ρ = m (plyn) / V (plyn)
D podľa Y (X) = M (X) / M (Y)
Preto:
D letecky = M (plyn X)/29
Dynamická a kinematická viskozita plynu.
Viskozita plynov (fenomén vnútorného trenia) je prejavom trecích síl medzi vrstvami plynu, ktoré sa navzájom pohybujú paralelne a rôznymi rýchlosťami.
Interakcia dvoch vrstiev plynu sa považuje za proces, počas ktorého sa hybnosť prenáša z jednej vrstvy do druhej.
Trecia sila na jednotku plochy medzi dvoma vrstvami plynu, ktorá sa rovná impulzu prenášanému za sekundu z vrstvy na vrstvu cez jednotku plochy, je určená Newtonov zákon:
- gradient rýchlosti v smere kolmom na smer pohybu vrstiev plynu.
Znamienko mínus znamená, že hybnosť sa prenáša v smere klesajúcej rýchlosti.
- dynamická viskozita.
, Kde
- hustota plynu,
- aritmetická priemerná rýchlosť molekúl,
- priemerná voľná dráha molekúl.
- kinematický viskozitný koeficient.
Kritické parametre plynu: Tcr, Pcr.
Kritická teplota je teplota, nad ktorou sa plyn pri akomkoľvek tlaku nemôže premeniť na kvapalné skupenstvo. Tlak potrebný na skvapalnenie plynu pri kritickej teplote sa nazýva kritický. Dané parametre plynu. Uvedené parametre sú bezrozmerné veličiny, ktoré ukazujú, koľkokrát sú skutočné parametre stavu plynu (tlak, teplota, hustota, špecifický objem) väčšie alebo menšie ako kritické:
Ťažba vrtu a podzemné skladovanie plynu.
Hustota plynu: absolútna a relatívna.
Hustota plynu je jednou z jeho najdôležitejších vlastností. Keď hovoríme o hustote plynu, zvyčajne máme na mysli jeho hustotu za normálnych podmienok (t. j. pri teplote a tlaku). Okrem toho sa často používa relatívna hustota plynu, čo znamená pomer hustoty daného plynu k hustote vzduchu za rovnakých podmienok. Je ľahké vidieť, že relatívna hustota plynu nezávisí od podmienok, v ktorých sa nachádza, pretože podľa zákonov stavu plynu sa objemy všetkých plynov menia rovnako so zmenami tlaku a teploty.
Absolútna hustota plynu je hmotnosť 1 litra plynu za normálnych podmienok. Zvyčajne sa pre plyny meria v g/l.
ρ = m (plyn) / V (plyn)
Ak vezmeme 1 mól plynu, potom:
a molárnu hmotnosť plynu možno zistiť vynásobením hustoty molárnym objemom.
Relatívna hustota D je hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát je plyn X ťažší ako plyn Y. Vypočítava sa ako pomer molárnych hmotností plynov X a Y:
D podľa Y (X) = M (X) / M (Y)
Často sa na výpočty používajú relatívne hustoty plynu vodíka a vzduchu.
Relatívna hustota plynu X vzhľadom na vodík:
D pomocou H2 = M (plyn X) / M (H2) = M (plyn X) / 2
Vzduch je zmes plynov, preto sa preň dá vypočítať iba priemerná molárna hmotnosť.
Jeho hodnota sa považuje za 29 g/mol (na základe približného priemerného zloženia).
Preto:
D letecky = M (plyn X)/29
Prirodzene sa vyskytujúci plyn dnes slúži ako najdôležitejší zdroj energie. Všetky plynné horľavé zlúčeniny z útrob zeme sú bez zápachu a obsahujú veľa nečistôt, ktoré ovplyvňujú hustotu zemného plynu.
Takýmto plynom chýbajú fyzikálne ukazovatele známe pre človeka - chuť, farba, vôňa - podľa ktorých sme schopní určiť ich prítomnosť. A predsa sa vyznačujú charakteristickými ukazovateľmi, ako sú: hustota, teplota spaľovania, spalné teplo, zloženie, maximálna koncentrácia pre výbuch, tlak pri výbuchu.
Medzi mnohými významnými fyzikálnymi ukazovateľmi môžeme povedať o hustote zemného plynu. Ide o hodnotu, ktorá sa vypočíta ako pomer hmotnosti k jeho objemu a je daná vzorcom r = t/V Hustota zemného plynu sa za normálnych podmienok pohybuje od 0,73 do 0,85 kg/m3.
Vlastnosti plynu
Vyťažený z ložísk pozostáva z metánu v rozsahu 82 – 98 % z celkovej hmoty, často s prímesami iných uhľovodíkov. Obsahuje aj nehorľavé látky: kyslík, oxid uhličitý, dusík a Okamžite po prečerpaní z podložia sa plyn zbaví toxického sírovodíka, čím sa jeho obsah dostane na povolených 0,02 g/m3. Najvyššiu hustotu zemného plynu vytvára obsah nehorľavých zmesí N 2, CO 2, H 2 S alebo ťažkých uhľovodíkov. Najnižšie hodnoty sa získavajú zo suchého prostredia metánu. Je dobre známe, že zvýšenie indikátora fyzikálnej veličiny má za následok zvýšenie teploty tvorby hydrátu. Hoci nízka hmotnosť je tiež schopná produkovať hydráty. Keď je plynu v ložisku veľa, skvapalňuje sa a takýto nános sa nazýva plynový kondenzát.
V porovnaní s inými druhmi palív (pevné, kvapalné) je zemný plyn, ktorého hustota závisí výlučne od jeho zloženia, výhodný z niekoľkých hľadísk:
- nízke náklady - v dôsledku oveľa jednoduchšieho spôsobu ťažby a prepravy;
- Počas spaľovania nevzniká popol a pevné častice;
- relatívne vysoká výhrevnosť;
- nie je potrebná predbežná príprava modrého paliva na spaľovanie;
- práca personálu údržby je výrazne zjednodušená;
- výrazne sa zlepšujú sanitárne a hygienické podmienky pre pracovníkov;
- zjednodušujú sa podmienky na automatizáciu technických procesov.
V každodennom živote existujú prípady, keď tlak plynu na horných poschodiach domu môže byť väčší ako na spodných poschodiach. Vysvetľuje to skutočnosť, že ukazovateľ je oveľa vyšší v porovnaní s horľavým prostredím. Vo výške sa statický tlak výrazne znižuje a tlak plynu klesá menej.
Metódy merania hustoty
Hustota zemného plynu sa určuje v laboratóriu. Vzhľadom na technickú a ekonomickú uskutočniteľnosť sa dá vypočítať nasledujúcimi spôsobmi:
- ručne;
- pomocou tabuliek, grafov, diagramov;
- pomocou počítačov a automatizovaných zariadení.
Najpresnejšou metódou je vložiť skúšobnú vzorku do tenkostennej sklenenej nádoby a následne ju odvážiť na presnej váhe. Existujú aj špeciálne prístroje, ktoré merajú hustotu zemného plynu. Ide o hustomery najrozmanitejších typov - vibračné, pyknometrické, akustické, hydrometrické, radiačné a iné. Medzi nimi sú veľmi známe modely Solartron 7812 a Solartron 3098, ktoré sú schopné poskytovať nepretržité meranie v toku. Spravidla sa tieto modely používajú v komerčných systémoch merania plynu.
Hustota plynov
Plyny sa na rozdiel od kvapalín vyznačujú nízkou hustotou. Normálna hustota plynu je hmotnosť jedného litra pri 0 °C a tlaku 1 kgf/cm2. Hmotnosť jednej molekuly akéhokoľvek plynu je úmerná jeho hustote.
Hustota plynu c sa mení úmerne tlaku a meria sa pomerom hmotnosti plynu m k objemu V, ktorý zaberá:
Pre praktické účely je vhodné charakterizovať rôzne plyny ich hustotou vzhľadom na vzduch za rovnakých podmienok tlaku a teploty. Pretože molekuly rôznych plynov majú rôzne hmotnosti, ich hustoty pri rovnakom tlaku sú úmerné ich molárnym hmotnostiam.
Hustota plynov a pomer ich hustoty k hustote vzduchu:
Základné zákony o plyne
Charakteristickým znakom plynov je, že nemajú svoj vlastný objem a tvar, ale nadobúdajú tvar a zaberajú objem nádoby, v ktorej sú umiestnené. Plyny rovnomerne vypĺňajú objem nádoby a snažia sa expandovať a zaberať čo najväčší objem. Všetky plyny sú vysoko stlačiteľné. Molekuly skutočných plynov majú objem a majú sily vzájomnej príťažlivosti, hoci tieto množstvá sú veľmi nevýznamné. Pri výpočtoch pre skutočné plyny sa zvyčajne používajú plynové zákony pre ideálne plyny. Ideálne plyny sú konvenčné plyny, ktorých molekuly nemajú objem a vzájomne neinteragujú kvôli absencii príťažlivých síl a pri zrážkach medzi nimi nepôsobia žiadne iné sily okrem síl pružného nárazu. Tieto plyny prísne dodržiavajú zákony Boyle - Mariotte, Gay-Lussac atď.
Čím vyššia je teplota a nižší tlak, tým viac zodpovedá správanie skutočných plynov ideálnym plynom. Pri nízkych tlakoch možno všetky plyny považovať za ideálne. Pri tlakoch okolo 100 kg/cm2 nepresahujú odchýlky reálnych plynov od zákonov ideálnych plynov 5 %. Keďže odchýlky reálnych plynov od zákonov odvodených pre ideálne plyny sú zvyčajne zanedbateľné, zákony pre ideálne plyny možno voľne použiť na riešenie mnohých praktických problémov.
Boyleov zákon - Mariotte
Merania objemu plynu pod vplyvom vonkajšieho tlaku ukázali, že medzi objemom V a tlakom P existuje jednoduchý vzťah, vyjadrený Boyle-Mariotteho zákonom: tlak danej hmotnosti (alebo množstva) plynu pri konštantnej teplote je opačný. úmerné objemu plynu:
P1: P2 = V1: V2,
kde P1 je tlak plynu v objeme VI; P2 - tlak plynu pri objeme V2.
Z toho vyplýva, že:
P1 * V1 = P2* V2 alebo P * V= const (v t = const).
Tento postulát je formulovaný nasledovne: súčin tlaku danej hmotnosti plynu a jeho objemu je konštantný, ak sa teplota nemení (t.j. počas izotermického procesu).
Ak napríklad vezmeme 8 litrov plynu pod tlakom P = 0,5 kgf/cm2 a zmeníme tlak pri konštantnej konštantnej teplote, získame nasledujúce údaje: pri 1 kgf/cm2 bude plyn zaberať objem 4 litre, pri 2 kgf/cm2 - 2 litre, pri 4 kgf/cm2 - 1l; pri 8 kgf/cm2 - 0,5 l.
Pri konštantnej teplote teda každé zvýšenie tlaku vedie k zníženiu objemu plynu a zníženie objemu plynu k zvýšeniu tlaku.
