ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ

Теплоемкость. Для газов различают теплоемкость, определяемую при постоянном давлении (изобарная теплоемкость) с_р и при постоянном объеме (изохорная теплоемкость) с_v. Эти теплоемкости идеальных газов связаны между собой соотношением с⁰_р – с⁰_v= R. Здесь индекс 0 означает нормальное давление. Как и для жидких нефтепродуктов
(см. § 1.6), теплоемкость газов может быть молярной, массовой и объемной.

В технологических расчетах преимущественно используются изобарные теплоемкости газов, значения которых при нормальных условиях приведены в прил.16. Теплоемкость газов слабо зависит от давления, обычно этим влиянием в расчетах пренебрегают. При повышении температуры теплоемкость газов увеличивается. Однако в меньшей степени, чем для жидких нефтепродуктов.

На рис.2.6 приведен график зависимости теплоемкости с_р углеводородных газов и нефтяных паров от их относительной плотности и температуры.

Рисунок 2.6 – Зависимость теплоемкости паров углеводородов от температуры и их плотности по отношению к воздуху (I) и от паров жидких углеводородов по отношению к воде (II)

Приближенно теплоемкость насыщенных газообразных углеводородов в килоджоулях на киломоль-кельвин можно определить как функцию числа углеводородных атомов N_с в молекуле с учетом температуры
Т [1]: с_р = 16,74 + 5,44N_с + 0,05N_cТ.

Теплоемкость реальных газов рассчитывается по формуле

(2.7)

где – изобарная теплоемкость газа или газовой смеси в расчете на идеальный газ, кДж/(кг·К); поправка к теплоемкости, учитывающая неидеальность газа, кДж/(кг·К).

Теплоемкость газов (как идеальных) определяется по уравнению

(2.8)

где Е, F, G, Н, N – коэффициенты.

Значения коэффициентов F, G, H, N приведены в табл.2.2. Для рассматриваемых газов Е=0.

Таблица 2.2 – Значения коэффициентов к уравнению (2.8), кДж/(кг·К)

Поправка теплоемкости на давление рассчитывается по формуле

(2.9)

где поправки, определяемые по графикам (прил.17 и 18) в зависимости от приведенных давления и температуры; w - фактор ацентричности.

Фактор ацентричности w находится приближенно по формуле w=0,1745+0,0838Т_пр или по табл.2.3.

Таблица 2.3 – Значения фактора ацентричности для некоторых газов

Фактор ацентричности газовых смесей подсчитывается по правилу аддитивности, состав смеси при этом выражается в молярных долях. Правило аддитивности действует и при расчете теплоемкости газовой смеси.

Энтальпия. Энтальпия газов или паров при заданной температуре Т численно равна количеству теплоты в джоулях (килоджоулях), которое необходимо затратить на нагрев единицы количества вещества от температуры Т₁ до Т₂ с учетом теплоты испарения и перегрева газов или паров.

Для подсчета энтальпии нефтяных паров (см. § 1.6) применяется формула (1.17). Энтальпия идеального газа ( кДж/кг) при температуре Т и атмосферном давлении рассчитывается по уравнению

где А, В, С, D – коэффициенты, значения которых для газов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Значения коэффициентов к уравнению (2.10), кДж/кг

Энтальпия нефтяных паров и углеводородных газов с повышением давления снижается. Разность энтальпий при атмосферном и повышенном давлении является функцией приведенных температуры и давления и определяется по графикам (рис.2.7). По известной поправке находится энтальпия при повышенном давлении :

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

Рисунок 2.7 а – График для определения энтальпии нефтяных паров в узком интервале приведенных температуры и давления

Пользование диаграммой.От точки соответствующей заданному значению приведенного давления, провести вертикальную прямую до пересечения с кривой приведенной температуры. Через точку пересечения провести горизонтальную прямую до шкалы искомых значений изменения энтальпии.

Рисунок 2.7 б – График для определения энтальпии нефтяных паров в широком интервале приведенных температуры и давления

Пользование диаграммой.От точки соответствующей заданному значению приведенного давления, провести вертикальную линию до пересечения с кривой соответствующей приведенной температуры. Через точку пересечения провести горизонтальную прямую до пересечения со шкалой искомых значений изменения энтальпии.