CHAP燃气的分类及其性质.ppt

CHAP1 燃气的分类 及其性质11.2 燃气的基本性质21.2.1 混合气体及混合液体的平均分子量、平均密度和相对密度n表1－2及表1－3给出了燃气组成中常见的低级烃和某些单一气体的基本性质n如何求解混合气体及混合液体的基本特性呢？3一 、平均分子量n混合气体的平均分子量计算公式如下：n式中 ——混合气体平均分子量；n 、 、 ——各单一气体分子量；n 、 、 ——各单一气体分子量4n混合液体的平均分子量计算公式如下：n式中 ——混合液体平均分子量；n 、 、 ——各单一液体分子成分；n 、 、 ——各单一液体分子量5二、平均密度和相对密度n混合气体平均密度计算公式如下：n混合气体相对密度计算公式如下：n式中 ——混合气体平均密度（kg/Nm3)n ——混合气体平均摩尔容积（Nm3/kmol)n ——混合气体相对密度（空气为1）；n1.293 ——标准状态下空气的密度（kg/Nm3)6n天然气、焦炉煤气都比空气轻，而气态液化石油气约比空气重一倍。

n混合液体平均密度与101325Pa、277K时的水的密度之比称为混合液体相对密度常温下，液态液化石油气的密度是500kg/m3 ,约为水的一半n自学例题1－1、1－271.2.2 临界参数及实际气体状态方程8一、临界参数n临界温度：温度不超过某一数值时，对气体进行加压，临界温度：温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，该温度称为气体的临界温度不能使气体液化，该温度称为气体的临界温度n临界压力：在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫临界压力：在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫做临界压力做临界压力nC C点为临界点，这时的温度点为临界点，这时的温度T TC C、、压力压力P PC C、、比容比容v vc c 、、密度密度 分别叫做临界温度、临界压力、临界比容和临界密度分别叫做临界温度、临界压力、临界比容和临界密度 n气体的临界温度越高，越易液化气体的临界温度越高，越易液化910n图1－1所示为在不同温度下对气体压缩时，其压力和体积的变化情况。

n当从E点开始压缩时至D点开始液化，到B点液化完成；而当气体从F点开始压缩时至C点开始液化，但此时没有相当于BD直线部分，其液化的状态与前者不同C点为临界点它既不属于气相，也不属于液相11n混合气体的平均临界压力和平均临界温度按公式（1－9）（1－10）计算同学自学1213n图1－2中的曲线是蒸汽和液体的分界线，曲线左侧为液态，右侧为气态n由图1－2可知，气体温度比临界温度越低，则液化所需压力越小n由图1－2发现， CH4的临界温度最低，H2O的临界温度最高n天然气主要成分为甲烷， CH4的临界温度很低，故很难液化n液化石油气主要成分是丙烷(C3H8 ) 、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)和丁烯(C4H8),各种组分的临界温度较高，较易液化14二、实际气体状态方程n当燃气压力低于1MPa、温度在10～20℃时，在工程上还可当作理想气体n当压力很高（如天然气的长输管线中）、温度很低时，必须采用实际气体状态方程n式中 ——气体的绝对压力（Pa）；n ——气体的比容（m3/kg）；n ——压缩因子；n ——气体常熟[J/(KG.K))]n ——气体的热力学温度（K）。

15压缩因子 的求解方法n压缩因子 是对比温度 和对比压力 的函数n ——工作温度；n ——临界温度；n ——工作压力；n ——临界压力 n由图1－3、1－4可以查得压缩因子16混合气体压缩因子的求解方法n先计算混合气体的平均临界压力和平均临界温度；n利用图1－3、1－4求得压缩因子；n例题1－3、1－4自学171.2.3 粘度n混合气体的动力粘度近似计算公式如（1－13）所示，这时不考虑温度对粘度的影响n混合气体的动力粘度也可按公式（1－14）计算，这时考虑温度对粘度的影响n混合液体的动力粘度可近似按公式（1－15）计算n混合气体及混合液体的运动粘度按公式（1－16）计算n例题1－5自学181.2.4 饱和蒸气压及相平衡常数19一、 饱和蒸气压与温度的关系n液态烃的饱和蒸气压，简称蒸气压，就是在一定温度下密闭容器中的液体及蒸气处于动态平衡时蒸气所表示的绝对压力n蒸气压仅仅取决于温度，与密闭容器的大小及溶液量无关n表1－5为不同温度下部分液态烃的饱和蒸汽压n由表中数据可以看出，温度升高时，蒸气压增大；反之，温度下降时，蒸汽压降低。

2021二、混合液体的蒸气压n根据道尔顿定律得：n式中 为混合液体任一组分的蒸气分压n根据拉乌尔定律得：n式中 为混合液体任一组分的摩尔成分n 为该纯组分在同温度下的蒸气压n因此，混合气体的蒸气压为：22n举例：居民家中使用的液化石油气主要组成为丙烷及丁烷，当温度一定时，其蒸汽压取决于丙烷、丁烷的含量n当使用容器中的液化石油气时，总是先蒸发出较多的丙烷，而剩余的液体中丙烷的含量渐渐减少所以，温度虽然不变，容器中的蒸汽压也会逐渐下降23三、相平衡常数n根据拉乌尔定律n根据混合气体分压力定律n由上面两式得：n式中 为混合液体任一组分的摩尔成分n式中 为该组分在气相中的摩尔成分24n相平衡常数表示在一定温度下，一定组成的气液平衡系统中，某一组分在该温度下的饱和蒸气压 与混合液体蒸气压的 的比值是一个常数 n在一定温度和压力下，气液两相达到平衡状态时，气相中某一组分的摩尔成分 与其液相中的摩尔成分 的比值，也是一个常数 n工程上，常利用平衡常数k计算液化石油气的气相组成或液相组成计算方法同学自学）251.2.5沸点与露点26一、沸点n沸点：通常说101325Pa压力下液体沸腾时的温度。

n沸点：广义地说，沸点指某压力下液体沸腾时的温度n由表1－6可见，冬季当液化石油气容器设置在 以下的地方时，应该使用沸点低的丙烷、丙稀组分高的液化石油气因为丙烷、丙稀在寒冷的地区或季节也可以气化2728二、露点n饱和蒸气经冷却或加压，立即处于过饱和状态，当遇到接触面或凝结核便液化成露，这时的温度称为露点n表1－5所列的饱和蒸气压相应的温度就是露点n气态碳氢化合物在某一蒸气压时的露点也就是液体在同一压力时的沸点n举例：液态丙烷在－20℃时的饱和蒸气压为0.248MPa；也可以说液态丙烷在0.248MPa压力时的沸点为－20℃；也可以说丙烷蒸气在0.248MPa压力时的露点为－20℃29碳氢化合物混合气体的露点n计算方法同学自学n在实际的液化石油气供应中，有时采用含有空气的非爆炸性混合气体由于碳氢化合物蒸气分压力降低，因而露点也降低了n露点随混合气体的压力及各组分的容积成分而变化，混合气体的压力增大，露点升高n当用管道输送气体碳氢化合物时，必须保持其温度在露点以上，以防凝固，阻碍输气n丙烷、正丁烷与空气混合物的露点，见图1－9，1－10303132n例1－8（自学）n结果表明，液化石油气中蒸气压大的丙烷组分蒸发得快，随着液化石油气得消耗，容器的液体中高沸点的组分正丁烷的比例在增加，所以温度虽然不变，而容器中的蒸气压却渐渐下降。

最终容器中会残留不能蒸发的C4 n露点的直接计算（见P20)n液化石油气的气化潜热n由表1－9可知，温度升高，气化潜热减小，到达临界温度时，气化潜热为零331.2.6 液化石油气的气化潜热34351.2.7 容积膨胀n液态碳氢化合物的容积膨胀系数很大，约比水大16倍在罐装时必须考虑由温度变化引起的容积增大，留出必须的气相空间容积表1－10给出了部分液态碳氢化合物的容积膨胀系数n液态碳氢化合物的容积膨胀可以按公式(1-26)计算361.2.8 爆炸极限n爆炸极限：可燃气体和空气的混合物遇到明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限n爆炸下限：当可燃气体的含量减少到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸下限n爆炸上限：当可燃气体的含量增加到不能形成爆炸混合物时的那一含量，称为可燃气体的爆炸上限n某些可燃气体的爆炸极限列于表1－2、表1－3n混合气体的爆炸极限计算方法见P22371.2.9 水化物n水化物：当碳氢化合物中的水分超过一定含量，在一定温度压力条件下，水能和气相及液相的C1、C2、C3和C4生成结晶水化物CmHn·XH2O(甲烷，x=6～7;乙烷， x=6；丙烷及异丁烷， x=17)n水化物在聚集状态下是白色的结晶体，或带铁锈色。

一般水化物类似于冰或雪n水化物是不稳定的结合物，在高温或低压的条件下易分解为水和气体n在湿气中形成水化物的主要条件：合适的压力及温度3839一、水化物生成条件n图1－14中，BC线左边是水化物存在的区域，右边是不存在的区域，BC是形成水化物的界限点C是水化物存在的临界温度，高于此温度在任何高压下都不能形成水化物n在湿气中形成水化物的次要条件：含有杂质、高速、紊流、脉动，急剧转弯等因素n如果气体被水蒸气饱和，即输气管的温度等于湿气的露点，则水化物即可以形成，因为混合物中水蒸气分压远远超过水化物的蒸气压当如果降低气体中水分含量使得水蒸气分压低于水化物的蒸气压，则水化物也就不存在了n高压输送天然气并且管道中含有足够水分时，会遇到生成水化物的问题，此外，丙烷在容器内急速蒸发时也会形成水化物40二、水化物的防止n水化物的生成，会缩小管道的流通截面，甚至堵塞管线、阀件和设备n必须防止水化物的形成或分解已形成的水化物有下面的两种方法：n1.采用降低压力、升高温度、加入可以使水化物分解的反应剂（防冻剂）n2.脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水化物的程度为此，要使露点降低到大约低于输气管道工作温度5～7 ℃，使得在输气管道的最低温度下，气体的相对湿度接近于60％。

n液化石油气脱水采用沉淀法，容器装满液化石油气后，静置一段时间，使水分沉淀在冬季，必须向液化石油气容器中加入防冻剂411.2.10液化石油气的状态图n常用的状态参数有饱和蒸气压P、比容v、温度T、焓值i及熵值s，将这些参数值绘成曲线图，称为状态图n已知其中两个，就可以确定一个状态n状态图的构成，与水蒸气状态图相似自学）42。