Pencampuran gas. Pencampuran gas Pencampuran gas pada volume dan suhu tetap

Mari kita bayangkan tiga lapisan horizontal A, B, dan C pada kolom gas kita, dengan lapisan B terletak di atas A, dan A di atas C. Campuran komposisi A selalu dapat diperoleh dengan mencampurkan volume tertentu dari lapisan C. dengan volume dari lapisan B. Sebaliknya, sembarang campuran komposisi A dapat dipecah menjadi dua campuran komposisi B dan C.

Pencampuran dan pemisahan kedua gas ini juga dapat dilakukan secara reversibel dengan memperkuat pipa horizontal di A, B dan C. Ujung setiap pipa yang keluar dari kolom gas ditutup dengan piston. Sekarang kita akan mendorong piston ke dalam pada lapisan B dan C, menggerakkannya, katakanlah, dari kiri ke kanan, dan di titik A, sebaliknya, kita akan mendorong piston ke luar, yaitu dari kanan ke kiri. Kemudian di B dan C sebagian massa gas akan keluar dari kolom, dan sebaliknya di A, sejumlah volume campuran akan masuk. Kita akan berasumsi bahwa setiap pipa tersebut mengandung massa tertentu dari campuran dengan komposisi yang sama dengan lapisan horizontal kolom gas yang berkomunikasi dengan pipa ini.

Nilainya kemudian akan ditentukan dari persamaan

Oleh karena itu

Sekarang mari kita membagi campuran dengan cara yang dapat dibalik dan menghitung usaha yang dikeluarkan.

Mari kita masukkan ke A satuan volume campuran, dan dari B kita akan menurunkan volumenya

Total usaha yang dikeluarkan dalam proses ini sama dengan

Mengganti nilai-nilai di sini kita melihat bahwa pekerjaan ini sama dengan nol.

Ada beberapa kehalusan di sini: campuran B dan campuran A yang terpecah diangkat ke ketinggian yang berbeda dan dengan demikian memperoleh energi potensial yang berbeda. Tetapi karena usahanya nol dan suhu sistemnya konstan, hal ini hanya mungkin terjadi jika sistem telah memberi atau menerima sejumlah panas. Mengetahui perubahan energi potensial, kita akan mengetahui jumlah panas yang diberikan ke sistem, dan karenanya perubahan entropi.

Peningkatan energi potensial akan terjadi

tetapi itu sama dengan jumlah panas yang diberikan ke sistem, sehingga peningkatan entropi akan sama dengan

Dengan jumlah tersebut, maka jumlah entropi volume campuran B dan volume campuran C lebih besar dari entropi satuan volume campuran A. Dari sini kita dapat mencari volume campuran B dan C, jumlah dari entropinya sama dengan entropi satuan volume campuran A; Untuk melakukan ini, kita membawa volume campuran B dan C secara isotermal reversibel ke volume dan menyamakan jumlah kenaikan entropi kedua campuran selama proses ini ke ekspresi (75), diambil dengan tanda yang berlawanan.

Kenaikan entropi untuk campuran B adalah

Mari kita substitusikan ke persamaan (76) ekspresi tekanan dalam densitas

Pemecahan sejumlah besar masalah teknis sering kali melibatkan pencampuran gas (cairan) yang berbeda atau gas (cairan) yang sama dalam jumlah yang berbeda dalam keadaan termodinamika yang berbeda. Untuk mengatur proses perpindahan, sejumlah besar perangkat dan peralatan pencampur telah dikembangkan.

Dalam analisis termodinamika proses pencampuran, tugasnya biasanya adalah menentukan parameter keadaan campuran dari parameter keadaan komponen pencampuran awal yang diketahui.

Solusi untuk masalah ini akan berbeda tergantung pada kondisi di mana proses ini dilakukan. Semua cara pembentukan campuran gas atau cairan yang terjadi dalam kondisi nyata dapat dibagi menjadi tiga kelompok: 1) proses pencampuran dalam volume tetap; 2) proses pencampuran dalam suatu aliran; 3) pencampuran saat mengisi volume.

Proses pencampuran biasanya dianggap terjadi tanpa pertukaran panas antara sistem pencampuran dan lingkungan, yaitu terjadi secara adiabatik. Pencampuran dengan adanya pertukaran panas dapat dibagi menjadi dua tahap: pencampuran adiabatik tanpa pertukaran panas dan pertukaran panas pada campuran yang dihasilkan dengan lingkungan.

Untuk menyederhanakan kesimpulan, mari kita perhatikan pencampuran dua gas nyata. Pencampuran tiga gas atau lebih secara simultan dapat diketahui dengan menggunakan rumus perhitungan dua gas dengan menambahkan komponen baru secara berurutan.

Semua kasus pencampuran adalah proses yang tidak dapat diubah, hanya karena pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya tentu memerlukan pengeluaran kerja. Seperti dalam proses ireversibel lainnya, selama pencampuran terjadi peningkatan entropi S sistem c dan hilangnya kinerja (energi) yang terkait: De = T o.s. S c, dimana Tо.с – suhu sekitar.

Saat mencampur gas yang memiliki tekanan dan suhu berbeda, kerugian kinerja tambahan timbul dari pertukaran panas yang tidak dapat diubah antara gas campuran dan dari kegagalan memanfaatkan perbedaan tekanannya. Dengan demikian, peningkatan entropi selama pencampuran terjadi baik sebagai akibat dari pencampuran sebenarnya (difusi) gas atau cairan yang berbeda sifatnya, dan karena pemerataan suhu dan tekanan zat-zat yang dicampur.

