Задача №2

Газовая смесь состоит азота, углекислого газа, сероводорода, метана, этана, пропана, изо-бутана и н-бутана. Смесь находится при следующих условиях давление Р=10.5 атм., температура Т=125 °С. Найти: общую массу смеси, массовый и мольный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента. Зная объем компонентов при этих условиях. Ответ представить в виде таблицы.

Дано:

Таблица №3

Компонент	Объем. м3
Азот
Углекислый газ
Сероводород
Метан
Этан
Пропан
Изо-бутан
Н-бутан

 

P=1 атм.=1063912.5 Па

T=125°C=398°К

Решение:

I шаг

Пересчитаем объем компонентов на нормальные условия (1 атм. и 0°С) по уравнению Клапейрона:

 

где n – число моль газа, кмоль; P – давление газа, Па; V – объем газа, м³; T – температура, °К; R – газовая постоянная, 0.0821 ;

Должно сохранятся соотношение между данными и нормальными условиями

 

Из данного соотношения выведем формулу по которой находим V_н :

 

где V_нi – нормальный объем компонента, м³; P – давление газа, Па; V_i – объем компонента, м³; T_н – нормальная температура, 273°К; T – температура, °К; P_н– нормальное давление, 101325 Па;

1) (м³)

2) (м³)

3) (м³)

4) (м³)

5) (м³)

6) (м³)

7) (м³)

8) (м³)

II шаг

Определим число моль компонентов по формуле:

 

где n_i – число моль компонента, кмоль; V_i – объем газа, м³; V_m – молярный объем идеального газа, 22.4 литра/моль;

1) (кмоль)

2) (кмоль)

3) (кмоль)

4) (кмоль)

5) (кмоль)

6) (кмоль)

7) (кмоль)

8) (кмоль)

9) (кмоль)

III шаг

Найдем молярную массу каждого компонента и найдем массу каждого компонента по формуле:

 

где m_i – масса компонента, кг; M_i – молярная масса компонента, кг/моль; n_i – число моль компонента, кмоль;

1) (кг/моль) (кг)

2) (кг/моль) (кг)

3) (кг/моль) (кг)

4) (кг/моль) (кг)

5) (кг/моль) (кг)

6) (кг/моль) (кг)

7) (кг/моль) (кг)

8) (кг/моль) (кг)

IV шаг

Найдем общую массу всех компонентов:

(кмоль)

V шаг

Найдем массовый процент каждого компонента по формуле:

 

где x_i – массовый процент компонента, %масс. ; m_i – масса компонента, кг; m – общая масса всех компонентов, кг;

1) (%масс.)

2) (%масс.)

3) (%масс.)

4) (%масс.)

5) (%масс.)

6) (%масс.)

7) (%масс.)

8) (%масс.)

Очевидно что

 

VI шаг

Найдем молярный процент каждого компонента по формуле:

 

где x_i` – мольный процент компонента, %мол.; N_i – число моль компонента, кмоль; N – число моль смеси, кмоль;

1) (%мол.)

2) (%мол.)

3) (%мол.)

4) (%мол.)

5) (%мол.)

6) (%мол.)

7) (%мол.)

8) (%мол.)

Очевидно что

Ответ представлен в таблице №4

 

 

Таблица №4

Компонент	Объем V. м3	Нормальный объем Vн. нм3	Число кмолей. кмоль	Молярная масса кгмоль	Масса компонента. кг	Молярный процент. %мол.	Массовый %. %масс.
Азот		504.1583	22.5071		0.6302	0.41	0.6410
Углеки-слый газ		2520.7915	112.5353		4.9561	3.2	3.2051
Серово-дород		1368.4296	61.0906		2.0771	1.4	1.7399
Метан		9723.0528	343.0649		6.9450	4.5	12.3626
Этан		12964.0704	578.7531		17.3626	11.2	16.4835
Пропан		18725.8794	835.9768		36.7830	23.9	23.8095
Изо-бутан		17285.4271	771.6709		44.7569	29.1	21.9780
Н-бутан		15556.8844	694.5038		40.2812	26.2	19.7802
сумма		78648.6935	3511.1025		153.7921	100%	100%