Вязкость газовых смесей

Критические параметры. Сущность критических параметров была изложена выше (см. § 1.4). Напомним, что критической является температура, выше которой газ невозможно перевести в жидкое состояние при любом давлении. Критические параметры большинства индивидуальных газов известны и приводятся в справочной литературе [2, 4, 5, 11]. В прил.16 даны эти величины для некоторых газов.

Для газовых смесей, являющихся не столь сложными по сравнению с нефтяными фракциями, критические параметры могут быть подсчитаны по правилу аддитивности. Например, критическая температура газовой смеси, состоящей из n компонентов, определяется по формуле

Аналогично можно определить и другие критические параметры.

Критические параметры газов также могут быть определены в зависимости от молярной массы по графикам (рис. 2.1, 2.2).

Рисунок 2.1 – График для определения критической температуры газов

Рисунок 2.2 – График для определения критического давления газов

Приведенные параметры. Приведенные температура и давление для всех газов рассчитываются по формулам (1.8) и (1.9): Т_пр=Т/Т_кр; р_пр=р/р_кр, за исключением водорода, гелия и неона, для которых справедливы следующие уравнения [1]: Т_пр=Т/(Т_кр+8); р_пр=р/(р_кр+8).

Выше было сказано, что реальные газовые смеси, встречающиеся на практике, могут иметь более или менее значительные отклонения от свойств идеальных газов. Поэтому для технологических расчетов часто используют уравнения Клайперона-Менделеева с поправкой z: рV = zNRТ. Здесь z, безразмерная эмпирическая поправка, называемая коэффициентом (фактором) сжимаемости. Коэффициент сжимаемости при нормальных условиях z₀ для индивидуальных газов определяется по формуле z₀=М/r₀22,4, где r₀ – плотность газа при нормальных условиях, найденная экспериментально (см. прил. 16).

По известному z₀ можно подсчитать коэффициент сжимаемости при других условиях по уравнению

(2.4)

Коэффициент сжимаемости газовых смесей, нефтяных паров и других веществ удобно определять по графикам (рис. 2.3 и 2.4), на которых он дан в зависимости от приведенных температуры и давления.

Рисунок 2.3 – График для определения коэффициента сжимаемости углеводородных газов при низких давлениях

Рисунок 2.4 – График для определения коэффициента сжимаемости углеводородных газов при высоких давлениях

Пользование номограммой. Через точку соответствующую заданному значению приведенного давления, провести прямую до пересечения с кривой заданного значения приведенной температуры. Из полученной точки пересечения провести горизонтальную прямую до шкалы коэффициентов сжимаемости. Точка пересечения дает искомое значение.

Вязкость. Это физическое свойство, имеющее для газов ту же природу, что и вязкость жидкостей (см.§ 1.5). Однако по сравнению с жидкостями зависимость вязкости газов от некоторых технологических параметров имеет свои особенности. Так, с повышением температуры и уменьшением молярной массы вязкость газов повышается. Для жидкостей наблюдается обратная картина. Можно принять, что до 5-6 МПа вязкость газов не зависит от давления.

Для газов и паров приняты динамическая и кинематическая вязкости, единицы измерения которых в СИ те же, что и для жидкостей (соответственно паскаль на секунду и квадратный метр на секунду, а также кратные им).

Динамическая вязкость m (в паскалях на секунду) индивидуальных углеводородных газов при температуре Т может быть подсчитана по формуле Фроста [1]

(2.5)

Для определения вязкости газов применяются также различные графики [11]. На рис.2.5 дана зависимость отношения динамических вязкостей при заданных (m) и нормальных (m₀) условиях от приведенных давления и температуры, которая широко используется в технологических расчетах.

Рисунок 2.5 – График для определения динамической вязкости газов

Пользование номограммой. Из точки, соответствующей заданному значению приведенного давления, провести вертикальную прямую до заданного значения приведенной температуры и по горизонтальной линии определить искомое значение динамической вязкости газов (или отношение коэффициентов вязкости).

Изменение вязкости газов в зависимости от температуры при атмосферном давлении описывается уравнением Сатерленда

(2.6)

где m₀ – вязкость газа при нормальных условиях (см. прил.16), Па·с; С – постоянная.

Значения постоянной С для температурного интервала 20-200°С приведены в табл.2.1. Для приближенных расчетов величину С можно найти из выражения С=1,22Т_ср @ 0,7Т_кр.

Таблица 2.1 – Значения постоянной С к уравнению (2.6)

Вязкость газовых смесей может быть подсчитана по правилу аддитивности лишь в том случае, если смесь составляют близкие по физическим характеристикам газы, например пропан – пропилен. При ориентировочной оценке вязкости допускается расчет и для разнородных смесей. При этом пользуются следующими уравнениями: