Способы выражения состава.

Способ выражения состава		Обозначение содержания компонента А		Международные обозначения
Название величины	Значение величины	в жидкой фазе	в газовой фазе
Молярная доля		x	y	х, у
Массовая доля				w
Относительная молярная доля		X	Y	X, Y
Относительная массовая доля				W
Молярная концентрация		Cx	Cy	c
Массовая концентрация
Объёмная доля		xV	y	φ

Примечание: объёмная доля для газов равна молярной доле и обозначается y; объёмная доля для жидкостей обозначается также как и молярная доля х, но, поскольку для жидкостей это разные величины, в скобках делается пометка, например х = 10% (об.). Допускается также использование нижнего индекса х_v.

Расчёт плотности и вязкости.

Плотность газа при температуре Т (К) и давлении р:

, где.

Здесь Т₀ = 273 К,р₀ = 760 ммHg= 1,013·10⁵Па,V_m = 22,4 м³/кмоль.

Плотность смеси газов:

.

Плотность смеси жидкостей:

;

формула плохо применима к смесям жидкостей со значительным объёмным эффектом смешения, таким как вода–этанол.

Плотность суспензий:

.

Вязкость газа при температуре Т (К):

,

где С– постоянная Сатерленда [1, табл.V].

Вязкость смеси газов:

.

Для коксового, генераторного и подобных им газов:

,

где Т_{кр i}– критическая температураi-го компонента, К [1, табл.XI].

Вязкость смеси жидкостей

через молярные доли:

;

через объёмные доли:

.

Вязкость суспензий:

при

;

при

.

Семинар 2.

Задача 1.

Определить объём воды и 96%-го (объёмные %) раствора этанола необходимые для получения 1 м³40%-го раствора этанола. Температуру жидкостей принять равной 20°С.

Дано: φн= 96% (об.), φк= 40% (об.), V40% = 1 м^3, t= 20°C.

Найти: Vв ,V96% .

Схема аппарата:

Решение.

В зависимости от способа приготовление растворов объёмные доли могут быть рассчитаны по двум различным формулам:

(1) и(2)

Вторая формула применима к растворам, приготовленным в лабораторных условиях, когда определённый объём спирта помещается в мерный цилиндр, а затем объём доводится дистиллированной водой до метки.

В промышленности, где имеют дело с большими объёмами, применима первая формула, которую мы и будем использовать в дальнейших расчётах.

Выведем формулу для пересчёта объёмных долей в массовые:

(3).

Аналогично могут быть получены формулы для пересчёта массовых долей в молярные и молярных долей в массовые, соответственно:

(4),(5).

Таблица пересчёта одних концентраций в другие приведена в [1, с. 283, табл. 6.2], в начале главы 6 «Основы массопередачи. Абсорбция».

По формуле (3) производим пересчёт объёмных долей в массовые для 40%-го и 96%-го растворов:

,.

Исходя из ближайших табличных значений плотностей водных растворов этанола, найдём плотности наших растворов методом линейной интерполяции:

Плотности водных растворов этилового спирта при 20^оС [1, табл.IV].
Масс. % спирта.	Плотность, кг/м^3.
100	789
80	843
60	891
40	935
20	969
0	998

Из подобия большого и малого (заштрихованного) треугольников получаем соотношения:

;.

Следовательно, плотности 40 и 96%-ного растворов соответственно равны:

,.

Рассчитаем массу 40%-го раствора этанола:

.

Рассчитаем массу этанола, содержащегося в растворе:

.

Рассчитаем массовый расход 96%-го раствора этанола:

.

Рассчитаем массу воды, необходимой для разбавления 96%-го раствора:

.

Рассчитаем объём 96%-го раствора этанола:

.

Рассчитаем объём воды, необходимой для разбавления 96%-го раствора:

.

Рассчитаем объёмный эффект смешения:

.

Задача 2.

При синтезе аммиака из водорода и азота на выходе из реактора получают смесь, содержащую 12% (об.) аммиака, 22% (об.) азота и 66% (об.) водорода. Температура смеси 500°С, давление 30 МПа. Определить плотности компонентов и плотность смеси.