Газовая смесь

Газовые смеси - это газы, состоящие как минимум из двух различных химических элементов или химических соединений .

Самая известная и самая распространенная газовая смесь - это воздух в атмосфере Земли . Газовые смеси всегда представляют собой однородные смеси веществ .

Смешанные свойства

Физические свойства газовых смесей можно приблизительно рассчитать на основе физических свойств отдельных компонентов с помощью правил интерполяции и смешивания . В следующих обозначает молярную массу, мольная доля и массовая доля от -х видов (компонент) газовой смеси. ${\ displaystyle M_ {i}}$${\ displaystyle x_ {i}}$${\ displaystyle w_ {i}}$${\ displaystyle i}$

К идеальным смесям применимы следующие соотношения:

Средняя молярная масса :
${\ displaystyle M = \ sum _ {i} x_ {i} M_ {i} = \ left (\ sum _ {i} {\ frac {w_ {i}} {M_ {i}}} \ right) ^ { -1}}$

Массовая доля :
${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {x_ {i} M_ {i}} {M}}}$

Плотность :(см . Закон Амагата )
${\ Displaystyle \ rho (T) = \ left (\ sum _ {i} {\ frac {w_ {i}} {\ rho _ {i} (T)}} \ right) ^ {- 1}}$

Удельная энтальпия :
${\ Displaystyle ч (Т) = \ сумма _ {я} ш_ {я} \ cdot ч_ {я} (Т)}$

Удельная теплоемкость :
${\ Displaystyle с (Т) = \ сумма _ {я} w_ {я} \ cdot c_ {я} (Т)}$

Удельная энтропия :
${\ displaystyle s (T) = \ sum _ {i} w_ {i} \ cdot s_ {i} (T) + R \ cdot \ sum _ {i} {\ frac {w_ {i}} {M_ {i }}} \ cdot \ ln \ left ({\ frac {M_ {i}} {Mw_ {i}}} \ right)}$

Коэффициент диффузии :
${\ displaystyle D_ {im} = {\ frac {1-x_ {i}} {\ sum _ {j} {\ frac {x_ {j}} {D_ {ij}}}}}}}$

${\ displaystyle D_ {ij}}$- коэффициент диффузии частиц в компоненте${\ displaystyle i}$${\ displaystyle j}$

${\ displaystyle D_ {im}}$коэффициент диффузии частиц в смеси.${\ displaystyle i}$

Вязкость и теплопроводность :${\ displaystyle \ eta}$ ${\ displaystyle \ lambda}$
${\ textstyle \ eta (T) = \ sum _ {i} {\ frac {x_ {i} \ eta _ {i} (T)} {x_ {i} \ sum _ {j} x_ {j} \ Phi _ {ij} (T)}}}$

${\ displaystyle \ lambda (T) = \ sum _ {i} {\ frac {x_ {i} \ lambda _ {i} (T)} {\ sum _ {j} x_ {j} \ Phi _ {ij} (T)}}}$ (Формула смешивания по Васильеве)

Согласно Мэйсону и Саксене, поправочные коэффициенты зависят от коэффициентов вязкости и молярных масс компонентов:${\ displaystyle \ Phi _ {ij} (T)}$${\ Displaystyle \ eta _ {я} (Т)}$${\ displaystyle M_ {i}}$

${\ displaystyle \ Phi _ {ij} (T) = {\ frac {1} {2 {\ sqrt {2}}}} \ left (1 + {\ frac {M_ {i}} {M_ {j}}) } \ right) ^ {- {\ frac {1} {2}}} \ cdot \ left [1+ \ left ({\ frac {\ eta _ {i} (T)} {\ eta _ {j} ( T)}} \ right) ^ {\ frac {1} {2}} \ cdot \ left ({\ frac {M_ {j}} {M_ {i}}} \ right) ^ {\ frac {1} { 4}} \ right] ^ {2}}$

Адиабаты
The адиабаты идеальных результатов газовой смеси из адиабаты отдельных компонентов: ${\ displaystyle \ kappa}$${\ displaystyle \ kappa _ {я}}$

${\ displaystyle \ kappa = {\ frac {\ sum _ {i} {\ frac {x_ {i} \ cdot \ kappa _ {i}} {\ kappa _ {i} -1}}} {\ sum _ { i} {\ frac {x_ {i}} {\ kappa _ {i} -1}}}}}$

Газосмесители и газосмесители

Технические газовые смеси создаются с помощью газовых смесителей и газосмесительных систем (другие названия также, например, газовые смесители, смесители, газовые смесительные станции или газовые смесительные установки) из отдельных газов или из уже смешанных газов (газовых смесей), например Б. как

• Защитный газ для сварочной техники (например, Ar / CO ₂ )
• Синтетический воздух для медицины или химической промышленности (смеси воздуха с кислородом для обогащенного воздуха или воздуха или кислорода с азотом для обедненного воздуха )
• Защитный газ для пищевой промышленности (например, N ₂ / CO ₂ )
• Реакционный газ для технологии термической деформации (например, Ar / O ₂ / H ₂ )
• Формовочный газ для сталеплавильных и прокатных станов (например, N ₂ / H ₂ ) или защитный газ, увлажненный водяным паром ( N ₂ / H ₂ / H ₂ O )
• Формовочный газ для производства стекла (например, N ₂ / H ₂ )
• Добавка CO ₂ в биотехнологии для газирования ферментеров z. Б. для регулирования pH среды
• Контрольный газ для высокой точности анализа благодаря высокой чистоте и малым допускам на изготовление

Эти и многие другие газовые смеси используются во многих отраслях промышленности, например. Б.

