Задание 1.1. Смешение газовых потоков

Производится смешение двух газовых потоков: потока № 1 и потока № 2.

Состав потоков известен (см. таблицу).

Содержание вещества, об. %	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	H2S	CH3SH	N2
Поток № 1	90,6	3,7	1,1	0,5	0,5	0,3	0,9	0,3	2,1
Поток № 2	77,2	5,5	1,6	1,1	2,9	1,1	2,9	0,9	6,8

Отношение объемных расходов потоков известно (см. таблицу).

Вариант	4
Отношение объемных расходов потоков № 1 и № 2	4:1

Дополнительные данные:

Давление газового потока смешения — 1,75 МПа. Молярная масса воздуха — 29 г/моль. Нормальные условия: 101325 Па, 0 °С.

Для газового потока, получаемого при смешении, определите:

- объемный состав;

Отношение объемных расходов по заданию 4:1 - ,

Аналогично рассчитываем остальные компоненты.

Вещество	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	H2S	CH3SH	N2
Объемный состав, % об.	87.92	4.06	1.2	0.62	0.98	0.46	1.3	0.42	3.04

- молярную массу газа;

Молярная масса смеси рассчитывается по формуле:

- массовый состав;

Массовая доля компонента:

Вещество	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	H2S	CH3SH	N2
Массовый состав, % масс.	75.73	6.56	2.84	1.94	3.80	1.09	2.38	1.09	4.58

- плотность газа как идеального газа (при н.у.);

- мольный объем газа как идеального газа (при н.у.);

Объем идеального газа при н.у.:

- относительную плотность газа по воздуху;

- содержание S (г/нм³);

Содержится в H₂S и CH₃SH. Молярная масса S = 32 г/моль.

На 1 моль смеси:

• В H₂S: ​

• В CH₃SH:

Итого моль S на моль смеси:

Масса S:

При н.у. 1 моль смеси занимает 0,0224 м³.

Содержание S 

- содержание H₂S (г/нм³);

Содержание   

- парциальное давление газов в смеси.

Вещество	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	H2S	CH3SH	N2
Объемный состав, % об.	87.92	4.06	1.2	0.62	0.98	0.46	1.3	0.42	3.04
Парциальное давление газов в смеси; МПа	1.54	0.07	0.02	0.01	0.02	0.01	0.02	0.01	0.05

Задание 1.2. Расчет энтальпии газовой смеси

При практических расчетах большое значение имеет расчет изменения энтальпии газов и жидкостей в результате различных процессов. Однако зачастую для определения теплового баланса какого-либо аппарата необходимо знать начальное и конечное значения энтальпии потока, проходящего через аппарат.

Энтальпия идеального газа ( , кДж/кг) при температуре Т и атмосферном давлении рассчитывается по уравнению

(1)

где А, В, С, D — коэффициенты, значения которых приведены в справочниках (табл. 1).

Энтальпия паров нефтепродуктов и углеводородных газов с повышением давления снижается. Разность энтальпий при атмосферном и повышенном давлении является функцией приведенных температуры и давления: — и определяется по графикам (см. рис. 1). По известной поправке находится энтальпия при повышенном давлении : .

Приведенные температура и давление рассчитываются по известным критическим (псевдокритическим) свойствам:

(2)

, (3)

где — температура, при которой находится рассматриваемый газ (размерность такая же, как у критической температуры); — давление, при котором находится рассматриваемый газ (размерность такая же, как у критического давления).

Энтальпия смеси газов или паров нефтепродуктов, как и теплоемкость, рассчитывается по правилу аддитивности.

Рисунок 1 — График для определения поправки к энтальпии идеальных газов и паров нефтепродуктов ( , кДж/кг; М, кг/кмоль)

Задание.

В компрессоре производится сжатие ВСГ заданного состава, начальные температура и давление известны (см. таблицу 2). Температура на выходе компрессора — 18 °С, давление на выходе компрессора 3,1 МПа.

Рассчитайте энтальпию ВСГ как идеального газа на входе в компрессор и на выходе из компрессора. Изменением состава ВСГ при прохождении компрессора пренебречь.

Таблица 1 — Справочные данные для расчета

Газы	Критическая температура, К	Критическое давление, атм	А, кДж/кг	В, кДж/кг	С, кДж/кг	D, кДж/кг
Водород	32,98	12,9	82,27	2,54	0,013	25,12
Метан	190,56	45,9	154,15	15,12	0,051	59,62
Этан	305,33	48,7	58,65	23,63	0,414	56,15
Пропан	369,85	42,5	33,65	26,31	0,538	35,58

Таблица 2 — Исходные данные

Вариант	4
Состав ВСГ, % мольн.
Водород	95
Метан	3
Этан	1
Пропан	1
Температура на входе в компрессор, °С	20
Давление на входе в компрессор, МПа	1,0