background image

Termodynamika Techniczna, IŚ, studia niestacjonarne 

© Magdalena Piłat, Arkadiusz Ryfa 2012  

 

Instytut Techniki Cieplnej 

Bilans substancji i równanie stanu 

 
1.

 

Znając udziały molowe powietrza oblicz jego udziały gramowe. 

2.

 

W  mieszalniku  miesza  się 

s

kmol

n

2

,

0

1

=

ɺ

  gazu  składającego  się  z 

2

2

2

,

,

CO

O

N

  w 

udziałach 

15

,

0

;

05

,

0

2

2

=

=

CO

O

Z

Z

  z  dwutlenkiem  węgla 

s

kmol

n

CO

0089

,

0

2

=

ɺ

.  Oblicz 

skład gazu po zmieszaniu. 

3.

 

Oblicz  strumień  masowy 

m

ɺ

  gazu  płynącego  wewnątrz  przewodu,  o  przekroju 

kołowym,  o  średnicy 

D=0,7m.  Parametry  gazu:  skład 

%,

64

2

=

N

 

%,

8

2

=

CO

 

%,

12

=

CO

 

%,

8

2

=

O

H

oraz 

,

2

H

zmierzono  także  nadciśnienie  gazu 

p

m

=0,12MPa

jego temperaturę 

t=220

o

C oraz średnią prędkość 

w=25m/s

4.

 

Do  zbiornika  o  znanej  objętości 

V=10m

3

,  w  którym  znajduje  się  powietrze  o 

parametrach 

p

m1

=1MPa  oraz 

t

1

=27

o

C  doprowadzono  czysty  tlen.  Oblicz  ilość 

doprowadzonego tlenu, jeżeli końcowy udział tlenu w powietrzu w zbiorniku wynosi 
z’’

O2

 =0,3. 

5.

 

W celu wyznaczenia objętości rurociągu łączy się go po zamknięciu jednostronnym ze 
zbiornikiem  o  objętości 

V

z

=5m

3

  zawierającym  powietrze  o  parametrach 

początkowych: 

p

1

=0,6MPa, 

T

1

=300K.  Parametry  powietrza  otaczającego  oraz 

powietrza  w  rurociągu  przed  jego  zamknięciem  wynoszą: 

p

ot

=0,1MPa 

T

ot

=288K.  Po 

wyrównaniu  się  ciśnienia  i  temperatury  zmierzono  nadciśnienie 

p

m2

=0,06MPa  i 

temperaturę 

T

2

=288K. Obliczyć objętość rurociągu. 

6.

 

Roztwór azotu tlenu i pary wodnej o składzie gramowym: 

g

N2

=0,5, 

g

O2

=0,4, 

g

H2O

=0,1 

przepuszczono  przez  naczynie  zawierające  substancję  pochłaniającą  wodę. 
Pozbawiony  pary  wodnej  roztwór  doprowadzono  do  zbiornika  zawierającego  5kg 
gazu  o  składzie  początkowym 

z

N2

=0,85, 

z

O2

=0,14, 

z

H2O

=0,01.  Wyznaczyć  ilość  gazu 

doprowadzonego  i  skład  końcowy  mieszaniny  w  zbiorniku,  jeżeli  udział  gramowy 
tlenu  wzrósł  do  0,3.  Obliczyć  również  ilość  wody  odprowadzanej  z  naczynia 
pochłaniającego. 

7.

 

Aby  zmierzyć  wydajność  sprężarki  zmierzono  parametry  powietrza  w  zbiorniku 
o objętości  10m

3

,  do  którego  je  tłoczy  sprężarka.  Parametry  początkowe 

p

1

=p

ot

=0,1MPa; T

1

=T

ot

=290K. Parametry po czasie 

τ

2

=320s: 

p

m

=0,63MPa, 

T

2

=340K, 

Oblicz wydajność sprężarki.

 

8.

 

Określ  minimalną  ilość  butli  stalowych  o  pojemności 

100  litrów  każda  niezbędnych 

do  zmagazynowania 

200kg  tlenu  o  temperaturze  20

o

C  i  przy  maksymalnym 

nadciśnieniu 

180bar. Przyjąć ciśnienie otoczenia na poziomie 760mmHg. 

9.

 

Wyznacz skład gazu oraz ciśnienie na wylocie z mieszalnika, do którego rurociągiem 
1  dopływa 

n

1

=2kmol/s  gazu  o  składzie  molowym  CH

4

  40%,  C

2

H

2

  21%,  CO

2

  30% 

reszta  N

2

.  Drugim  rurociągiem  o  średnicy 

d

2

=40cm  dopływa,  pod  ciśnieniem 

background image

Termodynamika Techniczna, IŚ, studia niestacjonarne 

© Magdalena Piłat, Arkadiusz Ryfa 2012  

 

Instytut Techniki Cieplnej 

p

2

=2MPa  i  z  prędkością  w

2

=15m/s  mieszanina  azotu  (50%)  oraz  dwutlenku  węgla  o 

temperaturze t

2

=17

o

C. 

10.

 

Do zbiornika zawierającego 124 m

3

n

 gazu o składzie molowym CO

2

 10%, H

2

 2%, CO 

30% reszta N

2

 doprowadzono n

d

=4,2kmol gazu o udziałach molowych CH

4

 80%, N

2

 

14%,  CO

2

  6%.  Oblicz  skład  końcowy  gazu  oraz  jego  ciśnienie,  jeżeli  zbiornik  ma 

objętość 20m

3

, a cały proces przebiega w temperaturze otoczenia. 

11.

 

W  zbiorniku  o  objętości  30m

3

  znajduje  się  zanieczyszczony  tlenkiem  węgla  azot. 

Udział  molowy  azotu  wynosi  92%.  Parametry  początkowe  gazu  w  zbiorniku: 
p

m

=4,3bar  t=600

o

C.  Oblicz  ile  gazu  znajduje  się  w  zbiorniku  oraz  ile  czystego  azotu 

(wynik  wyraź  w  m

3

n

/s,  kg/s,  kmol/s)  trzeba  doprowadzić,  aby  jego  końcowy  udział 

molowy  wyniósł  96%.  Oblicz  parametry  końcowe  gazu  w  zbiorniku  przyjmując,  że 
temperatura gazu w zbiorniku się nie zmienia. 

12.

 

Oblicz  minimalną  średnicę  rurociągu  w  którym  płynie  powietrze  o  parametrach: 
ciśnienie  bezwzględne  1440Tr  oraz  temperatura  t=94

o

C.  Jeżeli  wiadomo,  że 

maksymalna  prędkość  może  wynosić  4  m/s,  a  rurociągiem  płynie  strumień  1,3kg/s. 
Czy  średnica  ta  byłaby  inna,  gdyby  zamiast  powietrza  płynął  wodór?  Odpowiedź 
uzasadnij. 

13.

 

Ze  zbiornika  o  objętości  30m

3

  zawierającego  gaz  o  składzie  molowym  z

N2

=0,33; 

z

O2

=0,67  pod  ciśnieniem  manometrycznym  p

m

=0,3MPa  i  t

1

=25

o

C  pobrano  V

n

=40m

3

n

 

roztworu,  który  następnie  zmieszano  z  czystym  azotem.  Końcowy  udział  molowy 
azotu wynosi 50%. Oblicz niezbędną ilość azotu do tej operacji, końcowy skład gazu 
oraz ciśnienie końcowe w zbiorniku, jeżeli t

2

=t

1

14.

 

W  celu  pomiaru  strumienia  gazu  szczepi  się  go  powietrzem  w  ilości  5e-3  kmol/s,  co 
powoduje  wzrost  udziału  molowego  tlenu  o  2%.  Wyznacz  skład  gazu  oraz  strumień 
gazu  przed  szczepieniem,  jeżeli  molowy  skład  gazu  jest  następujący:  CO

2

=62%, 

CO=30%, reszta O

2

15.

 

Oblicz  ciśnienie  bezwzględne  mieszaniny  azotu  i  metanu  w  zbiorniku,  jeżeli  udział 
gramowy  metanu  wynosi  60%  a  wychylenie  manometru  cieczowego  rtęciowego 
wynosi h=350mm. Ciśnienie otoczenia wynosi 985mbar. Ile m

3

n

 azotu znajduje się w 

zbiorniku,  jeżeli  mieszanina  ma  temperaturę  180

o

C,  a  zbiornik  objętość  3590  litrów. 

Oblicz ile gazu można pomieścić w zbiorniku, jeżeli jego ciśnienie wyniesie 4MPa, a 
temperatura 80

o

C. 

16.

 

Przewodem  rurowym  634x17  przepływa  mieszanina  wodoru  i  helu  o  udziale 
molowym  helu  35%.  Oblicz  strumień  płynącego  gazu  oraz  nadciśnienie,  jeżeli 
prędkość gazu wynosi 12km/h, jego temperatura 35

o

C a gęstość 0,18kg/m

3

.   

17.

 

Rurociągiem  przepływa  strumień  gazu  V=5000m

3

n

/h,  o  składzie  molowym: 

CH

4

=88%,  CO

2

=5%,  O

2

=1%,  N

2

=6%.  Przy  przepływie  tego  gazu  przez  zasuwę 

następuje  zassanie  powietrza  z  otoczenia.  W  celu  wyznaczenia  strumienia  zassanego 
powietrza  zmierzono  udział  molowy  O

w  gazie  za  zasuwą,  wzrósł  on  do  1,5%. 

Obliczyć strumień zasysanego powietrza i wyrazić go w kmol/s, kg/s, m

3

n

/s oraz skład 

chemiczny gazu za zasuwą. 

background image

Termodynamika Techniczna, IŚ, studia niestacjonarne 

© Magdalena Piłat, Arkadiusz Ryfa 2012  

 

Instytut Techniki Cieplnej 

18.

 

Zmierz  temperaturę  t  oraz  ciśnienie  p  powietrza  w  sali  ćwiczeniowej  i  oblicz  na  tej 

podstawie  gęstość 

ρ

,  objętość  właściwą  v  oraz  molowa  objętość  właściwą  (Mv) 

powietrza.  Następnie  uwzględniając  objętość  sali  oblicz  masę  zawartego  w  niej 
powietrza.  

19.

 

Oblicz  strumień  gazu  płynącego  wewnątrz  rurociągu  o  740x20mm.  Parametry  gazu: 
skład molowy CO

2

 8%, H

2

O 4%, H

2

 2%, CO 28% reszta N

2

, ciśnienie manometryczne 

gazu  wynosi  p

m

  =  1,1bar,  temperatura  T=550K  a  średnia  prędkość  w=30m/s.  Wynik 

podaj w m

3

n

/s, kg/s, kmol/s oraz m

3

/s.