семинар / 1 Физические свойства газов

1.Физические свойства газов

WR:

Природный газ – это газовая смесь, компонентами которой в основном являются предельные углеводороды, азот, диоксид углерода и сероводород.

SP:

Природные газы можно разделить на три группы

WR:

1. Газы чисто газовых месторождений. Состоят в основном из метана, являются сухими.

2. Попутные газы нефтяных месторождений. Это смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина – жирные газы, содержащие большое количество тяжелых углеводородов (обычно более 150 г/м3)

3. Газы конденсатных месторождений. Это смесь сухого газа и конденсата. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов.

WR: СУХИЕ ГАЗЫ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА, А ЖИРНЫЕ ТЯЖЕЛЕЕ!

SP:

Теплотворная способность газов чисто газовых месторождений – 31000-38000 кДж/м3, а попутных газов нефтяных месторождений – 38000-63000 кДж/м3

1.2 Искусственные газы

SP:

При термической обработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генераторные газы (искусственные газы)

WR:

Сухая перегонка – процесс разложения твердого топлива без доступа воздуха. Получают газ, смолу и коксовый остаток (температура данного процесса 900-1100 С)

Теплотворная способной искусственного газа 16000-18000 кДж/м3, а плотность при стандартных условиях 0,45-0,5 кг/м3

SP:

При преобразовании органической части твердого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном нагреве 1000-2000 С с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, СО2, или смесь перечисленного) получаем генераторный газ. Теплотворная способность 5500 кДж/м3, плотность при стандартных условиях 1,15 кг/м3

SP:

Твердые топлива: каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф, дрова, мазут, гудрон.

WR:

Сланцевый газ получают путем термической переработки горючих сланцев в камерных печах. Для сланцевого газа характерно высокое содержание диоксида углерода

Водяной газ относится к генераторным газам, получается при взаимодействии водяного пара с углеродом раскаленного твердого топлива

Доменный газ получают при выплавке чугуна в доменных печах как побочный продукт.

Сжиженный газ – продукт газо- и нефтепереработки. Он представляет собой смесь углеводородов парафинового и олефинового (алкены) рядов. Сжиженные газы широко применяются бытовыми и производственными потребителями, которые удалены от магистральных газопроводов. К сжиженным углеводородным газам относятся углеводороды, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние. При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу т.е. перевозить и хранить такие углеводороды можно как жидкости, а контролировать, регулировать и сжигать как горючие газы. В газообразном состоянии сжиженные углеводороды значительно тяжелее воздуха. Основными компонентами являются пропан и бутан.

1.3 Условия состояния газа

WR:

Нормальные условия – температура 0 С, давление 101325Па (760 мм рт.ст)

Стандартные условия – температура +20 С, давление 101325Па (760 мм рт.ст)

Например:

Плотность воздуха при нормальных: 1,293 кг/м3

Плотность при стандартных: 1,206 кг/м3

1.4 Давления

Давление – физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу пощади поверхности перпендикулярно ей. В системе СИ давление измеряется в Па.

1 Па = 1 Н/м²

1 Бар = 10⁵ Па

Техническая атмосфера: 1 ат. = 98100 Па

1 МПа = 10⁶ Па

1 МПа = 10 Бар = 10,19 ат.

Физическая атмосфера: P_атм = 101325 Па

Избыточное давление: P_м=P_абс-P_атм

Вакуумметрическое давление: P_вак=P_атм-P_абс

1.5 Основные физические свойства газов

Плотность газа представляет собой отношение массы газа к его объему.

Относительная плотность – отношение плотности газа к плотности воздуха при одних и тех же условиях

/

Моль – это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц равное постоянной Авогадро:

Таким образом, 1 моль вещества содержит 6,02*10²³ частиц этого вещества

Молекулярная масса – масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Численно равна молярной массе.

Молярная масса (мольная масса) – отношение массы вещества к количеству молей этого вещества, т.е. масса одного моля вещества (г/моль, кг/моль)

Моль – порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества не одинаковы по массе.

Как правило, используемые в газоснабжении газы, являются смесями индивидуальных компонентов. Следовательно плотность смеси газов поддается закону аддитивности:

Газовая постоянная R_г зависит от состава газовой смеси и определяется по формуле:

; [R_г]=Дж/кмоль*К, [µ]=кг/кмоль

R₀ – универсальная газовая постоянная

R – 8314,3 Дж/(кмоль*К)

Молярная масса смеси также подчиняется закону аддитивности:

mu_i – молярная масса i-того компонента

x_i – молярная концетрация i-того компонента

1.5.1 Критические значения

При определенных термобарических условиях газы могут переходить в жидкое фазовое состояние, однако существуют так называемые критические давление и температура, которые определяют границы этого перехода.

Критическое давление – это такое давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость

Критическая температура – это такая температура, при которой и выше которой при повышении давления нельзя сконденсировать пар.

Средние значение критических температуры и давления также подчиняются закону аддитивности:

X_i – молярная концентрация i-того компонента

T_i^кр – критическая температура i-того компонента

P^кр_i – критическое давление i-того компонента

1.5.2 Сжимаемость газа

Сжимаемость газа учитывает отклонение газов от законов идеального газа. Сжимаемость газа характеризуется коэффициентом сжимаемости Z , который определяется экспериментально.

При отсутствии экспериментальных данных коэффициент сжимаемости определяют по номограммам в зависимости от приведенных температуры и давления:

P_пр=P/P_кр T_пр=T/T_кр

1.5.3 Влажность газов

Практически все газы содержать водяные пары т.е. имеют некоторую влажность. Содержание влаги в газе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность d (г/м³, кг/кг) характеризует содержаение водяных паров соответственно в единице объема или единице массы газа. Зависит от термобарических условий.

Относительная влажность газа – отношение фактического количества водяных паров в единице объема газа к максимально возможному количеству при определенных давлении и температуре:

m_п- количество водяного пара в единице объема пара

m­_Т- максимально возможное количество водяного пара, которое может находиться в газе без конденсации при данных давлении и температуре.

Температура, при которой газ становится насыщенным при определенном давлении, называется точкой росы. Газ должен быть осушен так, что бы точка росы была на 5..7 градусов ниже минимальной температуры газа в газопроводе.