Question

某管道煤氣的主要成分是CO、H₂和CH₄等，其體積分數如下表a：在充分燃燒時，H₂、CO和CH₄三種氣體提供的能量占管道煤氣提供總能量的85%．有一燃氣熱水器，某次使用時進水溫度為12℃，出水溫度為42℃，水流速度為5.0L/min（min代表分鐘，下同），煤氣的消耗量為60L/min，在使用過程中損失的能量占30%．已知這三種氣體在12℃時的燃燒熱值如下表b：
（水的比熱容為4.18J/g?℃）

表a：某管道煤氣中各成分的體積分數					表b：三種氣體在12℃時的燃燒熱值
H2	CO	CH4	其他		H2	CO	CH4
？	15%	？	24%		12.2×106J/m3	12.1×106J/m3	38.0×106J/m3

求：管道煤氣中H₂和CH₄的體積分數．

Answer 1

設氫氣體積分數為x．5.0L/min折算為質量流量為5000g/min．
管道煤氣實際提供熱量等于水升溫所需熱能：
60L/min×[12.2×10⁶J/m³x+0.15×12.1×10⁶J/m³+（0.61-x）×38×10⁶J/m³]÷85%×70%
=（42-12）×4.18J/g?℃×5000g/min       
x=0.477=47.7%   即H₂ 的體積分數為47.7%，CH₄的體積分數為1-15%-24%-47.7%=13.3%．
故答案為：氫氣：47.7%；甲烷：13.3%．