Luku 13 KAASUSEOKSET

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Luku 13 KAASUSEOKSET"

Sofia Haavisto
5 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Thermodynamics: An Engineering Approach, 7 th Edition Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, 2010 Luku 13 KAASUSEOKSET Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Tavoitteet Johdetaan sääntöjä reagoimattomien kaasuseosten ominaisuuksien määrittämiseen kaasuseoksen koostumuksesta ja yksittäisten komponenttien koostumuksesta. Määritellään suureet, joita käytetään kuvaamaan seoksen koostumusta, kuten massaosuus, mooliosuus ja tilavuusosuus. Sovelletaan sääntöjä ideaalikaasujen ja reaalikaasujen ominaisuuksien määrittämiseen. Ennustetaan kaasuseoksen P-v-T käyttäytymistä, käyttäen Dalton in lakia summautuvista paineista ja Amagat in lakia summautuvista tilavuuksista. Tehdään sekoitusprosessien energia- ja exergiaanalyysi. 2 1

KAASUSEOKSEN KOOSTUMUS: MASSA- JA MOOLIOSUUDET Seoksen ominaisuuksien

yhtäsuuri kuin sen komponenttien massojen summa.

Gravimetrinen analyysi: määritetään jokaisen komponentin massa Reagoimattoman

2 KAASUSEOKSEN KOOSTUMUS: MASSA- JA MOOLIOSUUDET Seoksen ominaisuuksien määrittämiseksi, täytyy tuntea seoksen koostumus samoin kuin osakomponenttien ominaisuudet. Käytössä on kaksi tapaa määritellä seoksen koostumus: Seoksen massa on yhtäsuuri kuin sen komponenttien massojen summa. Molaarinen analyysi: määritetään jokaisen komponentin moolien lukumäärä Gravimetrinen analyysi: määritetään jokaisen komponentin massa Reagoimattoman seoksen moolien lukumäärä on yhtäsuuri kuin sen komponenttien moolimäärien summa. Massaosuus Mooliosuus 3 Näennäinen (tai keskimääräinen) molaarinen massa Seoksen massa- ja mooliosuuksien summa on yhtäsuuri kuin 1. Kaasuvakio Seoksen molaarinen massa Seoksen massa- ja mooliosuuksien yhtälö Seoksen mooliosuuksien summa on yhtäsuuri kuin

KAASUSEOSTEN P-v-T KÄYTTÄTYMINEN : IDEAALI- JA REAALIKAASUT Dalton in laki summautuvista paineista sovellettuna kahdelle ideaalikaasulle.

Kaasuseoksen P-v-T käyttäytymisen ennustaminen perustuu yleensä kahteen malliin: Dalton in laki summautuvista paineista: Kaasuseoksen paine on yhtäsuuri kuin osakaasujen paineiden, jonka ne

Amagat in laki summautuvista tilavuuksista: Kaasuseoksen tilavuus on yhtäsuuri kuin niiden tilavuuksien, jonka jokainen osakaasu veisi jos se esiintyisi yksin seoksen lämpötilassa ja

3 KAASUSEOSTEN P-v-T KÄYTTÄTYMINEN : IDEAALI- JA REAALIKAASUT Dalton in laki summautuvista paineista sovellettuna kahdelle ideaalikaasulle. Amagat in laki summautuvista tilavuuksista sovellettuna kahdelle ideaalikaasulle. Kaasuseoksen P-v-T käyttäytymisen ennustaminen perustuu yleensä kahteen malliin: Dalton in laki summautuvista paineista: Kaasuseoksen paine on yhtäsuuri kuin osakaasujen paineiden, jonka ne muodostaisivat jos se esiintyisivät yksin seoksen tilavuudessa ja lämpötilassa, summa. Amagat in laki summautuvista tilavuuksista: Kaasuseoksen tilavuus on yhtäsuuri kuin niiden tilavuuksien, jonka jokainen osakaasu veisi jos se esiintyisi yksin seoksen lämpötilassa ja paineessa, summa. 5 Daltonin laki Amagatin laki Tarkka ideaalikaasuille, approksimaatio reaalikaasuille P i komponentin paine P i /P m paineosuus V i komponentin tilavuus V i /V m tilavuusosuus Ideaalikaasuille, Dalton in ja Amagad in lait ovat identtisiä ja antavat identtiset tulokset. Tilavuutta, jonka komponentti veisi, jos se esiintyisi yksin seoksen T:ssa ja P:ssa, kutsutaan komponentin tilavuudeksi (ideaalikaasuille, se on yhtäsuuri kuin osatilavuus y i V m ). 6 3

Ideaali-kaasuseokset Tämä yhtälö pätee vain ideaali-kaasuseoksille, koska se on johdettu olettaen ideaali-kaasun kaltainen käyttätyminen kaasuseokselle ja sen jokaiselle komponentille.

Huomaa, että ideaalikaasuseoksen komponentin mooliosuus, paineosuus ja tilavuusosuus ovat identtisiä.

määritetään joko tilassa T m ja V m (Dalton in laki) tai tilassa T m ja P m (Amagat in laki) jokaiselle yksittäiselle kaasulle. Dalton in laki antaa tarkempia tuloksia alhaisessa paineessa.

4 Ideaali-kaasuseokset Tämä yhtälö pätee vain ideaali-kaasuseoksille, koska se on johdettu olettaen ideaali-kaasun kaltainen käyttätyminen kaasuseokselle ja sen jokaiselle komponentille. Suuretta y i P m kutsutaan osapaineeksi (reaalikaasun komponenttipaineelle) ja suuretta y i V m kutsutaan osatilavuudeksi (identtinen reaalikaasun komponentin tilavuudelle). Huomaa, että ideaalikaasuseoksen komponentin mooliosuus, paineosuus ja tilavuusosuus ovat identtisiä. Ideaalikaasuseoksen koostumus (kuten polttokammiosta lähtevien savukaasujen) määritetään usein tilavuusanalyysin avulla (Orsat-analyysi) 7 Kokoonpuristuvuuskerroin Reaalikaasuseokset Kay n sääntö Z i määritetään joko tilassa T m ja V m (Dalton in laki) tai tilassa T m ja P m (Amagat in laki) jokaiselle yksittäiselle kaasulle. Dalton in laki antaa tarkempia tuloksia alhaisessa paineessa. Keino ennustaa reaalikaasuseoksen P- v-t käyttäytymistä on käyttää seoksen kokoonpuristuvuuskerrointa. Toinen tapa ennustaa reaalikaasuseoksen P-v-T käyttäytymistä on olettaa se pseudopuhtaaksi aineeksi ja käyttää sen kriittisiä ominaisuuksia. Z m määritetään näiden pseudokriittisten ominaisuuksien avulla. Tulos Kay n säännön avulla on oikea noin10% tarkkuudella laajalla lämpötila- ja painealueella. 8 4

5 KAASUSEOSTEN OMINAISUUDET: IDEAALI- JA REAALIKAASUT Kaasuseoksen ekstensiiviset ominaisuudet Kaasuseosten ominaisuuksien muutokset Seoksen ekstensiiviset ominaisuudet määritetään yksinkertaisesti summaamalla sen komponenttien ominaisuudet. 9 Kaasuseoksen ekstensiiviset ominaisuudet Ominaisuudet massayksikköä kohden sisältävät massaosuuksia (mf i ) ja ominaisuudet mooliyksikköä kohden sisältävät mooliosuuksia (y i ). Yhtälöt ovat eksakteja ideaalikaasuseoksille ja approksimaatioita reaali-kaasuseoksille. Seoksen intensiiviset ominaisudet määritetään painotettujen keskiarvojen avulla. 10 5

Ideaali-kaasuseokset Gibbs Dalton laki: Ideaali-kaasuapproksimaatiota käytettäessä, kaasun ominaisuuksiin ei vaikuta muiden kaasujen läsnä olo ja jokainen kaasukomponetti seoksessa käyttäytyy kuin se

Ideaalikaasun h, u, c v, ja c p riippuvat vain lämpötilasta ja ovat riippumattomia ideaalikaasuseoksen paineesta tai tilavuudesta.

6 Ideaali-kaasuseokset Gibbs Dalton laki: Ideaali-kaasuapproksimaatiota käytettäessä, kaasun ominaisuuksiin ei vaikuta muiden kaasujen läsnä olo ja jokainen kaasukomponetti seoksessa käyttäytyy kuin se esiintyisi yksin seoksen lämpötilassa T m ja seoksen tilavuudessa V m. Ideaalikaasun h, u, c v, ja c p riippuvat vain lämpötilasta ja ovat riippumattomia ideaalikaasuseoksen paineesta tai tilavuudesta. Osapaineita (ei seoksen painetta) käytetään ideaalikaasuseosten entropiamuutosten arviointiin. 11 Reaali-kaasuseokset T ds yhtälö kaasuseokselle Tämä yhtälö ehdottaa, että luvussa 12 johdettuja reaalikaasujen yleistettyjä ominaisuusyhtälöitä ja käyrästöjä voidaan käyttää myös reaalikaasuseosten komponenteille. Mutta jokaisen komponentin T R ja P R pitää arvioida käyttäen T m ja P m. Jos V m ja T m on määritetty P m ja T m sijaan, arvioi P m käyttäen Dalton in summautuvien paineiden lakia. Toinen tapa on käsitellä seos pseudopuhtaana aineena, jolla on pseudokriittiset ominaisuudet, jotka on määritetty komponenttikaasujen kriittisten ominaisuuksien avulla käytäen Kay n sääntöä. Ei-ideaalikaasuseosten ominaisuuksien ennustaminen on vaikeaa erilaisten molekyylien vuorovaikutusten vuoksi. 12 6

7 Yhteenveto Kaasuseoksen koostumus: Massa- ja mooliosuudet Kaasuseosten P-v-T käyttäytyminen Ideaali-kaasuseokset Reaali-kaasuseokset Kaasuseosten ominaisuudet Ideaali-kaasuseokset Reaali-kaasuseokset 13 7

Samankaltaiset tiedostot

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

Thermodynamics: An Engineering Approach, 7 th Edition Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, 2011 Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission