Парциальное давление — это давление чистого газа (без примесей) в данном объеме при заданной температуре.

Для вычисления давления смеси используют понятия массовой концентрации газа g i и молярной концентрации газа ri,

gi = Gi / Gcm, ri = ni / ncm,

где Gi и Gcm — масса газа и масса смеси газов; ni и ncm — количества вещества газа и смеси газов (моль).

При перевозке смеси сжиженных газов важно знать, какое давление будет в танке при данной температуре. Это требуется для определения параметров компрессорной установки.

Рассмотрим несколько простых методов расчета давления паров, если известен молярный или весовой состав смеси, погруженной на борт.

Пример: Судно должно погрузить смесь газов, состоящую из 100 т пропана и 400 т бутана, температура смеси составляет —8° С (см. расчет температуры смеси газов). Давление насыщенных паров пропана при этой температуре, определенное по графику или взятое из таблицы, 3,69 бара. А давление насыщенных паров бутана при этой же температуре 0,78 бара. Необходимо определить давление насыщенных паров смеси (т. е. общее давление в танке) и процентный состав газовой фазы над поверхностью жидкости.

Решение: Рассчитаем молярное соотношение пропана и бутана в составе смеси. Для этого определим моляр­ную массу пропана C3H8 и бутана C4H10. С помощью периодической таблицы элементов находим, что один атом углерода имеет массу 12,01115 г/моль, а атом водорода — 1,00797 г/моль.

Тогда молярная масса пропана 12,01115 г/моль х 3 = 36,03345 г/моль

+

1,00797 г/моль х 8 = 8,06376 г/мол ь

44,09721 г/моль = 44,1 г/моль;

молярная масса бутана 12,01115 г/моль х 4 = 48,0446 г/моль

1,00797 г/моль х 10 = 10,0797 г/моль

58,1243 г/моль = 58,1 г/моль.

Теперь определим количество молей каждого вещества в смеси. Соотношение масс пропана и бутана

100: 400; если использовать не тонны, а граммы, то соотношение останется тем же самым — 100: 400. Рассчитаем количество вещества (молей) из соотношения;

n = т/Мr, где n — число молей; Mr — молярная масса; m — масса вещества.

Число молей пропана 100 г: 44,1 г/моль - 2,27 моля;

Число молей бутана 400 г: 58,1 г/моль = 6,88 моля;

Общее число молей смеси 9,15 моля

Рассчитаем парциальное давление пропана и бутана, используя закон Рауля:

Молярный состав пропана в жидкой фазе: 2,27 = 0,248, или 24,8%.

9,15

Молярный состав бутана в жидкой фазе: 6,88 = 0,752, или 75,2%.

9,15

Парциальное давление пропана: 0,248 х 3,69 бар = 0,915 бара;

парциальное давление бутана: 0,752 х 0,78 бар = 0,587 бара.

Давление насыщенных паров смеси 1,502 бара,

давление в танке (манометрическое) ≈ 0,5 бара.

Состав смеси в газовой фазе (над поверхностью жидкости) можно рассчитать следующим образом:

содержание пропана в газовой фазе: 0,915 бара: 1,502 бара = 0,60 → 60,9%;

содержание бутана в газовой фазе: 0,587 бара: 1,502 бара = 0,391 → 39,1%.

Как можно видеть, газ, всасываемый компрессором в систему повторного сжижения, состоит на 60,9% из паров пропана и на 39,1% из паров бутана, несмотря на то, что в жидкой фазе содержится всего 24,8% пропана.

Такие расчеты надо выполнять заранее, чтобы определить установочное давление для предохранительных клапанов на танках (MARVS — Maximum Allowed Relieve Valve Setting) и максимально допустимое давление конденсации смеси в системе повторного сжижения, поскольку пропан имеет более высокое давление конденсации, нежели бутан.

Следует иметь в виду, что все газы, перевозимые на судах, фактически представляют собой смесь целого ряда различных газов. Например, промышленный пропан содержит от 95 до 98% пропана, 1—3% этана и около 1% бутана.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: