Получение газовых смесей
Получение газовых смесей: обзор методов и применений
В учебном пособии В.Л. Бондаренко рассматривается широкий спектр вопросов, связанных с получением и применением газовых смесей, уделяя особое внимание смесям на основе редких газов и их роли в современных технологиях. Книга предназначена для студентов, изучающих криогенную технику, и представляет собой структурированный обзор основных понятий, методов и практических примеров.
Общие сведения и области применения
В первой главе вводятся основные понятия, такие как "чистое вещество", "смесь", "компонент" и различные способы выражения состава смеси (объемные, молярные, массовые доли). Подчеркивается важность газовых смесей в современных технологиях, особенно в создании защитных сред, осветительных приборах, сварочных процессах и эксимерных лазерах. Приводятся примеры применения смесей на основе инертных газов в медицине (гелиокс, ксенон), для глубоководных погружений и в качестве эталонных газовых смесей для метрологического обеспечения.
Газовые смеси: основные характеристики и процессы
Второй раздел посвящен детальному рассмотрению газовых смесей. Объясняются процессы смешения газов, приводятся формулы для расчета молекулярной массы, плотности и концентрации компонентов. Рассматриваются примеры решения задач, иллюстрирующих расчеты концентраций газов в смесях при различных условиях (нормальное давление, разные давления в баллонах). Особое внимание уделяется изменению концентрации газовой смеси в установке, с примером обогащения криптоновой смеси, включающим расчеты расходов, концентраций и построение секторных диаграмм.
Способы образования газовых смесей
Третий раздел посвящен различным методам получения газовых смесей. Рассматриваются дозаторы непрерывного действия, основанные на контроле гидравлического сопротивления каналов. Приводятся формулы для расчета площади поперечного сечения проточной части дозаторов, а также анализируются расходные характеристики. Описываются методы смешения в замкнутом объеме, включая гравиметрический и манометрический методы. Подробно рассматривается методика получения трехкомпонентной смеси повышенного давления в баллоне, с расчетами масс, давлений и проверкой отклонений от справочных данных. Завершается раздел описанием методов получения и хранения смесей в жидком виде, основанных на фазовом равновесии компонентов.
- 160902: Технология неорганических веществ и основных химических продуктов
- 161007: Холодильная техника. Криогенная техника
- 313: Теплоэнергетика. Теплотехника
- 352: Технология неорганических веществ. Технология основных химических продуктов
- ВО - Бакалавриат
- 16.03.03: Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения
- ВО - Магистратура
- 16.04.03: Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В. Л. Бондаренко Получение газовых смесей Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» (16.03.03 и 16.04.03)
УДК 533.27(075.8)
ББК 31.392
Б81
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/57/book926.html
Факультет «Энергомашиностроение»
Кафедра «Холодильная, криогенная техника,
системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Е.И. Борзенко,
канд. техн. наук В.В. Школа
Бондаренко, В. Л.
Б81
Получение газовых смесей : учебное пособие / В. Л. Бон
даренко. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана,
2015. — 34, [6] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4012-2
Приведены основные сведения о газовых смесях. Указаны
перспективные области использования многокомпонентных веществ. Даны примеры решения задач, связанных с получением
продуктов с заданной концентрацией компонентов. Рассмотрены
основные методы приготовления комбинированных веществ, в
том числе на основе редких газов.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих криоген
ную технику.
УДК 533.27(075.8)
ББК 31.392
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015
Оформление. Издательство МГТУ
ISBN 978-5-7038-4012-2 им. Н.Э. Баумана, 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ В современных технологиях применяют разнообразные газовые смеси, в состав которых входят гелий, неон и тяжелые редкие газы. Эти компоненты обладают рядом уникальных свойств, их введение в состав защитных, лазерных и дыхательных газов позволяет получить ощутимый положительный эффект [1, 2]. Растущие объемы потребления газовых смесей и многообразие их составов обусловили появление различных типов смесительных устройств. Однако не все они пригодны для получения газовых сред, в состав которых входят относительно дорогие компоненты (Ne, Kr, Хе и их стабильные изотопы). В учебном пособии рассмотрены основные методы приготовления комбинированных веществ с заданной концентрацией компонентов, в том числе редких газов. Издание включает три раздела: «Общие сведения», «Газовые смеси» и «Способы образования газовых смесей». В первом разделе описан состав атмосферного воздуха и некоторые физические свойства его компонентов. Рассмотрены области применения газовых смесей на основе инертных газов. Второй раздел посвящен смесям на основе инертных газов. Описан процесс смешения, процесс изменения концентрации газовой смеси в установке. В третьем разделе изложены способы образования различных газовых смесей. Описаны методы смешения в замкнутом объеме. Даны контрольные вопросы. Учебное пособие предназначено для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих криогенную технику.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Чистые вещества в природе практически не встречаются. Понятие «чистый продукт» употребляется в повседневной жизни для того, чтобы подчеркнуть относительно малое содержание примесей. Например, понятие «чистый воздух» акцентирует внимание на том, что в продукте, состоящем из десятка компонентов (табл. 1.1), содержится мало вредных примесей (СО, пыли и др.), «чистый спирт» – не что иное, как раствор этилового спирта и 4 % воды, «чистая вода» – смесь обычной воды (Н2О) и тяжелой воды (D2O). Таблица 1.1 Состав воздуха и некоторые физические свойства его компонентов [1–4] Вещество Химическая формула Атомная (молекулярная) масса µ, кг/кмоль Плотность при 0,1 МПа и 293 K, кг/м3 Нормальная температура кипения Объемная доля в воздухе y, % K С Гелий Не 4,00 0,1663 4,2 –269,0 0,000524 Водород Н2 2,02 0,0837 20,4 –252,8 0,00005 Неон Ne 20,18 0,829 27,1 –246,1 0,0018 Азот N2 28,01 1,165 77,4 –195,8 78,09 Аргон Ar 39,95 1,662 87,3 –185,9 0,93 Кислород O2 32,00 1,331 90,2 –183,0 20,95 Криптон Kr 83,80 3,493 119,8 –153,4 0,000114 Ксенон Xe 131,30 5,497 165,0 –108,2 0,000008 Диоксид углерода СО2 44,01 1,815 194,6* –78,6* 0,036 Водяной пар Н2О 18,04 0,017** 373,2 +100,0 0,1…5 * Сублимация (фазовый переход твердое тело – пар). ** Плотность водяного пара приведена при р = 0,0023 МПа.
Похожие