Mari kita lihat kemungkinan metode pencampuran.

2.1. Proses pencampuran volume konstan

Biarkan beberapa bejana volume yang diisolasi secara termal V dibagi dengan sekat menjadi dua kompartemen, salah satunya berisi gas (cair) dengan parameter P 1, kamu 1, T 1 , kamu 1, di sisi lain – gas (cair) lain dengan parameter P 2, kamu 2, T 2 , kamu 2, (Gbr. 2.1).

Beras. 2.1. Diagram proses pencampuran

dalam volume yang konstan

Kami menyatakan masing-masing massa gas dalam satu kompartemen dan volume kompartemen ini M 1 dan V 1, dan di kompartemen lain - M 2 dan V 2. Ketika sekat pemisah dihilangkan, setiap gas akan menyebar melalui difusi ke seluruh volume, dan volume campuran yang dihasilkan jelas akan sama dengan jumlah V = V 1 + V 2. Sebagai hasil pencampuran, tekanan, suhu dan kepadatan gas di seluruh volume bejana menjadi seimbang. Mari kita nyatakan nilai parameter keadaan gas setelah pencampuran P,kamu, T, kamu.

Menurut hukum kekekalan energi, campuran gas yang dihasilkan akan mempunyai energi dalam yang sama dengan jumlah energi dalam masing-masing gas:

kamu = kamu 1 + kamu 2

M 1 kamu 1 + M 2 kamu 2 = (M 1 + M 2) kamu = mu. (2.1)

Energi dalam spesifik gas setelah pencampuran ditentukan sebagai berikut:

. (2.2)

Demikian pula, volume spesifik campuran sama dengan:

. (2.3)

Adapun parameter sisa gas setelah pencampuran ( P, T, S), maka untuk gas dan cairan tidak dapat dihitung secara analitis dalam bentuk umum melalui nilai-nilai parameter komponen campuran. Untuk menentukannya, Anda perlu menggunakan kamu, diagram-u di mana isobar dan isoterm diplot atau kamu, T- diagram dengan isokor dan isobar yang ditandai di atasnya (untuk pencampuran gas yang sama), atau tabel sifat termodinamika gas dan cairan. Setelah ditentukan dengan menggunakan hubungan (2.2) dan (2.3) u gas setelah pencampuran, dapat dicari dari diagram atau tabel P, T, S.

Nilai-nilai P, T Dan S gas setelah pencampuran dapat langsung dinyatakan melalui nilai parameter keadaan bagian campuran yang diketahui hanya untuk gas ideal. Mari kita nyatakan nilai rata-rata kapasitas panas gas pertama dalam kisaran suhu dari T 1 sampai T melalui , dan gas lain dalam kisaran suhu dari T 2 sampai T melalui
.

Mengingat bahwa
;
;
dari ekspresi (2.2), kita memperoleh:

T =
atau T =
, (2.4)

Di mana G 1 dan G 2 – fraksi massa gas ideal yang menyusun campuran.

Dari persamaan keadaan gas ideal sebagai berikut:

M 1 = ;M 2 = .

Setelah mensubstitusi nilai massa ke (2.4), suhu campuran gas dapat dicari dari persamaan

T =
. (2.5)

Kami mendefinisikan tekanan campuran gas ideal sebagai jumlah dari tekanan parsial komponen campuran gas
, di mana tekanan parsial Dan ditentukan dengan menggunakan persamaan Clapeyron.

Peningkatan entropi S c sistem dari pencampuran ireversibel ditemukan dengan selisih jumlah entropi gas-gas yang termasuk dalam campuran setelah pencampuran dan komponen awal sebelum pencampuran:

S = S – (M 1 S 1 + M 2 S 2).

Untuk campuran gas ideal ketika dua gas dicampur.

S C = M[(G 1 C P 1 + G 2 C P 2)ln T – (G 1 R 1 + G 2 R 2)ln P]–

– [M 1 (C P 1 ln T 1 – R dalam P 1) + M 2 (C P 2 ln T 2 – R dalam P 2)]–

–M(R 1 G 1 ln R 1 + R 2 G 2 ln R 2),

Di mana R Saya– fraksi volume gas ideal yang menyusun campuran;

R– konstanta gas campuran, ditentukan oleh persamaan:

R = G 1 R 1 + G 2 R 2 .

Diagram eksergi dan energi untuk pencampuran dalam volume konstan ditunjukkan pada Gambar. 2.2.

Beras. 2.2. Diagram eksergi dan energi pada

pencampuran dalam volume konstan:
– hilangnya eksergi spesifik selama pencampuran

1. Pencampuran gas pada V=konstanta. Jika volume total yang ditempati gas sebelum dan sesudah pencampuran tetap tidak berubah dan gas sebelum pencampuran menempati volume V 1, V 2,….. V n m 3 pada tekanan p 1, p 2, p n dan suhu T 1, T 2, Т n , dan perbandingan kapasitas panas gas-gas tersebut dengan p/с v sama dengan k 1, k 2,…. k n , maka parameter campuran ditentukan dengan rumus:

suhu

tekanan

(5.15)

Untuk gas yang kapasitas panas molarnya sama, sehingga nilai knya sama, rumus (62) dan (63) berbentuk:

