Розрахунок температури суміші рідкої фази вантажу

Теплота завжди передається від більш теплого тіла до менш теплого, іншими словами, від тіла з високою температурою - до тіла з низькою температурою.

Припустимо, що два речовини змішані без освіти хімічної реакції, т. Е. Не виникає виділення або поглинання тепла. В цьому випадку можна сказати, що передане тепло одно тепла отриманого. При цьому ми припускаємо, що передачі тепла навколишньому середовищу немає.

Теплота, яку одна речовина передало іншому в процесі їх змішування, дорівнює теплоті, отриманої ще одним речовиною.

Іншими словами, передача теплоти буде відбуватися до тих пір, поки температури речовин не зрівняються.

Таке визначення використовується на практиці при перевезенні газової суміші зріджених пропану і бутану з різною теплоємністю і різними температурами при їх змішуванні на борту судна.

В цьому випадку ми заздалегідь можемо порахувати температуру суміші зріджених газів, знаючи початкові параметри кожного газу до їх змішання. А знаючи температуру суміші, ми можемо визначити і тиск в танку, і щільність вантажу.

Перш за все запишемо у вигляді формули вже відоме рівність - теплота отримана дорівнює теплоті відданої:

де ліва половина рівності визначає теплоту однієї рідини, а права - теплоту інший. Найпростіше це можна розглянути на прикладі.

Приклад: Змішують 5 кг пропану при температурі tp = -40 ° С і 8 кг бутану при температурі tb = 2 ° С. Питома теплоємність пропану сp = 2476 Дж / кг К, а бутану сb = 2366 Дж / кг К. Визначимо температуру суміші газів Тm.

Рішення: Ясно, що Тb> Тm> Тp, і можна записати для пропану

Для нашого випадку

ΔTp = (Tm - 233); ΔTb = (275 - Tm). Розрахуємо температуру суміші за формулою (1):

mp • cp = ΔTp = mb • cb • ΔTb = 5 • 2476 • (Тm -233) = 8 • 2366 • (275 - Тm) = 12380 • Тm - 2884540 =

= 5205200 - 18928 • Тm Звідси 31308 • Тm = 8089740, або

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

У загальному випадку розрахунок температури суміші можна виразити формулою:

Закон Дальтона можна виразити таким чином:

де pT - загальний тиск суміші газів; pA + pB - парціальний тиск кожного газу; nА - кількість молей газу А в обсязі; nВ - кількість молей газу В в обсязі; R- універсальна газова постійна, рівна 8,314 Дж / (К • моль); Т - абсолютна температура суміші газів; V- об'єм суміші газів, м 3.

Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків кожного з газів, що складають суміш.

Парціальний тиск - це тиск чистого газу (без домішок) в даному обсязі при заданій температурі.

Для обчислення тиску суміші використовують поняття масової концентрації газу g i і молярної концентрації газу ri,

де GiіGcm- маса газу і маса суміші газів; niіncm- кількості речовини газу і суміші газів (моль).

При перевезенні суміші зріджених газів важливо знати, який тиск буде в танку при даній температурі. Це потрібно для визначення параметрів компресорної установки.

Розглянемо кілька простих методів розрахунку тиску парів, якщо відомий молярний або ваговій склад суміші, зануреної на борт.

Приклад: Судно має занурити суміш газів, що складається з 100 т пропану і 400 т бутану, температура суміші становить -8 ° С (див. Розрахунок температури суміші газів). Тиск насичених парів пропану при цій температурі, визначене за графіком або взяте з таблиці, 3,69 бару. А тиск насичених парів бутану при цій же температурі 0,78 бару. Необхідно визначити тиск насичених парів суміші (т. Е. Загальний тиск в танку) і процентний склад газової фази над поверхнею рідини.

Рішення: Розрахуємо молярное співвідношення пропану і бутану в складі суміші. Для цього визначимо моляр-ву масу пропану C3H8 і бутану C4H10. За допомогою періодичної таблиці елементів знаходимо, що один атом вуглецю має масу 12,01115 г / моль, а атом водню - 1,00797 г / моль.

Тоді молярна маса пропану 12,01115 г / моль х 3 = 36,03345 г / моль

1,00797 г / моль х 8 = 8,06376 г / мовляв ь

44,09721 г / моль = 44,1 г / моль;

молярна маса бутану 12,01115 г / моль х 4 = 48,0446 г / моль