книги из ГПНТБ / Амиян, В. А. Добыча газа [учеб. пособие]

В расчетах вместо истинного удельного веса более удобно брать относительный удельный вес газа уотн по воздуху, который полу­ чается делением удельного веса газа уг на удельный вес воздуха ув, взятого при тех же давлении и температуре:

In

Y oth

Yb

Удельный вес воздуха при 0° С и 760 мм рт. ст. равен 1,293 кгс/см3. Удельный вес газа часто называют весовой плотностью. Кроме понятия удельного веса, употребляют величину массовой плотности р (для краткости массовую плотность будем называть просто плот­

ностью).

Рис. 5. Пикнометры газовые.

Соотношение между плотностью и удельным весом:

где g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2, или 981 см/с2. Размерность плотности в технической системе единиц кгс-с2/м4.

Например, плотность воздуха при 0° С и 760 мм рт. ст.

Рв= g2g9p- = 0,132 кгс-с2/м4.

В физической системе единиц размерность плотности г/см3, или дин -с2/см4.

Для перехода от технической системы единиц к физической (или обратно) служит формула

Ртехн = 1 ДЗрфнз-

Единицей плотности в системе СИ будет 1 кг/м3.

Удельный вес и плотность газа приводятся к условиям, когда давление и температура равны соответственно 760 мм рт. ст. и 0° С или 760 мм рт. ст. и 20° С.

30

Плотность (масса 1 л) газа можно определить различными мето­ дами. В лабораторной практике для этой цели чаще всего пользуются методом взвешивания, позволяющим определить массу газа с боль­ шой точностью, и методом истечения, менее точным, но вполне пригодным длч технических анализов.

Определение веса 1 л газа методом взвешивания. Для определения веса 1 л газа требуются газовая бюретка (емкостью 200 мл) с ртут­ ным затвором, пикнометр и аналитические весы.

Пикнометры, применяемые для взвешивания газа, представлены

сисследуемым газом, поворотом крана соединяют емкость с трубкой 1

инабирают газ в таком количестве, чтобы уровень воды в трубке 1 опустился за нижнюю метку. Поворотом крана 3 соединяют трубку 1

сотверстием в платиновой пластинке и выпускают весь газ через это отверстие. Эту операцию повторяют несколько раз, чтобы уда­ лить из прибора воздух или газ, оставшийся от предыдущего опре­ деления. После этого набирают газ, берут секундомер и поворотом крана 3 соединяют трубку 1 с отверстием в платиновой пластинке.

31

В момент прохождения уровня воды через метку на нижней сужен­ ной части трубки 1 включают секундомер; в момент прохождения уровня воды через метку на верхней суженной части трубки 1 секун­ домер выключают. Определение повторяют несколько раз.

Таким же образом проводят несколько повторных определений и с воздухом.

Относительный удельный вес газа вычисляют по формуле

72

= YoTH^I

где х — вес 1 л газа при температуре опыта в г; b — вес 1 л воздуха при температуре опыта в г.

При проведении опытов необходимо следить за чистотой прибора и особенно платиновой пластинки, так как загрязнение отверстия приводит к грубым ошибкам. При определении времени истечения трубка 1 должна сообщаться с внешним воздухом только через отвер­

по компонентам (в объемных процентах), можно вычислить вес 1 л этого газа. Вычисляют вес каждого компонента по уравнению

аЬ

где х — вес компонента в г; я — содержание компонента в 1 л газа

32

В табл. 5 приведены некоторые физические константы предель­ ных углеводородов и неуглеводородных газов.

В практике для характеристики газовых смесей надо знать средний молекулярный вес, средний удельный вес (в кгс/м3) и отно­ сительный вес по воздуху.

Если дан объемный состав газа в процентах, то средний молеку­

В формуле (4) числитель выражает вес всех молей данной газо­ вой смеси, формула (5) сразу дает вес одного моля.

Если дан весовой состав смеси в процентах, то ее средний моле­ кулярный вес будет:

в процентах будет выражать число его молей. Затем число молей каждого компонента умножают на его молекулярный вес и получают вес каждого компонента в смеси. Разделив вес каждого компонента на общий вес, получают его весовую концентрацию.

Весовой состав пересчитывают в объемный (молярный) следу­ ющим образом. Принимают, что смеси взято 100 кгс (если весовой состав выражен в процентах), вес каждого компонента делят на его молекулярный вес. Получают число молей каждого компонента. Затем складывают их и получают общее число молей. Делением числа молей каждого компонента на их общее число получают объем­ ные (молярные) концентрации каждого компонента.

Средний удельный вес газа определяется по формуле

Пример 1. Определить плотность метана в технической системе при н ор ­ мальных условиях (760 мм рт. ст. и 0° С).

Пример 2. Определить плотность метана в физической системе единиц при

нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0? С).

Ре шение :

34

так как значение плотности в физической системе единиц численно совпа­ дает со значением удельного веса в технической системе (у„ = 0,7166 кгс/мз при соответствующем выборе единиц измерения), то

0,7166 ■1000 = 0,000717 г/см 3.