2. Pencampuran aliran gas. Jika laju aliran massa aliran pencampuran adalah M 1, M 2,... M n, kg/jam, laju aliran volume adalah V 1, V 2,..... V n m 3 / jam, tekanan gas adalah p 1, p 2, p n dan suhu - T 1, T 2,…T n, dan rasio kapasitas panas masing-masing gas masing-masing sama dengan k 1, k 2,…. k n , maka suhu campuran ditentukan dengan rumus:

(5.18)

Laju aliran volumetrik campuran per satuan waktu pada suhu T dan tekanan p:

(5.19)

Untuk gas yang nilai knya sama, suhu campuran ditentukan dengan rumus (64). Jika gas yang mengalir selain nilai k yang sama, juga mempunyai tekanan, maka rumus (66) dan (67) berbentuk:

(5.21)

Tugas

5.1. Tentukan perubahan energi dalam 1 kg udara selama peralihan dari keadaan awal t 1 =300 0 C ke keadaan akhir pada t 2 =50 0 C. Ketergantungan kapasitas panas pada suhu diasumsikan linier . Berikan jawaban Anda dalam kJ.

Perubahan energi dalam dicari dengan menggunakan rumus (5.9):

Du=С vm (t 2 -t 1).

Menggunakan tabel. 4.3, kita mencari udara

(C vm) 0 t =0,7084+0,00009349t kJ/(kg K);

(C vm) 50 300 =0,7084+0,00009349(50+300)=0,7411 kJ/(kg K).

Karena itu,

Du=0,7411(50-300)= - 185,3 kJ/kg

Jawaban : DU = - 185,3 kJ/kg

5.2. Tentukan perubahan energi dalam 2 m 3 udara jika suhunya turun dari t 1 = 250 0 C menjadi t 2 = 70 0 C. Asumsikan ketergantungan kapasitas kalor terhadap suhu adalah linier. Tekanan udara awal P 1 =0,6 MPa.

Jawab: DU=-1063 kJ.

5.3. 100 kJ panas disuplai dari luar ke gas yang tertutup dalam silinder dengan piston yang dapat digerakkan. Besarnya usaha yang dilakukan adalah 115 kJ. Tentukan perubahan energi dalam gas jika kuantitasnya 0,8 kg.

Menjawab: DU= - 18,2 kJ.

5.4. 2 m 3 udara pada tekanan 0,5 MPa dan suhu 50 0 C dicampur dengan 10 m 3 udara pada tekanan 0,2 MPa dan suhu 100 0 C. Tentukan tekanan dan suhu campuran.

Jawaban: t cm =82 0 C; P cm =0,25 MPa.

5.5. Gas buang dari tiga boiler pada tekanan atmosfer dicampur di saluran pengumpul ruang boiler. Untuk lebih mudahnya diasumsikan gas-gas tersebut mempunyai komposisi yang sama, yaitu: CO 2 =11,8%; HAI 2 =6,8%; N 2 =75,6%; H2O=5,8%. Laju aliran gas per jam adalah V 1 =7100 m 3 /jam; V 2 =2600 m 3 /jam; V 3 =11200 m 3 /jam, dan suhu gas masing-masing adalah t 1 =170 0 C, t 2 =220 0 C, t 3 =120 0 C. Tentukan suhu gas setelah pencampuran dan aliran volumenya melalui cerobong asap pada suhu ini.

Jawaban: t=147 0 C; V=20900 m 3 /jam.

5.6. Gas buang dari tiga ketel uap dicampur pada tekanan 0,1 MPa di saluran pengumpul dan dibuang ke atmosfer melalui cerobong asap. Komposisi volumetrik gas buang dari masing-masing boiler adalah sebagai berikut: dari yang pertama

BERSAMA 2 =10,4%; HAI 2 =7,2%; N 2 =77,0%; H 2 HAI=5,4%;

dari yang kedua

BERSAMA 2 =11,8%; HAI 2 =6,9%; N 2 =75,6%; H2O=5,8%;

dari yang ketiga

BERSAMA 2 =12,0%; HAI 2 =4,1%; N 2 =77,8%; H 2 HAI=6,1%.

Konsumsi gas per jam adalah

M 1 =12000 kg/jam; M 2 =6500 kg/jam; M 3 =8400 kg/jam; dan suhu gas masing-masing t 1 = 130 0 C; t 2 =180 0 C; T 3 =200 0 C.

Tentukan suhu gas buang setelah pencampuran di saluran pengumpul. Asumsikan kapasitas panas molar gas-gas tersebut sama.

Jawaban: t 2 =164 0 C.

5.7. Tiga aliran gas yang mempunyai tekanan yang sama sebesar 0,2 MPa dicampur dalam saluran gas. Aliran pertama adalah nitrogen dengan laju aliran volumetrik V 1 = 8200 m 3 /jam pada suhu 200 0 C, aliran kedua adalah karbon dioksida dengan laju aliran 7600 m 3 /jam pada suhu 500 0 C dan aliran ketiga adalah udara dengan laju aliran 6400 m 3 /jam pada suhu 800 0 C. Tentukan suhu gas setelah pencampuran dan aliran volumenya dalam pipa gas umum.

Jawaban: t 1 =423 0 C; V=23000 m3/jam.

5.8. Hasil pembakaran dari cerobong ketel uap sebanyak 400 kg/jam pada suhu 900 0 C harus didinginkan hingga 500 0 C dan dikirim ke unit pengering. Gas didinginkan dengan mencampurkan aliran gas dengan aliran udara pada suhu 20 0 C. Tekanan pada kedua aliran gas tersebut sama. Tentukan aliran udara per jam jika diketahui R gas = R udara. Kapasitas panas hasil pembakaran diasumsikan sama dengan kapasitas panas udara.

Jawaban: M udara = 366 kg/jam.

Bab 9. Informasi umum tentang pencampuran gas.

Maksud dan tujuan bab ini:

Pelajari tentang peraturan keselamatan kebakaran saat bekerja dengan oksigen

Pelajari tentang aturan penanganan dan penanganan oksigen

Pelajari tentang penerapan "aturan 40%"

Pelajari tentang berbagai sistem pencampuran gas.

Istilah baru dalam bab ini.

Segitiga mudah terbakar (berbahaya kebakaran).

Gemuk yang kompatibel dengan oksigen

Pemanasan adiabatik (proses Diesel)

Pembersihan oksigen

aturan 40%.

Mencampur tekanan parsial

Pencampuran aliran konstan

Penyerapan dengan pembersihan penyerap secara berkala

Pemisahan membran.

Sebagai penyelam yang menggunakan campuran yang diperkaya dalam penyelamannya, Anda harus bisa mendapatkan campuran tersebut. Anda tidak perlu mengetahui cara menyiapkan nitrox sendiri, namun, Anda harus memiliki pemahaman tentang cara menyiapkannya dan persyaratan pembersihan peralatan Anda yang diberlakukan nitrox. Beberapa metode yang umum digunakan untuk memproduksi campuran yang diperkaya akan diulas dalam bab ini, dan kelebihan serta kekurangannya akan dibahas. Campuran yang Anda hirup harus memiliki kandungan oksigen yang sesuai.

1. Menangani dan bekerja dengan oksigen.

Oksigen adalah gas yang menakjubkan. Dia bisa menjadi teman sekaligus musuh. Saat mencampur gas untuk penggunaan scuba, operator harus mendapatkan kandungan oksigen yang sesuai dalam campuran bertekanan tinggi. Hal ini dapat dilakukan dengan mencampurkan oksigen murni dengan nitrogen atau udara, atau dengan menghilangkan sebagian nitrogen dari udara. Masalah utama dalam pencampuran oksigen bertekanan tinggi adalah bahaya kebakaran. Apa pun yang tidak teroksidasi sepenuhnya - dan itu berarti segalanya - akan terbakar dalam oksigen bertekanan tinggi jika ada sumber penyulut. Terdapat beberapa risiko saat menangani campuran, namun menangani oksigen terkompresi murni mempunyai risiko yang jauh lebih besar. Penyelam yang menggunakan campuran yang diperkaya tidak harus mahir dalam menangani oksigen murni, namun harus memiliki pemahaman tentang risiko terkait karena oksigen digunakan karena aktivitas penyelam menjadi lebih kompleks dan ekstensif.

2. Segitiga mudah terbakar (berbahaya kebakaran).

Untuk mencegah terjadinya kebakaran, Anda perlu mengetahui komponen apa saja yang menjadi penyebab dan pendukung terjadinya kebakaran. Komponen-komponen ini ditunjukkan pada gambar

dalam bentuk apa yang disebut “segitiga mudah terbakar atau berbahaya kebakaran”. Kebakaran merupakan reaksi kimia cepat antara bahan bakar dengan oksigen (pengoksidasi) yang hanya dapat terjadi jika ada sumber penyalaan (panas). Oksidasi dapat terjadi tanpa pembakaran, misalnya pada proses karat. Kebakaran terjadi bila ada sumber penyulut (panas). Setelah penyalaan, reaksi pembakaran kimia melepaskan energi (panas), yang mendukung pembakaran lebih lanjut. Jika salah satu komponen (bahan bakar, oksigen, sumber penyalaan) dihilangkan maka kebakaran tidak dapat terjadi. Oleh karena itu, jika ketiga komponen tersebut tidak ada pada saat yang bersamaan, maka kebakaran dapat dicegah. Jika nyala api sudah ada, melepas salah satu komponen akan menyebabkan nyala api padam. Inilah dasar-dasar teori pemadaman kebakaran. Hal penting lainnya adalah api harus menyebar agar keberadaannya tetap terjaga. Kadang-kadang keinginan untuk menyebarkan api bahkan ditambahkan sebagai komponen lain dari “segitiga” yang dijelaskan di atas.

3.Oksigen.

Dalam situasi yang dibahas di bawah ini, oksigen terdapat dalam konsentrasi yang lebih besar daripada konsentrasinya di udara. Artinya oksidator dalam “segitiga mudah terbakar” selalu ada secara default dan tidak dapat dihilangkan dari “formula api” ini. Semua orang tahu bahwa oksigen di atmosfer dapat berpartisipasi aktif dalam reaksi pembakaran dalam kondisi tertentu, jadi tidak mengherankan jika konsentrasi yang lebih tinggi hanya dapat meningkatkan risiko. Lebih lanjut, perlu diingat bahwa peningkatan kandungan oksigen di udara berarti berkurangnya kandungan gas inert. Karena alasan ini dan beberapa alasan lainnya, intensitas pembakaran tidak bergantung secara linier pada persentase oksigen. Itu tergantung pada persentase (bagian) oksigen dalam campuran dan tekanan parsialnya dan meningkat secara signifikan seiring dengan peningkatan parameter ini.

4.Bahan Bakar.

