Влажность газа после охлаждения ниже точки росы — при непостоянной температуре

Назначение расчёта и физическая модель

В задаче «Влажность газа после охлаждения ниже точки росы — при непостоянной температуре» требуется связать экспериментальные данные о газовой фазе с её составом или изменением состояния. Относительная влажность описывает, насколько парциальное давление воды близко к равновесному давлению насыщения при выбранной температуре. При охлаждении это равновесное давление уменьшается, поэтому часть воды может перейти из газа в конденсат. Это особенно важно, когда один исходный показатель получается из нескольких независимых измерений. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Температура охлаждения, °C» (12), когда проверяете этот этап.

Модель для рассматриваемого режима опирается на зависимость pH₂O=φpнас(T); nсух=(P−pH₂O)V/(RT); mконденс=max(0,nпара,до−nпара,после)·18,01528. При постоянном полном давлении сохранённые моли сухого газа задают связь между количеством остаточного водяного пара и его парциальным давлением. Масса выпавшей воды находится по разности молей пара до и после охлаждения. Параметры из разных этапов нужно относить к своей стадии, иначе результат будет численно правдоподобным, но физически неверным. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Абсолютное давление, Па» (101325), когда проверяете этот этап.

Особенность выбранного варианта — непостоянная температура. При переходе к другому температурному режиму исходное давление не обязательно сохраняется. В закрытом жёстком сосуде тепловое изменение отражается прежде всего на давлении; при свободном расширении — на объёме. При переходе от начального состояния к конечному мы явно учитываем изменения, чтобы не подменять материальный баланс простым произведением введённых чисел. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Начальный объём влажного газа, м³» (2), когда проверяете этот этап.

Ввод измерений и единиц

Первый измеряемый параметр — «Начальная температура, °C» (35). Его величина должна относиться именно к указанной порции или потоку газа. Если значение получено манометром как избыточное давление, прежде чем вводить его в газовое уравнение, прибавьте атмосферное. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Относительная влажность до охлаждения, %» (84), когда проверяете этот этап.

Следующее исходное значение, «Температура охлаждения, °C» (12), используется независимо от остальных полей. Температуру в кельвинах нельзя заменять показаниями в градусах Цельсия, а давление в паскалях — значением в килопаскалях без пересчёта. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Средняя молярная масса сухого газа, г/моль» (28.97), когда проверяете этот этап.

Третья величина из формы — «Абсолютное давление, Па» (101325). Когда поле задаёт долю, проверьте, выражена она числом от нуля до единицы или процентом. В смеси нельзя без отдельного преобразования приравнивать массовую и мольную доли. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Температура повторного нагрева, °C» (25), когда проверяете этот этап.

Последовательность вычисления

Первый шаг — определить количество вещества или долю целевого компонента из основных измерений. В нашей форме при этом участвует «Начальный объём влажного газа, м³» (2). Относительная влажность описывает, насколько парциальное давление воды близко к равновесному давлению насыщения при выбранной температуре. При охлаждении это равновесное давление уменьшается, поэтому часть воды может перейти из газа в конденсат. Для сравнения состояний удобно сначала выписать моли всех газовых компонентов. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Начальная температура, °C» (35), когда проверяете этот этап.

Второй шаг — применить именно те преобразования, которые описаны условиями задачи. Параметр «Средняя молярная масса сухого газа, г/моль» (28.97) относится к своей стадии процесса. При постоянном полном давлении сохранённые моли сухого газа задают связь между количеством остаточного водяного пара и его парциальным давлением. Масса выпавшей воды находится по разности молей пара до и после охлаждения. Нельзя автоматически применять к той же доле ещё одну потерю, если это условие уже учтено. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Температура охлаждения, °C» (12), когда проверяете этот этап.

На заключительном шаге используется «Температура повторного нагрева, °C» (25) и формула pH₂O=φpнас(T); nсух=(P−pH₂O)V/(RT); mконденс=max(0,nпара,до−nпара,после)·18,01528. Затем вычисляются взаимосвязанные показатели, включая состав и показатели объёма или массы. Если исходной влаги недостаточно для насыщения при конечной температуре, конденсат не образуется. В этом режиме формула возвращает нуль вместо отрицательной массы воды; нагрев без внесения воды уменьшает относительную влажность. Эти значения описывают одну согласованную систему. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Абсолютное давление, Па» (101325), когда проверяете этот этап.

