1.3. Визначення складу реакційних сумішей. Розрахунок молекулярної маси суміші

Сировина, яка використовується в хімічній технології, складається як з основних компонентів, так і з домішок. Суміш – це сукупність газів або рідин, або сипких твердих речовин, що характеризується рівномірним розподілом їх за об'ємом. Для суміші речовин кількість кожної з них виражається у відсотках по відношенню до всієї суміші або в долях одиниці. Для цього використовується масова, мольна і об'ємна частки.

Масова частка компонента суміші (g_i) – це число, що показує, яку частину складає маса компонента від загальної маси суміші. Тобто це відношення маси i-го компонента (m_i) до маси всієї суміші ( ):

. (10)

Мольна частка (n_i) – це відношення кількості i-го компонента (_i) до кількості всіх речовин суміші ( ):

. (11)

Об'ємна частка речовини (_i) – це число, що показує, яку частину складає об'єм даного газу (або рідини) від загального об'єму суміші. Тобто це відношення об'єму i-го компонента (V_i) до об'єму всієї суміші ( ):

. (12)

Оскільки всі ідеальні гази в однакових умовах мають однаковий об'єм і однакову кількість речовини, то значення мольної і об'ємної частки співпадатимуть:

n_i=_i. (13)

Мольні, об’ємні та масові часки можуть бути представлені у відсотках.

Для переходу від об'ємної частки до масової потрібно визначити масу через щільність:

 = m / V  m =  V

З іншого боку молярний об'єм – це величина, що визначається відношенням молярної маси газу до його щільності, тому щільність газоподібної речовини при н.у. визначають як:

, (14)

де М – молекулярна маса речовини;

V_m – молярний об’єм газу.

Підставимо ці дані в формулу для масової частки:

g_i = . (15)

Формула для переходу від масової частки до об'ємної (мольної) має такий вигляд:

. (16)

У хімічному виробництві газоподібні маси надходять до реакційного апарату у вигляді суміші речовин, тому для технологічних розрахунків необхідно враховувати не молярну масу окремо узятої речовини, а масу суміші в цілому з урахуванням частки вмісту кожної з речовин.

Формула для розрахунку молярної маси газоподібних (або рідких) речовин, що утворюють суміш, наступна:

, (17)

де V_i – об'єм або об'ємна частка речовини;

М_i – молярна маса відповідної речовини;

k – кількість компонентів у суміші.

Завдання 3

Задача 1. Перерахувати об'ємні долі газового потоку наступного складу: g(СО) = А; g(СН₄) = В; g(Н₂) = Б; g(СО₂) = С; g(Н₂О) = Д.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
А	0,05	0,7	0,3	0,2	0,4	0,65	0,35	0,1	0,15	0,25
В	0,65	0,05	0,4	0,3	0,25	0,1	0,15	0,1	0,15	0,35
Б	0,15	0,1	0,2	0,3	0,15	0,1	0,25	0,7	0,6	0,2
С	0,1	0,1	0,05	0,18	0,16	0,1	0,2	0,09	0,06	0,16
Д	0,05	0,05	0,05	0,02	0,04	0,05	0,05	0,01	0,04	0,04

Задача 2. На вхід до реактора надходить потік А кг/год, що складається з чотирьох індивідуальних компонентів. Склад потоку в мольних частках наступний: n(CН₄) = В; n(Н₂О) = Б; n(N₂) = С; n(О₂) = Д. Розрахувати прибуткову частку матеріального балансу в масових і мольних одиницях.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
А	1000	500	100	300	800	900	1100	1200	450	650
В	0,3	0,35	0,25	0,25	0,3	0,33	0,28	0,3	0,35	0,25
Б	0,4	0,4	0,3	0,45	0,4	0,45	0,36	0,45	0,45	0,35
С	0,1	0,1	0,2	0,05	0,15	0,02	0,22	0,05	0,05	0,1
Д	0,2	0,15	0,25	0,25	0,15	0,2	0,14	0,2	0,15	0,3