§ 4. Газовые смеси Плотность газа

Под плотностью или объемной массой тела понимают отно­шение массы тела в состоянии покоя к его объему.

Плотность газа в нормальных физических условиях может быть определена по его молекулярной массе

, кг/м³ (1)

Если плотность газа задана при нормальном давлении, то пересчет ее на другое давление р (при той же температуре) для идеального газа проводится по формуле

(Ш.2) .

Часто для характеристики газа применяют относительную плотность его по воздуху при нормальных условиях ₀=₀:1,293. |

Коммерческие расчеты в газовой промышленности произво­дятся при стандартных физических условиях: давлении 0,1013 МПа и температуре 20 °С.

Состав газовой смеси

Газовые смеси (как и смеси жидкостей и паров) характери­зуются массовыми или молярными концентрациями компонен­тов. Объемный состав газовой смеси примерно совпадает с молярным, так как объем 1 кмоля идеального газа при одинаковых физических условиях, по закону Авогадро, имеет одно и то же численное значение, в частности при О °С и 760 мм рт. ст. равен 22,41 м³.

Для характеристики газовой смеси надо знать ее среднюю молекулярную массу, среднюю плотность в кг/м³ или относи­тельную плотность по воздуху.

Если известен молярный состав смеси в процентах, то сред­няя молекулярная масса

. (3)

где у₁, у₂,…, у_n — молярные (объемные) доли компонентов, %;

M₁, М₂, ..., М_n — молекулярные массы компонентов.

Если задан массовый состав смеси в процентах, то ее сред­няя молекулярная масса вычисляется по формуле

(4)

где g₁, g₂, ..., g_n — массовые доли компонентов, %.

Плотность смеси _см определяют по вычисленному значению средней молекулярной массы Мсм по формуле, аналогич­ной (1):

. (5)

Относительную плотность определяют по формуле

(6)

где р_cм и р_в — плотность смеси и воздуха при температуре О °С и нормальном давлении.

Содержание тяжелых углеводородов в газе

Для полной характеристики природного газа необходимо также знать содержание в нем тяжелых углеводородов. При­нято считать, что в газе три фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин, причем последний, для подсчета ресурсов, при­нимается состоящим из 1/3 бутана и 2/3 пентана (по массе).

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержа­ние тяжелых углеводородов определяется по формуле

G_i = 10g_i_см = 10у_i_i, (7)

где g_i — массовая доля данного тяжелого углеводорода в газе, %; _cм — средняя плотность природного газа, кг/м³; y_i — молярная доля данного тяжелого углеводорода в газе, %; _i--плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м³.

После определения содержания в газе каждого отдельного углеводорода (пропана, бутана, пентана и высших) делают пе­ресчет на содержание пропана, бутана, газового бензина. Для этого прибавляют к пентану требуемое количество бутана, чтобы получить газовый бензин

Пример. По данному массовому составу газа требуется определить содержание в нем пропана, бутана и газового бензина (в г/м³). Массовый состав газа (в %): метан—19,50; этан—11,80; пропан — 37,95; изобутан — 3,25; н-бутан—12,05; пентан и высшие — 8,15; азот —7,30.

Решение. Для определения средней плотности газа найдем среднюю молекулярную массу газа по формуле (4)

Средняя плотность газа по формуле (5)

кг/м³

Состав газа определим по формуле (7)

пропана 1037,951,43 = 542 г/м³

изобутана 103,251,43 = 46,5 г/м³

н-бутана 1012,051,43=172 г/м³

пентана и высших 108,151,43 = 117 г/м³

Итого: 877,5 г/м3

Газового бензина (пентана две части и н-бутана одна часть) будет 117 +117/2 = 175,5 г/м³

н-бутана 172 —58,5= 113,5 г/м³

изобутана 46,5 г/м³

пропана 542,0 г/м³

Всего тяжелых углеводородов 877,5 г/м³