第2章 天然气物理化学性质.

第二章天然气物理化学性质

学习目标

1、掌握天然气组成及其表示方法；

2、掌握天然气理想气体、实际气体气体状态方程及带压缩因子的状态方程；

3、熟悉天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质。

学习指导

天然气的组成；

天然气的容积分数；

天然气的摩尔分数；

天然气组成表示法天然气分子量；

天然气平均密度；

天然气相对密度；

临界参数。

理想气体状态方程；

天然气气体状态方程实际气体状态方程；

带压缩因子的状态方程。

粘度

天然气物理性质

湿度

比热和比热容天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质天然气热力性质焓

熵

导热系数

天然气燃烧热值

天然气的燃烧性质天然气的爆炸极限

华白数、燃烧势

内容

一、天然气组成表示法

1.天然气的组成

2.天然气的容积分数：i i i i y n

n V V y ===' 天然气的摩尔分数：∑==

i i i i n n n n y 3.天然气分子量：∑=i i M

y M 4.天然气平均密度：i i i i V y M y ∑∑=/ρ

天然气相对密度：a ρρ/=∆ 5. 临界参数：∑=ci i c T y T ； ∑=ci i c P y P ； ∑=ci i c y ρρ

适用：各组分的临界压力和临界比容接近（<20%），且任意二组分的临界温度满足0.5<

Tci/Tcj <2的条件，否则，可能有很大计算误差。

对比参数：c r P P P /=； c r T T T /=；

c r ρρρ/=；或 c r ννν/= 二、天然气气体状态方程

1.理想气体状态方程：pV=mRT=nR M T

2.实际气体状态方程：

（1）范德瓦耳方程：(P+a/V 2)（V-b ）＝RT

（2）R-K 方程：)

(5.0b V V T a b V RT P +--= （3）SRK 方程：)(b V V a b V RT P +--=

（4）PR 状态方程：)

()(b V b b V V a b V RT P -++--= （5）L-E-E 方程是一个多参数状态方程：())

)((b V b V V bc b V V a b V RT p +-++--= （6）BWRS 方程：3240302000)()(ρρρT d a bRT T E T D T C A RT B RT P --+-+-

-+=

)exp()1()(2223

5γργρρρα-++++T

c T b a 3.带压缩因子的状态方程：

),(1r r r T P f =ρ

c c c c RT P Z ρ= r

r c c c c r ZT P Z ZRTP P RT Z ==ρ ),,,(r c r r Z T P f Z ρ'= ； ),,(2c r r Z T P f Z =

c Z 在0.23~0.31范围内，化为：),(3r r T P f Z =表达式叫修正的对比态原理。

Z 是一个状态参数，通过实验来确定。但对理想气体，在任何状态下都有Z=1。

三、天然气的物理性质、热力性质和燃烧性质

1.天然气物理性质：粘度、湿度

2.天然气热力性质：比热和比热容，焓，熵，导热系数

3.天然气的燃烧性质：天然气燃烧热值，天然气的爆炸极限，华白数、燃烧势

练习

一、填空题

1、天然气的组成以 气体为主，并含有少量 气体。

2、标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为 。

3、在常温常压下，天然气的爆炸限为_______。

4、不计算水的汽化热的天然气热值称为天然气的_______。

答案：1、低分子饱和烃类，非烃类；

2、天然气的平均分子量；

3、5%-15%；

4、净热值。

二、选择题

1、天然气的黏度与天然气的（ ）有关。

A 、相对分子质量、组成、温度、压力

B 、相对分子质量、密度、温度、压力

C 、组成、密度、湿度、压力

D 、相对分子质量、组成、密度、压力

2、天然气的相对密度，是指压力为（ ），温度为273.15k 条件下天然气密度与空气密度

的比值。

A 、1MPa

B 、1KPa

C 、101.32KPa

D 、1Pa

答案：1、A 2、C

三、简答题

1、推导摩尔分数与容积分数的关系。

答：定义混合物中各组分的容积为V i ，总容积V ；

摩尔分数y i ：i 组分的摩尔数n i 与混合物总摩尔数n 的比值。

∑=='i i i i V V V V y ； 1='∑i y ；∑==i i i i n n n n y ； 1=∑i y

由分压定律，存在p i V= n i R M T ；pV=nR M T

由分容定律，存在pV i = n i R M T ；pV=nR M T

p

p n n y i i i ==； i i i i y n n V V y ===' 结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的

比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。

测验

一、填空题

1、在标准状态下，气体的密度与干空气的密度之比称为 。

2、20℃标准状态，混合气体密度的计算公式 。

3、对于理想气体,绝热指数是指__________________，用符号 。

4、熵是_______随状态变化而变化，只决定于初始状态与终了状态,与路径无关。熵的变化

表征了_____________________。

5、温度越大，天然气的爆炸范围____，温度越低，天然气的爆炸范围____。

答案：1、相对密度；

2、∑=i i M y 055

.241ρ。 3、其比定压热容与必定容热容之比值),V

P C C k = 4、状态参数，可逆过程中热交换的方向与大小

5、越高，越小

二、选择题