Pada paragraf ini kita akan membahas tentang bahan bakar yang tersedia dalam sistem gas yang menyediakan penggunaan gas untuk pernapasan. Pada tekanan oksigen yang tinggi, jika terjadi kebakaran, sistem itu sendiri dapat menjadi bahan bakar untuk terjadinya reaksi kimia, namun diperlukan sesuatu yang lebih mudah terbakar untuk menyalakan api. Ini bisa berupa bagian terpisah dari sistem, pelarut, pelumas, atau komponen lunak dari sistem (karet, plastik).

Beberapa bahan bakar yang ditemukan dalam sistem gas mungkin tidak mudah terbakar dalam kondisi normal dan sangat mudah terbakar dalam lingkungan yang kaya oksigen. Jenis bahan bakar tersebut antara lain gemuk silikon, karet silikon, neoprena, pelumas kompresor, serutan dan gerinda plastik dan logam, bahan dan bahan organik, berbagai jenis debu, bahkan gemuk pada ring. Mungkin bahan bakar yang paling berbahaya adalah berbagai pelumas. Ada kesalahpahaman umum bahwa silikon (mungkin karena namanya yang eksotis) aman bila digunakan dengan oksigen. Sebenarnya, hal ini tidak benar. Ada pelumas khusus yang kompatibel dengan oksigen, seperti Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Pelumas mandiri inilah yang harus digunakan di lingkungan yang kaya oksigen.

5. Pengapian.

Beberapa sumber penyalaan sudah jelas, namun sebagian besar berada di luar sistem gas dan tidak kami pertimbangkan. Dua sumber utama penyalaan dalam suatu sistem adalah gesekan dan kompresi gas saat melewati sistem. Istilah "gesekan" di sini digunakan dalam pengertian umum: dalam arti adanya partikel apa pun dalam aliran gas atau dalam arti pergerakan aliran gas itu sendiri dan tumbukannya dengan sudut-sudut pipa gas atau hambatan lainnya. . Fenomena lain - fenomena yang sama yang menyebabkan silinder memanas - juga dapat menyebabkan kebakaran (jika cukup panas yang dilepaskan). Ini adalah efek yang sama yang menyebabkan bahan bakar terbakar di dalam silinder mesin diesel tanpa busi. Efek ini disebut “pemanasan adiabatik (proses Diesel)”.

Pembukaan dan penutupan katup silinder secara tiba-tiba pada saat kompresi gas dapat menyebabkan peningkatan suhu hingga titik penyalaan, dan jika terdapat kontaminan pada aliran gas, maka penyalaan itu sendiri. Oleh karena itu, kompresor tidak menggunakan katup pergantian cepat (“katup bola”).

6.Penggunaan sistem oksigen.

Pesan penting dari bab ini adalah risiko penanganan oksigen dapat diminimalkan dengan mengikuti aturan tertentu dalam desain dan penanganan sistem. Secara khusus, penting untuk menghindari sudut tajam dan penggantian katup yang cepat serta menggunakan bahan yang sesuai. Logam yang digunakan untuk membuat sistem udara juga cocok untuk membuat sistem oksigen. Sedangkan untuk “komponen lunak” seperti gasket, sambungan fleksibel, diafragma harus diganti dengan yang kompatibel dengan oksigen. Dalam beberapa kasus, kriteria utamanya adalah berkurangnya sifat mudah terbakar dalam oksigen, namun dalam kebanyakan kasus, kriteria utamanya adalah peningkatan resistensi terhadap oksigen pada tekanan tinggi. Tersedia kit khusus yang memungkinkan Anda mengubah peralatan udara menjadi peralatan untuk menggunakan nitrox.

Hal ini mencakup pembersihan dan pemeliharaan peralatan yang benar, penggunaan pelumas yang tepat, penanganan gas dengan cara yang tidak menyebabkan penyulutan, dan membuka katup secara perlahan dan lancar.

7. Peralatan pembersih untuk digunakan dengan oksigen. Beberapa pertimbangan mengenai pembersihan peralatan.

Konsep “pembersihan oksigen” menyebabkan kebingungan di kalangan penyelam amatir. Alasannya adalah tidak sepenuhnya jelas apakah peralatan perlu dibersihkan untuk digunakan dengan campuran yang mengandung 21% hingga 40% oksigen. Masalah ini memiliki akar yang lebih dalam: tidak ada prosedur industri yang dikembangkan dan distandarisasi untuk menangani campuran yang mengandung oksigen dalam jumlah sedang dalam kisaran dari 21% (udara) hingga 100% (oksigen murni). Standar hanya ada untuk penanganan oksigen murni; Jadi, setiap campuran yang mengandung lebih dari 21% oksigen setara dengan oksigen murni menurut standar saat ini. Oleh karena itu, untuk menjalankan semua operasi sesuai dengan standar industri, setiap campuran yang diperkaya harus diperlakukan sebagai oksigen murni.

Compressed Gas Association CGA, National Fire Protection Association NFPA, NASA dan beberapa organisasi lainnya merekomendasikan untuk memperlakukan gas dengan konsentrasi menengah sebagai oksigen murni. Ini tidak berarti bahwa mereka telah melakukan penelitian apa pun dalam rentang konsentrasi ini. Ini hanya berarti bahwa tidak ada standar yang dikembangkan dan diterima secara industri, dan organisasi-organisasi ini lebih memilih mengambil posisi konservatif. Di sisi lain, Angkatan Laut AS telah mengembangkan prosedur yang menyatakan bahwa campuran dengan konsentrasi oksigen hingga 40% dapat diperlakukan sebagai udara untuk tujuan penanganan. Tidak ada hasil pengujian yang dipublikasikan yang menunjukkan bahwa kesimpulan ini benar, namun pendekatan ini telah dipraktikkan selama bertahun-tahun dan belum ada laporan kecelakaan terkait masalah ini. NOAA telah menerapkan batas konsentrasi ini ketika bekerja dengan campuran yang diperkaya; NAUI, secara umum juga demikian, dengan beberapa batasan.

Bersihkan udara bertekanan.

Kebingungan lain muncul sehubungan dengan konsep “kemurnian udara”. Perbedaan "nilai" kemurnian gas pernapasan yang digunakan oleh berbagai asosiasi dan organisasi (CGA, Angkatan Laut AS) membingungkan dalam hal kemurnian campuran yang diperkaya. Standar mengizinkan adanya uap minyak (hidrokarbon) di udara bertekanan (biasanya 5 mg/m3). Jumlah ini aman dari sudut pandang pernafasan, namun dapat berbahaya dari sudut pandang kebakaran ketika bekerja dengan oksigen terkompresi.

Dengan demikian, tidak ada gradasi kemurnian udara yang diterima dan disepakati secara umum yang menentukan kesesuaiannya untuk bercampur dengan oksigen murni. Pembuat standar industri telah sepakat bahwa kadar hidrokarbon berada pada kisaran 0,1 mg/m3. m dapat dianggap dapat diterima untuk udara, yang "selanjutnya harus dicampur dengan oksigen". Dalam beberapa tahun terakhir, sistem filter (gambar) telah tersedia untuk menghasilkan udara bertekanan yang memenuhi persyaratan ini. Kompresor yang mencegah udara bersentuhan dengan pelumas tentu saja dapat mengatasi tugas ini dengan lebih baik, namun harganya jauh lebih mahal.Pendekatan formal untuk pembersihan oksigen.

Ungkapan “pembersihan oksigen” juga terdengar menakutkan karena penerapannya di industri memerlukan kepatuhan terhadap prosedur yang cukup ketat. Prosedur berkala ini diterbitkan oleh CGA dan organisasi lainnya. Mereka dirancang untuk menjaga keselamatan saat bekerja dengan oksigen terkompresi.

NAUI menyatakan bahwa peralatan apa pun yang dimaksudkan untuk digunakan dengan oksigen murni atau dengan campuran yang mengandung lebih dari 40% oksigen pada tekanan lebih besar dari 200 psi (kira-kira 13 atm) harus kompatibel dengan oksigen dan dimurnikan untuk digunakan dengan oksigen. Silinder, regulator tahap pertama dan semua selang harus dibersihkan. Beberapa peralatan dapat diubah untuk menangani campuran tersebut dengan menggunakan komponen dari peralatan khusus.

8. Pendekatan informal terhadap pembersihan oksigen: “aturan 40%”

Meskipun kurangnya pengujian formal, apa yang disebut “aturan 40%” telah digunakan dengan cukup sukses di industri penyelaman, dan penerapannya tidak menunjukkan adanya masalah. Banyak kebakaran dalam sistem pencampuran gas selam telah terjadi namun disebabkan oleh konsentrasi oksigen yang lebih tinggi.

NAUI menerima aturan ini tetapi mengharuskan peralatan dibersihkan dengan oksigen dan menggunakan pelumas yang kompatibel dengan oksigen. Pendekatan ini tidak seketat pendekatan formal, namun bila dilakukan dengan benar, pendekatan ini akan sangat efektif. Pembersihan harus dilakukan oleh teknisi yang berkualifikasi.

Peralatan harus dibersihkan dari semua kotoran dan lemak yang terlihat, kemudian disikat atau dibersihkan secara ultrasonik menggunakan deterjen kuat dalam air panas. Produk pembersih cair seperti Joy bagus untuk digunakan di rumah. Kebersihan tidak boleh kurang dari yang diharapkan dari piring dan peralatan makan perak. Setelah kering, komponen lunak harus diganti dengan komponen yang kompatibel dengan oksigen, setelah itu peralatan dilumasi dengan pelumas yang kompatibel dengan oksigen.

Setelah dibersihkan, peralatan hanya boleh digunakan untuk campuran yang diperkaya dan tidak boleh digunakan dengan udara bertekanan, jika tidak maka harus dibersihkan lagi.

9. Persiapan campuran yang diperkaya.

Skema tradisional untuk membangun sistem pencampuran gas didasarkan pada penambahan oksigen ke udara dengan satu atau lain cara. Dua metode baru baru-baru ini dikembangkan dan tersedia untuk memperkaya udara dengan cara berbeda - dengan menghilangkan nitrogen. Bagian ini akan membahas 3 metode penambahan oksigen: pencampuran berat, pencampuran tekanan parsial, pencampuran aliran konstan; dan 2 metode penghilangan nitrogen: penyerapan dengan pembersihan penyerap secara berkala, pemisahan membran (Ballantyne dan Delp, 1996).

Jenis sistem pencampuran gas yang digunakan penting bagi pengguna akhir karena menentukan prosedur pengisian silinder dan kisaran kemungkinan konsentrasi oksigen dalam campuran yang dihasilkan.

Mencampur gas berdasarkan beratnya.

Metode paling sederhana dan paling dapat diandalkan untuk mendapatkan campuran yang komposisinya akurat adalah dengan membeli campuran yang sudah jadi. Produsen gas industri biasanya mencampurkan oksigen murni dan nitrogen murni, bukan oksigen murni dan udara.

Gas-gas bercampur berdasarkan beratnya. Hal ini memungkinkan untuk mengabaikan banyak anomali dalam perilaku gas yang disebabkan oleh perbedaannya dari ideal dan memberikan komposisi campuran gas yang sangat akurat. Pencampuran dapat dilakukan dalam silinder, bank silinder atau tangki. Diperlukan timbangan yang akurat dan harganya cukup mahal karena harus mampu mengukur perubahan kecil dengan beban yang besar. Metode pencampuran gas ini adalah yang paling akurat, dan campuran yang dihasilkan dianalisis secara cermat untuk memastikan komposisi sebenarnya sesuai dengan komposisi yang dinyatakan. Saat menyiapkan campuran seperti itu, perusahaan industri terpaksa menggunakan oksigen murni, namun pengecer campuran dapat menghindari hal ini. Cara ini cukup mahal, dan biayanya bertambah karena wadah penyimpanan campuran adalah milik pemasok campuran, dan oleh karena itu disewa oleh penjual campuran.

Pencampuran tekanan parsial.

Sesuai dengan nama metodenya, metode ini didasarkan pada rasio tekanan parsial. Teknisi mengisi tangki dengan jumlah oksigen tertentu (diukur berdasarkan nilai tekanan), lalu mengisinya dengan udara ultra murni hingga tekanan akhir yang diinginkan. Pertama-tama, oksigen dipompa saat silinder masih kosong, sehingga mengurangi bahaya kebakaran pada prosedur ini, karena tidak perlu memanipulasi oksigen pada tekanan penuh silinder yang terisi. Karena oksigen murni digunakan, seluruh sistem, termasuk silinder yang diisi, harus kompatibel dan dibersihkan dengan oksigen. Karena tekanan bergantung pada suhu, dan silinder memanas saat diisi, silinder harus dibiarkan dingin atau memperhitungkan pengaruh suhu saat mengukur tekanan. Karena penyesuaian akhir komposisi sering kali dilakukan setelah silinder benar-benar dingin, seluruh proses pembuatan campuran memakan waktu yang cukup lama. Proses ini juga dapat digunakan untuk mengisi ulang suatu wadah berisi campuran yang komposisinya telah diketahui untuk memperoleh campuran dengan komposisi spesifik yang sama atau berbeda.

Kompresor untuk pencampuran dengan metode ini tidak diperlukan jika udara disuplai pada tekanan yang cukup untuk mengisi tangki scuba tanpa kompresi tambahan. Untuk memaksimalkan pemanfaatan kumpulan silinder isi ulang, mereka menggunakan apa yang disebut “teknologi kaskade”, yang terdiri dari penggunaan silinder isi ulang dengan tekanan terendah terlebih dahulu, diikuti oleh silinder dengan tekanan tertinggi, dan seterusnya. Terkadang metode itu sendiri disebut “metode pencampuran kaskade”.

Kompresor juga sering digunakan dengan metode ini. Mereka tidak boleh menggunakan pelumas minyak atau harus menyediakan udara dengan kemurnian sangat tinggi yang cocok untuk bercampur dengan oksigen. Cara lain untuk memompa udara ke dalam silinder adalah dengan menggunakan pompa pneumatik yang memampatkan udara dalam satu set silinder dengan diameter berbeda, yang pistonnya dihubungkan ke poros bubungan yang sama. Ogna model yang paling populer adalah Haskel.

Pencampuran tekanan parsial sangat populer di kalangan pusat penyelaman, yang menyiapkan berbagai campuran dalam volume kecil untuk berbagai keperluan rekreasi dan teknis penyelaman, termasuk campuran dengan kandungan oksigen lebih dari 40%. Dalam hal ini, sebagian besar biaya sistem adalah pengukur tekanan presisi tinggi. Dalam hal ini penggunaan pompa pneumatik sangat efektif. Metode ini digunakan di lokasi penyelaman terpencil. Karena oksigen ditambahkan pada tekanan rendah, beberapa teknisi tidak membersihkan tabung oksigen. Praktek ini harus dihindari: silinder harus selalu dibersihkan untuk digunakan dengan oksigen.

10. Pencampuran aliran konstan.

Metode ini (juga disebut metode pembebanan atmosferik) pertama kali dikembangkan oleh NOAA (1979, 1991) dan merupakan metode yang paling mudah digunakan (Gambar 9-7). Dalam metode ini, oksigen pada tekanan rendah ditambahkan ke aliran udara masuk yang memasuki kompresor dengan tingkat penghilangan uap minyak yang tinggi. Aliran limbah terus-menerus dianalisis komposisinya dan hasil analisis ini digunakan untuk menyesuaikan campuran oksigen ke dalam aliran masuk. Aliran keluaran dapat melewati kumpulan silinder pengisian sementara komposisi campuran disesuaikan. Setelah campuran dipompa ke dalam silinder isi ulang, campuran tersebut kemudian dapat dipindahkan ke silinder scuba dengan cara bypass atau menggunakan pompa udara. Pabrik aliran konstan juga dapat menggunakan subsistem penyerapan sebagai sumber oksigen, dengan pemurnian penyerap PSA secara berkala.

Ada kelas lain dari unit aliran konstan yang menyediakan udara ke penyelam komersial melalui selang pasokan udara. Instalasi semacam itu memiliki sarana untuk memantau keteguhan komposisi campuran - berbagai pengukur aliran dan pengatur. Tekanan keluarannya biasanya kurang dari 200 psi (13 atm).

11. Penyerapan dengan pembersihan penyerap berkala (PSA).

Metode ini didasarkan pada penggunaan bahan yang disebut "saringan molekuler" - ​​bahan sintetik berpori seperti tanah liat yang pori-porinya memberikan luas permukaan yang sangat besar. Permukaan ini menyerap gas (“menyerap” berarti “menyerap pada suatu permukaan”). Nitrogen diserap lebih cepat daripada oksigen, sehingga udara yang melewati adsorben menjadi lebih kaya oksigen (lebih tepatnya, lebih miskin nitrogen). Dua pelat penyerap digunakan, di antaranya aliran udara dialihkan. Ketika aliran diarahkan ke satu pelat, ia menyerap nitrogen, sedangkan pelat kedua saat ini dibersihkan dari nitrogen yang sebelumnya teradsorpsi. Kemudian lempeng-lempeng tersebut bertukar peran.

Dengan mengubah tekanan dan frekuensi pembersihan pelat, dimungkinkan untuk memperoleh nilai kandungan oksigen yang berbeda dalam campuran keluaran. Kandungan oksigen maksimal yang bisa dicapai adalah 95%, sisanya argon. Argon berperilaku hampir seperti oksigen dalam kaitannya dengan jenis adsorben ini (yaitu tidak teradsorpsi), oleh karena itu argon akan terkandung dalam campuran keluaran dalam proporsi yang hampir sama dengan oksigen seperti di udara masukan. Argon ini tidak berpengaruh pada penyelam.

Instalasi jenis ini tidak memerlukan oksigen di bawah tekanan tinggi, tetapi rumit dan cukup mahal dalam hal perolehan dan pemeliharaan; aliran keluaran harus dipompa ke dalam silinder menggunakan kompresor murni yang kompatibel dengan oksigen atau pompa udara (foto).

12. Pemisahan membran.

Metode ini didasarkan pada penggunaan membran, yang ketika udara bersih melewatinya, memungkinkan molekul oksigen melewatinya lebih baik daripada molekul nitrogen. Campuran keluaran kemudian diperkaya dengan oksigen, dan konsentrasi oksigen ditentukan oleh aliran masukan. Kandungan oksigen maksimum yang dapat dicapai dalam sistem yang tersedia secara komersial adalah sekitar 40%. Teknologi yang sama juga digunakan untuk memisahkan helium dalam beberapa proses lainnya.

Mirip dengan unit PSA, tidak perlu menggunakan oksigen bertekanan tinggi. Efluen harus dipompa ke dalam silinder menggunakan kompresor atau pompa udara murni yang kompatibel dengan oksigen. Sistem membran cukup andal dan tidak memerlukan perawatan khusus, asalkan kemurnian aliran masuk cukup.

gas arsip

Campuran gas hidrogen dan oksigen, jika milik mereka pecahan massa 1 dan 2 masing-masing sama... parameter yang menjadi ciri individu propertigas, dan oleh karena itu adalah... T=400 K. 8 BAB 1 DASAR FISIK MEKANIKA BAB 1 DASAR FISIK MEKANIKA...

Sebuah pertanyaan wajar muncul: persamaan apa yang menggambarkan campuran gas ideal? Lagipula, kita jarang menjumpai gas murni di alam. Misalnya, habitat alami kita - udara - terdiri dari nitrogen nomor 2 (78,08 % ), oksigen O2 (20,95 % ), gas inert ( 0,94 % ), karbon dioksida BERSAMA 2 (0,03 % ).

Biarlah sampai batas tertentu V pada suhu tertentu T mengandung campuran gas (yang akan kita nomori
indeks Saya). Kami akan mengkarakterisasi peran masing-masing komponen campuran fraksi massa:

Di mana aku - berat Saya komponen ke-. Tugas kita - tulis persamaan yang mirip dengan persamaan Clapeyron - Mendeleev, dan memahami jumlah derajat kebebasan efektif suatu campuran, yang dapat mengandung molekul monatomik dan poliatomik.

Pertama-tama, perhatikan bahwa kita sedang mempertimbangkan gas ideal. Molekul-molekul tersebut tidak berinteraksi satu sama lain, dan oleh karena itu masing-masing komponen tidak mengganggu “hidup” lainnya dalam wadah yang sama. Berbagai gas di dalam bejana, karena idealitasnya, “tidak memperhatikan” satu sama lain. Oleh karena itu, persamaan Clapeyron yang sama berlaku untuk setiap komponen - Mendeleev:

Di mana dan saya - jumlah mol zat dalam Saya komponen ke-. Nomor penuh N mol dalam suatu campuran sama dengan jumlah jumlah mol dan saya di masing-masing komponen:

Demikian pula, massa total campuran sama dengan jumlah massa masing-masing komponen

dan secara alami menentukan massa molar campuran M Bagaimana massa satu mol campuran:

Mari kita perkenalkan besaran yang disebut tekanan parsial.

Terjadi hukum Dalton untuk campuran gas:

Menjumlahkan ruas kiri dan kanan (1.21), kita sampai pada bentuk standar persamaan Clapeyron-Mendeleev

Di mana M,μ, n ditentukan dari kondisi tugas tertentu. Misalnya, jika fraksi massa komponen diberikan, maka massa molar campuran ditentukan dari perbandingannya

Energi dalam kamu aku aku komponen campuran ditentukan sesuai dengan rumus (1.16) dan (1.19):

Di satu sisi, energi dalam total campuran sama dengan jumlah energi masing-masing komponen: