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

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

2

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.

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.