Единицы измерения параметров газа

Единицы измерения параметров газа

Единицы измерения параметров газа

Давление (р), или нормальное напряжение – это отношение нормальной поверхностной силы, действующей на элементарную поверхность, к площади этой поверхности. Существует большое количество единиц, применяемых для измерения давления. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па). Один Па равен давлению, создаваемому нормальной силой в 1 ньютон (Н), на поверхности с площадью 1 м 2 (1 Па = 1 Н / м 2 ).

В системе МКГСС за единицу измерения давления принято давление, создаваемое силой в 1 килограмм-силы на площади в 1 квадратный метр (кгс / м 2 ). Кроме основных единиц для измерения давления используется и другие, так называемые внесистемные единицы: атмосфера (техническая и физическая), бар, миллибар, миллиметр ртутного столба и миллиметр водяного столба.

Техническая атмосфера (ат)– это давление, создаваемое силой в один килограмм-силы на площади в 1 квадратный сантиметр (кГс/см 2 ). Техническая атмосфера широко применяется для измерения давления в технике. Нормальная физическая атмосфера (атм) равна нормальному давлению атмосферного воздуха на уровне моря (760 мм рт. ст).

.

Бар – единица давления, равная 10 5 Н/м 2 или 1 бар = 10 5 Па.

Миллиметр ртутного столба – это гидростатическое давление столба ртути высотой в 1 мм – 1 мм рт. ст.=133,322 Па. Эта единица измерения применяется для измерения давления в барометрах, жидкостных манометрах и др. (в частности, в медицине и метеорологии).

.

Миллиметр водяного столба – это гидростатическое давление столба воды высотой в 1 мм:

1 мм вод. ст. = 9,8066 Па

За нормальное атмосферное давление принимается давление рН = 760 мм.рт.ст. = 1,0333 кГс/см 2 = 1,01310 5 Па = 10333 мм вод. ст.

Соотношения между различными единицами измерения давления приведены в следующей таблице.

Единицы измерения давления Таблица 1.

Единицы измерения давления

–средняя плотность.

В системе СИ размерность плотности [] = кг / м 3 . В системе МКГСС – [] = кгсс 2 / м 4 , так как [m] = кгсc 2 / м.

Плотность воздуха при нормальных (стандартных) условиях – атмосферное давление = 760 мм рт. ст, температура= 288,15 К, равна= 1,225 кг/м 3 . Если в данной случае параметры атмосферы отличаются от нормальных условий, то величину плотности можно рассчитать по формуле или, полученной с помощью уравнения состояния идеального газа. Здесь давление– в мм рт. ст., а температура– в Кельвинах.

Внутренняя энергия (U) характеризует энергию теплового движения молекул для единицы массы газа и в системе СИ измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Кроме внутренней энергии в аэродинамике применяют понятие энтальпии (теплосодержания) i, которая определяется соотношением:

,

где – удельная теплоемкость при постоянном давлении. Для газов, подчиняющихся уравнению состояния Клапейрона, кромеимеет место еще одна теплоемкость:– удельная теплоемкость при постоянном объеме.исвязаны между собой соотношением Майера:, в которомR – постоянная для данного сорта газа величина (газовая постоянная).

Для воздуха в системе СИ R = 287,14 Дж/(кгК). Для воздуха до температур Т  2000 К величины и можно считать постоянными:

= 713 Дж/(кгК) = 0,171 ккал/(кгК);

= 1000 Дж/(кгК) = 0,24 ккал/(кгК).

Состав и свойства природных газов

1. Состав природных газов

Физико-химические и теплотехнические характеристики природных газов обусловлены различием в составе горючих компонентов и наличием в газе негорючих газообразных компонентов (балластов) и вредных примесей.

К горючим компонентам относят следующие вещества.

Метан СН4. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, и его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.

В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; 1 м 3 метана имеет массу 0,717 кг. При атмосферном давлении и температуре 111 К метан сжижается и его объем уменьшается в 600 раз. Использование и транспортирование сжиженного газа дает большой экономический эффект, позволяет значительно снизить затраты на сооружение газопроводов и помогает решить проблемы, связанные с резервированием газоснабжения в отдельных районах и созданием запасов сырья для промышленности.

Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между высшей и низшей теплотой сгорания.

Высшая теплота сгорания метана QB составляет 39820 кДж/м 3 , 9510 ккал/м 3 ; низшая QH – соответственно 35880 кДж/м 3 , 8570 ккал/м 3 .

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью, так как на разрыв четырех связей в молекуле метана требуются большие затраты энергии. Кроме метана в горючих газах могут содержаться этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан C4H10. Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу СnН2n+2, где n – углеродное число, равное 1 (для метана), 2 (для этана) и 3 (для пропана). Структура молекул этих углеводородов может быть представлена в следующем виде (рис. 1):

Рис. 1. Структура молекул углеводородов

С увеличением числа атомов в молекуле тяжелых углеводородов возрастают их плотность и теплота сгорания.

Оксид углерода СО – бесцветный газ без запаха и вкуса; масса 1 м 3 составляет 1,25 кг; теплота сгорания 13250 кДж/м 3 , 3016 ккал/м 3 . В газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает теплоту сгорания газа. Оксид углерода оказывает на организм человека токсическое воздействие, так как легко вступает в соединение с гемоглобином крови. В табл. 1 показано влияние оксида углерода на организм человека при различных его концентрациях в воздухе.

Водород Н2 – бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха, масса 1 м 3 равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха, отличается высокой реакционной способностью; водородно-воздушные смеси имеют широкие пределы воспламенения и весьма взрывоопасны.

Таблица 1. Физиологическое воздействие оксида углерода СО на организм человека

Теплота сгорания водорода составляет: QB – 12750 кДж/м 3 , 3040 ккал/м 3 ; QH – соответственно 10790 кДж/м 3 , 2580 ккал/м 3 . Сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, 1 м 3 водорода образует 2,88 м 3 продуктов горения.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот и диоксид углерода.

Азот N2 – двухатомный бесцветный газ без запаха и вкуса, масса 1 м 3 азота равна 1,25 кг. Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью, на разрыв этой связи расходуется 170200 ккал/моль. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ.

Диоксид углерода СО2 – бесцветный газ, тяжелый и слабореакционный при низких температурах, имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4–5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания; 10 %-ная концентрация СО2 в воздухе вызывает сильное отравление. Масса 1 м 3 СО2 составляет 1,98 кг. Диоксид углерода тяжелее воздуха в 1,53 раза, при температуре –20 °С и давлении 5,8 МПа превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах.

В горючих газах могут содержаться также сероводород и кислород.

Сероводород H2S – тяжелый газ с сильным и неприятным запахом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м 3 сероводорода равна 1,54 кг; является газообразной кислотой и, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Поэтому он сильно корродирует газопроводы, особенно при одновременном содержании в нем H2S, H2O и О2. При сжигании газа сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья. Содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м 3 газа.

Кислород О2 – газ без запаха, цвета и вкуса, масса 1 м 3 кислорода составляет 1,43 кг. Содержание кислорода в газе понижает его теплотворную способность и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % по объему.

Все природные газы в большинстве своем не имеют запаха. Чтобы утечки газа были своевременно обнаружены, горючие газы одоризируют, то есть придают им специфический запах, по которому их легко обнаружить даже при незначительных концентрациях в воздухе помещений. Наиболее часто в качестве одоранта применяют этилмеркоптан.

Читать еще:  Заявление об уточнении платежа в налоговую. Образец 2020 года

2. Единицы измерения параметров газа

Измерение давления газа. Величину избыточного давления газа измеряют манометрами, а для получения абсолютного давления необходимо к избыточному давлению прибавить атмосферное давление.

В системе СИ единица измерения давления – паскаль (Па), которая обозначает давление, вызываемое силой 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2 . Соотношения между единицами измерения давления приведены в табл. 2.

Таблица 2. Соотношение между единицами давления газа

Единицы измерения параметров газа

Единицы измерения параметров газа

Измерение давления газа. Величину избыточного давления газа измеряют манометрами, а для получения абсолютного давления необходимо к избыточному давлению прибавить атмосферное давление.

В системе СИ единица измерения давления — паскаль (Па), которая обозначает давление, вызываемое силой 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2 . Соотношения между единицами измерения давления приведены в таблице ниже.

Соотношение между единицами давления газа

Измерение температуры. При нагревании тела расширяются и увеличиваются в объеме. Больше всего расширяются газообразные тела, меньше — твердые. Например, газопровод длиной 100 м при нагревании до 100 °С увеличит свою длину только на 12 см; 100 л воды при нагревании до 100 “С увеличат свой объем на 4 л. При нагревании газа от 0 до 273 °С его объем увеличивается в два раза.

Температуру газа измеряют жидкостными термометрами, шкала которых имеет две постоянные точки: таяния льда (0 °С) и кипения воды (100 °С). Наиболее точны и просты в обращении ртутные термометры. Применяют также и шкалу Кельвина, в которой точка 0 соответствует абсолютному нулю, то есть такой степени охлаждения тела, при которой прекращается всякое движение молекул любого вещества. Абсолютный нуль, принимаемый за начало отсчета температур в системе СИ, в технической системе равен 273,16 °С. Таким образом, показания абсолютной шкалы больше на 273,2 °С.

Пример. Если продукты сгорания газа имеют температуру по Цельсию 200 °С, то по абсолютной шкале Кельвина та же температура равна 200 + 273,16 = 473,16 К.

Измерение количества теплоты. В качестве основной единицы измерения количества теплоты ранее принималась калория (кал) — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 г дистиллированной воды для повышения ее температуры с 19,5 до 20,5 °С при давлении 101,325 кПа.

В теплотехнике применяется укрупненная единица измерения — килокалория (ккал), равная 1000 кал. Килокалория — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг дистиллированной воды для повышения ее температуры на 1 °С.

В системе единиц СИ теплота выражается универсальной единицей — джоулем (Дж). Джоуль — это работа, которую совершает сила в 1 Н на пути в 1 м. Можно применить и более крупную и удобную единицу (килоджоуль, кДж), равную 1000 Дж, 1 Дж = 0,239 кал.

Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 м 3 газа, называется удельной теплотой сгорания газового топлива. Теплоту сгорания газа измеряют в ккал/м 3 при температуре 20 °С и давлении 760 мм рт. ст. Различают низшую теплоту сгорания QH и высшую QB.

Высшую и низшую теплоту сгорания природного газа подсчитывают по следующим формулам:

где CH4, C2H6, С3Н8, C4H10 — содержание в природном газе метана, этана, пропана и бутана в процентах по объему. Цифровые значения обозначают низшие и высшие теплоты сгорания метана, этана и т. д., пересчитанные на 1 % горючего компонента.

Перевод физических единиц количества теплоты в систему СИ приведен в таблице ниже.

Объем, масса, плотность, удельный объем. Приведение к нормальным и стандартным условиям и пересчет

Приведение к нормальным и стандартным условиям

Единицей измерения объема газа является кубический метр (м³). Измеренный объем приводится к нормальным физическим условиям.

Нормальные физические условия: давление 101 325 Па, температура 273,16 К (0 °С).

Стандартные условия: давление 101 325 Па, температура 293,16 К (+20 °С).

В настоящее время эти обозначения выходят из употребления. Поэтому в дальнейшем следует указывать те условия, к которым относятся объемы и другие параметры газа. Если эти условия не указываются, то это значит, что параметры газа даны при 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²). Иногда объем газа (особенно в иностранной литературе и нормах) при пользовании системой СИ приводится к 288,16 °К (+15 °С) и давлению 1 бар (105 Па).

Если известен объем газа при одних условиях, то пересчитать его в объемы при других условиях можно с помощью коэффициентов, приведенных следующей таблице.

Коэффициенты для пересчета объемов газа из одних условий в другие

Для приведения объемов газа к 0 °С (273,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²), а также к 20 °С (293,16 °К) и 760 мм рт. ст. (1,033 кгс/см²) могут быть применены следующие формулы:

где V0 °С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 0 °С и 760 мм рт. ст., м³;
V20° С и 760 мм рт. ст. — объем газа при 20 °С и 760 мм рт. ст., м³;
VP — объем газа в рабочих условиях, м³;
р — абсолютное давление газа в рабочих условиях, мм рт. ст.;
Т — абсолютная температура газа в рабочих условиях, °К.

