Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Уравнение состояния




Для определения многих физических свойств природных газов используется уравнение состояния.

Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между параметрами, описывающими изменение состояние вещества. В качестве таких параметров используется давление, температура, объём.

Состояние газа при нормальных и стандартных условиях описывается уравнением МенделееваКлапейрона:

 

, (2.17)

 

где Р – абсолютное давление, Па;

V – объём, м3;

Q – количество вещества, кмоль;

Т – абсолютная температура, К;

R – универсальная газовая постоянная, Па×м3/(кмоль×град).

На основе уравнения состояния газа можно рассчитать много параметров для системы нефтяного газа: плотность, мольный объём, количество молекул, число молекул, парциальные давления и др., если рассматривать уравнение состояния газа для 1 моля, т.е., Q = 1 моль. С учетом этого, уравнение состояния газа можно преобразовать следующим образом:

 

P·V = ∑N·R·T. (2.18)

При ∑N = 1 моль, следует, что: P·V = R·T. Зная, что масса (m) одного моля идеального газа равна его молекулярной массе (М), умножив левую и правую части на молекулярную массу и массу газа, соответственно получим:

P·V·M = m·R·T. (2.19)

 

Поделив обе части на V·R·T: и преобразовав 2.19, получим выражение для расчета плотности:

 

P·M / R·T = m / V, m / V = M·P / R·T, r = M·P / R·T. (2.20)

 

Рассмотрим пример. Дан один моль метана CH4.

Найти его плотность?

Решение. Зная, что молекулярная масса метана равна 16 г/моль и метан занимает объём при н.у. = 22,414 л, а при с.у. = 24,055 л, найдем:

 

1. rCH4 (н.у.) = 16/22,414 = 0,717 (г/л);

2. rCH4 (с.у.) = 16/24,055 = 0,665 (г/л).

 

Плотность смеси газовых компонентов рассчитывают с учетом средней молекулярной массы смеси газа (Mсм), как отношение его молекулярной массы к его мольному объёму (Vм). Например, при нормальных условиях (н.у.) она будет рассчитываться по выражению:

 

rсм = Mсм / 22,414. (2.21)

 

Из расчетов и из выражений 2.20, 2.21 следует, что плотность газа с возрастанием температуры будет уменьшаться, а с возрастанием давления (2.20) будет расти.

Рассмотрим другой пример. Определить плотность метана СН4 при избыточном давлении, например при давлении 3,5 атм и температуре 0°С. Решение. В этом случае общее давление в системе будет равно:

Р = (3,5 + 1) = 4 (атм).

 

Зная, что молекулярная масса метана = 16 г/моль, универсальная газовая постоянная (R) = 0,08206 атм•л/(К•моль), а температура (T) = 273,15 К, найдем плотность метана:

 

rCH4 = Р·М / R·T = (3,5 + 1)·16 /0,08206 ·273,15 = 3,21 (г/л).

 

Относительная плотность газов рассчитывается по отношению к плотности воздуха, определенного при тех же условиях:

. (2.22)

 

При нормальных условий (н.у.) плотность воздуха (ρвозд) » 1,293; при стандартных условий (с.у.) - ρвозд » 1,205.

Если плотность газа (ρо) задана при атмосферном давлении = 0,1013 МПа, то пересчёт её на другое давление (Р) при той же температуре для идеального газа производится по формуле:

 

. (2.23)

 

Рассмотрим пример. Для условий задачи, рассмотренной выше (см. пример раздела 2.2) можно рассчитать абсолютные (r) и относительные (ρосм) плотности смеси, используя правое выражение (2.16) для расчета молекулярной массы:

 

Мсм = 100 / (36,5 / 16 +17,2 / 30 +19,8 / 44 +14,7 / 58 +11,8 / 72)

= 26,874 (кг/кмоль);

rcv = 26,874 / 22,41 = 1,119 (кг/м3);

ρосм (н.у.) = 1,119 / 1,293 = 0,927.

Аналогично из (2.20) находится и выражение для мольного объёма:

 

V = R ·T / P. (2.24)

 

Отсюда, мольный объём при давлениях равному 1 атм или близких к атмосферному и для физических процессов, когда не происходит изменения числа молей в системе оценивается соотношением:

 

V = R·T, (2.25)

 

где R – универсальна газовая постоянная, R = 0,08206 атм·л/(К·моль);

Т – температура, К;

Рассмотрим пример. Найти вид зависимости изменения мольного объёма газа от температуры V = f(T).

Решение. Воспользуемся выражением 2.25 и получим объём, занимаемый одним молем идеального газа при условиях задачи:

 

Vн.у. = 0,08206•273,15 = 22,414 (л),

 

Vс.у. = 0,08206•293,15 = 24,055 (л).

 

Любой газ при нормальных условиях (н.у. Þ Т = 0оС и Р = 760 мм рт. ст.) занимает объём равный 22,414 м3, а при стандартных (с.у. Þ Т = 20 оС и Р = 760 мм рт. ст.) объём равный 24,055 м3.

С увеличением температуры мольный объём газа увеличивается. Мольный объём газов с возрастанием температуры будет расти, а с возрастанием давления (см. 2.24) уменьшаться.

У этого уравнения есть свои граничные условия. Оно справедливо для описания поведения газов при давлениях близких к атмосферному (от 1 до 10–12 атм) и при температурах до 20оС. При повышенном давлении газ сжимается и его состояние отличается от поведения идеальных газов.


Поделиться:

Дата добавления: 2014-10-31; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты