Пересчет ПДК из мг/м3 в ПДК в процентном соотношении для трехкомпонентного газа.

[Юрий_Нд]

 Доброй ночи всем.
 Я очень благодарен этому Уважаемому Форуму за уже оказанную помощь в понимании интересующей меня темы и прошу:
- просмотреть мой вариант пересчета ПДК из мг/м3 в ПДК в процентном соотношении для трехкомпонентного газа, представленный ниже.
- высказать Ваши критические замечания, если таковые будут.
 Спасибо _____________ Юрий.

 

Исходные данные:

1. Вредный газ, состоящий из:

- 70% метана CH₄;

- 20% этана С₂Н₆;

- 10% оксида азота N₂О;

2. Предельно допустимая концентрация вредного газа или ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 300 мг/м³ в пересчёте на углерод С.

Определить предельно допустимую концентрацию вредного газа в объемных процентах.

 

Решение:

1. Для решения задачи определим количество углерода, содержащегося в одном литре вредного газа, m(С)

m(С) = m(С)₁ + m(С)₂ = 0.375 + 0.214 = 0.589 г

 

где   m(С)₁ =0.375 г - количество углерода одного литра вредного газа, содержащегося в метане, см. п. 1.1;

m(С)₂ = 0.214 г - количество углерода одного литра вредного газа, содержащегося в этане, см. п. 1.2.

1.1. Количество углерода одного литра вредного газа, содержащегося в метане, m(С)₁

 

m(С)₁ = m(СН₄) * А(С) / А(СН₄) = 0.5 * 12 / 16 = 0.375 г

 

где   m(СН₄) = 0.5 г - действительная масса метана в одном литре вредного газа, (г), см. п. 1.1.2:

А(С) = 16 г - атомная масса углерода (г/моль);

А(СH₄) = 16 г - атомная масса метана (г/моль);

1.1.1. Объем метана в одном литре вредного газа, V(CH₄)

 

V(CH₄) = % (СН₄) / 100 = 70 / 100 = 0.7 л,

 

где    %(СН₄) = 70% - содержание метана в одном литре вредного газа, см. исх. данные.

1.1.2. Масса метана в одном литре вредного газа:

Здесь для решения используем известную формулу:

 

V = m * V_m / А,

в таком виде

V(CH₄) = m(СН₄) * V_m / А(СН₄),

тогда

m(СН₄) = V(СН₄) * А(СН₄) / V_m = 0.7 * 16 / 22.4 = 0.5 г

 

где    m(СН₄) - действительная масса метана в одном литре вредного газа, (г);

V(CH₄) = 0.7 л - объём метана в одном литре вредного газа, см. п. 1.1.1;

А(СH₄) = 16 г - атомная масса метана (г/моль);

V_m       = 22.4 л - молярный объём.

 

Аналогичные вычисления проводим для определения количества углерода в 1 л вредного газа, содержащегося в этане.

1.2. Количество углерода одного литра вредного газа, содержащегося в этане, m(С)₂:

 

m(С)₂ = m(С₂Н₆) * А(С₂) / А(С2Н6) = 0.268 * 24 / 30 = 0.214 г

 

где   m(С₂Н₆) = 0.268 г - действительная масса этана в одном литре вредного газа (г), см. п. 1.2.2;

А(С₂)     = 24 г - атомная масса углерода (г/моль);

А(С₂Н₆) = 30 г - атомная масса этана (г/моль).

1.2.1. Объем этана в одном литре вредного газа, V(С₂Н₆):

 

V(С₂Н₆) = %(С₂Н₆) / 100 = 20 / 100 = 0.2 л,

 

где   %(С₂Н₆) = 20% - содержание этана в одном литре вредного газа, см. исх. данные.

1.2.2. Масса этана в одном литре вредного газа:

Здесь для решения используем известную формулу:

 

V = m * V_m / А,

в таком виде

V(С₂Н₆) = m(С₂Н₆) * V_m / А(С₂Н₆),

тогда

m(С₂Н₆) = V(С₂Н₆) * А(С₂Н₆) / V_m = 0.2 * 30 / 22.4 = 0.268 г

 

где m(С₂Н₆) - действительная масса этана в одном литре вредного газа (г);

V(С₂Н₆) = 0.2 л - объём этана в одном литре вредного газа, см. п. 1.2.1;

А(С₂Н₆) = 30 г - атомная масса этана (г/моль);

Vm       = 22.4 л - молярный объём.

