Өндірістегі мұнай, газ, суды дайындау және тасымалдау
39
Салыстырмалы тығыздығы ауа тығыздығына байланысты
есептелген газ мөлшері:
=
см
/
ауа
(2.48)
Ауа тығыздығы нормалды шартта =1,293 кг/м
3
, ал с.ж
=1,189 кг/м
3
.
(2.40) теңдікке сәйкес мольдік көлемге арналған өрнек
шығады:
V=RT/P
(2.49)
Атмосфералық қысымда физикалық процестер үшін
жүйедегі мольдер саны өзгеріссіз қалған жағдайдағы мольдік
көлем:
=
(2.50)
Келесі мысалды қарастырайық.
Газдың мольдік көлемінің температурадан тәуелділік
өзгерісін анықтау керек.
Шешуі: (2.50) – өрнегін қолданып көлемді табамыз:
V(н.ж)=0,08206 273,15= 22,414(м
3
);
V(с.ж)=0,08206 273,15=24,055(м
3
).
Кез келген газ н.ж (Т=0 С, Р=100 кПа, 760 сын.бағ.) 22,414 м
3
көлемді алады, ал с.ж. (Т=20 С және P=100 кПа) 24,055 м
3
көлемге ие.
Температура өскен сайын газдың мольдік көлемі артады,
ал қысымның артуымен кемиді (2.49).
Қолданбалы есептеулерде күй теңдеуі шектеулі шарттарға
ие. Ол атмосфералық қысымға жақын және 0–20C темпера-
туралар үшін орынды. Жоғары қысымда газ сығылады. Оның
күйі идеалды газ күйлерінен ерекшеленеді. Осыны ескеріп,
(2.42) өрнегі көп жылдар аралығында құбылды. Голланд
физигі Ван-дер-Ваальс коэффициенті молекула мен көлемнің
арасындағы байланыс күшін ескеретін теңдеуді ұсынған:
А.А. Исмаилов, Т.Н. Жарқынбеков, Г.Ж. Смаилова
40
р +
а
∗ ( − ) =
(2.51)
мұндағы а,b – коэффициенттер; v – молекулалық көлем.
(1.51) теңдеу негізінде реалды газдың термодинамикалық
күйінің заңдылықтары сапалы түрде болжамдалды – фазалық
өтулер, критикалық құбылыстар, Джоуль Томсон эффекті және
т.б. Ван-дер-Ваальс өрнегі сандық жағынан көптеген жетіспеу-
шіліктерде болды. Соңғы кездері оның модификациясы үлкен
қолданысқа иеленді, көбінесе Пенга Робинсонның көміртектік
жүйесінің өрнегі үшін.
Алайда, инженерлік практикада реалды газдар үшін
Д.Браун және Д.Кацпен ұсынылған, реалды газ күйінің
идеалдыдан ауытқуын есептейтін жоғары сығылғыштық
коэффициентін z қамтитын Менделеев-Клапейрон теңдеуін
қолданады:
PV=zQRT
,
мұндағы Q – заттың мөлшері, моль; z – газдың жоғары-
сығылғыштық коэффициенті.
Жоғары
сығылғыштықтың
физикалық
мәні
Менделеев-Клапейрон теңдеуінің жоғары шеттік шектеулерін
кеңейту.
Z коэффициенті табиғи газдың қысым мен темпера-
турасынан, келтірілген қысым мен температурадан тәуелді:
z=f(T,P)
(2.52)
мұндағы T – келтірілген температура; Р – келтірілген
қысым.
Индивидуалды компоненттердің келтірілген параметрлері
– деп газ күйінің нақты өлшемдерін көрсететін шектеусіз
өлшемдерді атайды: температура, қысым, көлемі, тығыздығы
мен критикалықтан көп немесе кішілер.
Т
келт
=Т
реал
/Т
орт.кр
;
Р
келт
= Р
реал
/Р
орт.кр
;
(2.53)
V
келт
=V
реал
/V
орт.кр
Өндірістегі мұнай, газ, суды дайындау және тасымалдау
41
Газ қоспалары үшін келтірілген параметрлер реалды
параметрлердің орташа критикалық параметрлерге қатынасын
сипаттайды.
Критикалық температура газ және сұйықтық бір-бірімен
тепе-теңдікте бола алатын максимальды температура:
Т
келт
=
Т
реал
Т
орт
.крит
мұнда Т
орт
.крит
= ∑
N T
крит
(2.54)
Р
келт
=
Р
реал
Р
орт
.крит
мұнда Р
орт
.крит
= ∑
N Р
крит
(2.55)
Критикалық қысым – критикалық температура кезіндегі
заттың бу қысымы, ал бір мольге немесе заттың бірлік
массасына келтірілген заттың көлемі, меншікті критикалық
көлем деп аталады.
z/ (келтірілген параметрлер) бағалау графиктер бойынша,
эмпирикалық формулалар және тәуелділіктер бойынша
жүргізіледі.
Мұнай газы көміртектік компоненттерді қамтымаса әдейі
графиктерді пайдаланып, жоғары сығылғыштық коэффициентін
есептеулерде жөндетулер енгізу керек. Мысалы, серіктес газдың
құрамында
азот
болса,
5%-тей
жоғары
сығылғыштық
коэффициентінің мөлшері аддитивтілік принципі бойынша
оның әсерін ескеру керек.
Z=N*zN2+(1-N2)*zув,
мұндағы N–газ қоспасындағы азоттың молярлық үлесі;
zN2, zув – азоттың және газ қоспасының көміртектік бөлігінің
жоғары сығылғыштық коэффициенті.
А.А. Исмаилов, Т.Н. Жарқынбеков, Г.Ж. Смаилова
42
2.4-кесте
Мұнай газдарының критикалық қысымы, температурасы және
компоненттердің жоғары сығылғыштық коэффициенттері
Компонент
Салыстырмалы
молярлы масса
Ркр,МПа
Ткр,К
Метан
16,04
4,63
190,55
Этан
30,07
4,87
305,45
Пропан
44,09
4,26
369682
Изо-бутан
58,12
3,65
408,13
Н-бутан
58,12
3,797
425,16
Изо-пентан
72,15
3,381
460,40
Н-пентан
72,15
3,369
469,60
Н-гексан
86,17
3,031
507,40
Н-гептан
100,20
2,736
640,61
Азот
28,02
3,399
126,25
Көміртек оксиді
44,01
7,387
304,15
Күкірт сутегі
34,08
9,01
373,55
2.7-сурет. Азоттың жоғары сығылғыштық коэффициентінің қысым
және температурамен байланысы
Жоғары сығымдылық коэффициенті (z) және көлемді біле
отырып, нормал жағдайда газ алып жатқан, жоғары қысым кезіндегі
Бойль-Мариотт заңы арқылы оның көлемін табуға болады:
Достарыңызбен бөлісу: |
