Теплоемкость пропана и бутана

Удельная теплоемкость органических жидкостей и газов

В таблице приведена зависимость удельной изобарной теплоемкости органических жидкостей и газов от давления и температуры. Значения теплоемкости приведены в диапазоне температуры от 90 до 1000°С и давления от 1 до 1000 атм. ( от 0,1 до 100 МПа) в размерности кДж/(кг·град).

Указана теплоемкость следующих веществ: дифторхлорметан (фреон-22 CHF2Cl), метан CH4, пропан C3H8, трифторметан (фреон-23 CHF3), этан C2H6, этилен C2H4.

При атмосферном давлении удельная теплоемкость органических жидкостей при их нагревании увеличивается. Повышение давления (до некоторого предела) также приводит к увеличению их теплоемкости. Однако, при высоких давлениях (в сотни атмосфер), теплоемкость жидкостей начинает снижаться.

Примечание: значения теплоемкости ниже жирной горизонтальной черты в таблице относятся к газовой фазе; остальные значения — к жидкой.

Свойства органических жидкостей

В таблице даны теплофизические свойства (плотность, теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность) органических жидкостей при температуре 300 К (27°С).

Указаны свойства следующих веществ: карборан C2H12B10, малеиновый ангидрид C4H2O3, нитрогуанидин CH4O2N4, резинат кальция (C20H29O2)2Ca, стеарат цинка (C18H35O2)2Zn, уротропин C6H12N4, фталевый ангидрид C8H4O3, эфир Гарпиуса (C20H29OH)3.

Расчет температуры смеси жидкой фазы груза

Теплота всегда
передается от более теплого тела к менее
теплому, иными словами, от тела с высокой
температурой — к телу с низкой
температурой.

Предположим, что два
вещества смешаны без образования
химической реакции, т. е. не возникает
выделения или поглощения тепла. В этом
случае можно сказать, что переданное
тепло равно теплу полученному. При этом
мы предполагаем, что передачи тепла
окружающей среде не происходит.

Теплота, которую одно
вещество передало другому в процессе
их смешивания, равна теплоте, полученной
другим веществом.

Иными словами, передача
теплоты будет происходить до тех пор,
пока температуры веществ не сравняются.

Такое определение
используется на практике при перевозке
газовой смеси сжиженных пропана и бутана
с разной теплоемкостью и разными
температурами при их смешивании на
борту судна.

В этом случае мы заранее
можем сосчитать температуру смеси
сжиженных газов, зная первоначальные
параметры каждого газа до их смешения.
А зная температуру смеси, мы можем
определить и давление в танке, и плотность
груза.

Прежде всего запишем
в виде формулы уже известное равенство
— теплота полученная равна теплоте
отданной:

m1
• C1
• ΔT1
=
т2
•
c2
•
ΔT2,
(1)

где левая половина
равенства определяет теплоту одной
жидкости, а правая — теплоту другой.
Наиболее просто это можно рассмотреть
на примере.

Пример:
Смешивают 5 кг пропана при температуре
tp
= -40°С и 8 кг бутана при температуре tb
=2°
С. Удельная теплоемкость пропана сp
= 2476 Дж/кг К, а бутана сb
= 2366 Дж/кг К. Определим температуру смеси
газов Тm.

ΔTp
= (Tm-Tp),
a
для бутана ΔТb
= (Tb
—Tm),

Для нашего случая

ΔTp=
(Tm
— 233); ΔTb
= (275 — Tm).
Рассчитаем
температуру смеси по формуле (1):

mp
• cp
= ∆Tp

= mb
•cb
• ∆Tb
= 5
• 2476 • (Тm
-233) = 8 • 2366 • (275 —
Тm)
= 12380 • Тm

—
2884540 =

=
5205200 — 18928 • Тm
Отсюда 31308 • Тm
= 8089740, или

Тm
=
8089740 =
258,39 = 258,4 – 273 = -14,6°C

В общем
случае расчет температуры смеси можно
выразить формулой:

Закон Дальтона можно
выразить следующим образом:

где pT
—
общее давление смеси газов; pA
+ pB
—
парциальное давление каждого газа; nА
—
количество молей газа А
в объеме; nВ
—
количество молей газа В
в объеме; R
—
универсальная газовая постоянная,
равная 8,314 Дж/(К • моль);
Т
—
абсолютная температура смеси газов; V
—
объем смеси газов, м3.

