3. Типовые задачи
Пример 1. Определить молярную изобарную теплоемкость, коэффициент адиабаты, коэффициент дифференциального дроссель - эффекта для газа Шебелинского газоконденсатного месторождения при следующих давлениях и температурах: P = 15,6; МПа; Т = 323 К. Объемный состав газа, % : СН4 - 92, С2Н6- 4; С3Н8 - 1,1; С4Н10 - 0,52, С5Н12 - 0.26; С02 - 0,12; N2 – 2.
Решение
1. Находим молекулярную массу газа:
2. Находим относительную плотность газа:
3. Находим критические и приведенные параметры газа:
4. Рассчитываем изобарную молярную теплоемкость природного газа по формуле Гухмана и Нагаревой
где
Р – текущее давление, кГ/см2.
5. Находим коэффициент адиабаты природных газов (8):
6. Определяем
значение функции
(6):
7. Определяем коэффициент дифференциального дроссель-эффекта (4):
Пример 2. Рассчитать конечную температуру газа t2 в конце процесса дросселирования газа Южно-Советского газоконденсатного месторождения и среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона при следующих исходных данных Р1 = 8 МПа, T1 = 318,3 К, Р2 = 6 МПа. Объемный состав газа, %: СН4 — 82,76, С2Н6 — 9,68; С3Н8 — 3,23; С4Н10— 1,29; С5Н12-0,42; С6Н14-0,14; С02 - 2,48; МСМ = 19,88; РКР = 4,67 МПа; ТКР= 208,5 К.
Решение
Находим среднее давление:
2. Находим среднее приведенное давление:
3. Находим приведенную температуру:
4. Рассчитываем изобарную молярную теплоемкость природного газа по формуле Гухмана и Нагаревой (см Пример 1):
5. Определяем конечную температуру газа в процессе дросселирования (10):
6. Понижение температуры:
7. Среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона:
4. Расчетная задача
4.1 Рассчитать конечную температуру газа t2 в конце процесса дросселирования газа и среднее значение коэффициента Джоуля—Томсона при известных данных: Р1, T1, Р2, объемный состав газа.
4.2 Исследовать влияние величины понижения давления (ΔР = Р1 – Р2) на величину среднего значения коэффициента Джоуля—Томсона и, следовательно, на температуру газа после дросселирования Т2. Построить график Т2 = ƒ(ΔР) при Т1 = const.
4.3 Исследовать влияние значения начальной температуры газа на величину среднего значения коэффициента Джоуля—Томсона и, следовательно, на температуру газа после дросселирования Т2. Построить график Т2 = ƒ(Т1) при Р1, Р2 = const.
4.4 Определить температуру газа Т2 после адиабатического расширения при постоянной энтропии.
4.5 Оценить во сколько раз эффективнее изоэнтропийный процесс расширения газа по сравнению с изоэнтальпийным (Т2S / T2i).
Результаты изложить в выводах по каждому пункту задания.
Исходные данные к заданию 4
Вариант |
Состав газа, % мольн. |
Влияние ΔР |
Влияние Т1 |
||||||||||
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
C5H12 |
C6H14 |
Р1, МПа |
Р2, МПа |
t1, оС |
Р1, МПа |
Р2, МПа |
t1, оС |
||
1 |
79,5 |
9,06 |
4,40 |
1,64 |
4,38 |
1,02 |
14 14 14 14 |
6 8 10 12 |
22 22 22 22 |
14 14 14 14 |
9 9 9 9 |
22 18 10 2 |
|
2 |
97,9 |
0,40 |
0,20 |
0,10 |
1,10 |
0,30 |
16 16 16 16 |
7 9 11 13 |
12 12 12 12 |
16 16 16 16 |
10 10 10 10 |
12 8 2 0 |
|
3 |
78,5 |
8,46 |
5,32 |
1,92 |
4,49 |
1,31 |
8 8 8 8 |
1 3 5 7 |
9 9 9 9 |
8 8 8 8 |
3 3 3 3 |
9 4 0 -3 |
|
4 |
83,1 |
6,07 |
3,06 |
1,13 |
6,07 |
0,57 |
9 9 9 9 |
2 4 6 8 |
5 5 5 5 |
9 9 9 9 |
2 2 2 2 |
10 5 0 -5 |
|
5 |
75,3 |
8,12 |
4,54 |
1,76 |
8,96 |
1,32 |
12 12 12 12 |
3 6 8 10 |
7 7 7 7 |
12 12 12 12 |
5 5 5 5 |
12 9 5 -1 |
|
6 |
77,3 |
8,03 |
5,15 |
1,96 |
5,97 |
1,59 |
15 15 15 15 |
6 8 10 12 |
4 4 4 4 |
15 15 15 15 |
8 8 8 8 |
12 9 5 1 |
|
7 |
89,7 |
5,03 |
1,39 |
0,38 |
2,78 |
0,72 |
24 24 24 24 |
12 15 18 20 |
5 5 5 5 |
24 24 24 24 |
15 15 15 15 |
12 8 5 1 |
|
8 |
98,6 |
0,03 |
0,16 |
- |
— |
1,21 |
13 13 13 13 |
5 7 9 11 |
8 8 8 8 |
13 13 13 13 |
7 7 7 7 |
20 17 10 4 |
|
9 |
96,0 |
2,48 |
0,12 |
0,84 |
0,07 |
0,49 |
20 20 20 20 |
8 12 15 17 |
12 12 12 12 |
20 20 20 20 |
15 15 15 15 |
15 10 5 0 |
|
10 |
91,6 |
4,66 |
1,34 |
0,55 |
1.37 |
0,48 |
10 10 10 10 |
2 5 7 9 |
6 6 6 6 |
10 10 10 10 |
3 3 3 3 |
18 15 6 2 |
|
11 |
99,1 |
0,01 |
0,1 |
— |
— |
0,79 |
22 22 22 22 |
8 12 16 19 |
10 10 10 10 |
22 22 22 22 |
16 16 16 16 |
12 10 6 2 |
|
12 |
90,7 |
6,94 |
0,28 |
0,36 |
0,66 |
1,06 |
18 18 18 18 |
8 10 13 15 |
15 15 15 15 |
18 18 18 18 |
8 8 8 8 |
10 7 3 -1 |
|
13 |
88,7 |
7,64 |
1,72 |
0,58 |
0,84 |
0,52 |
21 21 21 21 |
10 14 17 19 |
12 12 12 12 |
21 21 21 21 |
15 15 15 15 |
8 5 2 -2 |
|
14 |
99,0 |
0,03 |
- |
0,06 |
- |
0,91 |
11 11 11 11 |
3 5 7 9 |
3 3 3 3 |
11 11 11 11 |
6 6 6 6 |
6 3 0 -3 |
|
15 |
96,3 |
2,89 |
0,05 |
0,03 |
0,01 |
0,72 |
17 17 17 17 |
9 11 13 15 |
21 21 21 21 |
17 17 17 17 |
10 10 10 10 |
10 7 4 1 |
|
16 |
96,0 |
2,72 |
0,03 |
0,13 |
0,03 |
1,09 |
7 7 7 7 |
1 3 5 6 |
25 25 25 25 |
7 7 7 7 |
2 2 2 2 |
17 12 8 2 |
|
17 |
89,9 |
4,99 |
1,56 |
0,80 |
1,40 |
1,35 |
14 14 14 14 |
5 7 9 11 |
23 23 23 23 |
14 14 14 14 |
8 8 8 8 |
15 12 8 3 |
|
18 |
90,3 |
4,83 |
1,81 |
0,73 |
1,48 |
0,85 |
12 12 12 12 |
4 6 8 10 |
30 30 30 30 |
12 12 12 12 |
6 6 6 6 |
9 6 3 0 |
|
19 |
87,2 |
6,51 |
2,34 |
0,60 |
1,39 |
1,96 |
19 19 19 19 |
7 10 14 17 |
10 10 10 10 |
19 19 19 19 |
10 10 10 10 |
15 11 5 -4 |
|
20 |
86,1 |
7,06 |
2,07 |
0,56 |
1,87 |
2,34 |
9 9 9 9 |
1 3 5 7 |
14 14 14 14 |
9 9 9 9 |
2 2 2 2 |
17 14 10 1 |
|
21 |
90,6 |
5,42 |
0,76 |
0,52 |
0,89 |
1,81 |
29 29 29 29 |
15 18 22 25 |
18 18 18 18 |
29 29 29 29 |
20 20 20 20 |
25 20 10 3 |
|
22 |
90,1 |
5,19 |
1,79 |
0,59 |
1,28 |
1,05 |
23 23 23 23 |
8 12 18 20 |
11 11 11 11 |
23 23 23 23 |
14 14 14 14 |
22 18 10 0 |
|
23 |
86,8 |
6,40 |
1,82 |
0,70 |
3,39 |
0,89 |
15 15 15 15 |
5 8 10 12 |
8 8 8 8 |
15 15 15 15 |
7 7 7 7 |
18 11 3 -2 |
|
24 |
90,1 |
4,30 |
1,21 |
0,79 |
0,46 |
3,14 |
25 25 25 25 |
13 16 19 21 |
27 27 27 27 |
25 25 25 25 |
18 18 18 18 |
15 10 6 1 |
|
25 |
96,7 |
1,15 |
0,37 |
0,23 |
0,04 |
1,51 |
20 20 20 20 |
8 11 14 17 |
5 5 5 5 |
20 20 20 20 |
10 10 10 10 |
14 9 3 -1 |
|
26 |
85,4 |
7,00 |
2,55 |
0,84 |
3,44 |
0,77 |
16 16 16 16 |
6 9 12 14 |
2 2 2 2 |
16 16 16 16 |
9 9 9 9 |
20 17 10 -5 |
|
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТАБЛИЦА 1 РЕЗУЛЬТАТОВ по пунктам задания 4.1 и 4.2, 4.4, 4.5
Р1, МПа |
Р2, МПа |
t1, оС |
ΔР, МПа |
Мсм, кг/кмоль |
Рср, МПа |
Рпр ср, МПа |
Тпр1, К |
Ср, кДж/(кмоль·К) |
Т2i, К |
t2, оС |
Δt, оС |
μi, К/МПа |
k |
Т2S, К |
Т2S/ Т2i |
15 |
6 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
8 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
10 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
12 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТАБЛИЦА 2 РЕЗУЛЬТАТОВ по пунктам задания 4.1 и 4.3, 4.4, 4.5
Р1, МПа |
Р2, МПа |
t1, оС |
Мсм, кг/кмоль |
Рср, МПа |
Рпр ср, МПа |
Тпр1, К |
Ср, кДж/(кмоль·К) |
Т2i, К |
t2, оС |
Δt, оС |
μi, К/МПа |
k |
Т2S, К |
Т2S/ Т2i |
15 |
10 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
10 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
10 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
10 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|