Газовые законы

· · закон Авогадро - 1кмоль газа при нормальных условиях (р=760 мм рт. ст.; Т=0⁰С) занимает объём 22.41м³;

· · закон Дальтона - аддитивности парциальных давлений p_i

· р= å р_i; (1.1)

· · закон Амаги - аддитивности парциальных объёмов v_i

· v=å v_i. (1.2)

Определения:

· · аддитивным называется суммарное физическое свойство смеси, определяемое как сумма произведений молярных (объёмных) долевых концентраций компонентов в смеси на свойства этих компонентов;

· · парциальное давление компонента смеси p_i - давление, которое он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального объёма и температуры;

· · парциальный объём компонента смеси v_i- объём, который он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального давления и температуры.

Параметры газовых смесей

Плотность газа в нормальных условиях определяется по закону Авогадро

r = М/22.41, кг/м³, (1.3)

где М - молекулярная масса, М=G/m.

Относительная плотность - плотность газа отнесённая к плотности воздуха r_в при тех же значениях давления и температуры

. (1.4)

При определении относительной плотности надо иметь в виду, что стандартными условиями в физике считаются 0⁰С и 0,1013МПа, а коммерческие расчеты в газовой промышленности приводятся к условиям t=20⁰С и p=0,1013МПа. Соответственно, плотность воздуха в первом случае r_в0= 1,293кг/м³, а во втором - r_в0= 1,205кг/м³. Плотность воздуха при требуемом давлении определяется по формуле

r_в = 1,1665р (1.4.1)

Для сравнительной характеристики газа удобнее использовать относительную плотность при нормальных физических условиях

D₀=r₀ / 1,293. (1.4.2)

Состав природного газа характеризуется концентрациями (содержанием) компонент, которые подразделяются на:

· · массовые g_i=G_i /G;

· · молярные y_i=m_i /m;

· · объёмные x_i=v_i /v.

Здесь: i - номер компоненты; G,m,v - масса, число молей и объём; величины без индексов относятся к смеси.

При известных молекулярных массах компонент М_i и смеси М можно осуществить переход от объёмных концентраций к массовым и наоборот:

g_i=x_i M_i /M. (1.5)

При этом по закону Авогадро y_i=x_i.

При известных концентрациях и параметрах компонент средние характеристики смеси определяются следующим образом:

· · давление р=p_i /x_i (1.6)

· · объём v=v_i /x_i (1.7)

· · молекулярная масса M= å (x_i М_i)/100=100/ å (g_i /M_i) (1.8)

· · плотность r =100/ å (g_i / r _i)=100M/ å (x_i M_i)/ r_i= å (x_i r _i) (1.9)

В формулах (1.8, 1.9) концентрация дана в процентах.

Содержание тяжелых углеводородов в газе.

Объём паров после испарения жидкости

Принято считать, что в газе три тяжелые фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин. Последний принимается состоящим по массе из 1/3 бутана и 2/3 пентана (плюс вышекипящие).

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержание тяжелых компонентов в г/м³ определяется по формуле

А_i=10g_ir_см= 10у_ir_i, г/м³. (1.10)

Здесь: g - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мас.%; r_см - средняя плотность природного газа, кг/м³; у - содержание данного тяжелого углеводорода в газе, мол.%; r - плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м³.

После определения содержания в газе отдельных компонентов пересчитывают содержание в нём n- бутана и газового бензина При этом считают, что в газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.

Пропан бутановая фракция при повышенных давлениях находится в жидком состоянии и переходит в газообразное при понижении давления до атмосферного. Объём паров, получаемый после испарения жидкого углеводорода(при нормальных физических условиях р=0,1013МПа, Т=273 К), можно вычислить по формуле

V_п=G / r_п= 22,41 G / М, м³, (1.11)

где М - молекулярная масса углеводорода, r_п - плотность паров углеводорода при нормальных условиях; G - масса жидкого углеводорода, кг.

Если имеется смесь жидких углеводородов, то объём паров подсчитывается по (1.11) с подстановкой средней молекулярной массы смеси испарившихся углеводородов.

Критические и приведённые термодинамические параметры

Критическим называется такое состояние вещества, при котором плотность вещества и его насыщенного пара равны друг другу. Параметры, соответствующие этому состоянию, называются критическими параметрами.

Критической Т_кр называется такая температура, выше которой газ под действием давления любого значения не может быть превращён в жидкость. Давление р_кр, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим. Критическим объёмом v_кр называют объём, равный объёму одного моля газа при критических давлении и температуре. Для природных газов значения Т_кр и р_кр при известных параметрах компонент x_i, p_крi, Т_крi определяются как среднекритические (псевдокритические).

Когда природный газ содержит меньше 10 об.% высококипящих углеводородов и неуглеводородных компонентов, псевдокритические параметры определяются по формулам:

p_кр= å(P_крi x_i), Т_кр = å(T_крi x_i) (1.12)

Для газов газоконденсатных месторождений, а также газов, содержащих свыше 10 об.% тяжелых углеводородных и неуглеводородных компонентов, формулы (12) дают погрешность. Поэтому необходимо использовать следующие формулы:

(1.12.1)

При отсутствии данных о компонентном составе фракций С₇₊ для газовых месторождений псевдокритические параметры этих фракций можно заменить критическими параметрами гексана. Для газоконденсатных месторождений псевдокритические параметры С₇₊ определяются по графикам в зависимости от молекулярной массы или можно использовать следующие зависимости:

(1.13)

Если компонентный состав газа неизвестен, псевдокритические параметры можно определить по относительной (по воздуху) плотности газа D.(при наличии в газе азота, сероводорода и углекислого газа в псевдокритические параметры вводятся поправки по правилу аддитивности с соответствующим знаком):.

а) газовые месторождения

p_кр= 49.5 - 3.7D. [ aтa]; Т_кр= 93 + 176D. [ ^oK] (1.14)

при 0.5£ D £0.9.

в) газоконденсатные месторождения

(1.14.1)

Кроме указанных соотношений критические параметры можно определить графически (рис. 1.1,1.2)

Часто в расчетах используют так называемые приведённые давления p_пр и температуры Т_пр:p_пр=p/ p_кр; Т_пр=Т/Т_кр.

Дата добавления: 2015-08-09