Vzťah medzi objemom plynu a tlakom pri konštantnej teplote je široko používaný na rôzne výpočty v potápačskej praxi.
Zákony Gay-Lussaca a Charlesa
Gay-Lussacov zákon vyjadruje závislosť objemu a tlaku plynu od teploty: pri konštantnom tlaku je objem danej hmotnosti plynu priamo úmerný jeho absolútnej teplote:
kde T1 a T2 sú teplota v Kelvinoch (K), ktorá sa rovná teplote v °C + 273,15; tie. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K a 0 °C = -273,15 °C.
V dôsledku toho každé zvýšenie teploty vedie k zväčšeniu objemu, alebo, inými slovami, zmena objemu danej hmotnosti plynu V je priamo úmerná zmene teploty t plynu pri konštantnom tlaku (t.j. izobarický proces). Táto poloha je vyjadrená vzorcom:
kde V1 je objem plynu pri danej teplote; V0 je počiatočný objem plynu pri 0 °C; b - koeficient objemovej rozťažnosti plynu.
Keď sa rôzne plyny zohrejú o rovnaký počet stupňov, relatívny nárast objemu je rovnaký pre všetky plyny. Koeficient b je konštantný prírastok objemu pre všetky plyny, ktorý sa rovná 1/273 alebo 0,00367 oC-1. Tento koeficient objemovej rozťažnosti plynov ukazuje, o akú časť objemu obsadeného pri 0°C sa objem plynu zväčší, ak sa zohreje o 1°C pri konštantnom tlaku.
Vzťah medzi tlakom a teplotou podlieha rovnakému vzoru, a to: zmena tlaku daného množstva plynu je priamo úmerná teplote pri konštantnom objeme (t. j. s izochorickým procesom: z gréckych slov „isos“ - rovná a „horema“ - kapacita), ktorá je vyjadrená vzorcom:
Pt = P0 (1 + bt),
kde Рt je tlak plynu pri danej teplote; Р0 -- počiatočný tlak plynu pri 0 ° C; b - koeficient objemovej rozťažnosti plynu.
Túto závislosť založil J. Charles 25 rokov pred vydaním J. L. Gay-Lussaca a často sa nazýva Charlesov zákon. Závislosť objemu od teploty pri konštantnom tlaku tiež prvýkrát stanovil Charles.
S klesajúcou teplotou plynu klesá jeho tlak a pri teplote -273,15 °C je tlak akéhokoľvek plynu nulový. Táto teplota sa nazýva teplota absolútnej nuly. V tomto prípade sa chaotický tepelný pohyb molekúl zastaví a množstvo tepelnej energie sa rovná nule. Dané závislosti, vyjadrujúce zákony Charlesa a Gay-Lussaca, umožňujú riešiť dôležité praktické problémy pri príprave a plánovaní ponorov pod vodou, ako je napríklad určenie tlaku vzduchu vo valcoch pri zmene teploty, zodpovedajúcich zmena zásob vzduchu a času stráveného v danej hĺbke atď.
Stavová rovnica ideálneho plynu
Ak je vzťah medzi objemom, tlakom a teplotou prepojený a vyjadrený v jednej rovnici, získame stavovú rovnicu ideálneho plynu, ktorá kombinuje Boyleov-Mariottov a Gay-Lussacov zákon. Túto rovnicu prvýkrát odvodil B. P. Clayperon transformáciou rovníc navrhnutých jeho predchodcami. Clayperonova rovnica hovorí, že súčin tlaku plynu danej hmotnosti a jeho objemu delený absolútnou teplotou je konštantná hodnota, ktorá nezávisí od stavu, v ktorom sa plyn nachádza. Jedným zo spôsobov, ako napísať túto rovnicu, je:
V tomto prípade bude plynová konštanta r závisieť od povahy plynu. Ak je hmotnosť plynu mol (gram molekula), potom plynová konštanta R je univerzálna a nezávisí od povahy plynu. Pre hmotnosť plynu rovnajúcu sa 1 mólu má rovnica nasledujúci tvar:
Presná hodnota R je 8,314510 J mol -1 K-1
Ak vezmeme nie 1 mól, ale akékoľvek množstvo plynu s hmotnosťou m, potom stav ideálneho plynu možno vyjadriť pomocou Mendeleevovej-Claiperonovej rovnice, vhodnej na výpočty, vo forme, v ktorej ho prvýkrát napísal D.I v roku 1874:
kde m je hmotnosť plynu, g; M je molárna hmotnosť.
Stavovú rovnicu ideálneho plynu možno použiť na výpočty v potápačskej praxi.
Príklad. Určte objem, ktorý zaberá 2,3 kg vodíka pri teplote + 10 °C a tlaku 125 kgf/cm2
kde 2300 je hmotnosť plynu, g; 0,082 - plynová konštanta; 283 - teplota T (273+10); 2 je molárna hmotnosť vodíka M. Z rovnice vyplýva, že tlak, ktorým plyn pôsobí na steny nádoby, sa rovná:
Tento tlak zmizne buď pri m > 0 (keď plyn takmer zmizne) alebo pri V>? (keď sa plyn neobmedzene rozpína), alebo pri T > 0 (keď sa molekuly plynu nepohybujú).
Van der Waalsova rovnica
Dokonca aj M. V. Lomonosov poukázal na to, že Boyleov-Mariottov zákon nemôže platiť pri veľmi vysokých tlakoch, keď sú vzdialenosti medzi molekulami porovnateľné s ich vlastnými veľkosťami. Následne sa plne potvrdilo, že odchýlky od správania sa ideálnych plynov budú výrazné pri veľmi vysokých tlakoch a veľmi nízkych teplotách. V tomto prípade rovnica ideálneho plynu poskytne nesprávne výsledky bez zohľadnenia interakčných síl medzi molekulami plynu a objemom, ktorý zaberajú. Preto v roku 1873 Jan Diederik van der Waals navrhol vykonať dve opravy tejto rovnice: pre tlak a pre objem.
Avogadrov zákon
Avogadro predložil hypotézu, podľa ktorej za rovnakých podmienok teploty a tlaku všetky ideálne plyny, bez ohľadu na ich chemickú povahu, obsahujú rovnaký počet molekúl na jednotku objemu. Z toho vyplýva, že hmotnosť rovnakých objemov plynu je úmerná ich molekulovej hmotnosti.
Na základe Avogadrovho zákona, poznajúc objemy skúmaných plynov, môžete určiť ich hmotnosť a naopak, podľa hmotnosti plynu môžete určiť jeho objem.
Zákony dynamiky plynu
Daltonov zákon. Tlak zmesi plynov sa rovná súčtu parciálnych (parciálnych) tlakov jednotlivých plynov tvoriacich zmes, t.j. tlakov, ktoré by vytvoril každý plyn samostatne, ak by sa odoberal pri rovnakej teplote v objeme zmes.
Parciálny tlak plynu Pr je úmerný percentu C daného plynu a absolútnemu tlaku Pac zmesi plynov a je určený vzorcom:
Pr = Pa6с С/100,
kde Pr je parciálny tlak plynu v zmesi, kg/cm2; C je objemový obsah plynu v zmesi, %.
Tento zákon možno ilustrovať porovnaním zmesi plynov v uzavretom objeme so sadou rôznych závaží umiestnených na váhe. Je zrejmé, že každé zo závaží bude vyvíjať tlak na váhu bez ohľadu na prítomnosť iných závaží na váhe.
Jednou z najdôležitejších fyzikálnych vlastností plynných látok je ich hustota.
DEFINÍCIA
Hustota je skalárna fyzikálna veličina, ktorá je definovaná ako pomer hmotnosti telesa k objemu, ktorý zaberá.
Toto množstvo sa zvyčajne označuje gréckym písmenom r alebo latinskými písmenami D a d. Jednotka merania hustoty v systéme SI sa považuje za kg/m 3 a v GHS - g/cm 3 . Hustota plynu je referenčná hodnota, zvyčajne sa meria pri tlaku vzduchu. u.
V súvislosti s plynmi sa často používa pojem „relatívna hustota“. Táto hodnota je pomer hmotnosti daného plynu k hmotnosti iného plynu odobratého v rovnakom objeme, pri rovnakej teplote a rovnakom tlaku, ktorý sa nazýva relatívna hustota prvého plynu k druhému.
Napríklad za normálnych podmienok je hmotnosť oxidu uhličitého v objeme 1 liter 1,98 g a hmotnosť vodíka v rovnakom objeme a za rovnakých podmienok je 0,09 g, z čoho bude hustota oxidu uhličitého vodíkom byť: 1,98 / 0,09 = 22.
Relatívna hustota plynu
Označme relatívnu hustotu plynu m 1 / m 2 písmenom D. Potom
Preto sa molárna hmotnosť plynu rovná jeho hustote vo vzťahu k inému plynu, vynásobenej molárnou hmotnosťou druhého plynu.
Hustoty rôznych plynov sa často určujú vo vzťahu k vodíku ako najľahšiemu zo všetkých plynov. Pretože molárna hmotnosť vodíka je 2,0158 g/mol, rovnica na výpočet molárnych hmotností má v tomto prípade tvar:
alebo ak zaokrúhlime molárnu hmotnosť vodíka na 2:
Výpočtom napríklad pomocou tejto rovnice molárnej hmotnosti oxidu uhličitého, ktorého hustota pre vodík, ako je uvedené vyššie, je 22, zistíme:
M(C02) = 2 x 22 = 44 g/mol.
Hustotu plynu je možné určiť nezávisle v laboratórnych podmienkach takto: musíte si vziať sklenenú banku s uzatváracím kohútikom a odvážiť ju na analytických váhach. Počiatočná hmotnosť je hmotnosť banky, z ktorej bol odčerpaný všetok vzduch, konečná hmotnosť je hmotnosť banky naplnenej testovaným plynom na špecifický tlak. Rozdiel v hmotnosti by sa mal vydeliť objemom banky. Vypočítaná hodnota je hustota plynu za týchto podmienok.
p1/pNxV1/mxm/VN = Ti/Tn;
pretože m/V1 = r1 a m/VN = rN, zistíme, že
rN = r1xpN/p1xTi/TN.
V tabuľke nižšie sú uvedené hustoty niektorých plynov.
Tabuľka 1. Hustota plynov za normálnych podmienok.
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | Relatívna hustota plynu pre vodík je 27. Hmotnostný podiel vodíkového prvku v ňom je 18,5 % a bórového prvku je 81,5 %. Určite vzorec plynu. |
| Riešenie | Hmotnostný podiel prvku X v molekule zloženia NX sa vypočíta podľa tohto vzorca: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %. Označme počet atómov vodíka v molekule „x“ a počet atómov bóru „y“. Nájdite zodpovedajúce relatívne atómové hmotnosti prvkov vodíka a bóru (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z periodickej tabuľky D.I. Mendelejeva sú zaokrúhlené na celé čísla). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Percentuálny obsah prvkov rozdelíme na zodpovedajúce relatívne atómové hmotnosti. Nájdeme teda vzťah medzi počtom atómov v molekule zlúčeniny: x:y = co(H)/Ar(H): co(B)/Ar(B); x:y = 18,5/1: 81,5/11; x:y = 18,5 : 7,41 = 2,5 : 1 = 5 : 2. To znamená, že najjednoduchší vzorec pre zlúčeninu vodíka a bóru je H 5 B 2 . Molárnu hmotnosť plynu možno určiť pomocou jeho hustoty vodíka: M plyn = M(H2) x DH2 (plyn); M plyn = 2 x 27 = 54 g/mol. Aby sme našli skutočný vzorec zlúčeniny vodíka a bóru, nájdeme pomer výsledných molárnych hmotností: M plyn/M(H5B2) = 54/27 = 2. M(H5B2) = 5 x Ar(H) + 2 x Ar(B) = 5 x 1 + 2 x 11 = 5 + 22 = 27 g/mol. To znamená, že všetky indexy vo vzorci H 5 B 2 by sa mali vynásobiť 2. Vzorec látky teda bude vyzerať ako H 10 B 4. |
| Odpoveď | Vzorec plynu - H 10 B 4 |
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Vypočítajte relatívnu hustotu oxidu uhličitého CO 2 vo vzduchu. |
| Riešenie | Na výpočet relatívnej hustoty jedného plynu od druhého sa musí relatívna molekulová hmotnosť prvého plynu vydeliť relatívnou molekulovou hmotnosťou druhého plynu. Relatívna molekulová hmotnosť vzduchu sa považuje za 29 (berúc do úvahy obsah dusíka, kyslíka a iných plynov vo vzduchu). Treba poznamenať, že pojem „relatívna molekulová hmotnosť vzduchu“ sa používa podmienečne, pretože vzduch je zmesou plynov. D vzduch (C02) = Mr (C02) / Mr (vzduch); D vzduch (C02) = 44/29 = 1,52. Mr (C02) = Ar (C) + 2 x Ar (0) = 12 + 2 x 16 = 12 + 32 = 44. |
| Odpoveď | Relatívna hustota oxidu uhličitého vo vzduchu je 1,52. |
Hustota plynov je hmotnosť látky na jednotku objemu - g/cm3. Pre praktické účely sa používa relatívna hustota plynu voči vzduchu, t.j. pomer hustoty plynu k hustote vzduchu. Inými slovami, toto je ukazovateľ toho, o koľko je plyn ľahší alebo ťažší ako vzduch:
kde ρ v štandardných podmienkach sa rovná 1,293 kg/m 3 ;
Relatívna hustota metánu je 0,554, etánu – 1,05, propánu – 1,55. Preto sa domáci plyn (propán) v prípade úniku hromadí v pivniciach domov a vytvára tam výbušnú zmes.
Výbuchy môžu vyvolať výrazné rázové vlny, ktoré zvyčajne zničia miesto, kde k nim dôjde. V prípade úniku plynu na voľnom priestranstve sa tiež môže stať, že sa plyn zmieša so vzduchom v pomere v rámci limitu horľavosti. Ak k tomu dôjde, iskra môže spôsobiť lokálny požiar. Toto sa nazýva deflagrácia. Na rozdiel od výbuchu je tlaková vlna malá a nemá takmer žiadne deštruktívne účinky, pokiaľ sa neskôr neobjaví veľký požiar, ak sa v blízkosti nájdu horľavé látky.
Deflagrácia sa zvyčajne vyskytuje vonku, na chodníkoch, uliciach atď. a môžu byť spôsobené prasklinami v potrubí distribučnej siete. Vietor môže presunúť oblak plynu niekam ďalej alebo hlboko do susedného domu, kde môže každá iskra zapáliť oheň.
Spaľovacie teplo alebo výhrevnosť - množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spaľovaní 1 m 3 plynu. V priemere je to 35160 kJ/m3 (kilojoulov na 1 m3).
Rozpustnosť plynu v rope závisí od tlaku, teploty a zloženia ropy a plynu. So zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje aj rozpustnosť plynu. So zvyšujúcou sa teplotou klesá rozpustnosť plynu. Plyny s nízkou molekulovou hmotnosťou sa v olejoch rozpúšťajú ťažšie ako tučnejšie.
K deflagrácii však nedochádza vždy tam, kde dochádza k strate plynu v potrubí. Môže sa tiež stať, že nahromadený plyn sa rýchlo rozptýli do atmosféry a nevznieti sa. Počas priemyselnej revolúcie na konci osemnásteho storočia bolo uhlie hlavným primárnym zdrojom energie. Naďalej zohrávali hlavnú úlohu na energetickej scéne ďalších 150 rokov. Až v dvadsiatom storočí ropné produkty a zemný plyn postupne vytlačili uhlie z rôznych odvetví. Dnes sa oblasť zemného plynu neustále rozširuje, napriek hrozným predpovediam o jeho celosvetovom vyčerpaní.
So zvyšujúcou sa hustotou oleja, t.j. So zvyšujúcim sa obsahom vysokomolekulárnych zlúčenín v ňom klesá rozpustnosť plynu v ňom.
Ukazovateľom rozpustnosti plynu v oleji je plynový faktor - G, ktorý udáva množstvo plynu v 1 m 3 (alebo 1 tone) odplyneného oleja. Meria sa v m 3 /m 3 alebo m 3 /t.
Podľa tohto ukazovateľa sa vklady delia na:
Hlavným dôvodom pre zavedenie zemného plynu ako zdroja energie je jeho šetrnosť k životnému prostrediu. V čase, keď sa všeobecný trend globálneho priemyselného rozvoja sústreďuje na investície do ekologických výrobných technológií, sa zemný plyn stáva preferovaným zdrojom primárnej energie. Samozrejme, keď hovoríme o globálnom trhu s plynom, nemožno zabudnúť ani na ďalší trend, ktorý nie je len krátkodobým, ale aj dlhodobým aspektom, ktorým je neustále zvyšovanie jeho ceny.
Široké využitie zemného plynu je dôvodom rozvoja celého odvetvia, ktoré pokrýva nielen technológie na výrobu, skladovanie a prepravu zemného plynu, ale aj na meranie parametrov a množstva energetického zdroja. Výskum v Nemecku napríklad naznačuje, že ak by sa presnosť merania zemného plynu zlepšila len o 1 %, makroekonomické prínosy pre priemysel by boli rádovo v miliónoch eur.
1) olej - G
2) olej s plynovým uzáverom – G- 650 – 900 m 3 / m 3;
3) plynový kondenzát - G>900 m 3 /m 3.
Rozpustnosť vody v stlačenom plyne.
Voda sa rozpúšťa v stlačenom plyne pri vysokom tlaku. Tento tlak umožňuje premiestňovať vodu v hĺbkach nielen v kvapalnej, ale aj plynnej fáze, čo zabezpečuje jej väčšiu pohyblivosť a priepustnosť horninami. So zvyšujúcou sa mineralizáciou vody klesá jej rozpustnosť v plyne.
Cieľom tohto článku je poskytnúť vám systematický prehľad hlavných metód používaných na určenie výhrevnosti a hustoty zemného plynu. Dôvodom je skutočnosť, že v posledných rokoch sa zemný plyn čoraz viac využíva v priemyselných aj domácich aplikáciách.
Požiadavky na výhrevnosť paliva. Je známe, že zemný plyn spaľuje spôsobom šetrným k životnému prostrediu za vzniku oxidu uhličitého a vody. Podľa definície pojem výhrevnosť zahŕňa všetku energiu, ktorá sa vypúšťa počas spaľovacieho procesu. Typicky sa na výpočet prirodzenej výhrevnosti používajú automatické kalorimetre a procesné plynové chromatografy. Tento typ meracieho zariadenia podlieha typovému schváleniu Štátnym úradom pre metrológiu a technický dozor.
Rozpustnosť kvapalných uhľovodíkov v stlačených plynoch.
Kvapalné uhľovodíky sa dobre rozpúšťajú v stlačených plynoch a vytvárajú zmesi plynu a kondenzátu. To vytvára možnosť presunu (migrácie) kvapalných uhľovodíkov v plynnej fáze, čím sa zabezpečí jednoduchší a rýchlejší proces ich pohybu cez horninový masív.
So zvyšujúcim sa tlakom a teplotou sa zvyšuje rozpustnosť kvapalných uhľovodíkov v plyne.
V zásade platí, že najväčšia dovolená chyba pri stanovení výhrevnosti zemného plynu je 8 %. Na zabezpečenie presnosti meraní je potrebné zabezpečiť špeciálne definované podmienky pre proces merania. Existujú aj požiadavky na inštaláciu a pravidelné skúšanie kalibračných plynomerov. Na porovnanie získaných výsledkov sa stanoví normálny objem zemného plynu.
Následne sa všetky parametre zemného plynu pri výpočte ich objemu robia na základe takzvaného normálneho objemu, t.j. objem plynu pri určitých hodnotách teploty a tlaku. Bez ohľadu na ich konštrukčné rozdiely, všetky kalorimetre fungujú na rovnakom fyzikálnom princípe. Schematický diagram konštrukcie kalorimetra je znázornený na obr. Vo všeobecnosti sa v spaľovacej komore kalorimetra spaľuje presne definované množstvo zemného plynu. Teplo uvoľnené pri spaľovaní zemného plynu sa odovzdáva cez výmenník tepla určitému množstvu chladiacej kvapaliny, najčastejšie vzduchu alebo plynu.
Stlačiteľnosť zásobných plynov- Toto je veľmi dôležitá vlastnosť zemných plynov. Objem plynu v podmienkach zásobníka je o 2 rády (t.j. približne 100-krát) menší ako jeho objem za štandardných podmienok na zemskom povrchu. K tomu dochádza, pretože plyn má vysoký stupeň stlačiteľnosti pri vysokých tlakoch a teplotách.
Stupeň stlačiteľnosti je znázornený objemovým koeficientom zásobníkového plynu, ktorý predstavuje pomer objemu plynu v zásobníkových podmienkach k objemu rovnakého množstva plynu v atmosférických podmienkach.
Výhrevnosť paliva je určená zmenou teploty chladiacej kvapaliny. Alebo presnejšie povedané, existuje priamy vzťah medzi teplotou chladiacej kvapaliny a výhrevnosťou paliva. Aj keď sa princíp kalorimetrie od ich vzniku nezmenil, funkčnosť moderných prístrojov na meranie výhrevnosti paliva prešla výrazným vývojom. Moderná kalorimetria je presnejšia so zvýšeným spracovaním, ukladaním a analýzou nameraných hodnôt a ešte väčšími komunikačnými schopnosťami.
Tento typ merača sa používa na stanovenie výhrevnosti zmesí plynov na základe výhrevnosti jednotlivých zložiek zmesi. Samozrejme, predpokladom pre štúdium výhrevnosti zmesí plynov pomocou plynového chromatografu sú predbežné informácie o ich zložení. Plynový chromatograf je medzi metrológmi dobre známy nástroj na analýzu plynov. V laboratórnom výskume sa používa už desaťročia. Hlavnou nevýhodou plynových chromatografov je ich ručná obsluha, ktorá limituje rozsah ich použitia v závislosti od výhrevnosti zemného plynu.
Tvorba kondenzácie úzko súvisí s javom stlačiteľnosti plynu a rozpustnosti kvapalných uhľovodíkov v nich. V podmienkach zásobníka sa so zvyšujúcim sa tlakom kvapalné zložky premieňajú na plynné skupenstvo a vytvárajú „ropu rozpustenú v plyne“ alebo plynový kondenzát. Keď tlak klesne, proces ide opačným smerom, t.j. Čiastočná kondenzácia plynu (alebo pár) nastáva do kvapalného stavu. Preto pri produkcii plynu sa na povrch odvádza aj kondenzát.
S rozvojom technologickej chromatografie v priebehu rokov sa presné meranie výhrevnosti zemného plynu na tomto princípe stalo realitou. Je známe, že hlavným konštrukčným prvkom plynového chromatografu je separačná kolóna naplnená zrnitým materiálom. Jednotlivé zložky plynných zmesí sa pohybujú v rôznych časových úsekoch od základne po hornú časť separačnej kolóny. Meraním času, za ktorý jednotlivé látky obsiahnuté v plynnej zmesi dosiahnu senzor inštalovaný na výstupe zo separačnej kolóny, sa meria množstvo látok podieľajúcich sa na zložení plynnej zmesi.
Faktor kondenzácie– KF je množstvo surového kondenzátu v cm3 na 1m3 separovaného plynu.
Rozlišuje sa mokrý a stabilný kondenzát. Surový kondenzát je kvapalná fáza, v ktorej sú rozpustené plynné zložky.
Stabilný kondenzát sa získava zo surového kondenzátu jeho odplynením. Pozostáva len z kvapalných uhľovodíkov - pentánu a vyšších.
Na základe vypočítaného kalorického obsahu jednotlivých zložiek sa vypočíta výhrevnosť plynnej zmesi. Metódy určovania hustoty zemného plynu. Existuje mnoho spôsobov, ako určiť hustotu zemného plynu. Medzi najpoužívanejšie princípy určovania hustoty zemného plynu patrí pôsobenie zdvíhacej sily. Tieto meracie prístroje analyzujú zdvíhaciu silu pôsobiacu na teleso presne definovaného objemu a hustoty v plynnom prostredí. Je známe, že veľkosť zdvihu závisí od hustoty plynu.
Plynové kondenzáty sú za štandardných podmienok bezfarebné kvapaliny s hustotou 0,625 - 0,825 g/cm 3 s počiatočným bodom varu od 24 0 C do 92 0 C. Väčšina frakcií má bod varu do 250 0 C.
- etán (C2H6),
- propán (C3H8),
- bután (C4H10).
ako aj iné neuhľovodíkové látky:
Indukčná cievka sa bežne používa na určenie zdvihu v priemyselných aplikáciách. Množstvo elektrického prúdu potrebného na kompenzáciu hnacej sily pôsobiacej na teleso v plynnom prostredí je úmerné hustote plynu. Meracie prístroje založené na opísanom princípe nie sú vhodné na určovanie hustoty prúdenia plynu. Táto metóda poskytuje vysokú presnosť pri určovaní hustoty stacionárneho množstva zemného plynu. Používa sa hlavne na meranie normálnej hustoty.
Ďalší princíp na určenie hustoty zemného plynu je založený na budení vibračného procesu. Táto metóda je široko používaná na určenie hustoty prúdenia plynu. V meracej komore prístrojov je inštalovaný špeciálny prvok, ktorého činnosť je založená na tomto princípe. Vibruje na určitej, predtým známej frekvencii. Keď plyn prechádza meracou komorou, frekvencia, pri ktorej prvok bliká, je narušená. Zistilo sa, že existuje nelineárny vzťah medzi hustotou prúdu plynu a frekvenčným posunom vibračného prvku.
Čistý zemný plyn je bez farby a bez zápachu. Na zistenie úniku čuchom sa do plynu pridáva malé množstvo látok, ktoré majú silný nepríjemný zápach (hnilá kapusta, zhnité seno) (tzv. odoranty). Najčastejšie sa ako odorant používa etylmerkaptán (16 g na 1000 metrov kubických zemného plynu).
Existuje technika na veľmi presné určenie hustoty toku plynu zodpovedajúcej každému frekvenčnému posunu. Na výpočet normálnej hustoty plynu sa používajú dva snímače vibrácií. Prvý snímač je inštalovaný v kontrolnej meracej komore naplnenej presne definovaným množstvom zemného plynu. Druhá meracia komora, v ktorej je umiestnený ďalší snímač vibrácií, je naplnená vzorkovým plynom. Nevyhnutnou podmienkou správnosti nameraných výsledkov je, aby teplota plynu v oboch komorách bola rovnaká.
Hustota zemného plynu v druhej komore sa odhaduje na základe rozdielu frekvencií, pri ktorých tieto dva snímače vibrujú. Dôvodom pre rozšírené používanie takéhoto zariadenia na meranie hustoty zemného plynu je vysoká presnosť, s ktorou možno merať a ďalej spracovávať frekvenciu kmitov snímača vibrácií.
Na uľahčenie prepravy a skladovania zemného plynu sa skvapalňuje chladením pri zvýšenom tlaku.
Fyzikálne vlastnosti
Približné fyzikálne vlastnosti (v závislosti od zloženia; za normálnych podmienok, ak nie je uvedené inak):
Tretí princíp, založený na použití odstredivého procesu, sa používa aj na stanovenie hustoty zemného plynu. Konštrukcia tohto typu meracieho zariadenia obsahuje osovo symetrickú meraciu komoru, v ktorej je inštalovaný rotor s konštantnou rýchlosťou otáčania. Plyn, ktorý sa má analyzovať, sa privádza do mixéra v komore. V dôsledku odstredivej sily vytvorenej na molekuly plynu pri otáčaní mixéra sa zvyšuje tlak v komore. Medzi hustotou plynu a zvýšením tlaku v dávkovacej komore existuje lineárny vzťah.
- Hustota:
- od 0,68 do 0,85 kg/m³ vzhľadom na vzduch (suchý plyn);
- 400 kg/m³ (kvapalina).
- Teplota samovznietenia: 650 °C;
- Výbušné koncentrácie zmesí plynu a vzduchu od 5 % do 15 %
- Špecifické spalné teplo: 28-46 MJ / m³ (6,7-11,0 Mcal / m³);
- Oktánové číslo pri použití v spaľovacích motoroch: 120-130.
- 1,8-krát ľahší ako vzduch, takže ak dôjde k úniku, nezhromažďuje sa v nížinách, ale stúpa nahor
Zemný plyn, ťažený z hlbín zeme, nemá žiadnu chuť, farbu ani vôňu. Na odovzdanie zápachu, aby sa v prípade úniku rozpoznal vo vzduchu, sa používa odorizácia - vnášanie silne zapáchajúcej látky do plynu. Ako odorant sa používa etylmerkaptán v množstve 16 g na 1 000 m3 zemného plynu. To umožňuje detekovať zemný plyn v koncentrácii 1% vo vzduchu, čo je 1/5 spodného limitu výbušnosti™.
Opísaná metóda je vhodná na meranie hustoty prúdenia plynu, ale nelíši sa od vyššie opísaných princípov vysokej presnosti. V českých krajinách v Prahe sa po celý rok objavilo nové vozidlo, auto s benzínovým motorom. Plyn v doprave sa začal v Českej republike využívať do roka. Najmä používanie skvapalneného plynu na pohon áut, autobusov a traktorov. V tých rokoch premávali plynové autobusy aj v Krnove, Olomouci a Mladej Boleslavi.
V tom čase v Prahe bola na čerpacej stanici v Michli inštalovaná kompresorová stanica na plnenie fliaš stlačeným plynom. Za normálnych atmosférických podmienok sa propán-bután vyskytuje v plynnej forme. Pomerne ľahko sa ochladením alebo stlačením môže premeniť na kvapalné skupenstvo. Jednoduchý prechod medzi dvoma stavmi je veľmi užitočný pre praktické využitie. Propán-bután je v súčasnosti najpoužívanejším plynom v doprave, ktorý sa už desaťročia používa ako palivo pre vozidlá.
Najdôležitejšou tepelnotechnickou charakteristikou zemného plynu je spalné teplo - množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní 1 m3 suchého plynu a v závislosti od stavu agregácie v produktoch spaľovania: voda uvoľnená z paliva a vytvorená počas spaľovania. spaľovanie vodíka a uhľovodíkov - v pare alebo kvapaline . Ak všetka vodná para v produktoch horenia kondenzuje a tvorí kvapalnú fázu, potom sa spaľovacie teplo nazýva najvyššie Q v s. Ak nedôjde ku kondenzácii vodnej pary, potom sa spaľovacie teplo nazýva najnižšie Q n c = 35,8.
Produkty spaľovania zvyčajne opúšťajú kotolne pri teplote, pri ktorej nedochádza ku kondenzácii vodnej pary, preto sa v tepelnotechnických výpočtoch používa hodnota Q n c, ktorá je pre zemný plyn blízka spaľovaciemu teplu metánu a predstavuje 35,8 MJ/m 3 (8 550 kcal/ m 3).
Hustota zemného plynu (metánu) za normálnych podmienok (0°C a 0,1 MPa, t.j. 760 mm Hg) рг = 0,73 kg/m3. Hustota vzduchu za rovnakých podmienok je p = 1,293 kg/m3. Zemný plyn je teda približne 1,8-krát ľahší ako vzduch. Preto, keď plyn uniká, bude stúpať a hromadiť sa v blízkosti stropu, stropov a hornej časti ohniska.
Teplota samovznietenia zemného plynu = 645... 700 °C. To znamená, že akákoľvek zmes plynu a vzduchu sa po zahriatí na túto teplotu sama zapáli bez zdroja vznietenia a zhorí.
Koncentračné limity vznietenia (výbuchu) zemného plynu (metánu) sú v rozmedzí 5... 15 %. Mimo týchto hraníc nie je zmes plynu a vzduchu schopná šíriť plameň. Pri výbuchu stúpne tlak v uzavretom objeme na 0,8... 1 MPa.
Medzi výhody zemného plynu v porovnaní s inými druhmi palív (predovšetkým tuhých) patrí vysoká výhrevnosť; relatívne nízke náklady; nedostatok skladových priestorov na skladovanie; relatívne vysoká šetrnosť k životnému prostrediu, charakterizovaná absenciou pevných inklúzií v produktoch spaľovania a menším množstvom škodlivých plynných emisií; jednoduchosť automatizácie spaľovacieho procesu; možnosť zvýšenia faktora účinnosti kotlovej jednotky; uľahčenie práce personálu údržby.