1003

Пример 3. Пересчитать весовой состав газа в объемный и определить моле­ кулярный, удельный и относительный веса его (см. табл. 6)

870 :4120= 0,211; 1440:4120=0,349- Мер = 4120:100 = 41,2;

Yep = — 1,84 кгс/мз;

1-84 . Ycp 1,293 1>42'

§ 12. ДАВЛЕНИЕ

Если сила Fн действует равномерно на площадь s, перпендику­ лярно к ней, то величина, равная отношению силы к площади, на которую она действует, называется давлением:

Из этой формулы видно, что давление численно равно силе нор­ мального давления, приходящейся на единицу площади поверхности соприкосновения тел.

Давление газа обычно измеряют в кгс/см2 (или кгс/м2) или Н. Давление в 1 кгс/см2 называется технической атмосферой или

просто атмосферой и обозначается сокращенно

1 ат = 1 кгс/см2 = 10 000 кгс/м2 = 0,1Н.

В физике под одной атмосферой понимается давление воздуха на уровне моря на 45° географической широты, соответствующее давлению, производимому ртутным столбом высотой 760 мм при температуре 0° С. Это давление равно 1,0333 кгс/см2.

1 физ. ат = 1,0333 техн. ат = 10 333 кгс/м2.

тяжелее воды).

1 ат = 1 кгс/см2=735,6 мм рт. ст. = 10 м вод. ст.

Для пересчета давления, выраженного в мм рт. ст., на давление, выраженное в кгс/см2, служит формула

где р — давление в кгс/см2; Н — давление в мм рт. ст.

Приборы, применяемые для измерения давления больше атмо­ сферного, называют манометрами. Манометры показывают пре­

давления надо сложить показания манометра с показаниями баро­ метра, предварительно выразив те и другие в одинаковых единицах измерения.

Давление ниже атмосферного измеряют приборами, называемыми вакуумметрами. Они показывают рв = рат — раСс, т. е. избыток

36

атмосферного давления р атнад абсолютным давлением рабс, иначе говоря — разрежение или вакуум. Для определения абсолютного давления надо вычесть из показаний барометра показания вакуум­ метра.

Манометры подразделяются: по способу отсчета — на показы­ вающие и регистрирующие (самопишущие); по назначению — на образцовые, применяемые только для проверки, и рабочие, при­ меняемые непосредственно для измерения.

Чтобы показания манометра были правильны, необходимо сле­ дить за герметичностью подводящих линий, ниппелей и установлен­ ной на них арматуры (запор­ ных вентилей). Одна из схем установки манометра приве­ дена на рис. 7. Как прави­ ло, манометры должны быть установлены в местах, удоб­ ных для обслуживания (на случай смены или проверки)

и снятия показаний. Рекомендуется, чтобы давление в месте ус­ тановки манометра составляло 2/3 максимального значения его шкалы.

Кроме указывающих рабочих и образцовых манометров, при добыче и транспорте газа применяют регистрирующие (самопишу­ щие) манометры типа МГ, предназначенные для измерения и записи давления на специальной диаграмме в течение суток. В большинстве регистрирующих манометров типа МГ в качестве упругого элемента применяется винтовая трубчатая пружина — геликс.

Давление ниже 1 кгс/см2 измеряется при помощи U-образных жидкостных манометров (рис. 8, а), которые очень просты, надежны в работе и являются наиболее точным прибором. Стеклянная (7-образ­ ная трубка манометра заполняется до половины (нулевой отметки) жидкостью (ртутью, водой, спиртом) с известным удельным весом. За стеклянной трубкой на подставке укрепляется шкала из милли­ метровой бумаги, на которой нанесены деления в миллиметрах.

37

жидкости, равный разности высот ее в коленах трубки, в см; у— удель­ ный вес жидкости в кгс/см3.

Как видно из (10), давление ризб, измеряемое {/-образным мано­ метром, зависит от разности уровней h, удельного веса у применяе­ мой при этом жидкости и не зависит от сечения стеклянных трубок. Обычно {Т-образным манометрами замеряют давление не выше 1500 мм рт. ст. Для измерения небольших давлений в качестве рабочей жидкости следует применять не ртуть, а воду или спирт.

Давление ниже атмосферного (вакуум) измеряют теми же {/-образ­ ными манометрами, один конец которых наглухо запаян. При этом рабочая жидкость в стеклянных трубках будет перемещаться, но

вобратном направлении, т. е. из левого колена трубки в правое. Разность высот h жидкости будет характеризовать величину раз­ ряжения. Таким образом, {/-образный манометр является и вакуум­ метром.

При измерении низких давлений или перепада давлений, изме­ ряемых единицами или десятками мм вод. ст., рекомендуется при­ менять микроманометры (рис. 8, б), в которых подъем жидкости отмечается по наклонной стеклянной трубке. Высота столба жидкости

вмикроманометрах определяется по формуле

в мм; а — угол подъема трубки с жидкостью по отношению к гори­ зонтальной площадке в градусах.

Температурой газа называют степень его нагрева. Температуру газа измеряют термометрами (ртутными, пентано­

выми), термопарами и термометрами сопротивления. Методами электрического измерения температур пользуются тогда, когда нельзя применять ртутный или пентановый термометр. Ртутными термометрами измеряют температуры от 0 до 350° С, пентановыми — температуры ниже 0° С.

38