Question

某管道煤气的主要成分是CO、H₂和CH₄等，其体积分数如下表a：在充分燃烧时，H₂、CO和CH₄三种气体提供的能量占管道煤气提供总能量的85%．有一燃气热水器，某次使用时进水温度为12℃，出水温度为42℃，水流速度为5.0L/min（min代表分钟，下同），煤气的消耗量为60L/min，在使用过程中损失的能量占30%．已知这三种气体在12℃时的燃烧热值如下表b：
（水的比热容为4.18J/g?℃）

表a：某管道煤气中各成分的体积分数					表b：三种气体在12℃时的燃烧热值
H2	CO	CH4	其他		H2	CO	CH4
？	15%	？	24%		12.2×106J/m3	12.1×106J/m3	38.0×106J/m3

求：管道煤气中H₂和CH₄的体积分数．

Answer 1

设氢气体积分数为x．5.0L/min折算为质量流量为5000g/min．
管道煤气实际提供热量等于水升温所需热能：
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 的体积分数为47.7%，CH₄的体积分数为1-15%-24%-47.7%=13.3%．
故答案为：氢气：47.7%；甲烷：13.3%．