Баллон с предохранительным клапаном содержит кислород при температуре 20: Баллон с предохранительным клапаном содержит кислород при температуре t1 = 20 С под давлением р =

Простая физика — EASY-PHYSIC

Уравнению Менделеева -Клапейрона подчиняются газы, которые могут считаться идеальными или близкими к идеальным по своим свойствам. В этой статье для вас собраны решения задач посложнее.

Задача 1. Пар органического соединения углерода , водорода и кислорода , формула которого , массой 716 мг, занимает при температуре и давлении Па объем см. Найти число .

Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона

Молярная масса вещества равна:

В формулу подставлена абсолютная температура К и объем выражен в м: .

кг/моль, или 116 г/моль, или молекулярная масса равна 116 а.е.м. – то есть в состав соединения войдет три атома углерода с молекулярной массой 12 а.е.м., 6 атомов водорода с молекулярной массой 1 а.е.м. и атом кислорода с молекулярной массой 16 а.е.м. –молекулярная масса такого соединения , сравнивая с полученной молекулярной массой, получаем .

Ответ: .

Задача 2.

Один моль гелия находится при температуре К в вертикальном закрытом теплоизолированном цилиндре с поршнем массой кг и диаметром см. На поршень ставят гирю массой кг. При этом поршень опускается на см. Определить установившуюся температуру газа, если атмосферное давление Па.

Газ давит на поршень снизу. Сверху на газ давит атмосфера, к давлению которой надо добавить вес поршня, то есть изначально давление газа равно

Где — площадь поверхности поршня, .

С другой стороны, давление газа можно найти из уравнения Менделеева-Клапейрона:

Объем газа до установки гири тогда можно определить:

Когда на поршень устанавливают гирю, меняется давление на газ – и, соответственно, давление газа, и также меняется объем. Объем уменьшится на величину:

И станет

После установки гири давление на газ становится равным:

С другой стороны, для газа в новом состоянии можно записать уравнение Менделеева-Клапейрона:

Умножим и разделим на площадь поверхности поршня:

Наконец, избавимся от знаменателя дроби:

Подставляем :

Наконец, числа:

Ответ: 306 К

Задача 3.

Состояние идеального газа массой изменяется в соответствии с законом , где — известная константа. Определить зависимость давления газа от его объема в этом процессе. Молярная масса газа равна .

Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

, откуда , или

Подставим в уравнение:

Откуда

Задача 4.

Процесс в идеальном газе идет так, что давление и объем связаны равенством . Когда температура газа достигает значения , процесс продолжается при другом характере зависимости давления от объема: . Найти температуру , считая количество молей газа, константы и известными.

В уравнение Менделеева-Клапейрона подставим произведение , которое найдем из заданной зависимости

Или, выражая объем, получим:

Теперь запишем новый закон, которому подчиняется состояние газа:

Подставляем найденный ранее объем:

Или

Но тогда температура газа:

Задача 5.

Газгольдер (баллон с предохранительным клапаном) содержит водород при и давлении Па. При нагревании баллона до через клапан выходит водород массой кг, вследствие чего давление не изменяется. Определить объем баллона.

Итак, сначала состояние газа описывалось уравнением:

Масса газа в баллоне была, соответственно:

Понятно, что после установления нового равновесия масса газа в баллоне станет:

По условию задачи , :

Откуда объем сосуда равен:

Подставим числа, не забыв перевести температуры в абсолютные: К, К

Ответ: объем газгольдера 1011 м.

Mol.phys14

1. Узкая цилиндрическая трубка, закрытая с одного конца, содержит воздух, отделенный от наружного воздуха столбиком ртути длиной h мм. Когда трубка обращена закрытым концом кверху, воздух внутри нее занимает длину L₁; когда же трубка обращена кверху открытым концом, воздух внутри занимает длину L₂  L₁. Определите атмосферное давление H (в мм ртутного столба).

Ответ: H=h(L₁ + L₂) /(L₁ – L₂).

2. Температуру воздуха в комнате подняли с t₁=7⁰C до t₂=27⁰C. Какая масса воздуха должна выйти из комнаты, чтобы давление осталось постоянным, p=10⁵ Па? Объем комнаты V=50 м

Ответ: кг.

3. Газгольдер (баллон с предохранительным клапаном) содержит водород при температуре t₁=15⁰C и давлении p=10⁵ Па. При нагревании баллона до температуры t₂=37C через клапан выходит водород массой m=6 кг, вследствие чего давление не изменяется. Определите объем баллона.

Ответ: =994 м³.

t₁ = 27 С и давлении Р₁ = 1,00 атм. Затем оба баллона нагрели до температуры t₂ = 107 С. Найдите давление газа в баллоне, где был вакуум.

Ответ: Р = (Р₁Т₂ /Т₁ – Р) /2 = 0,10 атм.

5. Атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа. Температура у поверхности планеты около t = 500 °С, а давление около р = 100 атм. Какой объем должен иметь исследовательский зонд массой m=1т, чтобы плавать в нижних слоях атмосферы Венеры? Ответ: м

6. В тонкостенный сферический баллон массы М=1 кг нагнетается азот при температуре Т =300 К. Найдите максимальное количество азота, которое можно поместить в сосуд, если допустимое напряжение в стенках баллона  = 50 Н/мм². Плотность стали  = 7,8 г/см³, молярная масса азота  = 28 г/моль.

Ответ: m = 2M /(3RT).

7. Определите наименьшее возможное давление идеального газа в процессе, при котором Т = Т

₀ + V², где Т₀ и  положительные постоянные, V – объем моля газа.

Ответ: Р_min = 2R(T₀)^1/2.

8. Докажите, что коэффициент объемного расширения , температурный коэффициент давления  и изотермическая сжимаемость  физически однородного и изотропного вещества связаны соотношением V₀ = P₀V , где V₀ и P₀ – объем и давление при 0 С. Коэффициенты ,  и  определяются выражениями  = (1/V₀)(V/T)_P,  = (1/P

0)(P/T)_V,  = – (1/V)(V/P)_T.

Пользуясь уравнением Клапейрона – Менделеева, убедитесь непосредственным расчетом в справедливости указанного соотношения для идеального газа.

9. Найдите число ходов n поршня, чтобы поршневым воздушным насосом откачать сосуд емкостью V от давления P₀ до давления P_n, если емкость хода поршня равна v. Вредным пространством пренебречь.

Ответ: n = ln(P_n/P₀) /ln(V/(

V + v)).

10. Шаровая молния представляет собой слабо светящийся газовый шар, свободно плавающий в воздухе. Обычно она наблюдается после грозы. Согласно одной из моделей молния состоит из идеального газа, представляющего собой комплексное соединение, каждая молекула которого содержит ион азота, связанный с несколькими молекулами воды. Температура молнии t = 600°С, температура окружающего воздуха t₀ = 20 °С. Сколько молекул воды связывает каждый ион азота? Электроны, потерянные атомом азота, связаны с молекулами воды, так что комплексная молекула остается в целом нейтральной.

Ответ: 4.

Ответ: H=h(L₁ + L₂) /(L₁ – L₂).

2. Температуру воздуха в комнате подняли с t

1=7⁰C до t₂=27⁰C. Какая масса воздуха должна выйти из комнаты, чтобы давление осталось постоянным, p=10⁵ Па? Объем комнаты V=50 м³.

Ответ: кг.

m=6 кг, вследствие чего давление не изменяется. Определите объем баллона.

Ответ: =994 м³.

4. Два одинаковых баллона соединены трубкой с клапаном, пропускающим газ из одного баллона в другой при разности давлений Р  1,10 атм. Сначала в одном баллоне был вакуум, а в другом – идеальный газ при температуре t₁ = 27 С и давлении Р₁ = 1,00 атм. Затем оба баллона нагрели до температуры t₂ = 107 С. Найдите давление газа в баллоне, где был вакуум.

Ответ: Р = (Р₁Т₂ /Т₁ – Р) /2 = 0,10 атм.

Ответ: m = 2M /(3RT).

7. Определите наименьшее возможное давление идеального газа в процессе, при котором Т = Т₀ + V², где Т₀ и  положительные постоянные, V – объем моля газа.

Ответ: Р_min = 2R(T₀)^1/2.

V₀ = P₀V , где V₀ и P₀ – объем и давление при 0 С. Коэффициенты ,  и  определяются выражениями  = (1/V₀)(V/T)_P,  = (1/P₀)(P/T)_V,  = – (1/V)(V/P)_T. Пользуясь уравнением Клапейрона – Менделеева, убедитесь непосредственным расчетом в справедливости указанного соотношения для идеального газа.

