1.3. Свойства газовых смесей 1.3.1. Газовая смесь

Под газовой смесью понимается механическая смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ в смеси, независимо от других газов, полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объём смеси.

Все реальные газы в интересующем нас диапазоне температур (от минус 50 до 50°С) и атмосферном или близком к нему давлении полностью подходят под понятие идеального газа. При дальнейшем рассмотрении будем считать, что каждый отдельный газ, входящий в смесь, является идеальным газом. Так как смесь состоит из нескольких компонентов, то её состояние не может быть определено лишь двумя параметрами. Для смеси необходимы дополнительные величины, характеризующие состав смеси.

1.3.2. Состав газовой смеси

Состав смеси идеальных газов может быть задан массовыми долями gj, т. е. отношением массы компонента смеси к массе всей смеси т

«,=-i,a=.....g„ = . (1.13)

"см "см "см

При этом

gl + g2 + ... + g„ = Ig, = l.

Часто состав смеси идеальных газов задают объёмными долями г, т. е. отношением парциального объёма компонента к

объёму смеси V

г,=-, Г2=,-,г„=. (1.14)

см см см

«««««««««««««««««««« 1.3. Свойства газовых смесей ********************

При этом

vi+V2+--+v„ = ivi = Vcu;

Г1+Г2 + ... + г„ =ir,- =1.

Под парциальным объёмом газа понимают объём, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление соответствовали температуре и давлению смеси.

Соотношения между массовыми и объёмными концентрациями имеют вид

или (1.15)

М/ *см li см

Примеры

Пример 1.9. Состав сухого воздуха задан массовыми долями: азот - =0.7552; кислород - =0,2315, остальные компоненты -

= 0,0133. Определить: объём смеси, парциальные объёмы и объёмные доли компонентов для 1 кг сухого воздуха при нормальных условиях. Принять: =28,0134 кг/кмоль, = Z""" =

Рс.в =28,912 кг/кмоль, pj,g = 1,29 кг/м.

Используя формулу (1.13), найдём массу компонентов "N2 = «c.BN2 = 1 • 0.7552 = 0,7552 кг;

=0,2315 кг; тк = 0,0133 кг.

Из соотношения (1.15) g. = --fj найдем объёмные доли компонентов

=g bj. = 0,7552- = 0,7794; 2 N2 28,0134

98 Q19

Го =0,2315- =0,2092; "2 31,9988

гк = 0,0133- = 0,01138; " 33,786

************* 1, Термодинамика идеальных газов и смесей ••••••••*****

гсь = 1п = 0,7794 + 0,2092 + 0,01138 = 0,99998. 1

Объём сухого воздуха

Кс.в = = 7 = 0,7752 м1 Рев 1.29

Парциальные объёмы компонентов составят

= сз = 0,6042 м = vq V = 0,1622 м

=ксв =0,00882м IF,. = 0,7752м1

Пример 1.10. Общий объём помещения 25 м. Используя данные примера 1.9 для сухого воздуха, определить массу и объём компонентов. Масса сухого воздуха в помещении

«с.в = Рс.вс.в = и9-25 = 32,25кг. Масса компонентов = mgi будет составлять

тщ =32,25 0,7552 =24,355 кг; =32,25 0,2315 = 7,466 кг;

=32,25 0,0133 = 0,429 кг.

Объём, занимаемый компонентами, можно определить по формуле VinVcM-

Ущ =0,7794-25 = 19,485 м Vq = 0,2092-25 = 5,230 м F„ =0,01138-25 = 0,285м

1.3.3. Закон Дальтона

Как известно, смесь идеальных газов подчиняется закону Дальтона, который гласит, что общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов р,-, составляющих смесь,

P<,u = P\-P2-----Pn = Pi- (1-16)

Под парциальным давлением понимают такое давление, которое имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он находился в том же количестве, в том же объёме и при той же температуре, что и в смеси.