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氣體質(zhì)量與體積之間換算需要注意什么?

來源:陜西易度智能科技有限公司   2023年11月27日 13:20  

氣體質(zhì)量流量計的流量單位通常是SCCM(mL/min)、SLPM(L/min),有時候我們需要g/s、g/min,他們之間如何換算呢?

圖片2.png


我們在中學(xué)時期就學(xué)習(xí)過質(zhì)量和體積的關(guān)系:

m=ρv

其中m是質(zhì)量,ρ是密度,v是體積。這么看來的話質(zhì)量與體積之間的換算非常簡單,只需要通過密度換算一下就可以了。

但是使用氣體密度的時候就要非常注意了,氣體是可壓縮的,不同的壓力、不同的溫度下對應(yīng)的氣體密度都不一樣,因此我們描述氣體密度時通常是:在某個壓力、某個溫度下,某種氣體的密度是多少。

易度流量計定義的標(biāo)況流量指的是在101.325kPa、25℃狀況下的氣體體積流量,因此如果要將此標(biāo)況流量換算成質(zhì)量單位需要查詢被測氣體在101.325kPa、25℃狀況下的密度,再運用上述公式進(jìn)行計算。

如果無法查詢到氣體密度該怎么辦呢?

別急,即使不知道氣體密度,我們?nèi)匀荒軌蜻M(jìn)行氣體質(zhì)量與體積的換算。這時我們就需要氣體摩爾體積這個概念了。

首先我們需要知道一個事實:1mol任何氣體在101.325kPa、0℃下的體積都是22.4L,這個體積稱為氣體的摩爾體積。通過理想氣體狀態(tài)方程:

PV=nRT(公式1)

我們就可以計算出氣體101.325kPa、25℃(易度流量計定義的標(biāo)況)下摩爾體積是24.45L。摩爾其實是個數(shù)量單位,1mol氣體指的就是6.02×1023個氣體分子,這么多分子的總質(zhì)量就稱為這種氣體的摩爾質(zhì)量,質(zhì)量與摩爾質(zhì)量的關(guān)系如下:

m=nM(公式2)

其中m是質(zhì)量,n是物質(zhì)的量,M是摩爾質(zhì)量。摩爾質(zhì)量在數(shù)值上剛好等于分子量,分子量又等于分子的質(zhì)子和中子之和,而大部分常見氣體分子的分子式都很簡單,可以直接看出分子量。

圖片3.png

 

圖:組成氣體分子的元素通常比較靠前,原子量與元素序號有一定聯(lián)系

知道了分子量,也就知道了摩爾質(zhì)量M;知道了標(biāo)況流量,也就可以計算出物質(zhì)的量n,就可以輕松得到氣體質(zhì)量流量了:

Q質(zhì)量流量=Q標(biāo)況流量/24.45×Mr(公式3)

其中是Mr是分子量。

可能有的小伙伴到這里有點暈了,沒關(guān)系,如果你的流量計設(shè)定的標(biāo)況是101.325KPa、25℃,只要按照上面的公式計算即可,不必在意推導(dǎo)過程。下面我們就來實踐一下吧,看看通過密度計算和通過分子量計算的質(zhì)量流量結(jié)果是否相同。

例:流量計測得氮氣(N2)流量為100SLPM,計算氮氣的流量是多少克每秒。

答:

方法一:查詢氮氣101.325KPa、25℃時的密度為ρ=1.13 g/L,

代入公式

m=ρv

1.13×100÷60=1.88

則氮氣流量為1.88g/s。

方法二:氮氣分子量為28,代入公式4:

100/60/24.45×28=1.9

則氮氣流量為1.9g/s。

可以看到兩種方法計算結(jié)果非常接近,他們之間存在約1%的誤差,因為氣體摩爾體積不是精確值,分子量也省略了小數(shù)點后的數(shù)值,為的是可以方便地計算。

綜上所述,通過密度計算優(yōu)點是比較精確,缺點是必須知道氣體在101.325KPa、25℃時的密度,通過網(wǎng)絡(luò)搜索查詢可能會得到錯誤的密度值(大部分網(wǎng)上搜索數(shù)據(jù)都是101.325KPa、0℃下的氣體密度值)。通過分子量計算缺點是精確度稍差(1%的誤差仍在可接受范圍之內(nèi)),但優(yōu)點是不需要查詢氣體密度,大部分常見氣體分子量通過各元素在元素周期表里的排序就能知道。


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