Тема: Важнейшие теплофизические свойства

 

Молекулярная масса М- сумма атомных масс элементов, входящих в состав молекулы. Для грамм – молекулы эта масса выражается в граммах (г), для килограмм – молекулы - в килограммах (кг).

Среднюю молекулярную массу смеси можно определить, зная мольную долю и молекулярную массу каждого компонента смеси:

 

(14)

где хi – содержание компонентов в смеси, мол.доли; Мi - молекулярная масса компонента смеси.

Молекулярную массу смеси нескольких нефтяных фракций можно определить по формуле

 

(15)

или

(16)

 

где m1, m2….,mn – масса компонентов смеси, кг; М1, М2,....,Мn – молекулярная масса компонентов смеси; - % масс. компонента.

Газовая постоянная R – работа 1 кг газа при нагревании его на 10С при постоянном давлении. Газовая постоянная связывает основные параметры газа. В системе единиц МКГСС газовую постоянную измеряют в килограммах-силы-метpax на килограммы-массы-градусы Цельсия [кгс·м/(кг·°С)]; в системе СИ - в джоулях на килограммы-массы-градусы Кельвина [дж/(кг·°К)]. Удельные газовые постоянные некоторых газе приведены в табл. 1(см. пр. №1)

Удельный вес γ - сила тяжести единицы объема вещества.

γ=G/V (17)

где G - сила тяжести (вес) вещества; V - объем вещества. Удельный вес не является постоянной величиной, так как зависит от переменной величины ускорения свободного падения. Поэтому он не может служить параметром вещества. Это иллюстрируется зависимостью

γ = ρg, (18)

где g - ускорение свободного падения.

Вязкостьюназывается сила F сопротивления скольжения или сдвигу, возникающая при перемещении двух смежных слоев газа, пропорциональная изменению (градиенту) скорости вдоль оси, нормальной к потоку газа.

F = η(dw/dy) (19)

 

где η - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом динамической, или абсолютной, вязкости (в дальнейшем - динамическая вязкость); dw - градиент скорости в двух соседних слоях, находящихся на расстоянии dy.

В системе единиц МКГСС единица динамической вязкости представляет собой вязкость вещества, в котором при градиент скорости 1 м/сек на 1 м на каждый квадратный метр действует сила трения, равная 1 кгс, т. е. размерность вязкости будет в этом случае кгс·сек/м2. В СИ единицей динамической вязкости является 1 н·сек/м2.

Если динамический коэффициент вязкости разделим на плотность, то получим коэффициент кинематической вязкости

ν= η/ρ (20)

В системах МКГСС и СИ единица кинематической вязкости - 1 м2/сек. Вязкость всех газов и паров повышается с увеличением их температуры и давления.

Теплотой сгораниягаза называют количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 или 1 кг газа. Различают низшую теплоту сгорания, когда не учитывается скрытая теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров из продуктов сгорания газа, и высшую, когда эта теплота учитывается.

За единицу измерения количества тепла принята калория (кал), соответствующая количеству тепла, необходимому для на­зревания 1 г чистой воды на 1° С, в интервале от 19,5 до 20,5° С гои атмосферном давлении 760 мм рт. ст. Удобнее измерять количество тепла более крупной единицей - килокалорией (ккал), [то соответствует 1000 кал. В системе СИ общей единицей измерения работы, энергии и количества теплоты является джоуль (дж), соответствующий работе, совершаемой силой в 1 н на пути в 1 м, пройденном под действием и в направлении этой силы. В практических расчетах применяют килоджоуль (кдж), равный 1000 дж. Соотношения между приведенными единицами: 1 ккал = 4186,8 дж = 4,1868 кдж ≈4,19 кдж. 1 дж = 239·10-6ккал. Теплота сгорания некоторых газов приведена ниже.

 

Таблица 2

Теплота сгорания некоторых газов

 

Газ Теплота сгорания, ккал/м3
Низшая Высшая
Ацетилен
Водород 2 576 3 045
Окись углерода 3 016
Сероводород 5 660
Метан 8 558 9 496
Этан 15 230 16 640
Пропан
Бутан 28 345 30 690
Пентан 37 715
Природный 8 500 9 500
Сжиженный 22 000 24 000
Коксовый 4 300 4 700
Доменный
Сланцевый бытовой 3 200 3 600

 

Примечание. Для сложных газов теплота сгорания дана по среднему составу.

По известному составу газового топлива низшую и высшую теплоту сгорания сухого газа определяют по формулам, ккал/м?:

Qн= 25,8Н2 + 30,2СО + 85,5СН4 + 152С2Н6 +

+ 218С3Н8+ 283С4Н10+ 349С5Н12+ 56H2S; (21)

 

Qв=30,5Н2+30,2СО+95СН4+ 166,4С2Н6 +

+ 237С3Н8+ 307С4Н10+ 377С5Н12+ 61H2S, (22)

 

где Н2, СО, СН4 и т. д. - количество компонентов в составе газового топлива, % по объему.

Теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагрева вещества на 1 0С. Удельной теплоемкостью называется количество, необходимое для нагрева единицы массы или единицы объема вещества на 1° С. Соответственно размерность теплоемкости в системе единиц МКГСС - ккал/(кг·°С), ккал/(м3 ·°С); в СИ - дж/(кг·°К), дж/(м3·°К).

Теплоемкость газов зависит от внешних условий, при которых тепло подводится к газу или отводится от него. Если тепло подводится к газу, находящемуся в сосуде с постоянным объемом, то оно расходуется на приращение внутренней энергии газа. В этом случае говорят о теплоемкости при постоянном объеме; обозначаемой сυ. Если же тепло подводится к газу, находящемуся при постоянном давлении, то оно расходуется не только на приращение внутренней энергии, но и на работу расширения газа. В этом случае говорят о теплоемкости при постоянном давлении, обозначаемой ср. Следовательно, теплоемкость при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме.

В расчетах часто применяют отношение теплоемкостей

К = cp/ сυ (23)

где К - показатель адиабаты, равный для двухатомных газов (азот, воздух, кислород) 1,4, а для трех- и многоатомных газов 1,29-1,30.

С повышением температуры теплоемкость газов повышается, поэтому в определенном интервале температур пользуются средней теплоемкостью.

Влажность газа,или влагосодержание, влияет на его физик химические свойства. Практически все реальные газы не являются абсолютно сухими и содержат водяные пары. Различают абсолютную и относительную влажность газа. Абсолютная влажность - это масса водяных паров в единице количества газа, г/м3 или г/кг. Относительная влажность φ - это отношение фактического содержания водяного пара в газе к максимально возможно содержанию его при данных температуре и давлении. Относительную влажность выражают в процентах (%).

 

φ = (Gn/Gн)·100 (24)

 

где Gn - фактическое содержание водяных паров в газе, г/м3; Gн - насыщающее содержание водяных паров при данных температуре и давлении, г/м3.

Под упругостью насыщенных паров жидкости понимается давление, при котором жидкость и пары ее находятся в равновесии при данной температуре. Как видно из табл. 2, с повышением температуры упругость водяных паров возрастает.

При охлаждении не насыщенного водяными парами газа относительная влажность его повышается, и при определенной температуре он становится насыщенным водяными парами. Дальнейшее охлаждение газа ведет к конденсации водяных паров. Температура начала конденсации называется точкой росы при данном давлении. Зная относительную влажность газа, по данным табл.2 можно определить абсолютную влажность и количество конденсирующейся влаги при охлаждении газа до определенной температуры (см. пример. 2).

 

 

Таблица 3

 

Упругость водяных паров и влагосодержание в состоянии насыщения

 

 

    Температура, 0С Упругость водяных паров, мм.рт.ст. Содержание водяных паров, г/м3   Температура, 0С Упругость водяных паров, мм.рт.ст. Содержание водяных паров, г/м3
-25 0,47 0,55 6,54 6,84
-20 0,77 0,88 9,21 9,4
-15 1,24 1,38 12,79 12,8
-10 1,95 2,14 17,54 17,3
-5 3,01 3,24 23,76 23,0
4,58 4,84 31,82 30,3

 

 

Пример №1. Смесь состоит из 45 кг пропана и 35 н-бутана. Определить среднюю молекулярную массу смеси.

Решение. Используем формулу (15)

Пример №2. В газопроводе низкого давления находится 3000 м2 газа с температурой 25 0С и относительной влажностью 50%. Сколько образуется конденсата при охлаждении газа до 5° С?

Решение. Согласно табл. 3 при 25° С максимальное содержание насы­пного водяного пара GH = 23 г/м3, следовательно, при относительной влажности φ= 50% фактическое влагосодержание по формуле (24) GП =50/(100Gн) =11,5 г/м3. При охлаждении до 5 0С в газе в виде паров останется влаги (см. табл. 3) Gn = 6,84 г/м3, а остальная вода выпадет в виде конденсата, т. е. gконд= 11,5-6,84 = 4,66 г/м3. Общее количество выпавшего конденсата Gконд.= 4,66 · 3000 = 13980 г, или около 14 л.

Задачи

 

№1. Смесь состоит из 60 кг н-пентана, 40 кг н-гексана и 20 кг н-гептана. Определить среднюю молекулярную массу смеси.

№2. Определить среднюю молекулярную массу смеси бензола с изооктаном, если мольная доля бензола составляет 0,35, изооктана 0,28.

3.Смесь состоит из 2300 кг толуола и 1230 кг н-октана. Определить среднюю молекулярную массу смеси.

№4.Определить молекулярную массу нефтяного газа следующего состава:

 

 

Компоненты газовой смеси Концентрация компонента, мольные доли Молекулярная масса компонента
С1 0,950
С2 0,025
С3 0,012
С4 0,009
С5 0,004

 








Дата добавления: 2015-06-10; просмотров: 1617;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.017 сек.