Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе

Плотность (density): Масса газовой пробы, деленная на ее объем при определенных значениях давления и температуры.

Относительная плотность (relative density): Плотность газа, деленная на плотность сухого воздуха стандартного состава (приложение В ГОСТ 31369-2008) при одинаковых заданных значениях давления и температуры. Термин «идеальная относительная плотность» применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются средами, которые подчиняются закону идеального газа; термин «реальная относительная плотность» применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются реальными средами.

Число Воббе (Wobbe index): Значение высшей объемной теплоты сгорания при определенных стандартных условиях, деленное на квадратный корень относительной плотности при тех же стандартных условиях измерений.

Число Воббе – характеристика горючего газа, определяющая взаимозаменяемость горючих газов при сжигании в бытовых и промышленных горелочных устройствах, измеряется в мегаджоулях на кубический метр.

Относительная плотность идеального газа не зависит от выбора стандартного состояния, и ее вычисляют по формуле (9):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru , (9)

где Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru – относительная плотность идеального газа;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru – молярная масса j-го компонента;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru – молярная масса сухого воздуха стандартного состава.

В таблице 1 (раздел 10) ГОСТ 31369-2008 приведены значения молярной массы компонентов природного газа. В разделе В.3 (приложение В ГОСТ 31369-2008) приведен состав стандартного воздуха; рассчитанное значение Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru равно 28,9626 кг·кмоль-1.

Плотность идеального газа зависит от его температуры t и давления p, и ее вычисляют по формуле (10):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru , (10)

где Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru – плотность идеального газа;

R– универсальная газовая постоянная,

T – абсолютная температура, К.

Число Воббе идеального газа вычисляют по формуле (11):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru , (11)

где Wo– число Воббе идеального газа;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru – значение идеальной объемной теплоты сгорания смеси.

Представление результатов

Числозначащихцифр, котороеследуетприводитьдлязначениякаждогопоказателякачестваприродногогаза, должноотражатьожидаемуюточностьвычисленияопределяемогопоказателя. Дажев случае«совершенного»анализарезультатвычисленийдлясмесейнеследуетзаписыватьсчислом значащихцифрпослезапятой, превышающим:

значениемолярнойтеплотысгорания– 0,01 кДж·моль-1

значениемассовойтеплотысгорания– 0,01 МДж·кг-1

значениеобъемнойтеплотысгорания– 0,01 МДж·м-3

относительнуюплотность– 0,0001

плотность – 0,0001 кг·м-3

числоВоббе– 0,01 МДж·м-3.

Необходимо, однако, обратитьвниманиенато, действительнолианалитическиеданныеподтверждаютвозможностьзаписирезультатавустановленныхединицахстакимчисломзначащихцифрпосле запятой, и, еслинет, следуетсоответственноуменьшитьихчисло.

На основании рассчитанных значений физико-химических показателей устанавливается соответствие природного газа ГОСТ 5542-87 «Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия» (Таблица 2).

Таблица 2

Наименование показателя Норма по ГОСТ 5542-87 Рассчитанные значения Вывод о соответствии Примечание
Теплота сгорания низшая, МДж/м3 (ккал/м3), при 20 °С, 101,325 кПа, не менее        
Область значений числа Воббе (высшего), МДж/м3        
Допустимое отклонение числа Воббе от номинального значения, %, не более        

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 31371.1-2008 «Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 1. Руководство по проведению анализа»

2. ГОСТ 31371.3-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 3. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов до С8 с использованием двух насадочных колонок».

3. ГОСТ 31371.7-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов.»

4. ГОСТ 31369-2008 (ИСО 6976:1995) «Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава».

5. Н.И. Царев, В.И. Царев, И.Б. Катраков Практическая газоваяхроматография. Издательство АГУ, Барнаул, 2000.

6. Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В.Хроматографические методы анализа. МГУ, 2007.

7. Баффингтон Р., Уилсон М. Детекторы для газовой хроматографии: Пер.сангл./ Под ред. В.Г. Березкина. −М.: Мир, 1993. − 80 с.

8. Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. –М.:Химия, 1990. −352 с.

Приложение А

Пример расчета состава и свойств газа

1.Зная концентрацию этана в поверочной газовой смеси, и отклик детектора при градуировке (Таблица А.1), по формуле (1) определяется градуировочный коэффициент.

Таблица А.1 – Градуировка компонента: "Этан"

Объем Концентрация Отклик по площади
2.1 789.920370456996 2.6 7659.870
2.2 790.10673358395 2.6 7677.040
2.3 789.977089669547 2.6 7663.767

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

2. Рассчитывается среднеарифметическое значение градуировочных коэффициентов по формуле (2):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Аналогичный расчет производится по всем компонентам, входящих в состав исследуемого газа.

3. Затем на основании данных хроматограммы ислледуемого газа (Таблица А.2) определяется молярная доля компонентов в нем по формуле (3).

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru

Таблица А.2 – Компонентный состав газа

Время, мин Компонент Площадь Высота Детектор
1.827 Диоксид углерода 526.576 84.311 ДТП-1
3.809 Этан 1880.997 155.924 ДТП-1
9.708 Пропан 859.723 61.006 ДТП-1
0.729 Гелий 47.024 16.041 ДТП-2
0.858 Водород 124.835 41.331 ДТП-2

Аналогичным образом вычисляются молярные доли остальных компонентов в газе. Данные заносятся в Таблицу А.3.

Таблица А.3

Компонент Молярная доля, %
Диоксид углерода 0.79
Этан 0.64
Пропан 0.98
Гелий 0.02
Водород 0.12

4. Рассчитывают молярную долю метана в пробе газа по формуле (4):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Полученные данные заносят в сводную таблицу А.4. Сюда же вносятся значения молярной массы, значения низшей и высшей теплот сгорания компонентов. (Данные берутся из раздела 10 ГОСТ 31369-2008 «Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава»).

5. Определяется значение Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ] для каждого компонента:

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

После чего, суммированием по формуле (7) определяется молярная масса смеси (в данном случае она составляет 16,6094 кг·кмоль-1).

6. Затем вычисляется значение Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru )] для каждого компонента для высшей и низшей теплот сгорания:

Таблица А.4

Компонент (j-й) Молярная масса Mi, кг·кмоль-1 Значение низшей теплоты сгорания (15°С), кДж·моль-1 Значение высшей теплоты сгорания (15°С), кДж·моль-1 Молярная доля xi Молярная доля×молярная масса, кг·кмоль-1 Молярная доля×значение теплоты сгорания (низшей), кДж·моль-1 Молярная доля×значение теплоты сгорания (высшей), кДж·моль-1
Метан 16.043 802.69 891.56 0,9745 15,633904 782,22141 868,82522
Диоксид углерода 44.010 - - 0.0079 0,347679 - -
Этан 30.070 1428.84 1562.14 0.0064 0,192448 9,144576 9,997696
Пропан 44.097 2043.37 2221.10 0.0098 0,4321506 20,025026 21,76678
Гелий 4.0026 - - 0.002 0,0008005 - -
Водород 2.0159 241.72 286.15 0.0012 0,0024191 0,290064 0,34338
СУММА 1.0 16,6094 811,68 900,93

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

Полученные данные заносятся в таблицу А4. После чего, суммированием по формуле (5) определяется низшая молярная теплота сгорания смеси (в данном случае она составляет 811,68кДж·моль-1) и высшая молярная теплота сгорания смеси (900,93 кДж·моль-1).

6. Определяют значения массовых теплот сгорания по формуле (6):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ; - для низшей теплоты сгорания,

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ; - для высшей теплоты сгорания.

8. Вычисляют объемные теплоты сгорания по формуле (8):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ; - для низшей теплоты сгорания,

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ; - для высшей теплоты сгорания,

9. Определяют относительную плотность по формуле (9):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

10. Вычисляют плотность по формуле (10):

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru ;

11.В соответствии с формулой (11) вычисляют число Воббе:

Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе - student2.ru .

Наши рекомендации