سوالات دانسیته و گازهای حامل با پاسخ تشریحی
سوالات دانسیته و گازهای حامل با پاسخ تشریحی
سوالات دانسیته و گازهای حامل با پاسخ تشریحی
فرمت: Pdf تعداد صفحات: 24
در این بخش 48 سوال گاز حامل و 20 سوال دانسیته با پاسخ تشریحی پیوست شده است.
در فرآیند نمونهبرداری از آلایندههای هوای محیطهای کاری و محیط زیست، درک صحیح از ویژگیهای فیزیکی آلایندهها و نحوه عملکرد دستگاههای نمونهبردار برای دستیابی به نتایج دقیق و قابل اعتماد ضروری است. دو پارامتر کلیدی در این زمینه عبارتند از: دانسیته (چگالی) آلاینده نسبت به هوا، و نوع و رفتار گاز حامل در سیستمهای نمونهبرداری.
1. دانسیته (چگالی) و نقش آن در نمونهبرداری
دانسیته یک گاز یا بخار، جرم آن در واحد حجم است و معمولاً نسبت به چگالی هوا (که برابر 1 در نظر گرفته میشود) بیان میگردد. این ویژگی تعیین میکند که یک آلاینده پس از انتشار در هوا، ته نشین میشود (به سمت پایین حرکت میکند) یا صعود میکند (به سمت بالا میرود).
- آلایندههای سنگینتر از هوا (چگالی نسبی > 1): این مواد (مانند بخارات حلالهای کلرینه، گاز سولفید هیدروژن، بخارات بنزین) در نزدیکی کف یا سطح زمین تجمع مییابند. در نمونهبرداری از این آلایندهها، باید پروب نمونهبردار در ارتفاع پایینتر (معادل ناحیه تنفسی در حالت ایستاده یا نشسته) قرار گیرد. در غیر این صورت، غلظت واقعی مواجهه کارگر低估 (دست کم) برآورد خواهد شد.
- آلایندههای سبکتر از هوا (چگالی نسبی < 1): این مواد (مانند گاز متان، هیدروژن، آمونیاک) به سمت سقف حرکت میکنند. در این موارد، نمونهبرداری باید در ارتفاعات بالاتر (نزدیک سقف یا بخش فوقانی ناحیه تنفسی در حالت ایستاده) انجام شود.
- آلایندههایی با چگالی نزدیک به هوا: الگوهای پخش آنها بیشتر تحت تأثیر جریانهای همرفتی و تلاطم هوا قرار دارد تا گرانش. نمونهبرداری باید در ناحیه تنفسی مستقیم (منطقه استنشاق) انجام شود.
بنابراین، دانسیته نسبی یکی از متغیرهای اصلی در تعیین استراتژی موقعیتیابی نمونهبردار و در نتیجه صحت ارزیابی مواجهه شغلی است.
2. گازهای حامل در نمونهبرداری
در بسیاری از روشهای نمونهبرداری فعال، از گازهای حامل برای انتقال آلاینده از نقطه نمونهبرداری به سمت رسانه جاذب (مثل لولههای زغال فعال، سیلیکاژل یا فیبر) استفاده میشود. گاز حامل معمولاً هوای تمیز، نیتروژن با خلوص بالا، هلیوم یا آرگون است. نقش و ویژگیهای مهم گاز حامل عبارتند از:
- انتقال بدون واکنش: گاز حامل باید از نظر شیمیایی خنثی (اینرت) باشد تا با آلاینده واکنش ندهد و باعث تجزیه یا جذب سطحی آن در مسیر نمونهبردار نشود.
- دبی (نرخ جریان) پایدار: کنترل دقیق دبی گاز حامل (معمولاً بر حسب لیتر بر دقیقه) برای محاسبه حجم کل هوای عبوری و در نتیجه غلظت آلاینده ضروری است. نوسان دبی مهمترین منبع خطا در نمونهبرداری است.
- تأثیر بر کارایی جذب: جنس و خلوص گاز حامل میتواند بر ظرفیت جذب رسانه جمعکننده تأثیر بگذارد. برای مثال، رطوبت موجود در هوای محیط (اگر خود هوا به عنوان گاز حامل استفاده شود) ممکن است با آلاینده قطبی رقابت کرده و کارایی جذب را کاهش دهد. در چنین مواردی از نیتروژن خشک به عنوان گاز حامل استفاده میشود.
- نمونهبرداری غیرفعال (Passive sampling): در این روش از گاز حامل خارجی استفاده نمیشود و آلاینده صرفاً بر اساس نفوذ و انتشار (Diffusion) به سمت جاذب حرکت میکند. گرچه این روش سادهتر است، اما تحت تأثیر شدید سرعت جریان هوا و دما قرار دارد.
نمونه از سوالات:
۱- مخزن ۴.۵ لیتری گاز سولفید هیدروژن در دمای ۱۲°C و فشار ۲۷۵۰ lb/in² حاوی چند گرم H₂S است؟
MW H₂S = 34.08 gr/gr-mol
R = 0.0821 L-atm/mol-K
P = 2750 lbs/in² = 187.126 atm
PV = nRT
n = PV/RT
n = [(187.126 atm)(4.5 L)] / [(0.0821)(285.16 K)] = 35.97 mol
35.97 mol × 34.08 gr H₂S/gr-mol = 1225.86 gr H₂S
۲- اگر فشار گیج مخزن آمونیاک به حجم ۳۰۰۰ فوت مکعب ۹۵۰ lb/in² باشد، در دمای ۳۱°C چند کیلوگرم آمونیاک در مخزن وجود دارد؟ (MW NH₃ = 17 g/mol)
T = 31°C + 273 = 304°K
3000 ft³ × (28.32 L/ft³) = 84960 L
P_abs = (950 lb/in² + 14.7 lb/in²) / (14.7 lb/in²/atm) = 65.6 atm
n = PV/RT = (65.6 atm × 84960 L) / (0.0821 L-atm/mol-K × 304 K) = 223579 mol NH₃
223579 mol × 17 gr/mol = 3800843 gr = 3801 kg NH₃
۳- فشار گیج مخزن آمونیاک به حجم ۳۰۰۰ فوت مکعب (حاوی ۳۸۱ کیلوگرم آمونیاک) ۶۵.۶ atm @ ۳۱°C میباشد. اگر بر اثر باز شدن دیسک انفجاری، فشار مخزن، تا فشار اتمسفری در دمای ۲۰°C کاهش یابد، چه حجمی از گاز وارد هوا شده است؟
اگر P, V, T دماى مطلق حجم و فشار گاز باشد و i شرایط اولیه و f شرایط نهایی گاز باشد خواهیم داشت:
(Pi × Vi) / Ti = (Pf × Vf) / Tf
Vf = Vi × (Pi / Pf) × (Tf / Ti) = 3000 ft³ × (65.6 atm / 1 atm) × (293 K / 304 K) = 189679 ft³
۴- فشار حاصل از ۴۹۸ گرم گاز S₂F₁₀ را در دمای ۹۵°F در کپسول فولادی به حجم ۶.۴ لیتر محاسبه کنید؟
MW S₂F₁₀ = 254.1 g/mol | DLH | ppm
n = 498 g / 254.1 g/mol = 1.96 mol
(تبدیل به سانتیگراد) سپس به کلوین: 95°F = 35°C
T = 35 + 273 = 308 K
P = (nRT) / V = (1.96 mol × 0.0821 L-atm/mol-K × 308 K) / 6.4 L = 7.74 atm
۵- حجم بخار حاصل از تبخیر 1 ml متیل کلروفرم را در دمای ۲۵°C و فشار ۷۲۰ mmHg تعیین کنید؟ (ρ = 1.34 gr/mL)
PV = nRT
n = 1.34 gr / 133.4 g/mol = 0.01 mol
V = (nRT) / P = (0.01 mol × 0.0821 atm.L/mol.K × 298 K) / (720 mmHg / 760 mmHg) = 0.258 L
۶- حجم بخار حاصل از تبخیر ۱۱.۱۹ گرم بنزن را در دمای ۷۰°F و فشار ۷۴۴ mmHg تعیین کنید؟ (ρ = 0.8765 gr/mL)
12.78 mL × 0.8765 gr/mL = 11.19 g
11.19 gr / 78.112 g/mol = 0.143 mol
T = (70°F – 32) × 5/9 = 21.1°C = 294.26 K
V = (nRT)/P = (0.143 mol × 0.0821 × 249.261 K) / (740/760 mmHg)
۷- حجم بخار حاصل از تبخیر ۱۲.۷۸ میلیلیتر بنزن را در مدت ۳ ساعت (نرخ 3.2 fcmHg؟ احتمالاً ft³/min)، فشار ۷۴۴ mmHg و دمای تبخیر ۶۷°F) محاسبه کنید؟
12.78 mL × 0.8765 g/mL = 11.19 gr
11.19 gr / 78.112 gr/mol = 0.143 mol
V_benzene vap = (nRT)/P = (0.143 mol × 0.0821 × 249.261 K) / (740/760 mmHg) = 3 L = 0.106 ft³
0.106 ft³ / 180 min = 0.00059 ft³/min (در متن 0.00058 ذکر شده)
۸- یک گرم آب جوش در فشار ۷۳۰ mmHg چه حجمی را اشغال می کند؟
PV = nRT
n = 1 gr / 18 gr/mol = 0.0556 mol
T = 100°C + 273 = 373 K
V = (nRT) / P = (0.0556 mol × 0.0821 atm.L/mol.K × 373 K) / (730 mmHg / 760 mmHg) = 1.7705 L
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.
برای دیدن لینک دانلود در سایت ثبت نام و اکانت خود را ویژه کنید
ورود یا ثبـــت نــــاممزایای اشتراک ویژه : دسترسی به آرشیو هزاران مقالات تخصصی، درخواست مقالات فارسی و انگلیسی، مشاوره رایگان، تخفیف ویژه محصولات سایت و ...
حتما بخوانید:
⇐ سوالات آلودگی هوا با پاسخ تشریحی
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.