Смеси газов

Природные газы представляют собой смесь, состоящую из нескольких чистых веществ, химически не взаимодействующих между собой: метана СН , этана С Н , пропана С Н , бутана С Н и других углеводородов. Поэтому одной из важнейших характеристик смеси является ее состав. Состав смеси обычно определяется посредством нахождения массовой или мольной концентрации компонентов, входящих в смесь. Понятие "моль", как отмечалось выше, означает количество вещества в граммах, численно равное его мольной массе, а киломоль - количество вещества в килограммах, тоже численно равное его мольной массе. Так, например, киломоль кислорода О равен 32 кг, киломоль метана СН - 16,04 кг и т.д. Физические характеристики компонентов природного газа приведены в табл. 1.2.

Массовой концентрацией -го компонента называется отношение массы данного компонента к массе всей смеси :

Таблица 1.2

Физические характеристики компонентов природного газа

#G0Компонент состава газа	Формула	Мольная масса	Плотность, кг/м	Плотность по отношению к воздуху	Температура сжижения, °С
Метан	СН	16,04	0,72	0,55	-161,5
Этан	С Н	30,07	1,36	1,05	-89
Пропан	С Н	44,09	2,02	1,55	-42
Бутан	С Н	58,12	2,70	2,08	-1
Пентан	С Н	72,15	3,22	2,50	+36
Гексан	С Н	86,18	-	3,00	+68
Этилен	С Н	28,05	1,26	0,98	-104
Пропен	С Н	42,08	1,92	1,48	-48
Бутен	С Н	56,10	2,60	2,00	-6
Пентен	С Н	70,13	3,13	-	-
Ацетилен	С Н	26,04	1,17	0,31	-84
Бензол	С Н	78,11	3,48	-	-
Оксид углер.	СО	28,01	1,25	0,97	-192
Углекис.газ	СО	44,01	1,98	1,53	-78
Сероводород	H S	34,08	1,54	1,19	+46
Азот	N	28,02	1,25	0,97	-196
Кислород	O	32,0	1,43	1,10	-186
Водород	Н	2,02	0,09	0,07	-253
Водяной пар	Н O	18,02	0,77	0,59	+100

, (1.17)

. (1.18)

Сумма всех массовых концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

. (1.19)

Соответственно определяется изобарная теплоемкость смеси газов:

, (1.20)

где - массовая доля i-го компонента смеси; - изобарная теплоемкость i-го компонента; - число компонентов в смеси.

Мольной концентрацией -го компонента называется отношение числа киломолей данного компонента к общему числу киломолей :

, (1.21)

. (1.22)

Сумма всех мольных концентраций компонентов, составляющих смесь, равна единице:

. (1.23)

Отношение массы данного компонента к количеству молей этого компонента характеризует его мольную массу , а отношение массы всей смеси к количеству молей смеси характеризует мольную массу смеси :

; . (1.24)

С учетом вышеприведенных соотношений средняя мольная масса смеси определяется соотношением:

. (1.25)

Мольные концентрации компонентов смеси идеального газа численно равны его объемным концентрациям, которые определяются как отношение объема данного компонента при давлении и температуре смеси к объему всей смеси . В силу этого объемные концентрации компонентов смеси газов в ряде случаев определяют и через соотношение давлений:

, (1.26)

где - парциальное давление компонента газа; -давление смеси в целом.

Состав природного газа обычно регулярно определяется на газопроводах соответствующими лабораториями с использованием хроматографического анализа.

Пример 1.1. Определить мольные концентрации компонентов природного газа и его среднюю мольную массу при следующем объемном составе компонентов газа: метана СН = 94%, этана С Н = 3%, пропана С Н = 1,5%, бутана С Н = 0,5%, углекислого газа СО = 1,0%.

Решение. Мольные концентрации компонентов по уравнению (1.21):

= 0,94; = 0,03; = 0,015; = 0,005; = 0,01. По уравнению (1.25) с учетом численных значений мольных масс компонентов получим:

= 0,94·16,04+0,03·30,07+0,015·44,09+0,01·58,12 = 17,37 кг/кмоль.