Давление смеси газов
равно сумме парциальных давлений
каждого из газов, составляющих смесь.

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

Для вычисления
давления смеси используют понятия
массовой концентрации газа gi
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/моль

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%.

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

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:

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.

Удельная теплоемкость материалов

Удельная теплоемкость вещества определяется как количество тепловой энергии, необходимой для повышения температуры одного килограмма вещества на один градус Кельвина.

Физическая размерность удельной теплоемкости:

Дж/(кг·К) = 103 Дж/(г·град) = Дж·кг-1·К-1 = м2·с-2·К-1.

Литература

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м3.

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Параметры сжиженного газа, его внутренние процессы – температура, давление, энергия и т. п. важно учитывать во время транспортировки на газовозах. Поэтому уделим этому пристальное внимание.

В данном материале подробно рассмотрим варианты состояний сжиженных веществ, критические показатели смесей и как их избежать при перевозке химических и нефтяных веществ.

Идеальный газ

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называются газовыми законами.

Процессы же, протекающие при постоянстве одного из параметров, называются изопроцессами.

Идеальный газ – это газ, который имеет следующие свойства:

Критические температура и давление

Теоретически, все газы можно сжижать при охлаждении их до определенной температуры или же путем их сжатия. Некоторые газы необходимо предварительно охладить перед их сжатием. Рассматривая этот вопрос подробнее, можно установить, что все газы имеют строго определенную температуру и давление, при которых их можно обратить в жидкость (рис. 1). Такие параметры называются критическими.

Рис.1 Зависимость давления насыщения и температуры для химических газов

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)

Состояние идеального газа характеризуют три инструментально измеряемых параметра:

Существует общая зависимость, связывающая между собой эти параметры, которая называется уравнением состояния. Параметры состояния, изменяющиеся в процессе, не зависят от пути процесса и определяются только начальным и конечным состояниями.

Рис. 2 Зависимость давления насыщения и температуры для нефтяных газов

Для идеального газа уравнение состояния имеет самый простой вид и называется уравнением Клапейрона-Менделеева:

есть массовая газовая постоянная число 8 314 Дж/(кмоль K), определенное Д. И. Менделеевым, универсальная газовая постоянная для мольного количества газа, а – мольное число газа, равное его молярной массе.

Уравнение, устанавливающее связь между давлением, температурой и объёмом газов было получено французским физиком Бенуа Клапейроном. А в форме уравнения состояния идеального газа его впервые использовал Д. И. Менделеев.

Как видно, два параметра определяют третий в любом термодинамическом процессе с неизменным количеством идеального газа.

Многие процессы, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно приближенно рассматривать как процессы, в которых меняются лишь давление и температура.

Тщательная экспериментальная проверка газовых законов современными методами показала, что эти законы достаточно точно описывают поведение реальных газов при небольших давлениях и высоких температурах, в противном случае наблюдаются значительные отступления от уравнения состояния.

Это объясняется двумя причинами:

Какой объём займут 96 г кислорода при 3-х (300 000 Па) барах давления и температуре +77 °С.

В периодической таблице элементов мы видим, что атомная масса кислорода составляет 15,9994. Это значит, что один моль кислорода (6,02 · 1023 атомов) будет иметь массу ~16 г. Соответственно молекула кислорода, состоящая из 2-х атомов, будет иметь массу 32 г/моль.

заметим, что Дж = Н · м, а Па = Н/м2.

Определим, какое количество паров (масса) содержится в танке объёмом 5 000 м3 после выгрузки бутана (), если манометрическое давление в танке составляет 0,1 бара, а температура +5 °С?

Из уравнения состояния идеального газа

Определим искомую величину

Для нашего примера давление будет равно сумме манометрического и атмосферного давлений

или же 1,11 · 105 Па, а температура T = 273 + 5 °С.

Подставляя известные величины в выражение (Формула 1) получим массу паров бутана, оставшихся в грузовом танке после выгрузки сжиженного газа.

Основы термодинамики

Термодинамика возникла как наука о взаимном превращении двух форм энергии – теплоты и механической работы. В настоящее время термодинамика занимается исследованием практически всех явлений, связанных с получением или потреблением энергии, совершением работы, переносом вещества и т. д.

Техническая термодинамика исследует соотношения между параметрами термодинамических систем и совершаемой работой. Материальные тела, входящие в состав термодинамических систем делятся на:

Состоянием системы называют определенное сочетание её свойств в данный момент времени.

Рабочее тело, изменяя своё состояние под воздействием источников тепла и теплоприемников (посредством технических устройств) превращает один вид энергии в другой.

Параметром состояния системы называют такой её показатель, изменение которого обязательно связано с изменением состояния системы.

Всякое изменение состояния тела или системы, связанное с теплообменом или механическим воздействием, называют термодинамическим процессом.

Замкнутую совокупность последовательных термодинамических процессов называют термодинамическим циклом (чаще просто циклом).

Параметры состояния, изменяющиеся в процессе, не зависят от пути процесса и определяются только начальным и конечным состояниями. Повторим, что, основными параметрами системы, представляющей собой не перемещающийся объём газа как рабочего тела, являются:

Напомним также, что все три основных параметра находятся в определенном математическом соотношении, называемом уравнением состояния. Для идеального газа оно имеет вид уравнения Клапейрона-Менделеева:

Основу термодинамики составляют два её закона, или начала:

Внутренняя энергия и энтальпия

Тело, как система составляющих его частиц обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия не зависит ни от механического движения тела, ни от его местоположения относительно других тел и является исключительно функцией состояния тела.

С позиции молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия – это сумма потенциальной энергии взаимодействия частиц, составляющих тело, и кинетической энергии их беспорядочного теплового движения.

Кинетическая энергия движения частиц зависит от температуры, а потенциальная энергия взаимодействия зависит от расстояния между частицами, т. е. от объёма тела.

Если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю, газ называется идеальным, а его внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии движения молекул и пропорциональна его абсолютной температуре.

Изменение внутренней энергии определяется формулой:

Удельную внутреннюю энергию относят к 1 кг массы газа:

которая является функцией состояния неподвижного вещества.

Сумма внутренней энергии и энергии введения газа в объём под давлением – есть полная энергия, называемая энтальпией:

В термодинамических процессах интерес представляет не само по себе значение внутренней энергии или энтальпии, а их изменение при переходе тела из состояния 1 в состояние 2, поскольку изменение параметров состояния в термодинамической системе не зависит от вида процесса.

Как видим, приток тепла через переборку танка будет на несколько порядков выше, чем приток тепла через 10 см слой изоляции. Правда этот расчет не является реалистичным, поскольку на практике мы не сталкиваемся с тем, чтобы вся изоляция танка отвалилась. Даже в таком, гипотетическом случае, на внешней поверхности танка будет образовываться слой льда, который будет выполнять роль своего рода изолирующего материала. В этом случае приток тепла в танк будет значительно ниже.

Диаграмма Молье

Наиболее важным в практическом плане является понимание того, как можно рассчитать время охлаждения груза в зависимости от имеющегося оборудования на борту судна. Поскольку возможности судовой установки по сжижению газов во многом определяют время стоянки судна в порту, то знание этих возможностей и правильное их использование позволят нам заранее планировать стояночное время, поможет избежать ненужных простоев и претензий к судну.

Диаграмма, которая приводится ниже (рис. 8), рассчитана только для пропана, но метод её использования для всех газов одинаков.

Рис. 8 Диаграмма «Молье» для пропана

Диаграмма с осями давления – энтальпия иногда называется диаграммой Молье. В ней используется логарифмическая шкала абсолютного давления () – на вертикальной оси, на горизонтальной оси () – натуральная шкала удельной энтальпии (рис. 8, 9). Давление – в МПа (мега Паскалях), 0,1 МПа = 1 бар, поэтому в дальнейшем будем использовать бары. Удельная энтальпия измеряется в кДж/кг. В дальнейшем при решении практических задач мы будем постоянно использовать диаграмму Молье (но только её схематичное изображение, с тем, чтобы отчетливее понимать физику тепловых процессов, происходящих с грузом).

На диаграмме мы можем заметить своего рода «сачок», образованный кривыми. Границы этого «сачка» представляют собой пограничные кривые смены агрегатных состояний сжиженного газа, а именно переход жидкости в насыщенный пар. Все что находится слева от «сачка» представляет собой переохлажденную жидкость, а все то, что справа от «сачка» относится к перегретому пару (рис. 9).

Пространство между этими кривыми представляет собой различные состояния смеси насыщенных паров пропана и жидкости отражает процесс фазового перехода. На ряде примеров, рассмотрим практическое использование диаграммы Молье.

Рис. 9 Основные кривые диаграммы «Молье»

Проведите линию, соответствующую давлению в 2 бара (0,2 Мpа) через участок диаграммы, отражающий смену фаз (рис. 10). Найдем энтальпию для 1 кг кипящего пропана при абсолютном давлении 2 бара.

Рис. 10 Пример 1

Как уже отмечалось выше, кипящий жидкий пропан характеризуется левой кривой диаграммы. В нашем случае это будет точка «А». Проведя из точки А вертикальную линию к шкале h, мы определим значение энтальпии, которое составит 460 кДж/кг. Это означает, что каждый килограмм пропана в данном состоянии (в точке кипения при давлении 2 бара) обладает энергией в 460 кДж. Следовательно, 10 кг пропана обладают энтальпией 4 600 кДж.

Далее определим величину энтальпии для сухого насыщенного пара пропана при том же давлении в 2 бара. Для этого проведем вертикальную линию из точки «В» до пересечения со шкалой энтальпии. В результате найдем, что максимальное значение энтальпии для 1 кг пропана в фазе насыщенных паров составит 870 кДж. Внутри диаграммы линии, направленные из точки критического состояния газа вниз, отображают количество частей газа и жидкости в фазе перехода. То есть 0,1 означает, что смесь содержит 1 часть паров газа и 9 частей жидкости. В точке пересечения давления насыщенных паров и этих кривых мы определим состав смеси (её сухость или влажность).

Температура перехода постоянна в течение всего процесса конденсации или парообразования. Если пропан находится в замкнутой системе (в грузовом танке), в ней присутствуют и жидкая и газообразная фазы груза. Можно определить температуру жидкости, зная давление паров, давление паров по температуре жидкости.

Давление и температура связаны между собой, если жидкость и пар находятся в равновесном состоянии в замкнутой системе. Заметим, что кривые температуры, расположенные в левой части диаграммы, следуют почти вертикально вниз, пересекают фазу парообразования в горизонтальном направлении, и в правой части диаграммы опять опускаются вниз почти вертикально.

Предположим, что мы имеем 1 кг пропана в стадии смены фаз (часть пропана жидкость, а часть – пар). Давление насыщенных паров составляет 7,5 бар, а энтальпия смеси (пар-жидкость) равна 635 кДж/кг. Необходимо определить, какая часть пропана находится в жидкой фазе, а какая в газообразной?

Отложим на диаграмме, прежде всего известные величины, давление паров 7,5 бар и энтальпию 635 кДж/кг. Далее мы можем определить, что точка пересечения давления и энтальпии лежит на кривой, которая обозначена 0,2. А это, в свою очередь означает, что мы имеем пропан в стадии кипения и 2 (20 %) части пропана находятся в газообразном состоянии, а 8 частей (80 %) находятся в жидком состоянии.

