Газовая смесь при нормальных условиях (н.у.), то есть при нормальной температуре Тн =273,15 К и нормальном давлении рн =101325 Па, имеет объем Vсм=3 м3.
Химический состав смеси задан объемными процентами компонентов, входящих в смесь:
СО2=11 %; СО=1 %; Н2О=25 %; О2= -; N2=60 %; Н2=3 %.
В изобарном процессе за счет подвода теплоты смесь нагревается от начальной температуры t1=700 оС до конечной t2=400 оС.
В задании требуется рассчитать следующие величины:
1. плотность смеси ρсм, кг/м3;
2. массу смеси Мсм, кг;
3. приведенные объемы компонентов смеси при н.у.:
VCO2, VCO, VH2O, VO2, VN2, VH2, м3;
4. массовые доли компонентов смеси:
gCO2, gCO, gH2O, gO2, gN2, gH2,
5. массу каждого компонента смеси:
MCO2, MCO, MH2O, MO2, MN2, MH2, кг;
6. газовую постоянную смеси Rсм, Дж/(кг ∙кг);
7. кажущуюся (среднюю) молярную массу смеси μсм, Дж/моль;
8. парциальные давления компонентов смеси:
pCO2, pCO, pH2O, pO2, pN2, pH2, Па;
9. число молей смеси νсм, моль.
10. число молей каждого компонента:
νCO2, νCO, νH2O, νO2, νN2, νH2, моль;
11. рассчитать двумя способами плотность каждого компонента:
ρCO2, ρCO, ρH2O, ρO2, ρN2, ρH2, кг/м3;
(исходя из определения плотности и из следствия закона Авогадро при н.у.);
12. в интервале от t1 до t2 рассчитать значения средних удельных теплоемкостей смеси:
13. по полученным значениям средних удельных массовых теплоемкостей рассчитать значение показателя адиабаты k;
14. для изобарного процесса, в котором температура смеси меняется от t1 до t2 , рассчитать теплоту процесса Q, Дж.
Нужно полное решение этой работы?
Решение
1. Молярная масса смеси:
μсм=i(ri⋅μi)=rCO2⋅μCO2+rCO⋅μCO+rH2O⋅μH2O+rO2⋅μO2+rN2⋅μN2+rH2⋅μH2=
=11100⋅0,044+1100⋅0,028+25100⋅0,018+0100⋅0,032+60100⋅0,028+3100⋅0,002=
=0,00484+0,00028+0,0045+0+0,0168+0,00006=0,02648 кгмоль.
2. Определяем массовый состав смеси, воспользовавшись формулами:
gi=ri⋅μii(ri⋅μi) и igi=1.
Тогда массовые доли компонентов смеси равны:
gCO2=rCO2⋅μCO2μсм=0,004840,02648=0,183;
gCO=rCO⋅μCOμсм=0,000280,02648=0,0105;
gH2O=rH2O⋅μH2Oμсм=0,00450,02648=0,170;
gO2=rO2⋅μO2μсм=00,02648=0;
gN2=rN2⋅μN2μсм=0,01680,02648=0,634;
gH2=rH2⋅μH2μсм=0,000060,02648=0,00226.
Сделаем проверку:
g= igi=0,183+0,0105+0,170+0+0,634+0,00226=0,99976≈1.
3. Определяем удельные газовые постоянные смеси R0=8,314 Джмоль⋅К:
Rсм=R0μсм=8,3140,02648=286,4Джмоль⋅К.
4. Определяем масса смеси:
Pн∙Vсм=Mсмμсм∙R∙Tн;
откуда
Mсм=Pн∙Vсм·μсмR∙Tн=101325∙3·0,02648286,4·273,15=0,092 кг
.
5. Определяем объемы компонентов смеси при н.у:
VCO2=rCO2·Vсм=11·3100=0,33 м3;
VCO=rCO·Vсм=1·3100=0,03 м3;
VH2O=rH2O·Vсм=25·3100=0,75 м3;
VO2=rO2·Vсм=0·3100=0 м3;
VN2=rN2·Vсм=60·3100=1,8 м3;
VH2=rH2·Vсм=3·3100=0,09 м3.
Сделаем проверку:
Vсм=0,33+0,03+0,75+0+1,8+0,09=3 м3.
6. Определяем плотность смеси:
ρсм=MсмVсм=0,923=0,307 кгм3.
7. Определяем парциальные давления компонентов смеси, используя формулы:
pi=ri⋅Pсм=ri⋅Pн.
Получаем парциальные давления компонентов смеси:
pCO2=rCO2⋅Pн=11100⋅101325=11145,75 (Па);
pCO=rCO⋅Pн=1100⋅101325=1013,25 (Па);
pH2O=rH2O⋅Pн=25100⋅101325=25331,25 (Па);
pO2=rO2⋅Pн=0100⋅101325=0 (Па);
pN2=rN2⋅Pн=60100⋅101325=60795 (Па);
pH2=rH2⋅Pн=3100⋅101325=3039,75 Па.
Согласно закону Дальтона:
Pсм=11145,75+1013,25+25331,25+0+60795+3039,75=101325 Па
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
