Mešanje gasova. Molekularna i molarna (turbulentna) difuzija
Molekularna difuzija- proces međusobnog prodiranja molekula jednog gasa u drugi, koji dovodi do stvaranja savršene smeše, primećuje se u stacionarnim gasovima i u laminarnim strujanjima.
U molekularnoj difuziji, miješanje plinova je određeno toplinskim kretanjem molekula. Iako je brzina kretanja molekula W u prosjeku je vrlo velika, dužina slobodnog puta / je mala. Stoga se molekularna difuzija odvija prilično sporo. Količina gasa koja difunduje iz jednog sloja u drugi, prema Fikovom zakonu, jednaka je
gdje je koeficijent molekularne difuzije, m 2 /s; dC/dn -
gradijent koncentracije difuznog gasa, kg/m4.
Kako temperatura raste D i povećanje intenziteta difuzije. Veličina D može se odrediti korištenjem Sutherlandove formule koju je modificirao N.D. Kosovo:
gdje je D)12 koeficijent difuzije jednog plina (1) u drugi (2) plin pod pritiskom pQ i temperatura 7o; Q i C2 su Sutherlandovi koeficijenti za komponente smeše, K (za metan C = 198, vazduh - 119, azot - 107,0 2 - 138, C0 2 - 255); p 0, G 0 - vrijednost pritiska i temperature, respektivno, u normalnim fizičkim uslovima (po= 1,01 10 5 Pa; T 0= 273 K).
Često se koristi za određivanje koeficijenta molekularne difuzije D koristi se jednostavna formula snage
Gdje n- empirijski koeficijent
Zavisnosti za koeficijente difuzije višekomponentne mješavine su složenije (vidi str. 80).
U turbulentnom strujanju, difuzija, kao i prijenos topline i unutrašnje trenje, povezana je s turbulentnim prijenosom i miješanjem konačnih makroskopskih masa plina - turbulentnih molova. Veličine ovih madeža i putevi njihovog kretanja prije miješanja su različiti; postoji spektar vrijednosti ovih količina. Kretanje moljaca je pulsirajuće prirode, brzine njihovog kretanja su brzine pulsiranja preko toka. Pri niskim Re brojevima uočene su velike pulsacije koje se značajno mijenjaju samo na velikim udaljenostima. Ispod skala pulsiranja(turbulencija) razumiju redoslijed dužine na kojoj dolazi do značajne promjene brzine. Frekvencije velikih pulsacija su niske.
Kako Re raste, uz one velikih razmjera, pojavljuju se i visokofrekventne pulsacije malih razmjera. Skala velikih pulsacija je reda određujućih dimenzija sistema (. D, I kanal ili besplatni jet itd.). Pulsacije velikih razmjera određuju procese turbulentnog miješanja: unutrašnje trenje, difuziju i prijenos topline. Pulsacije malih razmjera vrše viskoznu disipaciju. Energija iz velikih krtica prenosi se na male i od njih se raspršuje. Miješanje tokom turbulentne difuzije je završeno zahvaljujući molekularnoj difuziji.
Koristeći razmatranja dimenzija i analogiju s procesima molekularnog prijenosa, uvodimo koncept turbulentni koeficijent prijenosa A T, koji karakterizira unutrašnje trenje, difuziju i prijenos topline u turbulentnom strujanju:
Gdje G- skala turbulencije, dužina turbulentnog kretanja
molitva dok se ne pomiješa (analogno /); - srednji kvadrat
pulsirajuća brzina.
Koeficijent A t je takođe koeficijent turbulentne difuzije D T turbulentna termička difuzivnost a t i viskozitet (v T). Ne zavisi od svojstava gasa i određuje se karakteristikama turbulencije. 
Zamjenom (3.57) u (3.56) dobijamo Prandtlovu formulu
Relacija (3.58) nam omogućava da procenimo koeficijente prenosa u turbulentnom strujanju. Za izračunavanje procesa prijenosa (difuzije) možete koristiti relacije (jednačine) vezane za molekularne procese, zamjenjujući ih sa D, a, V na D T, i t, vx. Kada je uticaj turbulentnog i molekularnog transporta uporediv, uvode se ukupni koeficijenti.
Svaki plin u mješavinama ponaša se kao da sam zauzima cijeli volumen posude: njegovi molekuli su ravnomjerno raspršeni u prostoru i stvaraju vlastiti, takozvani parcijalni tlak pi na stijenkama posude. Ako je smjesa u ravnoteži, temperatura svih plinova je ista i jednaka je temperaturi smjese TCM. Masa smjese jednaka je zbiru masa komponenti; pritisak smjese prema Daltonovom zakonu parcijalnih pritisaka (1801) jednak je zbiru parcijalnih pritisaka:
gdje je n broj komponenti koje čine smjesu.
Engleski fizičar i hemičar Džon DALTON (1766-1844) formulisao je 1803. zakon višestrukih odnosa: ako dve jednostavne ili složene supstance tvore više od jednog jedinjenja jedna s drugom, tada su mase jedne supstance po istoj masi druge supstance jednake povezani kao cijeli brojevi, obično mali. Na primjer, u pet dušikovih oksida (N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 5) količina kisika u istoj težinskoj količini dušika je 1: 2: 3: 4: 5. Dalton je ispravno objasnio ovaj zakon atomskom strukturom materije i sposobnošću atoma jedne supstance da se kombinuju sa različitim brojem atoma druge supstance. Istovremeno, Dalton je predložio korištenje koncepta atomske težine u hemiji. Poznavajući atomske težine elemenata, moguće je utvrditi mjeru hemijskih transformacija i hemijskih odnosa supstanci, kao i sastaviti kvantitativne jednačine reakcija. Po prvi put (1794.) sproveo je istraživanje i opisao nedostatak vida od kojeg je i sam patio - sljepoću za boje, kasnije u njegovu čast nazvanu sljepoćom u boji.
Polovinu svog života Dalton nije ni sumnjao da nešto nije u redu s njegovom vizijom. Studirao je optiku i hemiju, ali je otkrio svoj nedostatak zahvaljujući svojoj strasti prema botanici. Činjenicu da nije mogao razlikovati plavi cvijet od ružičastog u početku je pripisao zabuni u klasifikaciji cvijeća, a ne nedostacima u vlastitoj viziji. Dalton je primijetio da cvijet koji je na svjetlosti sunca izgledao nebeskoplavo (tačnije, boja za koju je mislio da je nebesko plava) izgleda tamnocrveno na svjetlu svijeće. Okrenuo se onima oko sebe, ali niko nije vidio tako čudnu transformaciju, osim njegovog brata. Tako je Dalton shvatio da nešto nije u redu s njegovom vizijom i da je ovaj problem naslijeđen. Godine 1995. provedena su istraživanja na očuvanom oku Johna Daltona, tokom kojih se ispostavilo da boluje od rijetkog oblika sljepoće za boje - deuteranopije. Deuteranopi imaju nedostatak M-konusnog pigmenta, usled čega su oboleli relativno neosetljivi na prosečne talasne dužine zelenog dela spektra, ali u isto vreme percipiraju kratkotalasni deo spektra kao plavi i dugotalasni dio kao žuti.
Svojstva smjese zavise od njenog sastava, koji se može podesiti na različite načine. Najjednostavnije i najpogodnije je odrediti sastav mase, tj. Za svaki gas određen je njegov maseni udio u smjesi:
Molni udio je omjer broja kilomola datog plina i broja kilomola cijele smjese:
gdje je m i molekulska težina i-te komponente.
Veličina
naziva se prividna molekulska težina smjese.
Često je sastav smjese određen volumnim udjelima
gdje je V i parcijalni volumen i-te komponente, tj. zapremina koju bi zauzeo dati gas da njegov pritisak nije p i , već p SM (na istoj temperaturi T SM), .
Za realno stanje, odnos između parametara je određen jednadžbom p i ×V CM =m i ×R i ×T CM, a za uslovno stanje - p CM ×V i = = m i ×R i ×T CM. Iz jednakosti desnih strana ovih jednadžbi slijedi p i ×V CM =p CM ×V i , iz čega nalazimo dvije važne formule:
Važno je poznavati odnose između veličina g i, y i i r i. Da bismo pronašli ove odnose, provodimo sljedeće jednostavne transformacije koje ne zahtijevaju dodatno objašnjenje:
Ovdje je 22,4 volumen 1 kmol bilo kojeg plina u normalnim uvjetima, m 3 (prema Avogadrovom zakonu, većina plinova ima ovu zapreminu, iako postoje mala odstupanja).
Zapreminski udio
Budući da su desna strana posljednje 2 formule iste, možemo zaključiti da su molni udjeli jednaki volumnim udjelima: y i = r i.
Dobijamo još jedan ovakav odnos:
Zamenivši y i sa r i, zapišimo to drugačije:
r i ×m i =g i ×m SM.
Zbrojimo rezultirajuće formule za svih n komponenti smjese. Kao rezultat ćemo imati
jer .
Na osnovu svojstva aditivnosti mogu se napisati sljedeće formule za izračunavanje toplotnog kapaciteta smjese:
Vrijednost plinske konstante nalazi se na sličan način:
ili, kao za svaki gas, kroz univerzalnu gasnu konstantu prema formuli R CM = 8314/m CM.
Pogledajmo bliže dvije najtipičnije metode miješanja.
1. Mešanje gasova kombinovanjem pojedinačnih zapremina. Neka postoji n različitih gasova smeštenih u odvojenim posudama zapremine V 1, V 2, .... Parametri svakog gasa su p 1, p 2, ... i T 1, T 2, ... Da bi se dobio mješavine, ovi volumeni se kombiniraju ili uklanjanjem pregrada, ili korištenjem kratkih cjevovoda dovoljno velikog poprečnog presjeka. Kao rezultat strujanja i difuzije gasova nakon određenog vremenskog perioda, dobija se homogena smeša čija se masa i zapremina mogu odrediti jednostavnim zbrajanjem:
gdje je masa i-te komponente, R i njena plinska konstanta.
Prilikom miješanja ne vrši se vanjski rad i ne dolazi do vanjske izmjene topline (dl = 0, dq = 0), što znači da se unutrašnja energija svakog plina ne mijenja (du = 0). Dakle, unutrašnja energija smeše će biti zbir unutrašnje energije njenih komponenti, tj.
Ovdje u CM = m CM × c V C M × (T C M – T 0) i u i = m i × c V i × (T i – T 0),
gdje je c Vi prosječan toplinski kapacitet i-te komponente u izobarnim procesima.
Zamijenimo date izraze u originalnu formulu:
i izvršite sljedeće transformacije: podijelite obje strane sa m SM (u ovom slučaju na desnoj strani dobijemo ), otvorite zagrade i izvadite konstantnu vrijednost T 0 izvan znaka zbira:
Ako uzmemo u obzir da , onda će nakon donošenja sličnih pojmova formula dobiti oblik
Tlak smjese nalazimo iz jednadžbe stanja idealnog plina:
Zamislimo da se formiranje smjese odvija u dvije faze. U prvoj fazi, pregrade između komponenti postaju elastične i dobro provode toplinu. Zatim, kao rezultat deformacija i razmjene topline koji se odvijaju na reverzibilan način, temperature i pritisci komponenti se izjednačavaju (postat će jednaki p SM i T SM) i mijenjaju se zapremine plinova. Entropija takvog stanja će biti
U drugoj fazi uklanjaju se particije. Tada će se, kao rezultat difuzije, svaki plin širiti po cijeloj zapremini, a svaka komponenta će imati parametre T CM i p i = r i × p CM, gdje je r i zapreminski udio komponente. U ovom slučaju, entropija mješavine se može definirati kao zbir entropija komponenti:
Poređenje ovih formula nam omogućava da pronađemo povećanje entropije zbog ireverzibilnosti:
što olakšava pronalaženje gubitka performansi
Dl = T 0 × Ds REV.
Ako je, na primjer, potrebno smjesu podijeliti na odvojene komponente, tada će u najmanju ruku biti potrebno potrošiti rad Dl.
2. Mešanje gasnih tokova je metoda kontinuirane proizvodnje smeša. Nekoliko tokova plina usmjereno je u jedan izlazni kanal. Neka M i gasa protiče kroz i-ti kanal, kg/s, sa parametrima p i i T i . Tada će zapreminski protok ovog protoka biti
i brzinu
Prilikom miješanja tokova, brzine plina su male i malo se razlikuju jedna od druge. Stoga se razlika u brzinama gasa može zanemariti i može se pretpostaviti da su pritisci plinova p i praktično isti i jednaki p SM.
Ako je tlak konstantan i nema vanjske izmjene topline, dogodit će se sljedeći balans entalpije:
Budući da za idealni gas h = s r ×(T – T 0), gornja formula se može napisati na sljedeći način:
Gdje ; c pi je prosječan izobarični toplinski kapacitet i-te komponente.
Provodeći transformacije slične prethodnim, dobijamo
Sada možete pronaći volumetrijski protok smjese i njenu brzinu u izlaznom kanalu poprečnog presjeka F OUT.
Da bismo identifikovali karakteristike uslova vlažnog vazduha, hajde da mentalno izvedemo sledeći eksperiment. Stavimo malu količinu vode u zatvorenu zapreminu sa suvim vazduhom. Kao rezultat njegovog isparavanja, formira se smjesa koja se naziva vlažnim zrakom. Ako dodate malu količinu vode, koncentracija i parcijalni pritisak pare će se povećati nakon isparavanja. Međutim, to će se promatrati samo dok ne dođe do dinamičke ravnoteže između pare i tekućine, tj. sve dok para u smeši ne postane zasićena pritiskom pH.
Sa dovoljnom tačnošću za vežbu, obe komponente vlažnog vazduha se uzimaju kao idealan gas. Kao i za bilo koju gasnu mešavinu, u ovom slučaju pritisak smeše je određen zbirom parcijalnih pritisaka: p SM = p SV + p P.
Obično morate imati posla sa atmosferskim vlažnim vazduhom, tada je p CM jednako barometarskom pritisku B, tj. r SV + + r P = V.
Masa pare sadržana u 1 m 3 vlažnog zraka naziva se apsolutna vlažnost. Apsolutna vlažnost jednaka je gustini pare u vlažnom vazduhu. Maksimalna apsolutna vlažnost zasićenog vlažnog vazduha r" = 1/v".
Relativna vlažnost je odnos apsolutne vlažnosti i maksimuma mogućeg pod istim uslovima: j = r P /r".
Primjenom jednačine stanja idealnog plina za parnu komponentu možemo pisati
Rezultirajući odnos se često uzima kao definicija j. Obično se vrijednost j ne izražava u dionicama, već u procentima. Relativna vlažnost zasićenog vazduha je 100%. Vrijednost j se mjeri pomoću psihrometara ili higrometara.
Najjednostavniji psihrometar sastoji se od dva alkoholna termometra, jedan je običan suhi termometar, a drugi ima uređaj za vlaženje. Senzor temperature mokrog termometra umotan je u pamučnu tkaninu koja se stavlja u posudu s vodom. Brzina isparavanja vlage raste kako se relativna vlažnost zraka smanjuje. Isparavanje vlage uzrokuje hlađenje predmeta iz kojeg vlaga isparava. Kako se temperaturni senzor mokrog termometra hladi, brzina isparavanja vlage se smanjuje sve dok se na određenoj temperaturi ne postigne dinamička ravnoteža - količina isparene vlage jednaka je količini kondenzovane vlage. Dakle, temperatura mokrog termometra će dati informaciju o relativnoj vlažnosti zraka. Termometri imaju precizne gradacije sa vrijednostima podjela od 0,2-0,1 stepeni. Psihometrijska tablica može biti uključena u dizajn uređaja radi lakšeg korištenja.
Masa vlažnog zraka smještena u određenom volumenu V , određena zbirom masa suvog vazduha i pare
m BB = m C B + m P.
Nakon dijeljenja ove formule sa vrijednošću V dobijamo
r BB = r C B + r P.
Koristeći jednačinu stanja za suhi zrak i gornje relacije, nalazimo
Zamijenimo pronađene vrijednosti u formulu za gustinu vlažnog zraka i nakon jednostavnih transformacija dobijemo:
Obratite pažnju sada da je R B< R П, значит (1/R B – 1/R П) >0. Količina B/(R B ×T) jednaka je gustini suhog zraka pri barometarskom pritisku. Tada iz posljednje formule slijedi zaključak: gustina vlažnog zraka je manja od gustine suhog zraka pri istom (obično barometarskom) pritisku. Istina, razlika u gustoćama je mala, pa u tehničkim proračunima obično uzimaju r BB = r C B, iako se, ako je potrebno, mogu izvršiti precizniji proračuni pomoću posljednjeg izraza.
U praktičnim proračunima, parametar vlažnog zraka nazvan sadržaj vlage d se široko koristi. Po definiciji, sadržaj vlage je količina vlage ili pare, kg (g), po kilogramu suhog zraka:
Za zapreminu V veličine m P = V × r P, m SV = V × r SV. Onda
Odnos R SV /R P = 0,622, tako da konačno imamo
Važan parametar vlažnog zraka je njegova entalpija, koja je zbir entalpije suhog zraka i entalpije pare sadržane u smjesi:
H = H CB + H P = c R CB × t + d × (h" + r + c R P × (t – t N)).
Analitičke veze između t, j, d i H su prilično složene i često nealgebarske. Stoga je rješavanje mnogih problema teško i zahtijeva iterativne metode. Da biste pojednostavili i olakšali proračune, koristite poseban H–d dijagram konstruiran za pritisak B = 745 mm Hg. Art. na osnovu tabela zasićenja i gornjih formula. Ovaj dijagram je ucrtan u kosoj koordinatnoj mreži:
Na dijagramu je prikazana mreža linija j = const, mreža izotermi t = const i linija N = const, usmjerenih pod uglom od 45° u odnosu na vertikalu. Prisustvo ovih mreža omogućava, koristeći bilo koja dva data parametra sa liste t, j, d i H, da pronađemo tačku na dijagramu, a samim tim i druga dva nepoznata parametra.
U mnogim tehničkim uređajima, na primjer, parnim mlaznim uređajima, miješajućim parnim grijačima itd., provodi se adijabatsko (bez vanjske izmjene topline) miješanje tokova vodene pare, zbog čega se mijenjaju parametri pare početnih tokova.
Dakle, neka postoje dva (radi jednostavnosti zaključivanja) protoka pare sa masenim protokom M 1 i M 2 i parametrima pare p 1, v 1, t 1, h 1, s 1 i p 2, v 2, t 2, h 2, s 2 se miješaju u komori i ostavljaju je sa parametrima p CM, v CM, t CM, h CM, s CM. Potrebno je odrediti parametre smjese.
Jasno je da će maseni protok izlaznog protoka biti M SM = = M 1 + M 2, a maseni udjeli g 1 i g 2 su par odgovarajućih protoka
Postavljeni problem je prilično jednostavan za rješavanje korištenjem h–s dijagrama vode i pare. Koristeći date parametre p 1, t 1 i p 2, t 2, nalazimo tačke 1 i 2 na dijagramu. , bit će određen zbrojem s CM = g 1 ×s 1 + g 2 ×s 2, odražavajući uvjet reverzibilnosti:
Parametre dobijene smjese ćemo pronaći spajanjem tačaka 1 i 2 i određivanjem položaja tačke 3 u odnosu na segmente l 13 i l 32 čija je dužina određena relacijom
Dokažimo da takva proporcija zadovoljava i uslov reverzibilnosti i jednadžbu toplotnog bilansa h SM = g 1 ×h 1 + g 2 ×h 2 .
Iz sličnosti trouglova 1a3 i 3b2 slijedi jednostavan odnos
odakle nam to?
h 3 ×g 1 – h 1 ×g 1 = h 2 ×g 2 – h 3 ×g 2.
h 3 ×(g 1 + g 2) = h 1 ×g 1 + h 2 ×g 2.
Ho g 1 + g 2 = 1, što znači
h 3 = h SM = h 1 ×g 1 + h 2 ×g 2.
Slično, analizom odnosa između segmenata l 1 a i l 3 b, može se potvrditi da je i uslov reverzibilnosti zadovoljen.
U stvarnosti, proces miješanja je nepovratan proces i, u skladu s drugim zakonom termodinamike, entropija smjese je veća od entropije oba toka prije miješanja:
s CM = g 1 ×s 1 + g 2 ×s 2 + Ds UNINV.
Tipično, pritisci pare na ulazima i izlazima iz komore za miješanje su vrlo blizu, i mogu se smatrati istim, tj. tačke 1, 2 i 3 H leže na istoj izobari:
Ako se tokom procesa takvog miješanja dovede ili ukloni toplina, tada će se dodatno promijeniti entalpija i entropija smjese. Pošto se razmena toplote ovde dešava pri p=const, vrednost entalpije će se promeniti za količinu toplote uključene u izmenu toplote, Dh = q:
Prikazana metoda omogućava određivanje parametara stanja smjese čak i pri miješanju nekoliko parnih tokova. U ovom slučaju prvo se utvrđuje stanje pare pri miješanju dva toka, zatim slično pri miješanju dobivene smjese s trećim mlazom itd.
Maseni udjeli svake komponente bilo koje smjese određeni su masenim protokom M 1 i M 2 prvog i drugog protoka. Sadržaj vlage d i entalpija h su aditivni parametri, tako da možemo pisati
d CM = g 1 ×d 1 + g 2 ×d 2 i h CM = g 1 ×h 1 + g 2 ×h 2 = g 1 ×h 1 + (1 – g 1)×h 2 ,
pošto je g 1 + g 2 = 1.
Vrijednosti d 1, d 2, h 1, h 2 mogu se odrediti iz h–d dijagrama na osnovu datih temperatura t 1 i t 2 i relativne vlažnosti j 1 i j 2:
Na dijagramu su, pored tačaka 1, 2 i 3, koje prikazuju parametre svakog od tokova i dobijene mešavine, ucrtane tačke 4, 5 i 6 koje su neophodne za dalje razmišljanje.
Parametri smjese se mogu odrediti bez pribjegavanja proračunima. Da biste to učinili, morate povući pravu liniju kroz tačke 1 i 2 i pronaći položaj tačke 3, koristeći prethodno dobijenu relaciju
Izvršimo najjednostavnije transformacije zamjenom vrijednosti h CM:
Ostaje dokazati da će se takvom podjelom segmenta 1-2 vrijednost d CM također pravilno odrediti. Da bismo to učinili, zapisujemo omjere stranica odabranih trokuta prema njihovim visinama, uzimajući u obzir da su te visine određene razlikama u sadržaju vlage d:
Odavde ćemo naći
g 2 ×d 2 – g 2 ×d SM = g 1 ×d SM – g 1 ×d 1.
d SM ×(g 1 + g 2) = g 1 ×d 1 + g 2 ×d 2; d SM = g 1 ×d 1 + g 2 ×d 2.
Posljednja formula u potpunosti odgovara svojstvu aditivnosti.
Poglavlje 9. Opšte informacije o miješanju plinova.
Ciljevi i zadaci poglavlja:
Naučite pravila zaštite od požara pri radu s kisikom
Naučite o pravilima za rukovanje i rad s kisikom
Saznajte više o primjeni "pravila 40%"
Saznajte više o različitim sistemima za miješanje plinova.
Novi pojmovi u ovom poglavlju.
Zapaljiv (opasan od požara) trougao
Mast kompatibilna sa kiseonikom
Adijabatsko grijanje (Diesel proces)
Čišćenje kiseonikom
40% pravilo
Mešanje parcijalnih pritisaka
Konstantno miješanje protoka
Upijanje uz periodično čišćenje upijača
Membransko odvajanje.
Kao ronilac koji koristi obogaćene mješavine u svojim ronjenjima, morate biti u mogućnosti nabaviti te mješavine. Ne morate znati kako sami pripremiti nitrox, međutim, trebali biste imati razumijevanje o tome kako se priprema i biti svjesni zahtjeva za čišćenjem korištenja nitroxa za vašu opremu. U ovom poglavlju su prikazane neke od najčešće korištenih metoda za proizvodnju obogaćenih mješavina, te su razmotrene njihove prednosti i nedostaci. Smjesa koju udišete mora imati odgovarajući sadržaj kisika.
1. Rukovanje i rad sa kiseonikom.
Kiseonik je neverovatan gas. On može biti i prijatelj i neprijatelj. Prilikom miješanja plinova za ronjenje, operater mora postići odgovarajući sadržaj kisika u mješavini pod visokim pritiskom. To se može postići miješanjem čistog kisika s dušikom ili zrakom, ili uklanjanjem dijela dušika iz zraka. Glavni problem sa mešanjem kiseonika pod visokim pritiskom je opasnost od požara. Sve što nije potpuno oksidirano - a to znači praktički sve - izgorjet će u kisiku pod visokim pritiskom ako je prisutan izvor paljenja. Postoji određeni rizik pri rukovanju mješavinama, ali rukovanje čistim komprimiranim kisikom predstavlja mnogo veći rizik. Ronilac koji koristi obogaćene mješavine ne mora biti iskusan u rukovanju čistim kisikom, ali bi trebao imati određeno razumijevanje povezanih rizika jer se kisik koristi kako aktivnosti ronioca postaju složenije i opsežnije.
2. Zapaljiv (opasan od požara) trougao.
Da biste spriječili požar, morate znati koje komponente uzrokuju i podržavaju požar. Ove komponente su prikazane na slici
u obliku takozvanog „zapaljivog ili požarno opasnog trougla“. Vatra je brza hemijska reakcija između goriva i kiseonika (oksidatora) koja se može dogoditi samo ako postoji izvor paljenja (toplina). Oksidacija se može dogoditi bez sagorijevanja, kao, na primjer, tokom procesa rđe. Požar nastaje kada postoji izvor paljenja (toplota). Nakon paljenja, kemijska reakcija sagorijevanja oslobađa energiju (toplotu), koja podržava dalje sagorijevanje. Ako uklonimo jednu od komponenti (gorivo, kisik, izvor paljenja), požar ne može doći. Ako, dakle, sve tri komponente nisu prisutne u isto vrijeme, požar će biti spriječen. Ako plamen već postoji, uklanjanje jedne od komponenti će uzrokovati da se plamen ugasi. Ovo su osnove teorije gašenja požara. Još jedna važna stvar je da se vatra mora širiti kako bi održala svoje postojanje. Ponekad se čak dodaje želja za širenjem vatre kao još jedna komponenta gore opisanog „trougla“.
3.Oxygen.
U situacijama o kojima se govori u nastavku, kisik je prisutan u koncentracijama većim od njegove koncentracije u zraku. To znači da je oksidant u "zapaljivom trokutu" uvijek prisutan prema zadanim postavkama i ne može se ukloniti iz ove "formule vatre". Svi znaju da atmosferski kisik može aktivno sudjelovati u reakcijama sagorijevanja pod odgovarajućim okolnostima, pa ne treba čuditi da veće koncentracije mogu samo povećati rizik. Nadalje, potrebno je zapamtiti da povećani sadržaj kisika u zraku znači smanjeni sadržaj inertnog plina. Iz ovog i nekih drugih razloga, intenzitet sagorevanja ne zavisi linearno od procenta kiseonika. Zavisi kako od procenta (udjela) kisika u smjesi tako i od njenog parcijalnog tlaka i značajno raste kako se ovi parametri povećavaju.
4.Fuel.
U ovom paragrafu ćemo govoriti o gorivu dostupnom u gasnom sistemu koji obezbeđuje upotrebu gasa za disanje. Pri visokim pritiscima kiseonika, ako dođe do požara, sam sistem može postati gorivo za hemijsku reakciju, ali je potrebno nešto zapaljivije da bi došlo do požara. To može biti neki odvojeni dio sistema, rastvarač, mazivo ili meke komponente sistema (guma, plastika).
Neka goriva koja se nalaze u gasnim sistemima mogu biti gotovo nezapaljiva u normalnim uslovima i vrlo zapaljiva u okruženju obogaćenom kiseonikom. Ove vrste goriva uključuju silikonsku mast, silikonsku gumu, neopren, maziva za kompresore, plastične i metalne strugotine i neravnine, organske tvari i materijale, prašinu raznih vrsta, čak i mast na obručima. Možda su najopasnija goriva razna maziva. Postoji uobičajena zabluda da je silikon (vjerovatno zbog egzotičnog imena) siguran kada se koristi s kisikom. Zapravo to nije istina. Postoje posebna maziva kompatibilna s kisikom, kao što su Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Upravo ova sredstva za samopodmazivanje treba da se koriste u okruženju obogaćenom kiseonikom.
5. Paljenje.
Neki izvori paljenja su očigledni, međutim, većina njih je izvan gasnog sistema i mi ih ne razmatramo. Dva glavna izvora paljenja unutar sistema su trenje i kompresija gasa dok prolazi kroz sistem. Termin "trenje" se ovdje koristi u općenitom smislu: u smislu prisustva bilo koje čestice u struji plina ili u smislu kretanja samog toka plina i njegovog sudara s uglovima plinovoda ili drugim preprekama . Drugi fenomen - isti koji uzrokuje zagrijavanje cilindra - također može uzrokovati požar (ako se oslobodi dovoljno topline). To je isti efekat koji uzrokuje paljenje goriva u cilindrima dizel motora bez svjećice. Ovaj efekat se naziva "adijabatsko zagrijavanje (Diesel proces)".
Iznenadno otvaranje i zatvaranje ventila cilindra tokom kompresije plina može uzrokovati povećanje temperature do točke paljenja, a ako ima zagađivača u protoku plina i samo paljenje. Stoga kompresori ne koriste ventile za brzu promjenu („kuglasti ventili“).
6. Upotreba sistema kiseonika.
Važna poruka ovog poglavlja je da se rizik rukovanja kiseonikom može minimizirati pridržavanjem određenih pravila u dizajnu i rukovanju sistemima. Posebno je važno izbjegavati oštre uglove i ventile za brzo mijenjanje te koristiti odgovarajuće materijale. Metali koji se koriste za izradu vazdušnih sistema su takođe pogodni za izradu sistema kiseonika. Što se tiče "mekih komponenti", kao što su brtve, fleksibilni spojevi, dijafragme, moraju se zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom. U nekim slučajevima glavni kriterij je manja zapaljivost u kisiku, ali u većini slučajeva povećana otpornost na kisik pod visokim pritiskom. Dostupni su specijalni kompleti koji vam omogućavaju da pretvorite vazdušnu opremu u opremu za korišćenje nitroksa.
To uključuje pravilno čišćenje i održavanje opreme, korištenje odgovarajućih maziva, rukovanje plinovima na način koji ne uzrokuje paljenje i otvaranje ventila polako i glatko.
7. Oprema za čišćenje za upotrebu sa kiseonikom. Neka razmatranja u vezi sa čišćenjem opreme.
Koncept “čišćenja kisikom” izaziva određenu zabunu među roniocima amaterima. Razlog je taj što nije sasvim jasno da li oprema zahteva čišćenje za upotrebu sa smešama koje sadrže 21% do 40% kiseonika. Ovaj problem ima dublje korijene: ne postoje razvijene i standardizirane industrijske procedure za rukovanje mješavinama koje sadrže neku srednju količinu kisika u rasponu od 21% (vazduh) do 100% (čisti kisik). Standardi postoje samo za rukovanje čistim kiseonikom; Dakle, svaka mješavina koja sadrži više od 21% kisika je ekvivalentna čistom kisiku prema trenutnim standardima. Stoga, da bi se sve operacije izvele u skladu sa industrijskim standardima, svaka obogaćena smjesa mora se tretirati kao čisti kisik.
Udruženje za komprimirani plin CGA, Nacionalno udruženje za zaštitu od požara NFPA, NASA i nekoliko drugih organizacija preporučuju tretiranje plinova srednje koncentracije kao čistog kisika. To ne znači da su radili bilo kakva istraživanja u ovom rasponu koncentracija. To samo znači da ne postoje industrijski razvijeni i prihvaćeni standardi, a ove organizacije radije zauzimaju konzervativnu poziciju. S druge strane, američka mornarica je razvila procedure koje navode da se mješavine s koncentracijom kisika do 40% mogu tretirati kao zrak sa stajališta rukovanja. Nisu objavljeni rezultati ispitivanja koji bi sugerirali da je ovaj zaključak tačan, međutim, ovaj pristup se prakticira dugi niz godina i nije bilo izvještaja o nesrećama vezanim za ovu problematiku. NOAA je usvojila ovu granicu koncentracije pri radu sa obogaćenim smjesama; NAUI, općenito, također, međutim, uz određena ograničenja.
Čisti komprimovani vazduh.
Još jedna zabuna nastaje u vezi sa konceptom „čistoće vazduha“. Različiti "stepeni" čistoće gasa za disanje koje koriste razna udruženja i organizacije (CGA, US Navy) zbunjuju kada je u pitanju čistoća obogaćene mešavine. Standardi dozvoljavaju prisustvo neke uljne pare (ugljovodonika) u komprimovanom vazduhu (obično 5 mg/cu.m.). Ova količina je bezbedna sa tačke gledišta disanja, ali može biti opasna sa tačke gledišta požara kada se radi sa komprimovanim kiseonikom.
Dakle, ne postoje opšte prihvaćene i dogovorene gradacije čistoće vazduha koje određuju njegovu pogodnost za mešanje sa čistim kiseonikom. Uređivači industrijskih standarda su se složili da su nivoi ugljovodonika reda veličine 0,1 mg/m3. m može se smatrati prihvatljivim za vazduh, koji se „mora dalje mešati sa kiseonikom“. U posljednjih nekoliko godina, filterski sistemi (na slici) su postali dostupni za proizvodnju komprimovanog zraka koji ispunjava ove zahtjeve. Kompresori koji sprječavaju kontakt zraka s mazivom, naravno, bolje se nose s ovim zadatkom, ali su znatno skuplji.
Izraz "čišćenje kisikom" također zvuči zastrašujuće iz razloga što njegova industrijska implementacija zahtijeva poštivanje prilično strogih procedura. Ove periodične procedure objavljuju CGA i druge organizacije. Dizajnirani su za održavanje sigurnosti pri radu sa komprimiranim kisikom.
NAUI navodi da svaka oprema namijenjena korištenju s čistim kisikom ili mješavinama koje sadrže više od 40% kisika pri pritiscima većim od 200 psi (približno 13 atm) mora biti kompatibilna s kisikom i pročišćena za korištenje s kisikom. Cilindar, prvi stepen regulatora i sva crijeva moraju se očistiti. Neki dijelovi opreme mogu se konvertirati za rukovanje takvim mješavinama korištenjem komponenti iz posebnih kompleta.
8. Neformalan pristup čišćenju kiseonikom: “pravilo 40%”
Unatoč nedostatku formalnog testiranja, takozvano "pravilo 40%" se prilično uspješno koristi u ronilačkoj industriji, a njegova primjena nije otkrila nikakve probleme. Dogodili su se brojni požari u ronilačkim sistemima za miješanje plina, ali su bili uzrokovani većom koncentracijom kisika.
NAUI prihvata ovo pravilo, ali zahtijeva da oprema bude pročišćena kisikom i da se koriste maziva kompatibilna s kisikom. Ovaj pristup je manje striktan od formalnog, međutim, kada se radi ispravno, vrlo je efikasan. Čišćenje moraju obavljati kvalifikovani tehničari.
Oprema se mora očistiti od sve vidljive prljavštine i masnoće, zatim četkom ili ultrazvučno očistiti jakim deterdžentom u vrućoj vodi. Tečni proizvodi za čišćenje poput Joy dobri su za kućnu upotrebu. Čistoća ne bi trebala biti manja od one koja se očekuje od tanjira i srebrnog pribora. Nakon sušenja, meke komponente se moraju zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom, nakon čega se oprema podmazuje mazivom kompatibilnim s kisikom.
Nakon čišćenja, opremu treba koristiti samo za obogaćene smjese i ne smije se koristiti sa komprimiranim zrakom, inače će se morati ponovo očistiti.
9. Priprema obogaćenih smeša.
Tradicionalna shema za izgradnju sistema za miješanje plina temelji se na dodavanju kisika u zrak na ovaj ili onaj način. Nedavno su razvijene i dostupne dvije nove metode koje obogaćuju zrak na drugačiji način - uklanjanjem dušika. Ovaj odeljak će pokriti 3 metode dodavanja kiseonika: mešanje težine, mešanje parcijalnog pritiska, mešanje konstantnog protoka; i 2 metode sa uklanjanjem azota: apsorpcija sa periodičnim čišćenjem apsorbenta, odvajanje membrane (Ballantyne i Delp, 1996).
Tip sistema za miješanje plina koji se koristi je važan za krajnjeg korisnika jer određuje postupke punjenja boca i raspon mogućih koncentracija kisika u nastaloj smjesi.
Mešanje gasova po težini.
Najjednostavniji i najpouzdaniji način dobivanja smjesa točnog sastava je kupovina gotovih smjesa. Industrijski proizvođači plina obično miješaju čisti kisik i čisti dušik umjesto čistog kisika i zraka.
Gasovi se miješaju po težini. To omogućava zanemarivanje mnogih anomalija u ponašanju plinova uzrokovanih njihovim razlikama od idealnih i daje vrlo precizan plinski sastav mješavina. Miješanje se može vršiti u cilindrima, grupama cilindara ili rezervoarima. Neophodno je imati precizne vage, koje su prilično skupe, jer moraju biti sposobne mjeriti male promjene velikim tegovima. Ova metoda miješanja plinova je najpreciznija, a dobivene smjese se pažljivo analiziraju kako bi se osiguralo da stvarni sastav odgovara deklarisanom. Prilikom pripreme ovakvih mješavina, industrijska kompanija je prisiljena koristiti čisti kisik, ali trgovac mješavinama to može izbjeći. Ova metoda je prilično skupa, a njen trošak je povećan činjenicom da posude za skladištenje mješavina pripadaju dobavljaču mješavina, pa ih stoga iznajmljuje prodavač mješavina.
Mešanje parcijalnih pritisaka.
Kao što sam naziv metode kaže, zasniva se na omjeru parcijalnih pritisaka. Tehničar puni rezervoar određenom količinom kiseonika (mereno vrednošću pritiska), a zatim ga dopunjuje ultra čistim vazduhom do željenog konačnog pritiska. Prije svega, kisik se upumpava kada je cilindar još prazan, što smanjuje opasnost od požara postupka, jer nema potrebe za manipuliranjem kisikom pri punom tlaku napunjenog cilindra. Pošto se koristi čisti kiseonik, ceo sistem, uključujući i cilindar koji se puni, mora biti kompatibilan sa kiseonikom i očišćen. Kako pritisak zavisi od temperature, a cilindar se zagreva prilikom punjenja, potrebno je ili pustiti da se cilindar ohladi ili pri merenju pritiska uzeti u obzir uticaj temperature. Budući da se konačno podešavanje sastava često vrši nakon što se cilindar potpuno ohladi, cijeli proces pripreme smjese traje dosta vremena. Ovaj proces se također može koristiti za ponovno punjenje posude mješavinom poznatog sastava kako bi se dobila mješavina istog ili drugačijeg specifičnog sastava.
Kompresor za miješanje ovom metodom nije potreban ako se zrak dovodi pod pritiskom dovoljnim da napuni rezervoare za ronjenje bez dodatne kompresije. Da bi se postigla maksimalna iskorištenost banke cilindara za punjenje, koriste se tzv. „kaskadna tehnologija“, koja se sastoji u tome da se prvo koristi cilindar za punjenje s najnižim tlakom, zatim cilindar s najvećim pritiskom i tako dalje. Ponekad se sama metoda naziva "kaskadna metoda miješanja".
Kompresori se također često koriste sa ovom metodom. Ne smiju koristiti uljna maziva ili moraju osigurati zrak ultra visoke čistoće pogodan za miješanje s kisikom. Drugi način upumpavanja zraka u cilindar je korištenje pneumatske pumpe koja komprimira zrak u setu cilindara različitih promjera, čiji su klipovi spojeni na istu bregastu osovinu. Ogna od najpopularnijih modela je Haskel.