Также можно определить температуру жидкости, которая составляет 60 °F или же +15,5 °С (для перевода температуры мы будем использовать таблицу термодинамических характеристик пропана – см. таблицуТаблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовоза «Термодинамические параметры пропана»).

Чтобы найти давление в танке (манометрическое давление) необходимо помнить, что оно меньше давления насыщенных паров (абсолютного давления) на величину атмосферного давления, равного 1 013 мбар. В дальнейшем для упрощения расчетов мы будем использовать значение атмосферного давления равное 1 бару. То есть в нашем случае давление насыщенных паров или абсолютное давление равно 7,5 бар, то манометрическое давление в танке составит 6,5 бар.

Ранее уже упоминалось, что жидкость и пары в равновесном состоянии находятся в замкнутой системе при одной и той же температуре. Это верно, однако на практике можно заметить, что пары, находящиеся в верхней части танка (в куполе) имеют температуру значительно выше, чем температура жидкости. Это обусловлено нагревом танка. Однако, такой нагрев не влияет на давление в танке, которое соответствует температуре жидкости (точнее сказать температуре на поверхности жидкости). Пары непосредственно над поверхностью жидкости имеют ту же самую температуру, что и поверхность жидкости, и, как раз на поверхности жидкости, и происходит смена фаз вещества.

Как видно (рис. 8-11), на диаграмме Молье кривые плотности направлены из левого нижнего угла диаграммы «сачка» в правый верхний угол. Значение плотности в диаграмме может быть дано в Для пересчета в СИ используется переводной коэффициент 16,02 (1,0 lb/ft3 = 16,02 кг/м3).

Рис. 11 Пример 2

В этом примере будем использовать кривые плотности. Требуется определить плотность перегретого пара пропана при абсолютном давлении 0,95 бара и температуре +49 °С (120 °F). Также определим удельную энтальпию этих паров. Процесс определения искомых параметров виден из рисунка 12.

Рис. 12 Пример 3

В наших примерах используются термодинамические характеристики для одного газа – пропана. В подобных расчетах для любого газа меняться будут только абсолютные величины термодинамических параметров, принцип же остается тот же самый для всех газов.

В дальнейшем для упрощения, большей точности расчетов и сокращения времени будем использовать таблицы термодинамических свойств газов.

Практически вся информация, заложенная в диаграмме Молье, приведена в табличной форме.

С помощью таблиц можно определить численное значение параметров груза, но трудно представить себе как идет процесс охлаждения, если не использовать хотя бы схематичное отображение диаграммы «p – h».

В грузовом танке при температуре -20 °С находится пропан. Необходимо определить как можно точнее давление газа в танке при данной температуре. Далее необходимо определить плотность и энтальпию паров и жидкости, а также определить разность энтальпии между жидкостью и парами. Пары над поверхностью жидкости находятся в состоянии насыщения при той же температуре, что и сама жидкость. Атмосферное давление в нашем случае составляет 980 миллибар. Необходимо нарисовать упрощенную диаграмму Молье и отобразить все параметры на ней (рис. 13).

Рис. 13 Пример 4

Используя таблицу, определяем давление насыщенных паров пропана. Абсолютное давление паров пропана при температуре -20 °С – 2,44526 бар. Давление в танке будет равно:

абсолютное давление – атмосферное давление = давлению в танке (избыточное или манометрическое давление)2,44526 бар – 0,980 бар = 1,46526 бар.

В колонке, соответствующей плотности жидкости находим, что плотность жидкого пропана при -20 °С составит 554,48 кг/м3. Далее находим в соответствующей колонке плотность насыщенных паров, которая равна 5,60 кг/м3.

Энтальпия же для жидкости составит 476,2 кДж/кг, а для паров 876,8 кДж/кг. Соответственно разность энтальпии составит (876,8 – 476,2) = 400,6 кДж/кг.

Несколько позже мы рассмотрим использование диаграммы Молье в практических расчетах работы установок повторного сжижения.