Пересчет объемов газа, приведенных к 0 °С и 760 мм рт. ст., а также к 20 °С и 760 мм рт. ст., в объемы при других (рабочих) условиях можно производить по формулам:

Любой газ способен расширяться. Следовательно, знание объема, который занимает газ, недостаточно для определения его массы, так как в любом объеме, целиком заполненном газом, его масса может быть различной.

Масса — это мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единицы массы в СИ — килограмм (кг).

Плотность, или масса единицы объема, обозначаемая буквой p, — это отношение массы тела m, кг, к его объему, V, м³:

или с учетом химической формулы газа:

где M — молекулярная масса,
VМ — молярный объем.

Единица плотности в СИ — килограмм на кубический метр (кг/м³).

Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:

Величину, обратную плотности, называют удельным, или массовым, объемом (ν) и измеряют в кубических метрах на килограмм (м³/кг).

Как правило, на практике, чтобы показать, на сколько 1 м³ газа легче или тяжелее 1 м³ воздуха, используют понятие относительная плотность d, которая представляет собой отношение плотности газа к плотности воздуха:

Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения информации об условиях сотрудничества, пожалуйста, обращайтесь к сотрудникам ГК «Газовик».

Бесплатная телефонная линия: 8-200-2000-230

© 2007–2019 ООО «Газ-Сервис». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

Тема: Параметры состояния газа

Основными параметрами, определяющими состояние газа, являются давление, температура и плотность или удельный объем.

Давлениегаза р обусловлено суммой сил ударов беспоря­дочно движущихся молекул газа о стенки сосуда, занятого этим газом, и численно равно величине нормальной составляющей силы, действующей на единицу поверхности, с которой соприка­сается газ.

где F — нормальная составляющая силы; f — площадь, на ко­торую действует сила.

Основными единицами измерения давления являются: в сиcтеме единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) — кило­грамм-сила на квадратный метр (кгс/м 2 ); в Международной си­стеме единиц СИ — ньютон на квадратный метр (н/м 2 ). Под нью­тоном понимается сила, сообщающая находящейся в состоянии покоя массе в 1 кг ускорение 1 м/сек 2 , т. е. 1 н = 1 кг·1 м/сек 2 . В практике газоснабжения часто применяются внесистемные еди­ницы измерения давления: килограмм-сила на квадратный санти­метр (кгс/см 2 ), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). 1 кгс/см 2 =10 000 кгс/м 2 = 10 000 мм вод. ст. = 735,56 мм рт. ст. = 98 066,5 н/м 2 .

Читать еще:  Обязан ли инвалид платить алименты ребенку

Воздух земной атмосферы своей массой оказывает на поверх­ность Земли и окружающие предметы давление, называемое атмо­сферным, или барометрическим. Величина его в значительной мере зависит от высоты места измерения и температуры воздуха. На уровне моря при температуре 0° барометрическое давление равно 760 мм.рт.ст. Такое давление называют нормальным атмосферным давлением.

760 мм рт. ст. = 10330 мм вод.=1,033 кгс/см 2 .

Если из сосуда удалять воздух, то в нем создается давлена ниже атмосферного — разрежение. При полном удалении воздуха из сосуда давление становится равным нулю. Давление, от­считываемое от нуля, называется абсолютным (рабс) а давление, превышающее атмосферное (барометрическое), — избыточны (ризб). В уравнениях, связывающих параметры состояния газ; применяют абсолютное давление; манометры показывают избыточное давление.

При измерениях разрежения (вакуума) соотношение (2) принимает вид

Абсолютная температура Т, °К, характеризует степень нагретости тела. Измерение температуры можно производить а основании агрегатных изменений вещества под ее воздействие: В частности, в качестве исходных значений, служащих при построении Международной практической

температурной шкал Цельсия для установления начала отсчета температуры и единицы ее измерения — градуса, приняты температура плавления льда (0° С) и кипения воды (100° С) при нормальном атмосферном давлении. Температуры, лежащие выше 0° С, считают положительными, а лежащие ниже 0° С — отрицательными. В системе единиц СИ расчеты температуры производятся от абсолютного нуля в градусах термодинамической шкалы Кельвина. Абсолютный нуль этой шкалы (0° К) характеризуется прекращение теплового движения молекул вещества и соответствует по шкале Цельсия температуре — 273,15° С. Таким образом, обе шкалы различаются лишь начальной точкой отсчета, а цена деления (градуса) у них одинакова.

Т о К=t о С+273,15 (4)

Плотность ρ – количество массы вещества в единице объема.

где m – масса вещества; V – объем вещества.

В системе СИ плотность измеряется в килограммах – массы на кубический метр (кг/м 3 ). Подставив в формулу (5) выражение массы по закону Ньютона и соответствующие размерности, получим, что размерность плотности в системе единиц МКГСС кгс·сек 2 /м 4 . При расчетах следует помнить, что 1 кгс·сек 2 /м 4 ≈9,8 кг/м 3 .

Относительная плотность газа (по воздуху) s – отношение плотности газа к плотности воздуха при нормальных условиях.

Если считать газ идеальным, то при Т=273,16 К, Р=0,1 МПа и V=22,414 мл масса т равна молекулярной массе М газа. В тех же условиях масса 22,414 мл воздуха составляет 28,9 г, откуда относительная плотность газа или пара относительно воздуха равна

Абсолютную плотность газов и паров (ρ, кг/м 3 ) при нормаль­ных условиях можно найти, зная массу М и объем 1 моль газа (22,414 л)

При абсолютной температуре Т (К) и давлении П (10 5 Па) плотность газа (в кг/м 3 ) может быть найдена по формуле

Используя формулу (8), можно написать

Средняя плотность смеси идеальных газов

где r1, r2,…. rn – объемное (или молярное) содержание каждого компонента в смеси в долях единицы; ρ1, ρ2,…. ρn – плотности компонентов смеси.

Удельный объем υ – объем единицы массы вещества – величина, обратная плотности.

Критические параметры (табл.1) характеризуют критическое состояние газа, при котором плотность жидкой и паровой фаз газа одинакова. Сжатием и охлаждением до определенной температуры газы могут быть переведены в жидкое состояние. Однако для каждого газа существует определенная критическая температурa, выше которой газ никаким давлением не может быть сжижен. Давление, необходимое для сжижения газа при критической тем­пературе, называют критическим давлением. Чем температура газа ниже критической, тем при меньшем давлении этот газ может быть сжижен. Объем газа, занимаемый при критических давлении температуре, называют критическим объемом.

Отношение фактических параметров газа ρ, Т и υ к критическим ρкр, Ткр и υкр называют приведенными параметрами состояния газа, т.е.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8349 — | 7281 — или читать все.

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Тема: Параметры состояния газа

Основными параметрами, определяющими состояние газа, являются давление, температура и плотность или удельный объем.

Давлениегаза р обусловлено суммой сил ударов беспоря­дочно движущихся молекул газа о стенки сосуда, занятого этим газом, и численно равно величине нормальной составляющей силы, действующей на единицу поверхности, с которой соприка­сается газ.

где F — нормальная составляющая силы; f — площадь, на ко­торую действует сила.

Основными единицами измерения давления являются: в сиcтеме единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) — кило­грамм-сила на квадратный метр (кгс/м 2 ); в Международной си­стеме единиц СИ — ньютон на квадратный метр (н/м 2 ). Под нью­тоном понимается сила, сообщающая находящейся в состоянии покоя массе в 1 кг ускорение 1 м/сек 2 , т. е. 1 н = 1 кг·1 м/сек 2 . В практике газоснабжения часто применяются внесистемные еди­ницы измерения давления: килограмм-сила на квадратный санти­метр (кгс/см 2 ), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). 1 кгс/см 2 =10 000 кгс/м 2 = 10 000 мм вод. ст. = 735,56 мм рт. ст. = 98 066,5 н/м 2 .

Воздух земной атмосферы своей массой оказывает на поверх­ность Земли и окружающие предметы давление, называемое атмо­сферным, или барометрическим. Величина его в значительной мере зависит от высоты места измерения и температуры воздуха. На уровне моря при температуре 0° барометрическое давление равно 760 мм.рт.ст. Такое давление называют нормальным атмосферным давлением.

760 мм рт. ст. = 10330 мм вод.=1,033 кгс/см 2 .

Если из сосуда удалять воздух, то в нем создается давлена ниже атмосферного — разрежение. При полном удалении воздуха из сосуда давление становится равным нулю. Давление, от­считываемое от нуля, называется абсолютным (рабс) а давление, превышающее атмосферное (барометрическое), — избыточны (ризб). В уравнениях, связывающих параметры состояния газ; применяют абсолютное давление; манометры показывают избыточное давление.

При измерениях разрежения (вакуума) соотношение (2) принимает вид

Абсолютная температура Т, °К, характеризует степень нагретости тела. Измерение температуры можно производить а основании агрегатных изменений вещества под ее воздействие: В частности, в качестве исходных значений, служащих при построении Международной практической

температурной шкал Цельсия для установления начала отсчета температуры и единицы ее измерения — градуса, приняты температура плавления льда (0° С) и кипения воды (100° С) при нормальном атмосферном давлении. Температуры, лежащие выше 0° С, считают положительными, а лежащие ниже 0° С — отрицательными. В системе единиц СИ расчеты температуры производятся от абсолютного нуля в градусах термодинамической шкалы Кельвина. Абсолютный нуль этой шкалы (0° К) характеризуется прекращение теплового движения молекул вещества и соответствует по шкале Цельсия температуре — 273,15° С. Таким образом, обе шкалы различаются лишь начальной точкой отсчета, а цена деления (градуса) у них одинакова.

Читать еще:  Как подтвердить право на применение ставки НДС 0 при экспорте

Т о К=t о С+273,15 (4)

Плотность ρ – количество массы вещества в единице объема.

где m – масса вещества; V – объем вещества.

В системе СИ плотность измеряется в килограммах – массы на кубический метр (кг/м 3 ). Подставив в формулу (5) выражение массы по закону Ньютона и соответствующие размерности, получим, что размерность плотности в системе единиц МКГСС кгс·сек 2 /м 4 . При расчетах следует помнить, что 1 кгс·сек 2 /м 4 ≈9,8 кг/м 3 .

Относительная плотность газа (по воздуху) s – отношение плотности газа к плотности воздуха при нормальных условиях.

Если считать газ идеальным, то при Т=273,16 К, Р=0,1 МПа и V=22,414 мл масса т равна молекулярной массе М газа. В тех же условиях масса 22,414 мл воздуха составляет 28,9 г, откуда относительная плотность газа или пара относительно воздуха равна

(7)

Абсолютную плотность газов и паров (ρ, кг/м 3 ) при нормаль­ных условиях можно найти, зная массу М и объем 1 моль газа (22,414 л)

(8)

При абсолютной температуре Т (К) и давлении П (10 5 Па) плотность газа (в кг/м 3 ) может быть найдена по формуле

(9)

Используя формулу (8), можно написать

(10)

Средняя плотность смеси идеальных газов

где r1, r2,…. rn – объемное (или молярное) содержание каждого компонента в смеси в долях единицы; ρ1, ρ2,…. ρn – плотности компонентов смеси.

Удельный объем υ – объем единицы массы вещества – величина, обратная плотности.

Критические параметры (табл.1) характеризуют критическое состояние газа, при котором плотность жидкой и паровой фаз газа одинакова. Сжатием и охлаждением до определенной температуры газы могут быть переведены в жидкое состояние. Однако для каждого газа существует определенная критическая температурa, выше которой газ никаким давлением не может быть сжижен. Давление, необходимое для сжижения газа при критической тем­пературе, называют критическим давлением. Чем температура газа ниже критической, тем при меньшем давлении этот газ может быть сжижен. Объем газа, занимаемый при критических давлении температуре, называют критическим объемом.

Отношение фактических параметров газа ρ, Т и υ к критическим ρкр, Ткр и υкр называют приведенными параметрами состояния газа, т.е.

93.79.160.148 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Состав и свойства природных газов

1. Состав природных газов

Физико-химические и теплотехнические характеристики природных газов обусловлены различием в составе горючих компонентов и наличием в газе негорючих газообразных компонентов (балластов) и вредных примесей.

К горючим компонентам относят следующие вещества.

Метан СН4. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, и его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.

В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; 1 м 3 метана имеет массу 0,717 кг. При атмосферном давлении и температуре 111 К метан сжижается и его объем уменьшается в 600 раз. Использование и транспортирование сжиженного газа дает большой экономический эффект, позволяет значительно снизить затраты на сооружение газопроводов и помогает решить проблемы, связанные с резервированием газоснабжения в отдельных районах и созданием запасов сырья для промышленности.

Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между высшей и низшей теплотой сгорания.

Высшая теплота сгорания метана QB составляет 39820 кДж/м 3 , 9510 ккал/м 3 ; низшая QH – соответственно 35880 кДж/м 3 , 8570 ккал/м 3 .

Метан обладает сравнительно низкой реакционной способностью, так как на разрыв четырех связей в молекуле метана требуются большие затраты энергии. Кроме метана в горючих газах могут содержаться этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан C4H10. Углеводороды метанового ряда имеют общую формулу СnН2n+2, где n – углеродное число, равное 1 (для метана), 2 (для этана) и 3 (для пропана). Структура молекул этих углеводородов может быть представлена в следующем виде (рис. 1):

Рис. 1. Структура молекул углеводородов

С увеличением числа атомов в молекуле тяжелых углеводородов возрастают их плотность и теплота сгорания.

Оксид углерода СО – бесцветный газ без запаха и вкуса; масса 1 м 3 составляет 1,25 кг; теплота сгорания 13250 кДж/м 3 , 3016 ккал/м 3 . В газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает теплоту сгорания газа. Оксид углерода оказывает на организм человека токсическое воздействие, так как легко вступает в соединение с гемоглобином крови. В табл. 1 показано влияние оксида углерода на организм человека при различных его концентрациях в воздухе.

Водород Н2 – бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха, масса 1 м 3 равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха, отличается высокой реакционной способностью; водородно-воздушные смеси имеют широкие пределы воспламенения и весьма взрывоопасны.

Таблица 1. Физиологическое воздействие оксида углерода СО на организм человека

Теплота сгорания водорода составляет: QB – 12750 кДж/м 3 , 3040 ккал/м 3 ; QH – соответственно 10790 кДж/м 3 , 2580 ккал/м 3 . Сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, 1 м 3 водорода образует 2,88 м 3 продуктов горения.

В негорючую часть газообразного топлива входят азот и диоксид углерода.

Азот N2 – двухатомный бесцветный газ без запаха и вкуса, масса 1 м 3 азота равна 1,25 кг. Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью, на разрыв этой связи расходуется 170200 ккал/моль. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ.

Диоксид углерода СО2 – бесцветный газ, тяжелый и слабореакционный при низких температурах, имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4–5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания; 10 %-ная концентрация СО2 в воздухе вызывает сильное отравление. Масса 1 м 3 СО2 составляет 1,98 кг. Диоксид углерода тяжелее воздуха в 1,53 раза, при температуре –20 °С и давлении 5,8 МПа превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах.

В горючих газах могут содержаться также сероводород и кислород.

Сероводород H2S – тяжелый газ с сильным и неприятным запахом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м 3 сероводорода равна 1,54 кг; является газообразной кислотой и, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Поэтому он сильно корродирует газопроводы, особенно при одновременном содержании в нем H2S, H2O и О2. При сжигании газа сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья. Содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м 3 газа.

Кислород О2 – газ без запаха, цвета и вкуса, масса 1 м 3 кислорода составляет 1,43 кг. Содержание кислорода в газе понижает его теплотворную способность и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % по объему.

Все природные газы в большинстве своем не имеют запаха. Чтобы утечки газа были своевременно обнаружены, горючие газы одоризируют, то есть придают им специфический запах, по которому их легко обнаружить даже при незначительных концентрациях в воздухе помещений. Наиболее часто в качестве одоранта применяют этилмеркоптан.

2. Единицы измерения параметров газа

Измерение давления газа. Величину избыточного давления газа измеряют манометрами, а для получения абсолютного давления необходимо к избыточному давлению прибавить атмосферное давление.

В системе СИ единица измерения давления – паскаль (Па), которая обозначает давление, вызываемое силой 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2 . Соотношения между единицами измерения давления приведены в табл. 2.

Таблица 2. Соотношение между единицами давления газа

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector