ρ = m (dujos) / V (dujos)
D pagal Y (X) = M (X) / M (Y)
Štai kodėl:
D oru = M (dujos X) / 29
Dinaminis ir kinematinis dujų klampumas.
Dujų klampumas (vidinės trinties reiškinys) yra trinties jėgų atsiradimas tarp dujų sluoksnių, judančių vienas kito atžvilgiu lygiagrečiai ir skirtingu greičiu.
Dviejų dujų sluoksnių sąveika laikoma procesu, kurio metu impulsas perkeliamas iš vieno sluoksnio į kitą.
Trinties jėga ploto vienetui tarp dviejų dujų sluoksnių, lygi impulsui, perduodamam per sekundę iš sluoksnio į sluoksnį per ploto vienetą, nustatoma Niutono dėsnis:
- greičio gradientas statmena dujų sluoksnių judėjimo krypčiai.
Minuso ženklas rodo, kad impulsas perkeliamas mažėjančio greičio kryptimi.
- dinaminis klampumas.
, Kur
- dujų tankis,
- aritmetinis vidutinis molekulių greitis,
- vidutinis laisvas molekulių kelias.
- kinematinis klampos koeficientas.
Kritiniai dujų parametrai: Tcr, Pcr.
Kritinė temperatūra yra temperatūra, kurią viršijus esant bet kokiam slėgiui dujos negali virsti skysta būsena. Slėgis, reikalingas dujoms suskystinti esant kritinei temperatūrai, vadinamas kritiniu. Atsižvelgiant į dujų parametrus. Pateikti parametrai yra bedimensiniai dydžiai, parodantys, kiek kartų faktiniai dujų būsenos parametrai (slėgis, temperatūra, tankis, savitasis tūris) yra didesni arba mažesni už kritinius:
Gręžinių gamyba ir požeminė dujų saugykla.
Dujų tankis: absoliutus ir santykinis.
Dujų tankis yra viena iš svarbiausių jo savybių. Kalbėdami apie dujų tankį, dažniausiai turime omenyje jų tankį normaliomis sąlygomis (t.y. esant temperatūrai ir slėgiui). Be to, dažnai naudojamas santykinis dujų tankis, kuris reiškia tam tikrų dujų tankio ir oro tankio santykį tomis pačiomis sąlygomis. Nesunku pastebėti, kad santykinis dujų tankis nepriklauso nuo sąlygų, kuriomis jos yra, nes pagal dujų būsenos dėsnius visų dujų tūriai kinta vienodai keičiantis slėgiui ir temperatūrai.
Absoliutus dujų tankis yra 1 litro dujų masė normaliomis sąlygomis. Paprastai dujoms jis matuojamas g/l.
ρ = m (dujos) / V (dujos)
Jei imsime 1 molį dujų, tada:
o dujų molinę masę galima rasti tankį padauginus iš molinio tūrio.
Santykinis tankis D yra reikšmė, parodanti, kiek kartų dujos X yra sunkesnės už dujas Y. Jis apskaičiuojamas kaip dujų X ir Y molinių masių santykis:
D pagal Y (X) = M (X) / M (Y)
Dažnai skaičiavimams naudojamas santykinis vandenilio ir oro dujų tankis.
Santykinis dujų tankis X vandenilio atžvilgiu:
D pagal H2 = M (dujos X) / M (H2) = M (dujos X) / 2
Oras yra dujų mišinys, todėl jam galima apskaičiuoti tik vidutinę molinę masę.
Manoma, kad jo vertė yra 29 g/mol (remiantis apytiksle vidutine sudėtimi).
Štai kodėl:
D oru = M (dujos X) / 29
Šiandien natūraliai susidarančios dujos yra svarbiausias energijos šaltinis. Visi dujiniai degūs junginiai iš žemės žarnų yra bekvapiai ir juose yra daug priemaišų, turinčių įtakos gamtinių dujų tankiui.
Tokiose dujose trūksta žmogui žinomų fizikinių rodiklių – skonio, spalvos, kvapo – pagal kuriuos galėtume nustatyti jų buvimą. Ir vis dėlto jie pasižymi būdingais rodikliais, tokiais kaip: tankis, degimo temperatūra, degimo šiluma, sudėtis, didžiausia sprogimo koncentracija, slėgis sprogimo metu.
Tarp daugelio reikšmingų fizinių rodiklių galime pasakyti apie gamtinių dujų tankį. Tai vertė, kuri apskaičiuojama kaip masės ir tūrio santykis ir pateikiama pagal formulę r = t/V. Gamtinių dujų tankis normaliomis sąlygomis svyruoja nuo 0,73 iki 0,85 kg/m3.
Dujų savybės
Išgaunamas iš nuosėdų, jį sudaro 82–98% visos masės metano, dažnai su kitų angliavandenilių priemaišomis. Jame taip pat yra nedegių medžiagų: deguonies, anglies dioksido, azoto ir Iš karto po siurbimo iš podirvio dujos išlaisvinamos nuo toksiško sieros vandenilio, jo kiekis pasiekia leistiną 0,02 g/m3. Didžiausią gamtinių dujų tankį sukuria nedegių N 2, CO 2, H 2 S mišinių arba sunkiųjų angliavandenilių kiekis. Mažiausios vertės gaunamos iš sausos metano aplinkos. Gerai žinoma, kad padidėjus fizinio dydžio rodikliui, padidėja hidrato susidarymo temperatūra. Nors mažas svoris taip pat gali gaminti hidratus. Kai dujos telkinyje yra didelės, jos suskystėja, ir toks telkinys vadinamas dujų kondensatu.
Palyginti su kitomis kuro rūšimis (kieto, skysto), gamtinės dujos, kurių tankis visiškai priklauso nuo jų sudėties, yra naudingos keliais aspektais:
- maža kaina - dėl daug lengvesnio išgavimo ir transportavimo būdo;
- Degimo metu nesusidaro pelenai ir kietosios dalelės;
- santykinai didelis kaloringumas;
- nereikia iš anksto paruošti mėlynojo kuro degimui;
- techninės priežiūros personalo darbas gerokai supaprastinamas;
- žymiai pagerinamos sanitarinės ir higieninės darbuotojų sąlygos;
- supaprastinamos techninių procesų automatizavimo sąlygos.
Kasdieniame gyvenime pasitaiko atvejų, kai dujų slėgis viršutiniuose namo aukštuose gali būti didesnis nei apatiniuose. Tai paaiškinama tuo, kad rodiklis yra daug didesnis, palyginti su degiąja aplinka. Aukštyje statinis slėgis labai sumažėja, o dujų slėgis mažėja mažiau.
Tankio matavimo metodai
Gamtinių dujų tankis nustatomas laboratorijoje. Dėl techninio ir ekonominio pagrįstumo jį galima apskaičiuoti šiais būdais:
- rankiniu būdu;
- naudojant lenteles, grafikus, diagramas;
- naudojant kompiuterius ir automatizuotus įrenginius.
Pats tiksliausias būdas – mėginį sudėti į plonasienį stiklinį indą ir pasverti tiksliomis svarstyklėmis. Taip pat yra specialių prietaisų, kurie matuoja gamtinių dujų tankį. Tai pačių įvairiausių tipų tankio matuokliai – vibraciniai, piknometriniai, akustiniai, hidrometriniai, radiaciniai ir kiti. Tarp jų Solartron 7812 ir Solartron 3098 yra labai žinomi modeliai. Jie gali užtikrinti nuolatinį srauto matavimą. Paprastai šie modeliai naudojami komercinėse dujų apskaitos sistemose.
Dujų tankis
Dujoms, skirtingai nei skysčiams, būdingas mažas tankis. Normalus dujų tankis yra vieno litro masė esant 0°C ir 1 kgf/cm2 slėgiui. Bet kurios dujų molekulės masė yra proporcinga jų tankiui.
Dujų tankis c kinta proporcingai slėgiui ir matuojamas pagal dujų masės m santykį su tūriu V, kurį jos užima:
Praktiniais tikslais skirtingas dujas patogu apibūdinti pagal jų tankį, palyginti su oru, esant tokioms pačioms slėgio ir temperatūros sąlygoms. Kadangi skirtingų dujų molekulės turi skirtingą masę, jų tankis esant tam pačiam slėgiui yra proporcingas jų molinei masei.
Dujų tankis ir jų tankio ir oro tankio santykis:
Pagrindiniai dujų įstatymai
Dujoms būdingas bruožas yra tas, kad jos neturi savo tūrio ir formos, bet įgauna formą ir užima talpos, į kurią jos dedamos, tūrį. Dujos tolygiai užpildo indo tūrį, stengdamosi plėstis ir užimti kuo daugiau tūrio. Visos dujos yra labai suspaudžiamos. Tikrų dujų molekulės turi tūrį ir turi abipusės traukos jėgas, nors šie kiekiai yra labai nereikšmingi. Skaičiuojant realias dujas, dažniausiai naudojami idealių dujų dujų dėsniai. Idealios dujos – tai įprastinės dujos, kurių molekulės neturi tūrio ir nesąveikauja viena su kita dėl traukos jėgų nebuvimo, o jų susidūrimų metu neveikia jokios kitos jėgos, išskyrus tamprumo smūgio jėgas. Šios dujos griežtai laikosi Boyle dėsnių – Mariotte, Gay-Lussac ir kt.
Kuo aukštesnė temperatūra ir mažesnis slėgis, tuo tikrų dujų elgsena artimesnė idealioms dujoms. Esant žemam slėgiui, visos dujos gali būti laikomos idealiomis. Esant maždaug 100 kg/cm2 slėgiui, realių dujų nuokrypiai nuo idealių dujų dėsnių neviršija 5%. Kadangi realių dujų nukrypimai nuo idealių dujų dėsnių paprastai yra nereikšmingi, idealių dujų dėsniai gali būti laisvai naudojami sprendžiant daugelį praktinių problemų.
Boilio dėsnis – Mariotė
Dujų tūrio matavimai veikiant išoriniam slėgiui parodė, kad tarp tūrio V ir slėgio P yra paprastas ryšys, išreikštas Boyle-Mariotte dėsniu: tam tikros dujų masės (arba kiekio) slėgis esant pastoviai temperatūrai yra atvirkščiai. proporcingas dujų tūriui:
P1: P2 = V1: V2,
čia P1 yra dujų slėgis esant tūriui V1; P2 – dujų slėgis esant tūriui V2.
Tai seka:
P1 * V1 = P2* V2 arba P * V= const (kai t = const).
Šis postulatas suformuluotas taip: tam tikros dujų masės ir jų tūrio slėgio sandauga yra pastovi, jei temperatūra nekinta (t.y. vykstant izoterminiam procesui).
Jei, pavyzdžiui, paimsime 8 litrus dujų esant slėgiui P = 0,5 kgf/cm2 ir pakeisime slėgį esant pastoviai pastoviai temperatūrai, tada bus gauti tokie duomenys: esant 1 kgf/cm2 dujos užims 4 tūrį. litrai, esant 2 kgf / cm2 - 2 litrai , esant 4 kgf / cm2 - 1l; esant 8 kgf/cm2 - 0,5 l.
Taigi, esant pastoviai temperatūrai, bet koks slėgio padidėjimas sumažina dujų tūrį, o dujų tūrio sumažėjimas padidina slėgį.
Dujų tūrio ir slėgio ryšys pastovioje temperatūroje plačiai naudojamas įvairiems skaičiavimams nardymo praktikoje.
Gay-Lussac ir Charles įstatymai
Gay-Lussac dėsnis išreiškia dujų tūrio ir slėgio priklausomybę nuo temperatūros: esant pastoviam slėgiui, tam tikros masės dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas jų absoliučiai temperatūrai:
čia T1 ir T2 yra temperatūra Kelvinais (K), kuri yra lygi temperatūrai °C + 273,15; tie. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K, o 0оК = -273,15 оС.
Vadinasi, bet koks temperatūros padidėjimas padidina tūrį arba, kitaip tariant, tam tikros dujų masės V tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas dujų temperatūros pokyčiui t esant pastoviam slėgiui (t. y. izobarinis procesas). Ši pozicija išreiškiama formule:
čia V1 yra dujų tūris tam tikroje temperatūroje; V0 – pradinis dujų tūris 0 °C temperatūroje; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.
Kai skirtingos dujos kaitinamos tuo pačiu laipsnių skaičiumi, santykinis tūrio padidėjimas visoms dujoms yra vienodas. Koeficientas b – pastovus visų dujų tūrio prieaugis, lygus 1/273 arba 0,00367 oC-1. Šis dujų tūrinio plėtimosi koeficientas parodo, kokia tūrio dalimi esant 0°C temperatūrai padidėja dujų tūris, jei jos įkaitinamos 1°C esant pastoviam slėgiui.
Slėgio ir temperatūros santykis priklauso nuo to paties modelio, būtent: tam tikros dujų masės slėgio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai esant pastoviam tūriui (t. y. izochoriniu procesu: iš graikų kalbos žodžių „isos“). - lygus ir „horema“ - talpa) , kuri išreiškiama formule:
Pt = P0 (1 + bt),
čia Рt yra dujų slėgis tam tikroje temperatūroje; Р0 -- pradinis dujų slėgis 0° C temperatūroje; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.
Šią priklausomybę J. Charles nustatė likus 25 metams iki J. L. Gay-Lussac publikavimo ir dažnai vadinama Charleso įstatymu. Tūrio priklausomybę nuo temperatūros esant pastoviam slėgiui taip pat pirmą kartą nustatė Charlesas.
Dujų temperatūrai mažėjant jų slėgis mažėja, o esant -273,15 °C temperatūrai bet kurių dujų slėgis lygus nuliui. Ši temperatūra vadinama absoliučia nuline temperatūra. Tokiu atveju chaotiškas šiluminis molekulių judėjimas sustoja ir šiluminės energijos kiekis tampa lygus nuliui. Pateiktos priklausomybės, išreiškiančios Charleso ir Gay-Lussac dėsnius, leidžia išspręsti svarbias praktines povandeninių nardymų rengimo ir planavimo problemas, tokias kaip, pavyzdžiui, oro slėgio balionuose nustatymas kintant temperatūrai, atitinkamas oro atsargų ir laiko, praleisto tam tikrame gylyje, pasikeitimas ir kt.
Idealiųjų dujų būsenos lygtis
Jei ryšys tarp tūrio, slėgio ir temperatūros yra susietas ir išreiškiamas viena lygtimi, tada gaunama idealių dujų būsenos lygtis, kuri apjungia Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius. Šią lygtį pirmasis išvedė B. P. Clayperonas, transformuodamas savo pirmtakų pasiūlytas lygtis. Kleiperono lygtis yra ta, kad tam tikros masės dujų slėgio ir jų tūrio sandauga, padalinta iš absoliučios temperatūros, yra pastovi vertė, kuri nepriklauso nuo būsenos, kurioje dujos yra. Vienas iš būdų parašyti šią lygtį yra:
Šiuo atveju dujų konstanta r priklausys nuo dujų pobūdžio. Jei dujų masė yra molis (gramų molekulė), tai dujų konstanta R yra universali ir nepriklauso nuo dujų pobūdžio. Jei dujų masė lygi 1 moliui, lygtis yra tokia:
Tiksli R reikšmė yra 8,314510 J mol -1 K-1
Jei imtume ne 1 molį, o bet kokį kiekį m masės dujų, tai idealių dujų būseną galima išreikšti Mendelejevo-Klaiperono lygtimi, patogia skaičiavimams, tokia forma, kokia ją pirmą kartą užrašė D. I. Mendelejevas 1874 m.
čia m yra dujų masė, g; M yra molinė masė.
Idealiųjų dujų būsenos lygtis gali būti naudojama skaičiavimams nardymo praktikoje.
Pavyzdys. Nustatykite tūrį, kurį užima 2,3 kg vandenilio esant + 10 °C temperatūrai ir 125 kgf/cm2 slėgiui
kur 2300 yra dujų masė, g; 0,082 - dujų konstanta; 283 - temperatūra T (273+10); 2 yra vandenilio M molinė masė. Iš lygties matyti, kad dujų slėgis indo sieneliuose yra lygus:
Šis slėgis išnyksta arba esant m > 0 (kai dujos beveik išnyksta), arba esant V>? (kai dujos plečiasi neribotai), arba esant T > 0 (kai dujų molekulės nejuda).
Van der Waalso lygtis
Net M. V. Lomonosovas atkreipė dėmesį, kad Boyle-Mariotte dėsnis negali būti teisingas esant labai dideliam slėgiui, kai atstumai tarp molekulių yra palyginami su jų pačių dydžiais. Vėliau buvo visiškai patvirtinta, kad nukrypimai nuo idealių dujų elgsenos bus reikšmingi esant labai aukštam slėgiui ir labai žemai temperatūrai. Šiuo atveju ideali dujų lygtis duos neteisingus rezultatus, neatsižvelgdama į sąveikos jėgas tarp dujų molekulių ir jų užimamo tūrio. Todėl 1873 m. Janas Diederikas van der Waalsas pasiūlė atlikti du šios lygties pataisymus: slėgio ir tūrio.
Avogadro dėsnis
Avogadro iškėlė hipotezę, pagal kurią tomis pačiomis temperatūros ir slėgio sąlygomis visos idealios dujos, nepaisant jų cheminės prigimties, turi vienodą molekulių skaičių tūrio vienete. Iš to išplaukia, kad vienodo tūrio dujų masė yra proporcinga jų molekulinei masei.
Remdamiesi Avogadro dėsniu, žinodami tiriamų dujų tūrius, galite nustatyti jų masę ir, atvirkščiai, pagal dujų masę galite nustatyti jų tūrį.
Dujų dinamikos dėsniai
Daltono dėsnis. Dujų mišinio slėgis yra lygus atskirų dujų, sudarančių mišinį, dalinių (dalinių) slėgių sumai, t. mišinio.
Dalinis dujų slėgis Pr yra proporcingas tam tikrų dujų procentinei daliai C ir dujų mišinio absoliučiam slėgiui Pac ir nustatomas pagal formulę:
Pr = Pa6с С/100,
čia Pr – dalinis dujų slėgis mišinyje, kg/cm2; C – tūrinis dujų kiekis mišinyje, %.
Šį dėsnį galima iliustruoti palyginus uždarame tūryje esantį dujų mišinį su skirtingo svorio svorių rinkiniu, išdėstytu ant svarstyklių. Akivaizdu, kad kiekvienas svarelis darys spaudimą svarstyklei, nepaisant to, ar ant jų yra kitų svarmenų.
Viena iš svarbiausių dujinių medžiagų fizikinių savybių yra jų tankis.
APIBRĖŽIMAS
Tankis yra skaliarinis fizikinis dydis, kuris apibrėžiamas kaip kūno masės ir jo užimamo tūrio santykis.
Šis dydis paprastai žymimas graikiška raide r arba lotyniškomis raidėmis D ir d. Tankio matavimo vienetas SI sistemoje laikomas kg/m 3 , o GHS - g/cm 3 . Dujų tankis yra atskaitos dydis, jis paprastai matuojamas esant oro slėgiui. u.
Dažnai kalbant apie dujas vartojama sąvoka „santykinis tankis“. Ši vertė yra tam tikrų dujų masės ir kitų dujų, paimtų tame pačiame tūryje, toje pačioje temperatūroje ir slėgyje, masės santykis, vadinamas santykiniu pirmųjų dujų ir antrųjų dujų tankiu.
Pavyzdžiui, įprastomis sąlygomis anglies dioksido masė 1 litro tūryje yra 1,98 g, o vandenilio masė tame pačiame tūryje ir tomis pačiomis sąlygomis yra 0,09 g, nuo kurios priklausys anglies dioksido tankis vandeniliu. būti: 1,98 / 0, 09 = 22.
Santykinis dujų tankis
Santykinį dujų tankį m 1 / m 2 pažymėkime raide D. Tada
Todėl dujų molinė masė yra lygi jos tankiui kitų dujų atžvilgiu, padaugintam iš antrųjų dujų molinės masės.
Dažnai įvairių dujų tankis nustatomas atsižvelgiant į vandenilį, kaip lengviausią iš visų dujų. Kadangi vandenilio molinė masė yra 2,0158 g/mol, šiuo atveju molinių masių apskaičiavimo lygtis yra tokia:
arba, jei vandenilio molinę masę suapvalinsime iki 2:
Pavyzdžiui, naudojant šią lygtį, apskaičiuojant anglies dioksido molinę masę, kurios vandenilio tankis, kaip nurodyta aukščiau, yra 22, gauname:
M(CO 2) = 2 × 22 = 44 g/mol.
Dujų tankis laboratorinėmis sąlygomis gali būti nustatomas nepriklausomai taip: reikia paimti stiklinę kolbą su kamščiu ir pasverti ant analitinių svarstyklių. Pradinis svoris yra kolbos, iš kurios buvo išpumpuotas visas oras, svoris, galutinis svoris yra kolbos, pripildytos iki tam tikro slėgio bandomomis dujomis, svoris. Gautas masės skirtumas turėtų būti padalintas iš kolbos tūrio. Apskaičiuota vertė yra dujų tankis tokiomis sąlygomis.
p 1 /p N ×V 1 /m × m / V N = T 1 / T N ;
nes m/V 1 = r 1 ir m/V N = r N , mes nustatome, kad
r N = r 1 × p N /p 1 × T 1 / T N .
Žemiau esančioje lentelėje parodytas kai kurių dujų tankis.
1 lentelė. Dujų tankis normaliomis sąlygomis.
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS
| Pratimas | Santykinis dujų tankis vandeniliui yra 27. Vandenilio elemento masės dalis jame yra 18,5%, o boro elemento - 81,5%. Nustatykite dujų formulę. |
| Sprendimas | Elemento X masės dalis NX kompozicijos molekulėje apskaičiuojama pagal šią formulę: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Vandenilio atomų skaičių molekulėje pažymėkime „x“, o boro atomų skaičių – „y“. Raskime atitinkamas santykines elementų vandenilio ir boro atomines mases (iš D.I. Mendelejevo periodinės lentelės paimtos santykinės atominės masės reikšmės suapvalinamos iki sveikųjų skaičių). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Elementų procentinį kiekį padalijame į atitinkamas santykines atomines mases. Taigi rasime ryšį tarp atomų skaičiaus junginio molekulėje: x:y = ω(H)/Ar(H): ω(B)/Ar(B); x:y = 18,5/1: 81,5/11; x:y = 18,5: 7,41 = 2,5: 1 = 5:2. Tai reiškia, kad paprasčiausia vandenilio ir boro junginio formulė yra H 5 B 2 . Dujų molinę masę galima nustatyti pagal jų vandenilio tankį: M dujos = M(H2) × D H2 (dujos); M dujos = 2 × 27 = 54 g/mol. Norėdami rasti tikrąją vandenilio ir boro junginio formulę, randame gautų molinių masių santykį: M dujos / M (H 5 B 2) = 54 / 27 = 2. M(H5B2) = 5 × Ar (H) + 2 × Ar (B) = 5 × 1 + 2 × 11 = 5 + 22 = 27 g/mol. Tai reiškia, kad visi indeksai formulėje H 5 B 2 turi būti padauginti iš 2. Taigi medžiagos formulė atrodys kaip H 10 B 4. |
| Atsakymas | Dujų formulė – H 10 B 4 |
2 PAVYZDYS
| Pratimas | Apskaičiuokite santykinį anglies dioksido CO 2 tankį ore. |
| Sprendimas | Norint apskaičiuoti santykinį vienų dujų tankį nuo kitų, pirmųjų dujų santykinė molekulinė masė turi būti padalinta iš antrųjų dujų santykinės molekulinės masės. Santykinė oro molekulinė masė laikoma 29 (atsižvelgiant į azoto, deguonies ir kitų dujų kiekį ore). Reikėtų pažymėti, kad sąvoka „santykinė oro molekulinė masė“ vartojama sąlyginai, nes oras yra dujų mišinys. D oras (CO 2) = M r (CO 2) / M r (oras); D oras (CO 2) = 44 / 29 = 1,52. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44. |
| Atsakymas | Santykinis anglies dioksido tankis ore yra 1,52. |
Dujų tankis yra medžiagos masė tūrio vienetui – g/cm3. Praktiniais tikslais naudojamas santykinis dujų tankis oro atžvilgiu, t.y. dujų tankio ir oro tankio santykis. Kitaip tariant, tai yra rodiklis, nurodantis, kiek dujos yra lengvesnės ar sunkesnės už orą:
kur ρ standartinėmis sąlygomis lygus 1,293 kg/m 3 ;
Santykinis metano tankis yra 0,554, etano – 1,05, propano – 1,55. Štai kodėl buitinės dujos (propanas) nuotėkio atveju kaupiasi namų rūsiuose, sudarydamos ten sprogų mišinį.
Sprogimai gali sukelti didelių smūginių bangų, kurios paprastai sunaikina vietą, kurioje jie vyksta. Taip pat, esant dujų nuotėkiui atvirame ore, gali atsitikti taip, kad dujos susimaišo su oru degumo ribose. Jei taip atsitiks, kibirkštis gali sukelti vietinį gaisrą. Tai vadinama deflagracija. Skirtingai nuo sprogimo, sprogimo banga yra maža ir beveik neturi destruktyvaus poveikio, nebent vėliau kiltų didelis gaisras, jei netoliese randama degiųjų medžiagų.
Deflagracija dažniausiai vyksta lauke, šaligatviuose, gatvėse ir pan. ir gali atsirasti dėl skirstomųjų tinklų vamzdžių plyšimų. Vėjas gali perkelti dujų debesį kur nors toliau arba giliai į kaimyninį namą, kur bet kokia kibirkštis gali sukelti gaisrą.
Degimo šiluma arba kaloringumas – šilumos kiekis, kuris išsiskiria visiškai sudegus 1 m 3 dujų. Vidutiniškai jis yra 35160 kJ/m3 (kilodžaulių 1 m3).
Dujų tirpumas Naftoje priklauso nuo slėgio, temperatūros ir naftos bei dujų sudėties. Didėjant slėgiui, didėja ir dujų tirpumas. Kylant temperatūrai, dujų tirpumas mažėja. Mažos molekulinės masės dujos aliejuje tirpsta sunkiau nei riebesnės.
Tačiau deflagracija ne visada įvyksta ten, kur vamzdyje prarandamos dujos. Gali atsitikti ir taip, kad susikaupusios dujos greitai išsisklaido į atmosferą ir neužsidega. XVIII amžiaus pabaigos pramonės revoliucijos metu anglys buvo pagrindinis pirminis energijos šaltinis. Jie ir toliau vaidino svarbų vaidmenį energetikos srityje ateinančius 150 metų. Tik dvidešimtajame amžiuje naftos produktai ir gamtinės dujos pamažu išstūmė anglį iš įvairių pramonės šakų. Šiandien gamtinių dujų plotas nuolat plečiasi, nepaisant siaubingų prognozių apie jų išeikvojimą visame pasaulyje.
Didėjant naftos tankiui, t.y. Didėjant didelės molekulinės masės junginių kiekiui jame mažėja dujų tirpumas.
Dujų tirpumo naftoje rodiklis yra dujų faktorius – G, kuris parodo dujų kiekį 1 m 3 (arba 1 tonoje) išdujintos alyvos. Jis matuojamas m 3 /m 3 arba m 3 /t.
Pagal šį rodiklį indėliai skirstomi į:
Pagrindinė priežastis, kodėl gamtinės dujos naudojamos kaip energijos šaltinis, yra jų ekologiškumas. Tuo metu, kai bendra pasaulinės pramonės plėtros tendencija yra orientuota į investicijas į aplinką tausojančias gamybos technologijas, gamtinės dujos tampa pageidaujamu pirminės energijos šaltiniu. Žinoma, kai kalbame apie pasaulinę dujų rinką, negalima pamiršti ir kitos tendencijos, kuri yra ne tik trumpalaikis, bet ir ilgalaikis aspektas – nuolatinis jos kainos augimas.
Plačiai paplitęs gamtinių dujų naudojimas yra visos pramonės, apimančios ne tik gamtinių dujų gamybos, saugojimo ir transportavimo technologijas, bet ir energijos išteklių parametrų bei kiekio matavimo, plėtros priežastis. Pavyzdžiui, Vokietijoje atlikti tyrimai rodo, kad jei gamtinių dujų matavimo tikslumas pagerėtų vos 1 proc., makroekonominė nauda pramonei siektų milijonus eurų.
1) aliejus - G
2) alyva su dujų kamšteliu – G- 650 – 900 m 3 / m 3;
3) dujų kondensatas - G>900 m 3 /m 3.
Vandens tirpumas suslėgtose dujose.
Vanduo ištirpsta suslėgtose dujose esant aukštam slėgiui. Toks slėgis leidžia gelmėse judėti ne tik skystoje, bet ir dujinėje fazėje, o tai užtikrina didesnį jo judrumą ir pralaidumą per uolienas. Didėjant vandens mineralizacijai, jo tirpumas dujose mažėja.
Šio straipsnio tikslas – sistemingai apžvelgti pagrindinius metodus, naudojamus nustatant gamtinių dujų šiluminę vertę ir tankį. Taip yra dėl to, kad pastaraisiais metais gamtinės dujos vis dažniau naudojamos tiek pramonėje, tiek buityje.
Reikalavimai degalų šilumingumo vertei. Yra žinoma, kad gamtinės dujos degina aplinkai nekenksmingu būdu, gamindamos anglies dioksidą ir vandenį. Pagal apibrėžimą šilumingumo terminas apima visą degimo proceso metu išleidžiamą energiją. Paprastai natūraliai šiluminei vertei apskaičiuoti naudojami automatiniai kalorimetrai ir proceso dujų chromatografai. Šio tipo matavimo priemonė turi būti patvirtinta Valstybinėje metrologijos ir techninės priežiūros agentūroje.
Skystųjų angliavandenilių tirpumas suslėgtose dujose.
Skystieji angliavandeniliai gerai tirpsta suslėgtose dujose, sudarydami dujų ir kondensato mišinius. Tai sukuria galimybę perkelti (migruoti) skystuosius angliavandenilius dujinėje fazėje, užtikrinant lengvesnį ir greitesnį jų judėjimo per uolienų masę procesą.
Didėjant slėgiui ir temperatūrai, skystųjų angliavandenilių tirpumas dujose didėja.
Iš esmės didžiausia leistina paklaida nustatant gamtinių dujų kaloringumą yra 8%. Norint užtikrinti matavimų tikslumą, matavimo procesui būtina numatyti specialiai apibrėžtas sąlygas. Taip pat keliami kalibravimo dujų skaitiklių įrengimo ir periodinio tikrinimo reikalavimai. Norint palyginti gautus rezultatus, nustatomas normalus gamtinių dujų tūris.
Vadinasi, visi gamtinių dujų parametrai skaičiuojant jų tūrį daromi remiantis vadinamuoju normaliu tūriu, t.y. dujų tūris esant tam tikroms temperatūros ir slėgio vertėms. Nepriklausomai nuo jų konstrukcijos skirtumų, visi kalorimetrai veikia tuo pačiu fiziniu principu. Kalorimetro konstrukcijos schema parodyta fig. Paprastai tariant, kalorimetro degimo kameroje sudeginamas griežtai nustatytas gamtinių dujų kiekis. Gamtinių dujų degimo metu išsiskirianti šiluma per šilumokaitį perduodama tam tikram aušinimo skysčio kiekiui, dažniausiai orui arba dujoms.
Rezervuaro dujų suspaudimas– Tai labai svarbi gamtinių dujų savybė. Dujų tūris rezervuaro sąlygomis yra 2 eilėmis (t. y. maždaug 100 kartų) mažesnis nei jų tūris standartinėmis sąlygomis žemės paviršiuje. Taip yra dėl to, kad esant aukštam slėgiui ir aukštai temperatūrai, dujos yra labai suspaudžiamos.
Suspaudžiamumo laipsnis pavaizduotas per rezervuaro dujų tūrinį koeficientą, kuris parodo dujų tūrio rezervuaro sąlygomis ir to paties kiekio dujų tūrio santykį atmosferos sąlygomis.
Kuro kaloringumas nustatomas pagal aušinimo skysčio temperatūros pokytį. Arba, tiksliau, yra tiesioginis ryšys tarp aušinimo skysčio temperatūros ir degalų šilumingumo. Nors kalorimetrijos principas nepasikeitė nuo pat jų atsiradimo, šiuolaikinių degalų šilumingumo matavimo prietaisų funkcionalumas smarkiai išaugo. Šiuolaikinė kalorimetrija yra tikslesnė dėl didesnio išmatuotų verčių apdorojimo, saugojimo ir analizės bei dar didesnių ryšio galimybių.
Šio tipo skaitikliai naudojami dujų mišinių šiluminei vertei nustatyti pagal atskirų mišinio komponentų šiluminę vertę. Žinoma, būtina sąlyga tiriant dujų mišinių šiluminę vertę naudojant dujų chromatografą yra išankstinė informacija apie jų sudėtį. Dujų chromatografas yra gerai žinomas metrologų dujų analizės įrankis. Jis buvo naudojamas dešimtmečius laboratoriniuose tyrimuose. Pagrindinis dujų chromatografų trūkumas yra jų rankinis valdymas, o tai riboja jų taikymo sritį, atsižvelgiant į gamtinių dujų kaloringumo funkciją.
Kondensacijos susidarymas glaudžiai susijęs su dujų gniuždomumo reiškiniais ir skystųjų angliavandenilių tirpumu juose. Rezervuaro sąlygomis, didėjant slėgiui, skysti komponentai virsta dujine būsena, sudarydami „dujose ištirpusią alyvą“ arba dujų kondensatą. Slėgiui nukritus, procesas vyksta priešinga kryptimi, t.y. Dalinis dujų (arba garų) kondensavimasis į skystą būseną. Todėl gaminant dujas į paviršių ištraukiamas ir kondensatas.
Bėgant metams tobulėjant technologinei chromatografijai, tikslus šiuo principu pagrįstas gamtinių dujų kaloringumo matavimas tapo realybe. Yra žinoma, kad pagrindinis dujų chromatografo konstrukcinis elementas yra atskyrimo kolonėlė, užpildyta granuliuota medžiaga. Atskiri dujų mišinių komponentai keliauja skirtingu laikotarpiu nuo atskyrimo kolonėlės pagrindo iki viršaus. Matuojant laiką, per kurį atskiros į dujų mišinį įeinančios medžiagos pasiekia atskyrimo kolonėlės išėjimo angoje įrengtą jutiklį, matuojamas dujų mišinio sudėtyje dalyvaujančių medžiagų kiekis.
Kondensacijos faktorius– KF – neapdoroto kondensato kiekis cm3 1m3 atskirtų dujų.
Skiriamas šlapias ir stabilus kondensatas. Neapdorotas kondensatas yra skysta fazė, kurioje yra ištirpę dujiniai komponentai.
Stabilus kondensatas gaunamas iš neapdoroto kondensato jį degazuojant. Jį sudaro tik skysti angliavandeniliai – pentanas ir aukštesni.
Remiantis apskaičiuotu atskirų komponentų kaloringumu, apskaičiuojama dujų mišinio šilumingumas. Gamtinių dujų tankio nustatymo metodai. Yra daug būdų, kaip nustatyti gamtinių dujų tankį. Vienas iš plačiausiai naudojamų gamtinių dujų tankio nustatymo principų yra kėlimo jėgos veikimas. Šie matavimo prietaisai analizuoja kėlimo jėgą, veikiančią griežtai apibrėžto tūrio ir tankio kūną dujinėje aplinkoje. Yra žinoma, kad pakilimo dydis priklauso nuo dujų tankio.
Standartinėmis sąlygomis dujų kondensatai yra bespalviai 0,625 - 0,825 g/cm 3 tankio skysčiai, kurių pradinė virimo temperatūra yra nuo 24 0 C iki 92 0 C. Daugumos frakcijų virimo temperatūra yra iki 250 0 C.
- etanas (C 2 H 6),
- propanas (C3H8),
- butanas (C 4 H 10).
taip pat kitos ne angliavandenilių medžiagos:
Indukcinė ritė paprastai naudojama norint nustatyti kilimą pramonėje. Elektros srovės kiekis, reikalingas kompensuoti varomąją jėgą, veikiančią kūną dujinėje aplinkoje, yra proporcingas dujų tankiui. Aprašytu principu pagrįsti matavimo prietaisai netinka dujų srautų tankiui nustatyti. Šis metodas suteikia didelį tikslumą nustatant stacionaraus gamtinių dujų kiekio tankį. Jis daugiausia naudojamas normaliam tankiui matuoti.
Kitas gamtinių dujų tankio nustatymo principas yra pagrįstas vibracijos proceso sužadinimu. Šis metodas plačiai naudojamas dujų srautų tankiui nustatyti. Prietaisų matavimo kameroje sumontuotas specialus elementas, kurio veikimas pagrįstas šiuo principu. Jis vibruoja tam tikru, anksčiau žinomu dažniu. Kai dujos praeina per matavimo kamerą, elemento mirgėjimo dažnis sutrinka. Nustatyta, kad tarp dujų srauto tankio ir vibruojančio elemento dažnio poslinkio yra netiesinis ryšys.
Grynos gamtinės dujos yra bespalvės ir bekvapės. Kad būtų galima aptikti nuotėkį pagal kvapą, į dujas įpilama nedidelis kiekis stipriai nemalonaus kvapo medžiagų (supuvęs kopūstas, supuvęs šienas) (vadinamieji kvapikliai). Dažniausiai kaip kvapioji medžiaga naudojamas etilo merkaptanas (16 g 1000 kubinių metrų gamtinių dujų).
Yra metodas, leidžiantis labai tiksliai nustatyti dujų srauto tankį, atitinkantį kiekvieną dažnio poslinkį. Normaliam dujų tankiui apskaičiuoti naudojami du vibracijos jutikliai. Pirmasis jutiklis sumontuotas kontrolinėje matavimo kameroje, užpildytoje griežtai apibrėžtu gamtinių dujų kiekiu. Antroji matavimo kamera, kurioje yra kitas vibracijos jutiklis, užpildyta mėginio dujomis. Būtina išmatuotų rezultatų teisingumo sąlyga yra ta, kad dujų temperatūra abiejose kamerose būtų vienoda.
Gamtinių dujų tankis antroje kameroje apskaičiuojamas pagal dažnių, kuriais vibruoja du jutikliai, skirtumą. Tokio gamtinių dujų tankio matavimo prietaiso plataus naudojimo priežastis yra didelis tikslumas, kuriuo galima išmatuoti ir toliau apdoroti vibracijos jutiklio virpesių dažnį.
Siekiant palengvinti gamtinių dujų transportavimą ir saugojimą, jos suskystinamos aušinant esant padidintam slėgiui.
Fizinės savybės
Apytikslės fizinės savybės (priklausomai nuo sudėties; normaliomis sąlygomis, jei nenurodyta kitaip):
Trečiasis principas, pagrįstas išcentrinio proceso naudojimu, taip pat naudojamas gamtinių dujų tankiui nustatyti. Šio tipo matavimo prietaiso konstrukcijoje yra ašiesimetrinė matavimo kamera, kurioje sumontuotas pastovaus sukimosi greičio rotorius. Tiriamos dujos tiekiamos į kameroje esantį maišytuvą. Dėl išcentrinės jėgos, susidariusios ant dujų molekulių, kai maišytuvas sukasi, slėgis kameroje didėja. Yra tiesinis ryšys tarp dujų tankio ir slėgio padidėjimo dozavimo kameroje.
- Tankis:
- nuo 0,68 iki 0,85 kg/m³ oro atžvilgiu (sausas dujinis);
- 400 kg/m³ (skystis).
- Savaiminio užsidegimo temperatūra: 650 °C;
- Sprogi dujų ir oro mišinių koncentracija nuo 5% iki 15%
- Savitoji degimo šiluma: 28-46 MJ / m³ (6,7-11,0 Mcal / m³);
- Oktaninis skaičius, kai naudojamas vidaus degimo varikliuose: 120-130.
- 1,8 karto lengvesnis už orą, todėl jei yra nuotėkis, jis nesirenka žemumose, o kyla aukštyn
Gamtinės dujos, išgaunamos iš žemės gelmių, neturi nei skonio, nei spalvos, nei kvapo. Kvapui skleisti, kad jį būtų galima atpažinti ore nutekėjimo atveju, naudojamas kvapinimas – į dujas įleidžiama stipriai kvepianti medžiaga. Etilmerkaptanas naudojamas kaip kvapioji medžiaga, kurio kiekis yra 16 g 1000 m3 gamtinių dujų. Tai leidžia aptikti gamtines dujas, kurių koncentracija ore yra 1%, o tai yra 1/5 apatinės sprogumo ribos™.
Aprašytas metodas tinka dujų srautų tankiui matuoti, tačiau nesiskiria nuo aukščiau aprašytų didelio tikslumo principų. Čekijoje Prahoje visus metus pasirodė nauja transporto priemonė – automobilis su benzininiu varikliu. Dujos transporte pradėtos naudoti Čekijoje per metus. Visų pirma, suskystintųjų dujų naudojimas automobiliams, autobusams ir traktoriams vairuoti. Tais metais dujiniai autobusai taip pat važinėjo Krnove, Olomouce ir Mlada Boleslav mieste.
Tuo metu Prahoje Michli degalinėje buvo įrengta kompresorių stotis, skirta pripilti butelius suslėgtomis dujomis. Esant normalioms atmosferos sąlygoms, propanas-butanas yra dujinis. Palyginti lengvai, aušinant ar suspaudžiant, galima paversti skysta būsena. Lengvas perėjimas tarp dviejų būsenų yra labai naudingas praktiniam naudojimui. Propanas-butanas šiuo metu yra dažniausiai transporte naudojamos dujos, dešimtmečius naudojamas kaip transporto priemonių kuras.
Svarbiausia gamtinių dujų šiluminė techninė charakteristika yra degimo šiluma – šilumos kiekis, išsiskiriantis deginant 1 m3 sausų dujų ir priklausomai nuo agregacijos būsenos degimo produktuose: iš kuro išsiskiriantis vanduo, susidarantis degimo metu. vandenilio ir angliavandenilių deginimas garuose arba skystyje . Jei visi vandens garai, esantys degimo produktuose, kondensuojasi ir sudaro skystą fazę, tai degimo šiluma vadinama didžiausia Q s. Jei vandens garų kondensacija nevyksta, tai degimo šiluma vadinama mažiausia Q n c = 35,8.
Paprastai degimo produktai iš katilinių išeina tokioje temperatūroje, kuriai esant nevyksta vandens garų kondensacija, todėl šiluminės inžinerijos skaičiavimuose naudojama Q n c reikšmė, kuri gamtinėms dujoms yra artima metano degimo šilumai ir yra lygi. 35,8 MJ/m 3 (8 550 kcal/ m 3).
Gamtinių dujų (metano) tankis normaliomis sąlygomis (0°C ir 0,1 MPa, t.y. 760 mm Hg) рг = 0,73 kg/m3. Oro tankis tomis pačiomis sąlygomis p = 1,293 kg/m3. Taigi gamtinės dujos yra maždaug 1,8 karto lengvesnės už orą. Todėl, kai dujos nutekės, jos kils aukštyn ir kaupsis prie lubų, lubų ir krosnies viršaus.
Gamtinių dujų užsidegimo savaiminio užsidegimo temperatūra = 645... 700 °C. Tai reiškia, kad bet koks dujų ir oro mišinys, pašildytas iki šios temperatūros, užsidegs pats be uždegimo šaltinio ir sudegs.
Gamtinių dujų (metano) užsiliepsnojimo (sprogimo) koncentracijos ribos yra 5... 15 % ribose. Už šių ribų dujų ir oro mišinys negali skleisti liepsnos. Sprogimo metu slėgis uždarame tūryje pakyla iki 0,8... 1 MPa.
Gamtinių dujų pranašumai, palyginti su kitomis kuro rūšimis (pirmiausia kietu), yra didelis kaloringumas; santykinai maža kaina; sandėlio ploto trūkumas sandėliavimui; santykinai aukštas ekologiškumas, pasižymintis kietų intarpų nebuvimu degimo produktuose ir mažesniu kenksmingų dujų išmetimu; degimo proceso automatizavimo paprastumas; galimybė padidinti katilo bloko naudingumo koeficientą; palengvinantis techninės priežiūros personalo darbą.
