

kur V i ir i-tā komponenta daļējais tilpums, t.i. tilpums, ko dotā gāze aizņemtu, ja tās spiediens nebūtu p i , bet p SM (pie tādas pašas temperatūras T SM), .

Reālam stāvoklim sakarību starp parametriem nosaka vienādojums p i ×V CM =m i ×R i ×T CM, bet nosacītajam stāvoklim - p CM ×V i = = m i ×R i ×T CM. No šo vienādojumu labās puses vienādības izriet p i × V CM = p CM × V i , no kā mēs atrodam divus svarīgas formulas:

Ir svarīgi zināt attiecības starp lielumiem g i, y i un r i. Lai atrastu šīs attiecības, mēs veicam šādas vienkāršas transformācijas, kurām nav nepieciešami papildu paskaidrojumi:

Šeit 22,4 ir jebkuras gāzes tilpums 1 kmol normālos apstākļos, m 3 (saskaņā ar Avogadro likumu lielākajai daļai gāzu ir šāds tilpums, lai gan ir nelielas novirzes).

Tilpuma daļa

Tā kā pēdējo 2 formulu labās puses ir vienādas, varam secināt, ka molu daļas ir vienādas ar tilpuma daļām: y i = r i.

Mēs iegūstam citas šādas attiecības:

Aizstājot y i ar r i , rakstīsim savādāk:

r i ×m i =g i ×m SM.

Apkoposim iegūtās formulas visām n maisījuma sastāvdaļām. Rezultātā mums būs

tāpēc ka .

Pamatojoties uz aditivitātes īpašību, maisījuma siltuma jaudas aprēķināšanai var uzrakstīt šādas formulas:

Gāzes konstantes vērtību nosaka līdzīgi:

vai, tāpat kā jebkurai gāzei, caur universālo gāzes konstanti saskaņā ar formulu R CM = 8314/m CM.

Sīkāk apskatīsim divas tipiskākās sajaukšanas metodes.

1. Gāzu sajaukšana, apvienojot atsevišķus tilpumus. Lai ir n dažādas gāzes, kas atrodas atsevišķos traukos ar tilpumiem V 1, V 2, .... Katras gāzes parametri ir p 1, p 2, ... un T 1, T 2, ... Lai iegūtu a maisījumu, šie tilpumi tiek apvienoti vai noņemot starpsienas, vai izmantojot īsus cauruļvadus ar pietiekami lielu šķērsgriezumu. Gāzu plūsmas un difūzijas rezultātā pēc noteikta laika tiek iegūts viendabīgs maisījums, kura masu un tilpumu var noteikt vienkārši summējot:

kur ir i-tās sastāvdaļas masa, R i ir tās gāzes konstante.

Sajaucot, netiek veikts ārējs darbs un nenotiek ārējā siltuma apmaiņa (dl = 0, dq = 0), kas nozīmē, ka katras gāzes iekšējā enerģija nemainās (du = 0). Tāpēc maisījuma iekšējā enerģija būs tā sastāvdaļu iekšējās enerģijas summa, t.i.

Šeit u CM = m CM × c V C M × (T C M – T 0) un u i = m i × c V i × (T i – T 0),

kur c Vi ir i-tā komponenta vidējā siltumietilpība izobārajos procesos.

Aizstāsim dotās izteiksmes sākotnējā formulā:

un veiciet šādas transformācijas: sadaliet abas puses ar m CM (šajā gadījumā labajā pusē iegūstam ), atveriet iekavas un izņemiet tos no summas zīmes nemainīga vērtība T0:

Ja ņemam vērā, ka , tad pēc līdzīgu terminu ienesšanas formula iegūst formu

Mēs atrodam maisījuma spiedienu no ideālās gāzes stāvokļa vienādojuma:

Iedomāsimies, ka maisījuma veidošanās notiek divos posmos. Pirmajā posmā starpsienas starp komponentiem kļūst elastīgas un labi vada siltumu. Tad atgriezeniski notiekošu deformāciju un siltuma apmaiņas rezultātā komponentu temperatūras un spiedieni izlīdzinās (tie kļūs vienādi ar p SM un T SM) un mainās gāzu tilpumi. Šāda stāvokļa entropija būs

Otrajā posmā starpsienas tiek noņemtas. Tad difūzijas rezultātā katra gāze izplatīsies pa visu tilpumu, un katrai sastāvdaļai būs parametri T CM un p i = r i × p CM, kur r i ir komponenta tilpuma daļa. Šajā gadījumā maisījuma entropiju var definēt kā komponentu entropiju summu:

Šo formulu salīdzinājums ļauj mums atrast entropijas pieaugumu neatgriezeniskuma dēļ:

kas ļauj viegli atrast veiktspējas zudumu

Dl = T 0 × Ds REV.

Ja, piemēram, ir nepieciešams sadalīt maisījumu atsevišķos komponentos, tad vismaz būs nepieciešams iztērēt darbu Dl.

2. Gāzes plūsmu sajaukšana ir nepārtrauktas maisījumu ražošanas metode. Vairākas gāzes plūsmas tiek virzītas vienā izplūdes kanālā. Ļaujiet gāzei M i plūst pa i-to kanālu, kg/s, ar parametriem p i un T i . Tad šīs plūsmas tilpuma plūsmas ātrums būs

un ātrumu

Sajaucot plūsmas, gāzu ātrumi ir mazi un maz atšķiras viens no otra. Tāpēc gāzu ātrumu atšķirību var neņemt vērā un pieņemt, ka gāzu spiedieni p i ir praktiski vienādi un vienādi ar p SM.

Ja spiediens ir nemainīgs un nav ārējas siltuma apmaiņas, rodas šāds entalpijas līdzsvars:

Tā kā ideālai gāzei h = с р ×(Т – Т 0), iepriekš minēto formulu var uzrakstīt šādi:

Kur; c pi ir i-tās komponentes vidējā izobāriskā siltumietilpība.

Veicot iepriekšējām līdzīgas transformācijas, iegūstam

Tagad jūs varat atrast maisījuma tilpuma plūsmas ātrumu un tā ātrumu izvades kanālā ar šķērsgriezumu F OUT.

Lai noteiktu mitrā gaisa apstākļu īpašības, prātīgi veiksim šādu eksperimentu. Novietosim nelielu daudzumu ūdens slēgtā tilpumā ar sausu gaisu. Tā iztvaikošanas rezultātā veidojas maisījums, ko sauc par mitru gaisu. Ja pievienojat nelielu daudzumu ūdens, pēc iztvaikošanas palielināsies tvaiku koncentrācija un daļējais spiediens. Tomēr tas tiks novērots tikai līdz brīdim, kad iestāsies dinamisks līdzsvars starp tvaiku un šķidrumu, t.i. līdz maisījumā esošais tvaiks kļūst piesātināts ar pH spiedienu.

Ar pietiekamu precizitāti praksei abas mitrā gaisa sastāvdaļas tiek uzskatītas par ideālu gāzi. Tāpat kā jebkuram gāzes maisījumam, šajā gadījumā maisījuma spiedienu nosaka parciālo spiedienu summa: p SM = p SV + p P.

Parasti jātiek galā ar atmosfēras mitru gaisu, tad p CM ir vienāds ar barometrisko spiedienu B, t.i. r SV + + r P = V.

Tvaika masu, ko satur 1 m 3 mitra gaisa, sauc par absolūto mitrumu. Absolūtais mitrums ir vienāds ar tvaiku blīvumu mitrā gaisā. Piesātināta mitra gaisa maksimālais absolūtais mitrums r" = 1/v".

Relatīvais mitrums ir absolūtā mitruma attiecība pret maksimālo iespējamo tādos pašos apstākļos: j = r P /r".

Piemērojot ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu tvaika komponentei, mēs varam rakstīt

Iegūtās attiecības bieži tiek uzskatītas par j definīciju. Parasti vērtību j izsaka nevis akcijās, bet gan procentos. Piesātinātā gaisa relatīvais mitrums ir 100%. Vērtību j mēra, izmantojot psihrometrus vai higrometrus.

Vienkāršākais psihrometrs sastāv no diviem spirta termometriem, viens ir parasts sausais termometrs, bet otrais ir mitrināšanas ierīce. Slapjā termometra temperatūras sensors ir ietīts kokvilnas drānā, ko ievieto ūdens traukā. Mitruma iztvaikošanas ātrums palielinās, samazinoties relatīvajam gaisa mitrumam. Mitruma iztvaikošana izraisa objekta atdzišanu, no kura mitrums iztvaiko. Mitrā termometra temperatūras sensoram atdziestot, mitruma iztvaikošanas ātrums samazinās, līdz noteiktā temperatūrā tiek sasniegts dinamiskais līdzsvars - iztvaikotā mitruma daudzums ir vienāds ar kondensētā mitruma daudzumu. Tādējādi mitrā spuldzes temperatūra sniegs informāciju par gaisa relatīvo mitrumu. Termometriem ir precīzas iedaļas ar dalījuma vērtībām 0,2–0,1 grādi. Lietošanas ērtībai ierīces dizainā var iekļaut psihometrisko tabulu.

Mitrā gaisa masa, kas atrodas noteiktā tilpumā V , nosaka sausā gaisa un tvaika masu summa

m BB = m C B + m P.

Pēc šīs formulas dalīšanas ar vērtību V mēs iegūstam

r BB = r C B + r P.

Izmantojot sausā gaisa stāvokļa vienādojumu un iepriekš minētās attiecības, mēs atklājam

Aizvietosim atrastās vērtības mitrā gaisa blīvuma formulā un pēc vienkāršām pārveidojumiem iegūstam:

Ņemiet vērā, ka R B< R П, значит (1/R B – 1/R П) >0. Lielums B/(R B ×T) ir vienāds ar sausa gaisa blīvumu pie barometriskā spiediena. Tad no pēdējās formulas izriet secinājums: mitra gaisa blīvums ir mazāks par sausa gaisa blīvumu pie tāda paša (parasti barometriskā) spiediena. Tiesa, blīvumu atšķirība ir neliela, tāpēc tehniskajos aprēķinos tie parasti ņem r BB = r C B, lai gan, ja nepieciešams, precīzākus aprēķinus var veikt, izmantojot pēdējo izteiksmi.

Praktiskajos aprēķinos plaši tiek izmantots mitra gaisa parametrs, ko sauc par mitruma saturu d. Pēc definīcijas mitruma saturs ir mitruma vai tvaika daudzums, kg (g), uz kilogramu sausa gaisa:

V tilpumam lielumi m P = V × r P, m SV = V × r SV. Tad

Attiecība R SV / R P = 0,622, tāpēc mums beidzot ir

Svarīgs mitra gaisa parametrs ir tā entalpija, kas ir maisījumā esošā sausā gaisa entalpijas un tvaika entalpijas summa:

H = H CB + H P = c R CB × t + d × (h" + r + c R P × (t – t N)).

Analītiskie savienojumi starp t, j, d un H ir diezgan sarežģīti un bieži vien nav algebriski. Tāpēc daudzu problēmu risināšana ir sarežģīta un prasa iteratīvas metodes. Lai vienkāršotu un atvieglotu aprēķinus, izmantojiet īpašu H–d diagrammu, kas izveidota spiedienam B = 745 mm Hg. Art. pamatojoties uz piesātinājuma tabulām un iepriekš minētajām formulām. Šī diagramma ir attēlota slīpā koordinātu režģī:

Diagrammā parādīts līniju režģis j = const, izotermu režģis t = const un līniju Н = const, kas vērstas 45° leņķī pret vertikāli. Šo režģu klātbūtne ļauj izmantot jebkurus divus dotos parametrus no saraksta t, j, d un H, lai atrastu punktu diagrammā un līdz ar to arī pārējos divus nezināmos parametrus.

Daudzās tehniskajās ierīcēs, piemēram, tvaika strūklas ierīcēs, maisīšanas tvaika sildītājos utt., tiek veikta ūdens tvaiku plūsmu adiabātiska (bez ārējās siltuma apmaiņas) sajaukšanas, kā rezultātā mainās sākotnējo plūsmu tvaika parametri.

Tātad, lai būtu divas (spriešanas vienkāršības labad) tvaika plūsmas ar masas plūsmas ātrumu M 1 un M 2 un tvaika parametriem p 1, v 1, t 1, h 1, s 1 un p 2, v 2, t 2, h 2, s 2 sajauc kamerā un atstāj to ar parametriem p CM, v CM, t CM, h CM, s CM. Ir nepieciešams noteikt maisījuma parametrus.

Ir skaidrs, ka izejas plūsmas masas plūsmas ātrums būs M SM = = M 1 + M 2, un masas daļas g 1 un g 2 ir atbilstošo plūsmu pāris

Radītā problēma ir diezgan vienkārši atrisināma, izmantojot ūdens un tvaika h–s diagrammu. Izmantojot dotos parametrus p 1, t 1 un p 2, t 2, diagrammā atrodam punktus 1 un 2 Ja sajaukšanas process notiek atgriezeniski, tad maisījuma īpatnējā entropija s CM, kā aditīvā vērtība. , tiks noteikts pēc summas s CM = g 1 × s 1 + g 2 × s 2, kas atspoguļo atgriezeniskuma nosacījumu:

Iegūtā maisījuma parametrus atradīsim, savienojot punktus 1 un 2 un nosakot 3. punkta pozīciju attiecībā pret segmentiem l 13 un l 32, kuru garumu nosaka sakarība.

Pierādīsim, ka šāda proporcija apmierina gan atgriezeniskuma nosacījumu, gan siltuma bilances vienādojumu h SM = g 1 × h 1 + g 2 × h 2 .

No trīsstūru 1a3 un 3b2 līdzības izriet vienkārša sakarība

no kurienes mēs to ņemam?

h 3 × g 1 – h 1 × g 1 = h 2 × g 2 – h 3 × g 2.

h 3 × (g 1 + g 2) = h 1 × g 1 + h 2 × g 2.

Ho g 1 + g 2 = 1, kas nozīmē

h 3 = h SM = h 1 × g 1 + h 2 × g 2.

Līdzīgi, analizējot attiecības starp segmentiem l 1 a un l 3 b, var pārliecināties, ka ir izpildīts arī atgriezeniskuma nosacījums.

Patiesībā sajaukšanas process ir neatgriezenisks process, un saskaņā ar otro termodinamikas likumu maisījuma entropija ir lielāka nekā abu plūsmu entropija pirms sajaukšanas:

s CM = g 1 × s 1 + g 2 × s 2 + Ds UNINV.

Parasti tvaika spiedieni maisīšanas kameras ieejās un izejās ir ļoti tuvi, un tos var uzskatīt par vienādiem, t.i. Punkti 1, 2 un 3 H atrodas uz viena un tā paša izobāra:

Ja šādas sajaukšanas laikā tiek piegādāts vai noņemts siltums, tad maisījuma entalpija un entropija papildus mainīsies. Tā kā siltuma apmaiņa šeit notiek pie p = const, entalpijas vērtība mainīsies par siltuma daudzumu, kas iesaistīts siltuma apmaiņā, Dh = q:

Piedāvātā metode ļauj noteikt maisījuma stāvokļa parametrus pat sajaucot vairākas tvaika plūsmas. Šajā gadījumā tvaika stāvokli vispirms nosaka, sajaucot divas plūsmas, pēc tam līdzīgi sajaucot iegūto maisījumu ar trešo plūsmu utt.

Masas daļas katra maisījuma sastāvdaļa tiks noteikta pēc pirmās un otrās plūsmas masas plūsmas ātruma M 1 un M 2 vērtībām. Mitruma saturs d un entalpija h ir aditīvi parametri, tāpēc mēs varam rakstīt

d CM = g 1 × d 1 + g 2 × d 2 un h CM = g 1 × h 1 + g 2 × h 2 = g 1 × h 1 + (1 – g 1) × h 2,

jo g 1 + g 2 = 1.

d 1, d 2, h 1, h 2 vērtības var noteikt no h–d diagrammas, pamatojoties uz dotajām temperatūrām t 1 un t 2 un relatīvo mitrumu j 1 un j 2:

Diagrammā papildus 1., 2. un 3. punktam, kas parāda katras plūsmas un iegūtā maisījuma parametrus, ir attēloti 4., 5. un 6. punkti, kas nepieciešami turpmākai argumentācijai.

Maisījuma parametrus var noteikt, neizmantojot aprēķinus. Lai to izdarītu, jums ir jānovelk taisna līnija caur punktiem 1 un 2 un jāatrod 3. punkta pozīcija, izmantojot iepriekš iegūto attiecību

Veiksim vienkāršākās transformācijas, aizstājot h CM vērtību:

Atliek pierādīt, ka ar šādu segmenta 1–2 dalījumu arī d CM vērtība tiks noteikta pareizi. Lai to izdarītu, mēs pierakstām izvēlēto trīsstūru malu attiecības pret to augstumiem, ņemot vērā, ka šos augstumus nosaka mitruma satura atšķirības d:

No šejienes mēs atradīsim

g 2 × d 2 – g 2 × d SM = g 1 × d SM – g 1 × d 1.

d SM × (g 1 + g 2) = g 1 × d 1 + g 2 × d 2; d SM = g 1 × d 1 + g 2 × d 2.

Pēdējā formula pilnībā atbilst aditivitātes īpašībai.