Parcijalno miješanje pod pritiskom je vrlo popularno među ronilačkim centrima, koji pripremaju mnogo različitih mješavina u malim količinama za različite svrhe rekreativnog i tehničkog ronjenja, uključujući mješavine sa sadržajem kisika većim od 40%. U ovom slučaju, značajan dio troškova sistema je visokoprecizni manometar. U ovom slučaju, upotreba pneumatske pumpe je vrlo efikasna. Ova metoda se koristi na udaljenim ronilačkim mjestima. Pošto se kiseonik dodaje pod niskim pritiskom, neki tehničari ne čiste boce za kiseonik. Ovu praksu treba izbjegavati: cilindar uvijek treba čistiti za korištenje kisikom.
10. Konstantno miješanje protoka.
Ovu metodu (koja se naziva i metoda atmosferskog opterećenja) je prvi razvio NOAA (1979., 1991.) i predstavlja metodu koja je najprikladnija za upotrebu (slika 9-7). U ovoj metodi, kiseonik pod niskim pritiskom se dodaje u ulaznu struju vazduha koja ulazi u kompresor uz visok stepen uklanjanja uljne pare. Struja efluenta se kontinuirano analizira na sastav i rezultat ove analize se koristi za prilagođavanje dodatka kiseonika u ulaznoj struji. Izlazni protok može zaobići niz cilindara za punjenje dok se sastav smjese prilagođava. Jednom kada se smjesa pumpa u cilindre za punjenje, može se prenijeti u cilindre za ronjenje obilaznicom ili pomoću zračne pumpe. Postrojenje s konstantnim protokom također može koristiti apsorpcijski podsistem kao izvor kisika, uz periodično prečišćavanje PSA apsorbenta.
Postoji još jedna klasa jedinica sa konstantnim protokom koje obezbeđuju vazduh komercijalnom roniocu kroz crevo za dovod vazduha. Takve instalacije imaju sredstva za praćenje konstantnosti sastava mješavine - različite mjerače protoka i regulatore. Njihov izlazni pritisak je obično manji od 200 psi (13 atm).
11. Upijanje uz periodično čišćenje upijača (PSA).
Ova metoda se temelji na korištenju materijala nazvanog "molekularno sito" - sintetičkog poroznog materijala nalik glini čije pore pružaju vrlo veliku površinu. Ova površina adsorbuje gasove ("adsorbirati" znači "apsorbovati na površini"). Dušik se adsorbuje brže od kiseonika, pa vazduh koji prolazi kroz adsorbent postaje bogatiji kiseonikom (tačnije siromašniji azotom). Koriste se dvije upijajuće ploče, između kojih se mijenja protok zraka. Kada je tok usmjeren na jednu ploču, ona adsorbira dušik, dok se druga ploča u ovom trenutku čisti od prethodno adsorbiranog dušika. Tada ploče mijenjaju uloge.
Promjenom pritiska i učestalosti čišćenja ploča moguće je dobiti različite vrijednosti sadržaja kisika u izlaznoj smjesi. Maksimalni mogući sadržaj kiseonika je 95%, ostalo je argon. Argon se u odnosu na ovu vrstu adsorbenta ponaša skoro kao kiseonik (tj. nije adsorbovan), pa će se u izlaznoj smeši nalaziti u skoro istoj proporciji sa kiseonikom kao i u ulaznom vazduhu. Ovaj argon nema efekta na ronioca.
Instalacije ovog tipa ne zahtijevaju kisik pod visokim pritiskom, ali su složene i prilično skupe u smislu nabavke i održavanja; izlazni protok se mora pumpati u cilindre pomoću pročišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili zračne pumpe (na slici).
12. Membransko odvajanje.
Ova metoda se zasniva na korištenju membrane, koja, kada čisti zrak prolazi kroz nju, omogućava molekulama kisika da bolje prolaze od molekula dušika. Tako je izlazna smjesa obogaćena kisikom, a koncentracija kisika određena je ulaznim protokom. Maksimalni mogući sadržaj kiseonika u komercijalno dostupnim sistemima je oko 40%. Ista tehnologija se, inače, koristi za odvajanje helijuma i u nekim drugim procesima.
Slično kao kod PSA jedinica, nema potrebe za korištenjem kisika pod visokim pritiskom. Efluent se mora pumpati u cilindre pomoću pročišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili zračne pumpe. Membranski sistemi su prilično pouzdani i ne zahtijevaju posebno održavanje, pod uslovom da je čistoća ulaznog toka dovoljna.
gasovi arhiva
Gasnu mješavinu vodonika i kisika, ako njihov maseni udjeli 1 i 2 su jednaki, respektivno... parametri koji karakteriziraju pojedinca svojstvagas, i prema tome je... T=400 K. 8 POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE...
Uvod 3 Poglavlje 1 Naučnici i njihova otkrića
Sažetak disertacije... poglavlja. Uvod Poglavlje 1: Naučnici i njihov otvori. - Priestleyjevo iskustvo Poglavlje 2. Istorija fotosinteze. Poglavlje 3: Važnost fotosinteze u prirodi. Poglavlje... ugljični dioksid gas u kiseonik. Carbonic gas potreban...elektrohemijski potencijal. Svojstva tilakoidna membrana...
Pustite u odvojene termostatirane posude pod istim pritiskom str postoje gasovi A I IN, uzeti u količinama i molovima. Kada se ove posude povežu, dolazi do spontanog mešanja gasova sve dok se ne uspostavi homogeni sastav gasne mešavine u celoj zapremini sistema. Pretpostavit ćemo da izvorni plinovi i njihove smjese podliježu jednadžbi stanja idealnih plinova. Zatim, uz održavanje konstantnog ukupnog pritiska gasa str parcijalni pritisci gasova u nastaloj mešavini biće jednaki
Kada se mešaju idealni gasovi, nema toplotnih efekata, tako da nema razmene toplote između gasova i termostata, a promena entropije sistema biće u potpunosti određena ireverzibilnošću procesa unutar sistema.
Da bi se pronašla željena promjena entropije, potrebno je suprotstaviti opisani spontani proces sa tranzicijom mentalne ravnoteže između istih početnog i krajnjeg stanja sistema.
Za ravnotežno miješanje plinova koristit ćemo poseban hipotetički uređaj, po analogiji s termostatom, nazvan kemostat . Ovaj uređaj se sastoji od termostatski kontroliranog cilindra opremljenog pokretnim klipom bez trenja; na dnu cilindra nalazi se membrana koja je selektivno propusna samo za datu pojedinačnu hemikaliju; potonji odvaja pojedinačnu supstancu ubačenu u hemostat od mješavine supstanci koje se proučavaju smještene u drugoj posudi. Za razliku od termostata, dizajniranog da održava određenu temperaturu tijela uronjenog u njega, ili da ga zagrijava ili hladi u ravnotežnom režimu, uz pomoć kemostata osiguravaju održavanje određene vrijednosti hemijskog potencijala datog tijela. pojedinačne supstance u mešavini ispitivanih supstanci, kao i ravnotežno snabdevanje i uklanjanje supstance iz smeše. Hemijski potencijal i - hemijska komponenta u hemostatu je jedinstveno određena temperaturom T i pritisak koji se stvara na klipu. Promjenom pritiska na klip, moguće je promijeniti smjer tranzicije date komponente kroz selektivnu membranu: ako je hemijski potencijal komponente u ispitivanoj smjesi, onda kada će se supstanca dodati u smjesu , kada – biće uklonjen iz smeše, i kada se održava hemijska ravnoteža između hemostata i smeše. Kvaziravnotežna promjena u sastavu smjese odgovara difuzijskom prijenosu tvari kroz membranu pod utjecajem vrlo male razlike u vrijednostima kemijskog potencijala na obje strane membrane.
Hemijski potencijal idealnog gasa, bez obzira da li je ovaj gas u pojedinačnom stanju ili u mešavini sa drugim idealnim gasovima, izražava se jednostavnom relacijom gde je str i je ili pritisak čistog gasa ili njegov parcijalni pritisak u smeši. Prema tome, kada se idealan gas prenosi kroz polupropusnu membranu, ravnoteža između smeše i hemostata karakteriše jednakost pritiska u hemostatu i parcijalnog pritiska gasa u smeši.
Rice. 2.3. Ravnotežno miješanje dva plina pomoću kemostata: a– početno stanje sistema; b– stanje sistema nakon izotermnog širenja gasova; V– konačno stanje nakon miješanja plinova kroz membrane; 1 – individualni gasni hemostati A i B ; 2 – polupropusne membrane; 3 – posuda za ravnotežno miješanje plinova.
Ravnotežno miješanje idealnih plinova A I Bće se izvoditi u termostatskom sistemu koji se sastoji od dva kemostata pojedinačnih komponenti A I B, povezan sa trećom posudom - zbirkom dobijene mešavine, opremljenom, poput hemostatika, pokretnim klipom (slika 2.3).
Neka u početnom trenutku hemostati sadrže, respektivno, molove komponente A i molove komponente B pod istim pritiskom str
; klip u kolektoru mešavine je u nultom položaju (volumen gasa ispod klipa je nula). Proces miješanja se odvija u dvije faze. U prvoj fazi izvodimo reverzibilno izotermno širenje plinova A I B; dok pritisak A smanjiti od str
na podešeni pritisak i pritisak B prema tome od str
do . Zapremine koje zauzimaju plinovi u prvom i drugom kemostatima mijenjat će se od do i od do . Rad koji vrši ekspanzioni gas u prvom hemostatu jednak je 
; u drugom 
. Dakle, u prvoj fazi se u našem hipotetičkom uređaju obavlja ukupni rad. Pošto se prilikom izotermnog širenja idealnog gasa njegova unutrašnja energija ne menja, ovaj rad se obavlja zbog ekvivalentnog snabdevanja toplotom iz termostata. Stoga će reverzibilna promjena entropije u sistemu biti jednaka
U drugoj fazi procesa (samo miješanje) prenosimo plinove iz kemostata kroz selektivne membrane u rezervoar mješavine sinkroniziranim kretanjem tri klipa. Istovremeno se na svakom od klipova održava konstantan pritisak, odnosno u hemostatima i u kolektoru, čime se obezbeđuje ravnotežni prelaz gasova kroz membrane (tačnije, stvara se pritisak u kolektoru koji se nešto manje str , održavajući pokretačku silu različitu od nule za difuziju kroz membrane). Reverzibilnost procesa miješanja u ovom slučaju je osigurana mogućnošću sinhrone promjene smjera kretanja sva tri klipa, što bi dovelo do obrnute podjele smjese na pojedinačne komponente. Nakon što je operacija završena, mješavina će očito zauzeti volumen od .
Budući da u slučaju idealnih plinova miješanje nije praćeno bilo kakvim termičkim efektom, nema izmjene topline između našeg uređaja i termostata u drugoj fazi rada. Prema tome, u ovoj fazi nema promjene u entropiji sistema.
Korisno je direktnim proračunom provjeriti da je rad koji obavljaju plinovi u drugoj fazi jednak nuli. Zaista, utroši se rad na pomicanje klipova u kemostatima, dok se u isto vrijeme ista količina posla obavlja u kolektoru plina. Odavde.
Dakle, ukupno povećanje entropije pri mešanju gasova određeno je izrazom (2.9), . Ako je u ravnotežnoj verziji miješanja ovo povećanje povezano s povratnim dovodom topline i proizvodnjom ekvivalentne količine rada 
, zatim kod direktnog (ireverzibilnog) mešanja gasova dolazi do istog povećanja entropije usled njenog stvaranja unutar sistema; sistem ne obavlja nikakav posao.
Nakon zamjene (2.8), izraz (2.9) se može prepisati kao
. (2.10)
Ovom odnosu je dato obavezno mjesto u kursevima termodinamike zbog njegovog očiglednog paradoksa. Važno je napomenuti da za promjenu entropije (prilikom miješanja idealnih gasova!) nije važno šta je sa čime pomešano, kao i na kom pritisku i temperaturi. U suštini, ovo je neformalna derivacija (2.10).
Dopunimo zaključak (2.10) njegovim korisnim posljedicama. Uvođenje molskih frakcija komponenti 
i , dobijamo izraz za promjenu entropije po 1 molu rezultirajuće smjese:
. (2.11)
Maksimum ove funkcije se javlja kod ekvimolarne mješavine plinova, 0,5.
Sa stanovišta teorije razdvajanja mješavina tvari, zanimljivo je pratiti promjenu proizvodnje entropije pri dodavanju dovoljno velikog broja molova neke komponente. B na jedan mol komponente A. Postavljanjem i u (2.10) dobijamo
Prilikom izvođenja (2.12) korišten je matematički prikaz logaritamske funkcije
.
Formula (2.12) pokazuje da je uzastopno razrjeđivanje smjese praćeno beskonačnim povećanjem entropije po molu nečistoće.
Formula (2.10) daje integralnu vrijednost prirasta entropije pri miješanju konačnih količina gasa. Da bismo došli do kompaktnog diferencijalnog izraza sličnog formuli (2.7) za prijenos topline, modificiramo model miješanja komponenti (vidi sliku 2.4). Pretpostavit ćemo da se miješanje događa kroz membranu propusnu za obje komponente, ili kroz dovoljno uski ventil koji razdvaja posude ispunjene mješavinama A I B različitog sastava. Sistem je termostatiran, a konstantan pritisak se održava u obje posude pomoću klipova str . Sa ograničenom brzinom miješanja, sastav smjese u svakoj posudi može se smatrati homogenim po volumenu posude. Dakle, ovaj sistem je sličan sistemu za izmjenu topline sa slabo provodljivom pregradom.