Теплофизические свойства метана. Критические параметры газов

При проведении тепловых расчетов газопроводов необходимо знать зна­чение удельных теплоемкостей газов. Удельной теплоемкостью газа называется количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы (или объема) газа, чтобы температура его в данном процессе изменилась на 1° С.

Теплоемкость газа зависит от характера протекаемого процесса. Например, если в газгольдере находится газ, который подогревается на 1°С, но при этом в различных случаях объем газа меняется по-разному. Работа газа будет различной. В связи с этим и теплоемкость газа будет не одинакова. Она будет зависеть от характера протекающего процесса.

Наибольшее распространение в термодинамических расчетах получили теплоемкости двух простейших процессов: при постоянном давлении С р и при постоянном объеме С v .

В каком-либо определенном процессе изменения состояния газа количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1°С при данном давлении, зависит от абсолютной температуры газа. Количество тепла оказывается разным при различных температурах газа. При данной температуре газа количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1°С, зависит от величины давления.

Для городских газопроводов теплоемкость газов изменяется в узких пределах, поэтому величину теплоемкости можно принимать постоянной.

Значения массовой теплоемкости С р некоторых газов (в кДж/(кг∙К):

Бутан……….1,592 2,021

Воздух……...1,003 1.010

Метан……….2,165 2.448

Пропан……...1,549 2,016

В табл. 7.2 приведены значения массовой теплоемкости при постоянном давлении для метана в зависимости от давления и температуры. Для идеальных газов справедливо соотношение (закон Майера):

где с р - удельная теплоемкость при постоянном давлении в Дж/(кг∙К); с υ - удельная теплоемкость при постоянном объеме в Дж/(кг∙К); R - газовая постоянная в Дж/(кг∙К).

Таким образом, если известна величина удельной теплоемкости при постоянном давлении, можно определить теплоемкость при постоянном объеме.

Массовые удельные теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме идеальных газов являются функцией только одной температуры, т. е. зависят только от температуры.

Таблица 7.2

Массовые теплоемкости С р (в кДж/(кг ∙К) метана при постоянном давлении

В таблице указана плотность метана при различных температурах , включая плотность этого газа при нормальных условиях (при 0°С). Также приведены его теплофизические свойства и характеристики других газов метанового ряда.

Представлены следующие теплофизические свойства газов метанового ряда: коэффициент теплопроводности λ , η , число Прандтля Pr , кинематическая вязкость ν , массовая удельная теплоемкость C p , отношение теплоемкостей (показатель адиабаты) k , коэффициент температуропроводности a и плотность газов метанового ряда ρ . Свойства газов даны при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры — в интервале от 0 до 600°С.

К газам метанового ряда относятся углеводороды с брутто-формулой C n H 2n+2 такие, как: метан CH 4 , этан C 2 H 6 , бутан C 4 H 10 , пентан C 5 H 12 , гексан C 6 H 14 , гептан C 7 H 16 , октан C 8 H 18 . Их еще называют гомологический ряд метана.

Плотность газов метанового ряда при увеличении их температуры снижается из-за теплового расширения газа. Такой характер зависимости плотности от температуры свойственен и . Следует также отметить, что плотность газов метанового ряда растет по мере увеличения количества атомов углерода и водорода в молекуле газа (числа n в формуле C n H 2n+2).

Наиболее легким газом из рассмотренных в таблице является метан — плотность метана при нормальных условиях равна 0,7168 кг/м 3 . Метан при нагревании расширяется и становиться менее плотным. Так, например при температуре 0°С и 600°С, плотность метана отличается приблизительно в 3 раза.

Теплопроводность газов метанового ряда снижается при увеличении числа n в формуле C n H 2n+2 . При нормальных условиях она изменяется в диапазоне от 0,0098 до 0,0307 Вт/(м·град). По данным в таблице следует, что наибольшей теплопроводностью обладает такой газ, как метан — его коэффициент теплопроводности, например при 0°С, равен 0,0307 Вт/(м·град).

Наименьшая теплопроводность (0,0098 Вт/(м·град) при 0°С) свойственна газу октану. Следует отметить, что при нагревании газов метанового ряда их теплопроводность увеличивается.

Удельная массовая теплоемкость газов, входящих в гомологический ряд метана при нагревании увеличивается. Также увеличивают свои значения такие их свойства, как вязкость и температуропроводность.

В таблице приведены значения теплопроводности газов в зависимости от температуры и давления.
Значения теплопроводности указаны для температуры в интервале от 20 К (-253 °С) до 1500 К (1227 °С) и давлении от 1 до 1000 атмосфер.

В таблице дана теплопроводность следующих газов : , , фреон-14 CF 4 , этилен C 2 H 4 . Размерность теплопроводности Вт/(м·град).

Следует отметить, что теплопроводность газов при росте температуры и давления увеличивается . Например, теплопроводность газа аммиака при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении составляет величину 0,024 Вт/(м·град), а при его нагреве на 300 градусов, теплопроводность увеличивается до значения 0,067 Вт/(м·град). Если увеличивать давление этого газа до 300 атмосфер, то значение теплопроводности станет еще выше и будет иметь значение 0,108 Вт/(м·град).

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность неорганических газов в зависимости от температуры

В таблице даны значения теплопроводности неорганических газов в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов указаны при температуре от 80 до 1500 К (-193…1227 °С).

В таблице приведена теплопроводность следующих газов: закись азота N 2 O, сера шестифтористая SF 6 , оксид азота NO, сероводород H 2 S, аммиак NH 3 , серы диоксид SO 2 , водяной пар H 2 O, диоксид углерода CO 2 , пар тяжелой воды D 2 O, воздух.

Следует отметить, что теплопроводность неорганических газов увеличивается с ростом температуры газа.

Примечание: Теплопроводность газов в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность органических газов в зависимости от температуры

В таблице указаны значения теплопроводности органических газов и паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов приведены в таблице в интервале температуры от 120 до 800 К.

Дана теплопроводность следующих органических газов и жидкостей: ацетон CH 3 COCH 3 , октан C 8 H 18 , пентан C 5 H 12 , бутан C 4 H 10 , гексан C 6 H 14 , пропилен C 3 H 6 , гептан C 7 H 16 , спирт амиловый C 5 H 11 OH, ксилол C 8 H 10 , спирт изопропиловый C 2 H 7 OH, метан CH 4 , спирт метиловый CH 3 OH, углерод четыреххлористый CCl 4 , циклогексан C 6 H 12 , этан C 2 H 6 , углерод четырехфтористый CF 4 , фреон-11 CFCl 3 , этил хлористый C 2 H 5 Cl, фреон-12 CF 2 Cl 2 , этилен C 2 H 4 , фреон-13 CF 3 Cl, этилформиат HCOOC 2 H 5 , фреон-21 CHFCl 2 , эфир диэтиловый (C 2 H 5) 2 O.

Как видно по данным таблицы, значение теплопроводности органических газов также увеличивается с ростом температуры газа .

Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Например, теплопроводность пара ацетона при температуре 400 К (127°С) равна 0,0204 Вт/(м·град).