 

2. Количество литров метана и этана, находящихся по вредном газе и содержащим 300 мг углерода, V(М+Э)

V(М+Э) = ПДК(мг) / m(С) = 300 / (0.589 * 1000) = 0.509 л

 

где    m(С) = 0.589 г - количество углерода, содержащегося в одном литре вредного газа, см. п.1;

ПДК(мг) = 300 мг/м³ - ПДК вредного газа в мг/м³ в пересчете на углерод.

 

3. Дополнительное количество литров оксида азота, содержащихся во вредном газе, V(N₂О)

 

V(N₂О) = V(М+Э) * %( N₂О) / (%(СН₄) + %(С₂Н₆)) = 0.509 * 10 / (70 + 20) = 0.057 л

 

где   %(N₂О) = 10% - содержание оксида азота во вредном газе, см. исх. данные;

%(СН₄) = 70% - содержание метана во вредном газе, см. исх. данные;

%(С₂Н₆) = 20% - содержание этана во вредном газе, см. исх. данные.

 

4. Общий объём вредного газа, находящегося в одном кубе воздуха и содержащего 300 мг/м³ в пересчёте на углерод С.

 

V(вг) = V(М+Э) + V(N₂О) = 0.509 + 0.057 = 0.566 л

 

где V(М+Э) = 0.509 л - количество литров метана и этана, находящихся во вредном газе и содержащим 300 мг углерода, см. п. 2;

V(N₂О) = 0.057 л - дополнительное количество литров оксида азота, содержащихся во вредном газе, см. п. 3.

5. Процентное содержание вредного газа %(вг)

 

%(вг) = 100 * V(вг) / 1000 = 100 * 0.566 / 1000 = 0.0566 %

 

где V(вг) = 0.566 л - общий объём вредного газа, находящегося в одном кубе воздуха и содержащего 300 мг/м³ в пересчёте на углерод С, см. п. 4.

 

ИТОГО:

Предельно допустимая концентрация ПДК в воздухе рабочей зоны, составляющей 300 мг/м³ в пересчёте на углерод С, для вредного газа (по условию задачи) составляет предельно допустимую концентрацию вредного газа 0.0566 % (в объемных процентах).

 

[chemist-sib]

Уф-ф-ф! У меня аж голова от такого структурирования кругом пошла... Давайте я попробую попроще все это описать, а там уже сами "будете посмотреть", тем более, что ответ - чуть другой получается, ладно?

 

Масса углерода из метана, содержащаяся в 1 л "вредины": 0,7 х 12 / 22,4 = 0,375 (г).

Масса углерода из этана, содержащаяся в 1 л "вредины": 0,2 х 24 / 22,4 = 0,214 (г).

Итого, в 1 л "вредины" содержится 0,375 + 0,214 = 0,589 (г) углерода.

В 1 кубе воздуха должно находиться не более 300 мг углерода, что соответствует пределу объема этой "вредины" 0,300 / 0,589 = 0,509 (л).

В объемных долях - от 1000 л (1 "куб"), этот объем будет составлять 0,509 х 100 /1000 = 0,0509%. 

И я бы, со спокойной совестью, учитывая количества значащих цифирок в приведенных условиях, округлил бы результат до 0,05%.

 

Фсе!..

[aversun]

Надо думать, что даны объемные проценты?

Тогда,  в 1 литре смеси смеси углерода
(C*0.7 + 2C*0.2)/22.4 = 0.59 г
100*0.3/0.59/1000 = 0.0508%

[Юрий_Нд]

8 часов назад, chemist-sib сказал:

У меня аж голова от такого структурирования кругом пошла.

Дело в том, что я не Химик. Я инженер, поэтому, как и в любом новом деле, действую очень осторожно.

 

7 часов назад, aversun сказал:

Надо думать, что даны объемные проценты?

Очень правильное замечание, проценты объёмные.

 

А вот дальше, я извиняюсь за критику, но должен сказать следующее.
В двух предложенных решениях, как я считаю, "заложена" одна и та же ошибка.
Дело в том, что мой газ трехкомпонентный. И в этом газе, вместе с двумя вредными компонентами присутствует 3-й, безвредный компонент. А этот компонент тоже занимает некоторый объем. И Вы его не учли. То есть не учли пункт 3-4 моего решения.
Я считаю это неправильно.
А Вы как думаете?
С уважением и большой благодарностью за ответы ____________ Юрий.

[Леша гальваник]

40 минут назад, Юрий_Нд сказал:

Дело в том, что я не Химик. Я инженер, поэтому, как и в любом новом деле, действую очень осторожно.

 

Очень правильное замечание, проценты объёмные.

 

А вот дальше, я извиняюсь за критику, но должен сказать следующее.
В двух предложенных решениях, как я считаю, "заложена" одна и та же ошибка.
Дело в том, что мой газ трехкомпонентный. И в этом газе, вместе с двумя вредными компонентами присутствует 3-й, безвредный компонент. А этот компонент тоже занимает некоторый объем. И Вы его не учли. То есть не учли пункт 3-4 моего решения.
Я считаю это неправильно.
А Вы как думаете?
С уважением и большой благодарностью за ответы ____________ Юрий.

Все учли, патамушта  0,7+0,2=0,9.

[Юрий_Нд]

4 минуты назад, Леша гальваник сказал:

Все учли, патамушта  0,7+0,2=0,9.

А нужно, чтобы  0,7+0,2+0.1=1,0

Или я не прав?.

[Леша гальваник]

В числителе 0,7+0,2=0,9, в знаменателе 0,7+0,2+0,1=1.

[Юрий_Нд]

19 минут назад, Леша гальваник сказал:

В числителе 0,7+0,2=0,9, в знаменателе 0,7+0,2+0,1=1.

"Где тот числитель, где этот знаменатель", о которых Вы говорите...
Я не понимаю...
Потому что нет конкретики..

...................................................

Вы, химики, решили задачу о том, какой процентный объем вредных составляющих вредного газа находится "в помещении".
Но мой вредный газ, по условию задачи трехкомпонентный. И если происходит утечка вредного газа, тогда в помещение попадают все три компонента. То есть 2 вредных и 1 безвредный. И нам нужно определить, какое процентное соотношение трехкомпонентного газа находится в нашем помещении.
 

[Леша гальваник]

Знаменателя потому и нет, что 1.

Для примера:

Из 10 пионэров, 7 принесли по 2 кг макулатуры, 2 - по 1 кг, и 1 ничего не принес. Сколько в среднем килограммо/пионэров приходится на отряд?

(0,7*2+0,2*1+0,1*0)/(0,7+0,2+0,1)=0,7*2+0,2*1+0,1*0=0,7*2+0,2*1=1,6

[chemist-sib]

1 час назад, Юрий_Нд сказал:

...В двух предложенных решениях, как я считаю, "заложена" одна и та же ошибка.
Дело в том, что мой газ трехкомпонентный. И в этом газе, вместе с двумя вредными компонентами присутствует 3-й, безвредный компонент. А этот компонент тоже занимает некоторый объем. И Вы его не учли. То есть не учли пункт 3-4 моего решения.
Я считаю это неправильно.
А Вы как думаете?..

Как думаем, как думаем? Ну, именно так, как и написали. Нормируется по углероду, который содержится только в двух из трех компонентов этого газа. Поэтому - "в числителе" - оксид азота никак не учитывается. Но в объем - "в знаменатель" - он входит. Поэтому содержание углерода - их двух компонентов - "размазывается" на объем всех трех. Надеюсь, теперь даже инженеру должно быть понятно, угу?..

ЗЫ: по поводу "безвредности" третьего компонента (и "вредности" низших предельных УВ) - "чисто" от химика-токсиколога. В отличие от физиологически интертного метана (да, и чуть-чуть более действующего на организм этана), закись азота - на организм действует, как ингаляционный анальгетик. Ее тривиальное название, данное еще при чуть ли не "при рождении" - веселящий газ. Именно под "ейным" наркозом в стоматологии начали "щадаще" рвать зубы. А учитывать "вредность" в пересчете на углерод - это исключительно придумка всяких "ограничительно-разрешительных инстанций" (коим несть числа) - исключительно для их удобства.