Состав СУГ. Смеси газов

Сжиженные газы, используемые для газоснабжения потребителей представляют собой технические пропан и бутан, а также их смеси. Основные физико-химические свойства газов приведены в таблице 2.

Плотность сжиженного газа определяется как масса единицы объема. При изменении температуры она меняется. Для технических расчетов плотность компонентов сжиженного газа можно определять по формуле

(2.1)

где: a - коэффициент температурного расширения, кг/(м^3*К);

Т₀ - начальная температура, К;

- плотность при начальной температуре, кг/м .

Плотность смеси сжиженных газов определяется

(2.2)

где: m₁ , m₂ , …,m_n - массовые доля компонентов ( );

плотности компонентов, входящих в состав сжиженного газа.

Таблица 2- Некоторые физико-химические свойства углеводородов, входящих в состав СУГ.

По общепринятым данным плотность остатка углеводородов С₅ и выше, входящих в состав СУГ принимают 700кг/м³ . Значения величин необходимых для расчета плотности приведены в таблицу 3.

Таблица 3. Значения величины ρ_Т0 и α для расчета плотности СУГ (при Т₀=273 К)

Удельный объем - величина обратная плотности. Жидкая фаза СУГа резко увеличивает свой объем при повышении температуры. Изменение объема при температуре Т₁ определяют по формуле

(2.3)

где: V_ж0 - объем жидкости при начальной температуре Т₀,;

β_Т - коэффициент объёмного расширения, 1/К.

Значение коэффициента β_Т приведено в таблице 4.

Таблица 4 Значения β_Т для расчета изменения объема жидкой фазы СУГ

Сжимаемость сжиженных газов по сравнению с другими жидкостями очень велика, поэтому это свойство следует обязательно учитывать при проектировании хранилищ сжиженных газов, а также при проектировании трубопроводов с большим перепадом давленая в начале и конце.

Изменение объема СУГа в зависимости от давления можно определить

(2.4)

где: β_Р - коэффициент объёмного сжатия, м³/Па.

Часто встречается понятие - модуль упругости жидкости (Е). Это величина, обратная β_Ρ, т.е. Ε=1/β_Ρ.

Вязкость сжиженного газа определяется величиной динамического коэффициента вязкости. Аналитически вязкость можно определять по уравнению Андраде-Панченков

(2.5)

где: А и С- экспериментальные коэффициенты;

T-температура, К.

Для приближенного расчета вязкости смеси СУГа рекомендуется зависимость

(5.6)

где: m₁ , m₂ , …,m_n - массовые доля компонентов( );

-динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси, (Па∙с).

Кинематическая вязкость определяется из отношения ν = μ/ρ, м²/с.

Упругость насыщенных паров СУГ сжиженных газов проявляется, когда система жидкость-пар находится в равновесии. Давление насыщенных паров — основная величина для расчета резервуаров, танкеров, цистерн, баллонов сжиженного газа, испарительной способности установок, а также состава газа в зависимости от климатических условий. Это важный параметр при расчете трубопроводов для сжиженных газов. При расчете трубопроводов для сжиженных газов необходимо чтобы давление по длине превышало упругость насышенных паров во избежание газовых полостей в трубопроводе. Это может привести к снижению пропускной способности трубопровода.

Упругость паров зависит от температуры и давления. Сжиженные газы обладают свойством взаимной растворимости и с достаточной точностью подчиняются закону Рауля. Упругость паров жидкой смеси (её давление) равна сумме парциальных (индивидуальных) давлений паров всех компонентов:

(2.7)

(2.8)

где: Ρ, - парциальное давление паров i-компонента, находящегося в жидкой смеси;

x_i - молярная доля i-компонента в жидкой смеси;

P_i.нас. - упругость паров чистого i-компонента при температуре смеси.

Состав газовых смесей и смесей взаимно растворимых жидкостей задают молярными долями, массовыми и объемными долями. Для газов значение молярных и объемных концентраций одинаково.

При условии термодинамического равновесия для каждого компонента парциальное давление газа, находящегося над уровнем жидкости (в паровой фазе), равно давлению этого компонента в жидкой смеси.

По закону Дальтона парциальное давление паров компонента определяется

(2.9)

где: у_i - молярная (объёмная) доля компонента в паровой фазе;

Р_см - общее давление смеси.

Следовательно, можно записать

(2.10)

где: k_i - константа газового равновесия.

Зная константы и молярный состав жидкости, можно определить состав смеси равновесной паровой фазы при заданной температуре. Для большинства углеводородных газов величины констант равновесия найдены экспериментально.

Основные термодинамические параметры газов для технологических расчетов могут быть определены по диаграммам состояний Т - S (температура-энтропия), Ρ - h (давление-энтальпия), h- S (энтальпия-энтропия).Они строятся по экспериментальным данным, так как соотношения между основными термодинамическими параметрами реальных газов не подчиняются законам идеальных газов.

Скрытая теплота превращения характеризует количество выделенного или поглощенного тепла при фазовых переходах.

Испарением называют процесс парообразования, происходящий на свободной поверхности жидкости.

Кипением называется процесс интенсивного испарения во всем объеме жидкости.

Теплота испарения находится в функциональной зависимости от абсолютной температуры. Наиболее простой метод ее расчета основывается на правиле Трутона, согласно которому мольная энтропия испарения (теплота превращения) при атмосферном давлении одинакова для всех жидкостей:

.

При расчете мольной теплоты испарения для произвольной температуры может быть использована формула Ватсона:

,

где: Т_пр.кип – приведенная температура кипения.

Энтальпия насыщенной жидкой фазы – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг или 1 м3 насыщенного пара от 0 К до заданной температуры при заданном давлении. Оно является суммой теплосодержания насыщенной жидкости и скрытой теплоты парообразования.