Gasgemisch

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Gasgemische sind Gase aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen.

Das bekannteste und häufigste Gasgemisch ist die Luft in der Erdatmosphäre. Gasgemische sind immer homogene Stoffgemische.

Gemischeigenschaften

Die Stoffwerte von Gasgemischen können näherungsweise aus den Stoffwerten der einzelnen Komponenten durch Interpolation und Mischungsregeln berechnet werden. Im Folgenden bezeichnet $ M_i $ die Molare Masse, $ x_i $ den Stoffmengenanteil und $ w_i $ den Massenanteil der $ i $-ten Spezies (Bestandteil) des Gasgemisches.

Für ideale Gemische gelten folgende Beziehungen:

Mittlere Molare Masse:
$ M=\sum_i x_i M_i = \left( \sum_i w_i / M_i \right) ^{-1} $

Massenanteil:
$ w_i = \frac{x_i M_i}{M} $

Dichte:
$ \rho(T)= \left( \sum_i w_i / \rho_i(T) \right) ^{-1} $ (s. Gesetz von Amagat)

Spezifische Enthalpie:
$ h(T) = \sum_i w_i \cdot h_i(T) $

Spezifische Wärme:
$ c(T) = \sum_i w_i \cdot c_i(T) $

Spezifische Entropie:
$ s(T) = \sum_i w_i \cdot s_i(T) + R \cdot \sum_i \frac{w_i}{M_i}\cdot \ln \left( \frac{M_i}{M w_i} \right) $

Diffusionskoeffizient:
$ D_{im} = \frac{1-x_i}{\sum_j x_j/D_{ij}} $

$ D_{ij} $ ist der Diffusionskoeffizient der Spezies $ i $ in der Komponente $ j $
$ D_{im} $ der Diffusionskoeffizient der Spezies $ i $ in der Mischung.

Viskosität $ \eta $ und Wärmeleitfähigkeit $ \lambda $:
$ \eta (T) = \sum_i \frac{x_i \eta_i (T)}{\sum_j x_j \Phi_{ij}(T)} $

$ \lambda (T) = \sum_i \frac{x_i \lambda_i (T)}{\sum_j x_j \Phi_{ij}(T)} $ (Mischungsformel nach Wassiljewa[1])

Die Korrekturfaktoren $ \Phi_{ij}(T) $ ergeben sich nach Mason und Saxena[2] aus den Viskositätskoeffizienten $ \eta_i (T) $ und den Molaren Massen $ M_i $ der Bestandteile:
$ \Phi_{ij}(T) = \frac{1}{2 \sqrt{2}} \left( 1 + \frac{M_i}{M_j} \right) ^{-1/2} \cdot \left[ 1 + \left( \frac{\eta_i(T)}{\eta_j(T)} \right)^{1/2} \cdot \left( \frac{M_j}{M_i} \right)^{1/4} \right]^2 $

Adiabatenexponent
Der Adiabatenexponent $ \kappa $ eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten $ \kappa_i $ der einzelnen Komponenten:

$ \kappa = \frac{\sum_i \frac{x_i \cdot \kappa_i}{\kappa_i-1}}{\sum_i \frac{x_i}{\kappa_i-1}} $

Gasmischanlagen

Technische Gasgemische werden mit Hilfe von Gasmischanlagen (Gasmischstation, Gasmischsystem) aus Einzelgasen oder Gasgemischen erzeugt. Gasmischanlagen werden z. B. in der Biotechnologie verwendet um Gasgemische zur Begasung von Fermentern zu erzeugen. Durch die geregelte Beimischung vom CO2 kann z. B. der pH-Wert des Mediums geregelt werden.

Beispiele für Gasgemische mit technischer Anwendung

Literatur

  1. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991
  2. Mason, E.A., u. S. C. Saxena: Phys. Fluids 1 (1958), 361

Weblinks

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