Расчет физико - химических параметров газа

1.1 Определяется молекулярная масса газа

Молекулярная масса газа – это сумма атомных масс атомов, входящих в молекулу газа. Масса газа в килограммах, численно равная его молекулярной массе, называется киломолем.

Молекулярная масса газовой смеси

M = Σ a _i·M_i= a ₁ ·M ₁ + a ₂ · M₂ + … + a _n ·M _n, кг / моль,

где a _i - молекулярный состав газовой смеси, доли единицы;

M_i - молекулярная масса компонентов, кг / моль

Таблица 10 – Физико-химические свойства алканов ([41], стр7-8)

Таблица 11 – Основные физико-химические свойства алкенов ([41], стр.9)

Таблица 12 – Физико-химические свойства неуглеводородных компонентов

природных газов ([41], стр.10)

1.2 Определяется плотность газа

Плотность газа – это масса газа, содержащаяся в единице объема.

Плотность газовой смеси

r = Σ a_i ·r _i = a ₁·r₁ + a ₂·r₂ + … + a _n·r_n, кг / м³,

где r_i - плотность компонентов, кг/м³.

Плотность газа при 0⁰ С и известном значении молекулярной массы

r₀ = M / 22,414 = 0,0446· M, кг/м³,

где 22,414 – объем 1 киломоля газа при нормальных условиях, м³.

Плотность газа при любых абсолютных давлении p и температуре Т

r = r₀· p · Т ₀· z ₀ /(p ₀· Т ·z), кг/м³,

где Т ₀, p ₀ – нормальные температура и давление, К и Па (МПа),

z ₀, z – коэффициенты сжимаемости газа при нормальных условиях и при температуре Т и давлении p

В общем случае пересчет плотности на любые температуру и давление производится по формуле

r₂ = r₁· p ₂· Т ₁·z ₁ /(p ₁· Т ₂·z ₂), кг/м³,

где p _1, p ₂ – абсолютные давления газа, Па (МПа);

Т ₁ , Т ₂ – абсолютные температуры газа, К;

z _1, z ₂ – коэффициенты сжимаемости газа при p ₁, Т ₁ и при p ₂, Т ₂ .

Относительная плотность газа – это отношение плотности газа к плотности воздуха при одинаковых условиях

D = r / r_в,

где r_в –плотность сухого воздуха, кг/м³

1.3 Определяется вязкость газа

Вязкость – это свойство газа оказывать сопротивление сдвигающим усилиям, возникающим в результате сил трения между слоями движущегося газа.

Динамическая вязкость газовой смеси в приближенных расчетах (а при содержании более 96 % метана в газовой смеси более точно)

m = Σ a _i ·m _i = a ₁·m₁ + a ₂·m₂ + … + a _n·m_n, Па·с,

где m_i – динамическая вязкость компонентов, Па·с

Динамическая вязкость при любой температуре Т определяется по формуле

Сёзерленда

m_T = m₀·(273 + C)·(Т / 273)^3/2 / (Т + C), Па·с

где m₀ – динамическая вязкость при 0⁰ С, Па·с;

Т – абсолютная температура газа, К;

С – постоянная Сёзерленда ([5], стр. 217)

Динамическую вязкость определяют по эмпирической формуле (обычно при 20⁰ С)

m_T = Σ a _i ·m _i ·Ö M _i · Т _{кр i} /(Σ a _i ·Ö M_i · Т _{кр i}), Па·с,

где Т _крi – критическая температура компонентов, К

Для кинематической вязкости

1 / n_t = Σ (a _i /n _{i t}), 1/(м²/с)

Кинематическая вязкость при температурах от –10 до +40⁰ С

n_t = n₂₀·[1 + 0,006(t - 20)], м²/с

где n₂₀ и n_t – кинематическая вязкость при 20⁰ С и 0,1 МПа и при температуре t.

При известной динамической вязкости кинематическая может быть определена из формулы

n = m / r, м²/с

1.4 Определяется газовая постоянная газовой смеси

R = Σ a _i · R_i = a ₁· R ₁ + a ₂· R ₂ + … + a _n · R _n , Дж /кг·град,

где R _i– газовая постоянная компонентов, Дж/кг·град.

Кроме того,

R = R / M, Дж/кг·град,

где R- универсальная газовая постоянная, R = 8314 Дж/кг·град

1.5 Определяется критическая температура газа

Критической температурой называют такую температуру, выше которой ни при каком повышении давления нельзя сконденсировать пар (перевести в жидкое состояние).

Критическая температура газовой смеси

T _кр= Σ a _i · T _{кр i} = a ₁· T _{кр 1} + a ₂· T _{кр 2} + … + a _n · T _{кр n} , К,

где T _{кр i} - критическая температура компонента, К.

1.6 Определяется критическое давление газа

Критическим давлением называют такое давление, выше которого нельзя испарить жидкость ни при каком повышении температуры.

Критическое давление газовой смеси

p _кр= Σ a _i · p _{кр i} = a ₁· p _{кр 1} + a ₂· p _{кр 2} + … + a _n · p _{кр n} , Па,

где p _{кр i} -критическое давление компонента, Па (МПа)