Смеси газов

Природные газы представляют собой смесь, состоящую из нескольких чистых веществ, химически не взаимодействующих между собой: метана СН, этана СН, пропана СН, бутана СНи других углеводородов. Поэтому одной из важнейших характеристик смеси является ее состав. Состав смеси обычно определяется посредством нахождения массовой или мольной концентрации компонентов, входящих в смесь. Понятие "моль", как отмечалось выше, означает количество вещества в граммах, численно равное его мольной массе, а киломоль - количество вещества в килограммах, тоже численно равное его мольной массе. Так, например, киломоль кислорода Оравен 32 кг, киломоль метана СН- 16,04 кг и т.д. Физические характеристики компонентов природного газа приведены в табл. 1.2.

Массовой концентрацией -го компонента называется отношение массы данного компонента к массе всей смеси :

Таблица 1.2

Физические характеристики компонентов природного газа

#G0Компонент состава газа	Формула	Мольная масса	Плотность, кг/м	Плотность по отношению к воздуху	Температура сжижения, °С
Метан	СН	16,04	0,72	0,55	-161,5
Этан	СН	30,07	1,36	1,05	-89
Пропан	СН	44,09	2,02	1,55	-42
Бутан	СН	58,12	2,70	2,08	-1
Пентан	СН	72,15	3,22	2,50	+36
Гексан	СН	86,18	-	3,00	+68
Этилен	СН	28,05	1,26	0,98	-104
Пропен	СН	42,08	1,92	1,48	-48
Бутен	СН	56,10	2,60	2,00	-6
Пентен	СН	70,13	3,13	-	-
Ацетилен	СН	26,04	1,17	0,31	-84
Бензол	СН	78,11	3,48	-	-
Оксид углер.	СО	28,01	1,25	0,97	-192
Углекис.газ	СО	44,01	1,98	1,53	-78
Сероводород	HS	34,08	1,54	1,19	+46
Азот	N	28,02	1,25	0,97	-196
Кислород	O	32,0	1,43	1,10	-186
Водород	Н	2,02	0,09	0,07	-253
Водяной пар	НO	18,02	0,77	0,59	+100

, (1.17)

. (1.18)

Сумма всех массовых концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

. (1.19)

Соответственно определяется изобарная теплоемкость смеси газов:

, (1.20)

где - массовая доля i-го компонента смеси; - изобарная теплоемкость i-го компонента; - число компонентов в смеси.

Мольной концентрацией -го компонента называется отношение числа киломолей данного компонента к общему числу киломолей :

, (1.21)

. (1.22)

Сумма всех мольных концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

. (1.23)

Отношение массы данного компонента к количеству молей этого компонента характеризует его мольную массу , а отношение массы всей смеси к количеству молей смеси характеризует мольную массу смеси :

; . (1.24)

С учетом вышеприведенных соотношений средняя мольная масса смеси определяется соотношением:

. (1.25)

Мольные концентрации компонентов смеси идеального газа численно равны его объемным концентрациям, которые определяются как отношение объема данного компонента при давлении и температуре смеси к объему всей смеси . В силу этого объемные концентрации компонентов смеси газов в ряде случаев определяют и через соотношение давлений:

, (1.26)

где - парциальное давление компонента газа; -давление смеси в целом.

Состав природного газа обычно регулярно определяется на газопроводах соответствующими лабораториями с использованием хроматографического анализа.

Пример 1.1. Определить мольные концентрации компонентов природного газа и его среднюю мольную массу при следующем объемном составе компонентов газа: метана СН= 94%, этана СН= 3%, пропана СН= 1,5%, бутана СН= 0,5%, углекислого газа СО= 1,0%.

Решение. Мольные концентрации компонентов по уравнению (1.21):

= 0,94; = 0,03; = 0,015; = 0,005; = 0,01. По уравнению (1.25) с учетом численных значений мольных масс компонентов получим:

= 0,94·16,04+0,03·30,07+0,015·44,09+0,01·58,12 = 17,37 кг/кмоль.