9. Найдите число ходов n поршня, чтобы поршневым воздушным насосом откачать сосуд емкостью V от давления P₀

до давления P_n, если емкость хода поршня равна v. Вредным пространством пренебречь.

Ответ: n = ln(P_n/P₀) /ln(V/(V + v)).

Ответ: 4.

Газовые законы и клиническое применение — StatPearls

Определение/Введение

Газовые законы представляют собой группу физических законов, моделирующих поведение газов, разработанных на основе экспериментальных наблюдений, начиная с 17 века. Хотя многие из этих законов применимы к «идеальным» газам в закрытых системах при стандартной температуре и давлении (СТД), их принципы все же могут быть полезны для понимания и изменения значительного числа физико-химических процессов в организме, а также механизма действия газов. лекарственные препараты (например, ингаляционные анестетики).[1]

Этот аргумент, объединяющий физику, медицину, физиологию и биологию, исходит из предположения, что давление, объем и температура являются взаимосвязанными переменными. Действительно, каждый газовый закон содержит одну константу и наблюдает за изменением двух других.

В этой статье газовые законы будут сначала описаны, а затем применены к клиническим ситуациям с примерами из практики, чтобы продемонстрировать важность понимания того, как изменение температуры, объема или давления может повлиять на тело.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Закон Бойля

Закон Бойля или закон Бойля-Мариотта или закон Мариотта (особенно во Франции) носит имя Роберта Бойля (1627–1691) и основан на исследованиях Ричарда Таунли (1629–1707) и Генри Пауэра (1623–1668) . В нем говорится, что при постоянной температуре давление обратно пропорционально объему:

P альфа 1/V или P·V = k, где k — константа и зависит от температуры.

NB: альфа означает «пропорционально».

Для одного и того же газа в разных условиях и при той же температуре можно также выразить как:

P1·V1 = P2·V2

Закон Чарльза

Закон Шарля, открытый Жаком Шарлем (1746-1823) в 1787 г. и уточненный Жозефом Луи Гей-Люссаком (1778-1850) в 1808 г., гласит, что при постоянном давлении объем прямо пропорционален абсолютной температуре, при фиксированном масса газа:

V alpha T, что также можно выразить как V/T = k, где k — константа, и аналогично V1/T1 = V2/T2

Закон Гей-Люссака

Закон Гей-Люссака или Третий газовый закон гласит, что при постоянном объеме давление прямо пропорционально абсолютной температуре:

P альфа T; также формулируется как P/T = K, где K – константа, и, аналогично, P1/T1 = P2/T2

Эти три закона могут быть математически объединены и выражены как: 923, число Авогадро). Другими словами, объем, занимаемый идеальным газом, пропорционален количеству молей газа, а молярный объем идеального газа (пространство, занимаемое 1 молем «идеального» газа) составляет 22,4 литра при стандартной температуре и давлении. .

Закон идеального газа

Закон идеального газа представляет собой комбинацию законов Бойля, Шарля, Гей-Люссака и Авогадро:

P·V = n·R·T 8 это количество родинок газа (моль), R — постоянная идеального газа (8,314 Дж/(К·моль) или 0,820 (л·атм)/(К·моль)), T — абсолютная температура (K), P — давление , а V – объем.
Закон Дальтона и закон Генри
Закон парциальных давлений Дальтона гласит, что для смеси нереагирующих газов сумма парциальных давлений каждого газа равна общему давлению смеси при постоянной температуре и объеме:
- Pобщ. = P1 + P2 + … Pz, или Ptotal= (n1·R·T1/V1) + (n2·R·T2/V2) + … (nz·R·Tz/Vz)
Закон Генри гласит что при постоянной температуре количество растворенного газа в жидкости прямо пропорционально парциальному давлению этого газа (при контакте с его поверхностью). Эта зависимость перестает быть линейной при использовании газовой смеси из-за эффектов стабилизации и дестабилизации растворимости [2], и обнаруживаются отклонения при все более высоких давлениях или концентрациях [3]:
- P = K·M, где P — парциальное давление газа, K — постоянная пропорциональности Генри, M — молярная концентрация газа.
Закон Грэма
Скорость диффузии (или истечения) газа обратно пропорциональна квадратному корню из массы его частиц. Когда газ имеет особенно крупные частицы (или особенно плотный), он будет медленнее смешиваться с другими газами и медленнее просачиваться из своих сосудов.
Клиническая значимость
Закон Бойля
Закон Бойля можно использовать для описания влияния высоты на газы в закрытых полостях тела и для расчета общего внутригрудного объема газа с помощью плетизмографии тела. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, а значит, по закону Бойля в замкнутых пространствах происходит объемное расширение. Этот эффект можно продемонстрировать, наблюдая за расширением запечатанного пакета с картофельными чипсами во время восходящего коммерческого рейса. В одной модели искусственного пневмоторакса объем пневмоторакса объемом 40 мл увеличился на 16% на высоте 1,5 км (примерно 5000 футов) от уровня моря [4], эффект, который может потребовать торакостомии перед транспортировкой вертолетом, чтобы предотвратить переход к напряженному пневмотораксу. . Подсчитано, что после подъема от уровня моря на высоту 2,5 км[5] (примерно 8200 футов) можно ожидать расширения до 30 % замкнутого объема газа в организме человека, например, буллы. .
Закон Бойля также объясняет использование физиологического раствора в манжете эндотрахеальной трубки во время гипербарической терапии; для предотвращения утечки воздуха из-за уменьшения объема при увеличении давления. При всплытии с глубины, если дайвер задерживает дыхание, газы в его легких расширяются и могут вызвать баротравму, артериальную газовую эмболию, эмфизему средостения или даже пневмоторакс.
Используя закон Бойля, P1V1 = P2V2, мы можем рассчитать изменение объема на разных высотах. Например, пациента с простым пневмотораксом доставили по воздуху в местную больницу. У них пневмоторакс объемом 1500 мл на уровне моря (101,3 кПа). На высоте 1 км (90 кПа), предполагая, что у пациента остается постоянная температура, мы можем преобразовать формулу в V2= (P1·V1)/P2, чтобы вычислить, что теперь пневмоторакс будет иметь объем 1688 мл при постоянной температуре.
Закон Чарльза
Закон Шарля проявляется в действии газового термометра, где изменение объема газа (такого как водород) используется для отображения изменения температуры, или его можно увидеть на практике, поместив воздушный шар, наполненный газа в морозильную камеру и наблюдая за происходящим уменьшением объема. Поскольку газы вдыхаются, из соотношения, описанного в законе Шарля, мы можем видеть, что нагревание от 20°C (273°K) до 37°C (310K) вызывает увеличение объема вдыхаемых газов. Например, дыхательный вдох взрослого человека объемом 500 мл воздуха комнатной температуры увеличится до объема 530 мл, достигнув места газообмена по мере нагревания до температуры тела.
Закон Шарля также можно использовать для расчета количества закиси азота, оставшейся в газовом баллоне. Баллон с закисью азота будет содержать смесь газа и жидкости при комнатной температуре 20 градусов по Цельсию (поскольку его критическая температура составляет 36,5 градусов по Цельсию). По мере удаления закиси азота жидкая закись азота будет кипеть, а газообразная закись азота будет расширяться, поэтому некоторые манометры (например, Бурдона) будут показывать постоянное давление до тех пор, пока вся жидкая закись азота не закипит и не останется относительно мало закиси азота. левый. Поэтому, чтобы рассчитать количество оставшейся закиси азота, нужно взвесить баллон. Используя закон Авогадро (1 грамм молекулярного веса газа занимает 22,41 л при нормальных условиях) и зная, что молекулярный вес закиси азота равен 44, мы можем рассчитать доступное нам количество закиси азота.
Если пустой вес баллона «Е» составляет 5,9 кг, а текущий вес равен 8,8 кг, у нас будет примерно 2900 г жидкой закиси азота и, следовательно, (2900 x 22,41)/44 = 1477 литров закиси азота при 273 градусов К. Тогда мы можем применить закон Шарля; поскольку комнатная температура составляет 293 К (273 + 20), чтобы выяснить, что в цилиндре осталось (1477/273)x293 = 1585 литров закиси азота.
Закон Гей-Люссака
Закон Гей-Люссака описывает взаимосвязь между давлением и температурой и применяется в механизме предохранительных клапанов на газовых баллонах. Когда давление внутри газового баллона увеличивается из-за повышения температуры выше определенного предела давления, предохранительный клапан открывается, чтобы предотвратить взрыв. Большинство физиологических процессов неизменно происходят при 37°С, поэтому мало клинических применений закона Гей-Люссака.
Закон идеального газа
Одним из клинических применений закона идеального газа является расчет объема кислорода, доступного из баллона. Кислородный баллон «E» имеет физический объем 4,7 л при давлении 137 бар (13700 кПа или 1987 фунтов на квадратный дюйм). Применяя закон идеального газа при комнатной температуре, P1·V1=n1·R1·T1 (внутри цилиндра) и P2·V2=n2·R2·T2 (снаружи цилиндра), предполагая незначительное понижение температуры по мере удаления газа из цилиндра. цилиндра, т. е. T1 = T2 и n постоянные, остается P1·V1= P2·V.2. Преобразовав уравнение, теперь мы имеем V2= (P1·V1)/P2, и подставив значения полного баллона «Е», мы получим (13700 x 4,7)/101 = 637 литров кислорода. При базальном потреблении кислорода 250 мл/мин для взрослого человека среднего роста (ППТ 1,8 м) нам хватит кислорода на 42,5 часа. Если мы увеличим вводимую скорость до 15 л/мин, у нас будет всего 42 минуты подачи кислорода из полного баллона «Е». Это полезный расчет при определении размера и количества баллонов, необходимых для транспортировки пациента на ИВЛ, хотя необходимо соблюдать осторожность при учете кислорода, потребляемого при работе аппарата ИВЛ.
Закон Дальтона и закон Генри
Закон Генри можно использовать для понимания декомпрессионной болезни, которой подвергаются дайверы, если они всплывают слишком быстро, и того, как летучие анестезирующие газы используются в клинических условиях. По мере увеличения глубины погружения парциальное давление каждого вдыхаемого газа будет увеличиваться, что приводит к более высокой концентрации азота, растворяющегося в крови (если они вдыхают смесь кислорода и азота). На глубине это не проблема, так как высокое давление окружающей среды будет поддерживать растворенное состояние азота. Однако, если во время подъема не делать регулярных остановок для транспорта и выдоха избыточного азота, по мере снижения атмосферного давления количество азота, растворенного в крови, будет уменьшаться и образовывать пузырьки, вызывая декомпрессионную болезнь.[8] [9] При 25°С постоянная Генри (атм/(моль/л)) для газообразного азота равна 1600, кислорода – 757, а двуокиси углерода – 30. Закон Анри применяется только при определенных температурах, как мы знаем из принципа Ле Шателье, при при заданном парциальном давлении растворимость газа обычно обратно пропорциональна температуре.
Законы Генри и Дальтона также описывают парциальные давления летучих анестезирующих газов в альвеолах (и, следовательно, глубину анестезии). Парциальное давление анестезирующего газа в крови пропорционально его парциальному давлению в альвеолах и определяется как давлением его паров, так и концентрацией в доставляемой смеси. Давление пара изменяется в зависимости от температуры (не барометрического давления) и обычно остается постоянным (некоторое количество тепла теряется при испарении из его жидкой формы), поэтому изменение концентрации анестезирующего газа будет влиять на глубину анестезии. При низком барометрическом давлении на больших высотах доставляемая концентрация будет выше, чем на уровне моря, при той же настройке концентрации за счет уменьшения количества молекул других газов, проходящих через испаритель, при том же количестве молекул анестетика. . Например, при использовании испарителя с переменным байпасом, подаваемой концентрации 3% севофлюрана при 1 атм, парциальное давление севофлурана будет 0,03 х 1 = 0,03 атм. Если испаритель по-прежнему настроен на подачу 3% севофлюрана, при барометрическом давлении 0,5 атм (4,8 км над уровнем моря) доставляемая концентрация будет 0,03 x (1/0,5) = 6%, но парциальное давление все равно будет 0,06 х 0,5 = 0,03 атм, согласно закону Дальтона.[10] Как следствие, титрование глубины анестезии по концентрации с использованием параметра минимальной альвеолярной концентрации (МАК) может быть не очень точным. Для каждого вводимого ингаляционного агента значение MAC 1 описывает концентрацию, необходимую при атмосферном давлении 1 атм, чтобы предотвратить 50% движений субъектов в ответ на раздражитель. Использование МАК вместо парциального давления (MAPP, минимальное альвеолярное парциальное давление) может привести к значительной недостаточной дозировке анестетика и, следовательно, увеличивает риск потери сознания при анестезии на высоте [11].
Закон Дальтона объясняет изменения содержания в атмосфере определенных газов на разных высотах. Это особенно важно для альпиниста, поднимающегося на Эверест, но оно также находит применение в уравнении альвеолярного газа, позволяющем вычислить парциальное давление кислорода в альвеолах. На уровне моря парциальное давление кислорода составляет 21% (157 мм рт.ст. или 21 кПа). На вершине Эвереста при барометрическом давлении 33,7 кПа или 0,3 атм и по закону Дальтона парциальное давление кислорода составляет всего 7 кПа или 52 мм рт.ст., что приводит к насыщению гемоглобина кислородом менее 80% без добавок.
Ссылки
1.
Кристенсен П.Л., Нильсен Дж., Канн Т. Методы производства калибровочных смесей для мониторов анестезирующих газов и выполнение объемных расчетов анестезирующих газов. Джей Клин Монит. 1992 г., 8 (4): 279–84. [PubMed: 1453187]
2.
Ариэли Р. Дайвинг с гелиоксом, найтроксом и тримиксом; лечение гипербарическим кислородом; и недостаток в законе Генри. J Appl Physiol (1985). 2007 г., апрель; 102 (4): 1323. [PubMed: 17409289]
3.
Wienke BR. Комментарий к точке зрения «Погружение с гелиоксом, найтроксом и тримиксом; лечение гипербарическим кислородом и недостаток закона Генри». J Appl Physiol (1985). 2007 Apr; 102 (4): 1722. [PubMed: 17409299]
4.
Ноттс Д., Артур А.О., Холдер П., Херрингтон Т., Томас Ш. Расширение объема пневмоторакса при транспортировке служб скорой медицинской помощи вертолетом. Air Med J. 2013 May-Jun;32(3):138-43.[PubMed: 23632222 ]
5.
Комитет по стандартам медицинской помощи Британского торакального общества. Управление пассажирами с респираторными заболеваниями при планировании авиаперелетов: рекомендации Британского торакального общества. грудная клетка. 2002 г., апрель 57(4):289-304. [ЧВК бесплатная статья: PMC1746311] [PubMed: 11923546]
6.
Русси РЭБ. Дайвинг и риск баротравмы. грудная клетка. 1998, август 53, Приложение 2 (Приложение 2): S20-4. [Бесплатная статья PMC: PMC1765901] [PubMed: 10193343]
7.
Adir Y, Bove AA. Травмы легких, связанные с экстремальными условиями. Eur Respir Rev. 2014 Dec;23(134):416-26. [Бесплатная статья PMC: PMC9487397] [PubMed: 25445940]
8.
Nijk PD, van Rees Vellinga TP, van Lieshout JM, Gaakeer MI. Артериальная газовая эмболия, вызванная несчастным случаем при нырянии. Нед Тайдшр Генескд. 2017;161:D1459. [PubMed: 28880140]
9.
Бове А.А. Дайвинг медицина. Am J Respir Crit Care Med. 2014 15 июня; 189 (12): 1479-86. [PubMed: 24869752]
10.
Джеймс М.Ф., Уайт Дж.Ф. Анестезиологические соображения на средней высоте. Анест Анальг. 1984 декабря; 63 (12): 1097-105. [PubMed: 6239572]
11.
Cascella M, Bimonte S, Muzio MR. На пути к лучшему пониманию механизмов возникновения анестезии: исследования и клинические последствия. Мир J Методол. 2018 12 октября; 8(2):9-16. [Бесплатная статья PMC: PMC6189114] [PubMed: 30345225]
Сжатые газы | Службы безопасности и рисков
Сжатые газы обычно используются в лабораториях. Сжатые газы представляют ряд опасностей для лабораторного работника. Газовые баллоны могут содержать легковоспламеняющиеся, токсичные, коррозионные, удушающие или окисляющие газы. Незакрепленные баллоны можно легко опрокинуть, что может привести к серьезным травмам и повреждениям. Удар может срезать клапан с открытого баллона, вызывая катастрофический сброс давления, ведущий к травмам и значительным повреждениям. Наконец, механический отказ баллона, клапана баллона или регулятора может привести к быстрой диффузии содержимого баллона под давлением в атмосферу; приводящие к взрыву, пожару, неуправляемым реакциям или взрыву реакционных сосудов.
ОБРАЩЕНИЕ С ГАЗОВЫМИ БАЛЛОНАМИ
Содержимое любого баллона со сжатым газом должно быть четко обозначено. Такая идентификация должна быть нанесена трафаретом или отштампована на цилиндре, либо должна быть прикреплена этикетка или бирка. Не полагайтесь на цвет баллона для идентификации, потому что цветовая маркировка не стандартизирована и может варьироваться в зависимости от производителя или поставщика.
При транспортировке баллонов:
- Всегда используйте ручную тележку с цепью или ремнем для крепления баллона.
- Убедитесь, что защитный колпачок закрывает вентиль баллона.
- Никогда не перевозите баллон с присоединенным регулятором.
- Всегда соблюдайте осторожность при транспортировке баллонов – баллоны тяжелые.
- Избегайте поездок в лифтах с баллонами со сжатым газом. Если это необходимо, рассмотрите возможность использования системы напарников, чтобы один человек отправлял должным образом закрепленные баллоны на лифте, а другой человек ждал на этаже у дверей лифта, куда прибудут баллоны.
- Не перемещайте баллоны со сжатым газом, перенося, перекатывая, сдвигая или волоча их по полу.
- Не перевозите одновременно кислород и горючие газы.
- Не роняйте цилиндры и не позволяйте им сильно ударяться обо что-либо.
Порядок безопасного хранения баллонов со сжатым газом включает:
Газовые баллоны должны быть закреплены во избежание их падения. Вместо хомутов и хомутов рекомендуется использовать цепи, так как хомуты могут расплавиться или сгореть в огне. Убедитесь, что цепь находится достаточно высоко (не менее 2/3 вверх) на цилиндре, чтобы он не опрокинулся.
Баллоны следует снять с ручной тележки для газовых баллонов и надлежащим образом закрепить перед установкой регулятора.
Не храните несовместимые газы рядом друг с другом. Баллоны с кислородом должны храниться на расстоянии не менее 20 погонных футов от баллонов с водородом или другим горючим газом, или зоны хранения должны быть отделены брандмауэром высотой пять футов с огнестойкостью 1/2 часа.
Все баллоны следует хранить вдали от источников тепла и мест, где они могут быть подвергнуты механическим повреждениям.
Держите баллоны вдали от мест, где они могут стать частью электрической цепи, например рядом с электрическими панелями или электропроводкой.
Защитный колпачок, поставляемый с баллоном с газом, следует всегда оставлять на баллоне, когда он не используется. Колпачок защищает клапан главного цилиндра от повреждения или поломки.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ БАЛЛОНОВ ДЛЯ СЖАТОГО ГАЗА
Маховик клапана баллона открывает и закрывает клапан баллона. Предохранительный клапан предназначен для предотвращения взрыва баллона в случае пожара или экстремальной температуры. Баллоны с очень ядовитыми газами не имеют предохранительного клапана, но имеют специальные защитные элементы. Выходное соединение клапана — это соединение, используемое для присоединения регулятора. Регулятор давления присоединен к выходному патрубку клапана, чтобы уменьшить расход газа до рабочего уровня. Ассоциация сжатых газов намеренно сделала некоторые типы регуляторов несовместимыми с определенными выходными соединениями клапана, чтобы избежать случайного смешивания газов, которые реагируют друг с другом. Газы всегда следует использовать с соответствующим регулятором. Не используйте адаптеры с регуляторами. Соединение с цилиндром представляет собой герметичное уплотнение металл-металл. Прежде чем прикреплять регулятор к цилиндру, убедитесь, что изогнутые сопрягаемые поверхности чистые. Не используйте тефлоновую ленту на резьбовых частях, так как это может привести к неправильному формированию металлического уплотнения. Всегда проверяйте герметичность соединения.
Следуйте этим основным инструкциям по эксплуатации:
- Убедитесь, что цилиндр закреплен.
- Присоедините соответствующий регулятор к цилиндру. Если регулятор не подходит, возможно, он не подходит для используемого газа.
- Подсоедините соответствующие шланговые соединения к клапану управления потоком. Закрепите любую трубку зажимами, чтобы она не болталась при включении давления. Используйте подходящие материалы для соединений; токсичные и агрессивные газы требуют соединений из специальных материалов.
- Установите ловушку между регулятором и реакционной смесью, чтобы избежать обратного потока в цилиндр.
- Чтобы предотвратить скачок давления, поверните винт регулировки давления подачи против часовой стрелки, пока он не будет свободно вращаться, а затем закройте клапан управления потоком.
- Медленно открывайте маховик клапана баллона, пока манометр баллона не покажет давление в баллоне.
- При закрытом клапане управления потоком поворачивайте винт давления нагнетания по часовой стрелке, пока манометр нагнетания не покажет желаемое давление.
- Отрегулируйте поток газа в системе с помощью клапана управления потоком или другого устройства управления потоком между регулятором и экспериментом.
- После завершения эксперимента сначала перекройте вентиль баллона, а затем дайте газу выйти из регулятора. Когда оба манометра покажут «ноль», снимите регулятор и замените защитный колпачок на головке блока цилиндров.
- Когда баллон пуст, пометьте его как «Пустой» и храните пустые баллоны отдельно от полных баллонов.
- Прикрепите ярлык «Полный/Используется/Пустой» ко всем своим баллонам. Эти ярлыки перфорированы и могут быть получены у продавца газовых баллонов.
Меры предосторожности:
- Используйте регулятор только с газом, для которого он предназначен. Использование переходников или самодельных разъемов приводило к серьезным и даже смертельным авариям.
- Токсичные газы следует приобретать с ограничителем потока.
- При использовании более одного газа обязательно установите односторонние клапаны на каждом баллоне, чтобы предотвратить смешивание. В противном случае случайное смешивание может привести к загрязнению баллона.
- Не пытайтесь заливать газ в коммерческий газовый баллон.
- Не допускайте полного опустошения баллона. Оставьте не менее 25 фунтов на квадратный дюйм остаточного газа, чтобы избежать загрязнения цилиндра обратным потоком.
- Не вскрывайте и не применяйте силу к клапану баллона.
Возврат баллонов
Утилизация баллонов и бутылочек для лекций стоит дорого, особенно если их содержимое неизвестно.
Убедитесь, что все цилиндры и флаконы для лекций промаркированы и включены в ваш перечень химикатов. Прежде чем размещать заказ на цилиндр или бутылку для лекций, определите, заберет ли производитель цилиндр или бутылку для лекций, когда они опустеют. Если возможно, заказывайте только у производителей, которые примут к возврату цилиндры или бутылки для лекций.
ОПАСНОСТЬ КОНКРЕТНЫХ ГАЗОВ
Инертные газы — Примеры: гелий, аргон, азот
Может вызвать удушье, вытесняя воздух, необходимый для поддержания жизни.
Криогенные газы и жидкости
Криогены способны вызывать обморожение, обморожение и разрушение тканей. При контакте криогена с теплыми предметами произойдет кипение и разбрызгивание. Дополнительную информацию см. в разделе «Криогеника» главы «Физические опасности» данного руководства.
Окислители — Примеры: кислород, хлор
Окислители сильно ускоряют горение; поэтому держитесь подальше от всех легковоспламеняющихся и органических материалов. Жирные и маслянистые материалы никогда не должны храниться рядом с кислородом. Ни в коем случае нельзя наносить масло или смазку на фитинги или соединители.
Горючие газы — Примеры: метан, пропан, водород, ацетилен
Горючие газы представляют серьезную опасность пожара и взрыва. Не хранить вблизи открытого огня или других источников воспламенения. Горючие газы легко воспламеняются от тепла, искр или пламени и могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Пары сжиженного газа часто тяжелее воздуха и могут распространяться по земле и достигать источника воспламенения, что может привести к обратному возгоранию. Баллоны с ацетиленом никогда не должны храниться на боку.
Агрессивные газы — Примеры: хлор, хлористый водород, аммиак
В присутствии влаги может происходить ускоренная коррозия материалов. Агрессивные газы легко поражают кожу, слизистые оболочки и глаза. Некоторые агрессивные газы также токсичны. Из-за коррозионной природы газов коррозионные баллоны следует хранить под рукой только в течение 6 месяцев (максимум до одного года). Заказывайте только наименьший размер, необходимый для ваших экспериментов.
Отравляющие газы — Примеры: Арсин, Фосфин, Фосген
Ядовитые газы чрезвычайно токсичны и представляют серьезную опасность для персонала лаборатории. Ядовитые газы требуют специальных вентиляционных систем и оборудования и должны использоваться только должным образом обученными специалистами. Существуют также специальные строительные нормы и правила, которые необходимо соблюдать в отношении количества, хранящегося в наличии и хранения. Покупка и использование ядовитых газов требуют особого планирования безопасности и регулирования.