Газы и их смеси

Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях одно и то же число молекул любого газа занимает один и тот же объем. С другой стороны, 1 моль любого вещества содержит одинаковое число частиц. Таким образом, при нормальных условиях (Р₀ = 101,325 кПа и Т₀ = 273,15 К) 1 кмоль любого газа занимает объем 22,4 м³. В этом случае мольный расход смеси находят по ее объемному расходу:

N_см = V_см/22,4. (1.11)

Измерения объемов газов обычно проводят в условиях, отличных от нормальных. Для приведения объема газа к нормальным условиям можно пользоваться уравнением, объединяющим законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

PV/T= P₀V₀/T₀ (1.12)

Здесь V – объем газа при давлении P и температуре T; V₀ – объем газа при нормальном давлении P₀ и температуре T₀.

Мольные массы газов вычисляют по уравнению Клапейрона - менделеева

PV = mRT/M, (1.13)

где P- давление газа, кПа; V – объем, м³; m – масса, кг; M – молярная масса, кг/кмоль; R- универсальная газовая постоянная (8,314 кДж/кмоль×К)

Рассмотренные соотношения справедливы лишь при очень малых давлениях.

Воздух представляет собой природную газовую смесь, состав которой для технических расчетов приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Состав воздуха для технических расчетов

Различные газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях. При этом каждый газ, входящий в состав смеси, характеризуется своим парциальным давлением. По закону Дальтона давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме давлений газов, составляющих смесь.

Парциальное давление i-го компонента р_i в газовой смеси определяется его мольной долей в этой смеси:

р_i = P×n_i. (1.14)

где Р - общее давление, кПа.

Таблица 1.2.

Давление насыщенного водяного пара (Р_н.п) при различных температурах

Плотность любого газа или газовой смеси r (кг/м³) можно рассчитать по формуле:

r_(Р,Т)=M/V _(Р,Т), (1.15)

где V _(Р,Т) – объем газовой смеси при данных условиях.

Для идеальных газов и их смесей при нормальных условиях

r_н,i=M_i/ 22,4 и r_н,см=M_см/ 22,4. (1.16)