• Завод и машиностроение
• Автомобильная промышленность
• химия
• Черные / цветные металлы
• источник питания
• Гальваника
• Стекольная промышленность
• Полупроводниковые технологии
• Строительство промышленных печей
• Синтетические смолы
• Обработка меди
• пищевая промышленность
• Медицинские технологии
• Фармацевтическая индустрия
• Сварка и лазерная техника
• стали
• Верфи

Газосмесители в основном используются для серийно выпускаемых устройств с производительностью от нескольких литров в минуту до примерно 500 Нм³ / ч. С другой стороны, газосмесительные системы обычно относятся к устройствам с более высокими уровнями производительности, которые могут достигать 10 000 Нм3 / ч и которые индивидуально проектируются и изготавливаются.

Газосмесители обычно используются, когда требуется одна или несколько газовых смесей в больших количествах или смеси с различными компонентами. В таких случаях использование местного газосмесителя или газосмесительной системы более экономично, чем внешняя подача газов в газовых баллонах или газовых пучках. Например, экономичное использование газовых смесителей для создания типичной сварочной газовой смеси (8% CO ₂ в 92% аргона ) начинается примерно с пяти точек сварки, в зависимости от закупочной цены газа и рабочего цикла. При нормальном потоке материала в этих местах ежемесячная потребность в газе составляет 750 литров (что соответствует примерно 40 баллонам объемом 18 л), так что можно получить экономию, если несмешанные газы и смеси будут закупаться на месте с помощью газового смесителя. . То же самое относится к переменным точкам газа, таким как больницы, промышленные предприятия, измерительные системы и аналогичные приложения с переменными помехами.

Смесители газа могут использоваться как статические, т.е. ЧАС. с одним или несколькими регулирующими клапанами или в виде динамических систем, то есть с автоматическими регулирующими клапанами. Газовые смеси часто проверяются газоанализатором, хранятся в буферных контейнерах и нормализуются по давлению перед отправкой на место потребления.

Виды смешанной техники

Газосмесители могут быть выполнены в четырех различных вариантах. Разница заключается в используемой технике смешивания и определяется предполагаемым использованием.

• Смеситель газа с механическим смесительным клапаном

• Смеситель газа с электронным смесительным клапаном

• Смеситель газа с пневматическим регулятором массового расхода

• Смеситель газа с регулятором массового расхода

Смеситель газа с механическим смесительным клапаном

Смесители газа с механическими смесительными клапанами использовались с раннего средневековья . Этот процесс можно использовать для надежного получения газовых смесей из всех газов . Механический смесительный клапан имеет входы для газа и выход для смешанного газа. Поворачивая клапан , можно регулировать расход отдельных газов во взаимодействии отверстий и поршней, создавая таким образом требуемую газовую смесь. Смесители газа с механическими смесительными клапанами подходят для непрерывной экстракции или, с газовым баллоном, также для периодической экстракции.

Смеситель газа с электрическим смесительным клапаном

Как и в случае с механическим смешиванием, сюда перемещаются пропорциональные или индивидуальные смесительные клапаны для входящего газа. Поршень, соединенный с различными отверстиями, регулирует расход газов и, таким образом, производит желаемую смесь. В отличие от газовых смесителей с механическими смесительными клапанами, электрические смесительные клапаны управляются не вручную с помощью поворотной ручки, а с помощью электродвигателей. Эти электродвигатели обычно управляются через электронную систему управления.

Газосмеситель с пневматическим регулятором расхода

Газы смешиваются пневматически с помощью спеченного тела . В зависимости от соотношения смешивания, отдельным газам для потока дается площадь поверхности спеченного тела разного размера.

Смеситель газа с регулятором расхода

В отличие от механического смесителя газа, здесь регулируются объемные потоки каждого отдельного газа. Контроллер массового расхода (MFC) используется для каждого газа. Объемный расход газов регистрируется в соответствующем контроллере массового расхода посредством теплопроводности, а затем регулируется.

Только после этого объемные потоки отдельных газов объединяются в смесь. Это позволяет создать систему управления, которая уравновешивает массовый расход газов против мешающих влияний, таких как колебания давления или влияния температуры.

Примеры

• Дыхательный газ
• Формовочный газ
• Защитный газ
• Инертный газ для пищевых продуктов
• Скудный воздух

Классификация по схеме химических веществ

литература

1. ^ ^{A b} Томас А. Дэвидсон: простой и точный метод расчета вязкости газовых смесей . Ред .: Департамент внутренних дел США Брюс Бэббит, секретарь ГОРОДСКОГО БЮРО. 1993 Уравнения вязкости. 
2. ^ VDI Общество технологических процессов и химической инженерии (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6-е издание, VDI-Verlag, Дюссельдорф, 1991 г.
3. ↑ Mason, EA, and SC Saxena: Phys. Жидкости 1 (1958), 361
4. ↑ Отрасли / Ссылки | LT газовая технология. В кн . : LT Gas Technology. Проверено 7 апреля 2016 года . 
5. ↑ Смеситель газовый серии. Проверено 17 февраля 2020 года . 
6. ↑ Смеситель газа. Проверено 20 сентября 2019 года . 
7. ↑ Бингенхаймер, Клаус: Воздухонагреватели средневековья: о типологии и развитии технико-исторического феномена . Ред .: Verlag Dr. Ковач. Ковач, Гамбург, 1998 г., ISBN 3-86064-788-1 . 

веб ссылки

Викисловарь: газовая смесь  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

• Расчет теплопроводности газовых смесей с улучшенными коэффициентами взаимодействия, В: Компьютерная программа для расчета сложных химических равновесных составов и приложений , Справочная публикация НАСА 1311, 1994, стр. 22