Пример результатов для исходных условий

При значениях, которыми заполнена форма, первый контрольный итог составляет «Конденсат, г» — 47.324208. Этот результат нельзя интерпретировать отдельно от заданных давления и температуры: при изменении условий те же моли газа могли бы занимать другой объём. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Начальный объём влажного газа, м³» (2), когда проверяете этот этап.

В этом же расчёте второй показатель равен «Конечная относительная влажность, %» — 100. Сравните его с исходными измерениями и проверьте физический смысл единицы. Важно различать абсолютное количество вещества и долю этого вещества в общей газовой фазе. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Относительная влажность до охлаждения, %» (84), когда проверяете этот этап.

Дополнительная характеристика для той же исходной смеси составляет «Объём влажного газа после охлаждения, м³» — 1.789256. Она должна изменяться вместе с параметрами, которые на неё влияют. Для самостоятельного контроля можно изменить одно поле, оставив остальные величины фиксированными. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Средняя молярная масса сухого газа, г/моль» (28.97), когда проверяете этот этап.

Проверка балансов и граничные режимы

После расчёта полезно проверить ещё одну величину: «Водяной пар после охлаждения, моль» — 1.056613. Если исходной влаги недостаточно для насыщения при конечной температуре, конденсат не образуется. В этом режиме формула возвращает нуль вместо отрицательной массы воды; нагрев без внесения воды уменьшает относительную влажность. Отрицательные доли, невозможные суммы концентраций и давление водяного пара выше полного давления означают ошибочные исходные условия, а не допустимый физический результат. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Температура повторного нагрева, °C» (25), когда проверяете этот этап.

У этой постановки есть оговорённые границы применимости: Расчёты основаны на уравнении состояния идеального газа и балансах количества вещества. Температуры в газовом уравнении выражены в К, давления абсолютные. Уравнение идеального газа подходит для предварительного расчёта, однако близость к фазовому переходу и высокие давления могут потребовать коэффициента сжимаемости. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Начальная температура, °C» (35), когда проверяете этот этап.

Различайте расчёт при постоянном давлении и расчёт в закрытом сосуде фиксированного объёма. Для задачи «Влажность газа после охлаждения ниже точки росы — при непостоянной температуре» используется явно сформулированная схема, а не универсальная поправка ко всем потокам сразу. Это важно при сравнении с промышленными измерениями. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Температура охлаждения, °C» (12), когда проверяете этот этап.

Использование полученных величин

Расчёт удобно применять для проверки лабораторных измерений и оценки изменения состава газа. Когда определяется «Конденсат, г» — 47.324208, сравнение с фактическим результатом может указать на утечку, неполное извлечение компонента или некорректный учёт температуры. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Абсолютное давление, Па» (101325), когда проверяете этот этап.

Если у вас есть несколько наборов данных, проводите отдельный расчёт для каждого режима. Следите, чтобы величины «Начальная температура, °C» (35) и «Температура повторного нагрева, °C» (25) относились к одному опыту; смешение данных разных наблюдений нарушает связь материального баланса. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Начальный объём влажного газа, м³» (2), когда проверяете этот этап.

Полученные показатели нужны для первичной оценки, а не для утверждения безопасного режима работы оборудования. При отклонении состава от идеальной газовой модели выполните отдельный расчёт с учётом реальных свойств компонентов и доступных измерений. При режиме «непостоянная температура» обратите внимание на поле «Относительная влажность до охлаждения, %» (84), когда проверяете этот этап.

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите начальная температура, °c, температура охлаждения, °c, абсолютное давление, па.
2. Введите остальные величины, строго соблюдая единицы и физические ограничения.
3. Нажмите «Рассчитать», затем проверьте исходные доли, парциальные давления и материальный баланс.
4. Расчёты основаны на уравнении состояния идеального газа и балансах количества вещества. Температуры в газовом уравнении выражены в К, давления абсолютные.