Сколько составляет плотность метана по воздуху
Перейти к содержимому

Сколько составляет плотность метана по воздуху

  • автор:

Газы легче воздуха

Количество газов, которые легче воздуха, невелико. Способ определения того, какие газы легче или тяжелее воздуха, заключается в сравнении их молекулярного веса (который вы можете найти в списке обнаруживаемых газов). Вы даже можете вычислить молекулярный вес M вещества, если вам известна химическая формула, установив H = 1, C = 12, N = 14, и O = 16 г/моль.

Этанол, химическая формула C2H5OH, содержит 2 C, 6 H, и 1 O, отсюда M = 2*12 + 6*1 + 1*16 = 46 г/моль;

Метан, химическая формула CH4, содержит 1 C и 4 H, отсюда M = 1*12 + 4*1 = 16 г/моль;

Молекулярный вес воздуха, состоящего из 20,9 объемн. % O2 (M = 2*16 = 32 г/моль) и 79,1 объемн. % N2 (M = 2*14 = 28 г/моль), составляет 0,209*32 + 0,791*28 = 28,836 г/моль.

Вывод: любое вещество с молекулярным весом менее 28,836 г/моль легче воздуха. Удивительно, что существует лишь 12 газов легче воздуха:

Газы легче воздуха

12 Газов, которые легче воздуха!

* На самом деле синильная кислота в большей степени жидкость, нежели газ, давление ее паров составляет 817 мбар при 20 °C (по определению, газы имеют точку кипения ниже 20°C).

Кстати: пары еще одного, крайне важного негорючего вещества легче воздуха: H2O, молярный вес — 18 г/моль. Вывод: сухой воздух тяжелее влажного, который поднимается и конденсируется наверху в облаках.

Что касается размещения газоанализаторов на горючие газы, то это необходимо учитывать лишь для метана, водорода и аммиака. Эти газы поднимаются вверх до потолка, где и следует устанавливать сенсоры.

Сколько составляет плотность метана по воздуху

Метан (CH4) имеет относительную плотность 0,554. Характерными свойствами этого газа являются горючесть и способность давать взрывчатую смесь с воздухом.

Температура воспламенения метана равна 650-750°C, однако эта температура может быть выше и ниже указанных пределов в зависимости от рода воспламенителя, способа воспламенения, содержания метана в воздухе и др.

Для метана характерным является свойство воспламеняться при соприкосновении с источником высокой температуры не сразу, а через некоторый промежуток времени, величина которого зависит от температуры воспламенения: при 650°C время запаздывания составляет 10 с, при 1000°C оно падает до 1 с и ниже.

Взрывы метана в шахтах всегда сопровождаются двумя ударными волнами — прямой и обратной. Прямая волна образуется под действием раскаленных продуктов взрыва, обладающих чрезвычайно высоким давлением. Обратная волна образуется в результате последующего понижения давления в месте взрыва, что объясняется остыванием продуктов химической реакции и конденсацией содержащихся в них паров воды. Сила обратного удара несколько меньше, чем прямого. Однако в связи с тем, что он следует по тому пути, на котором прямая волна уже оказала определенное разрушительное действие, механические эффекты, вызванные обратной волной, могут быть сильнее, чем прямой.

При концентрации метана свыше 9,5% после первичного пламени, распространяющегося с огромной скоростью и сжигающего весь кислород воздуха, может наблюдаться вторичное пламя, проходящее вследствии дожигания оставшегося метана притекающим извне кислородом воздуха. Вторичное пламя движется в направлении, обратном пути прохождения первичного пламени, и имеет меньшую скорость.

Выработка, в которой произошел взрыв, заполняется раскаленной смесью газов, полностью лишенной кислорода или содержащей его в весьма малых количествах. Эта смесь в основном содержит азот и углекислый газ, а во многих случаях — примесь оксида углерода. Оксид углерода в такой смеси содержится в больших количествах в тех случаях, когда взрыв газа происходит в присутствии угольной пыли. Причем большое количество пыли может быть вызвано при распространении ударных волн.

Газы, непригодные для дыхания, из выработки, в которой произошел взрыв, распространяются по вентиляционной сети и являются главной причиной опасности пребывания в это время людей в шахте. Расследование последствий взрывов показывает, что не менее двух третей пострадавших шахтеров бывают поражены в результате отравления оксидом углерода или кислородного голодания и накопления углекислого газа в организме.

Оксид углерода (СО)

Оксид углерода или угарный газ (СО) — газ без цвета и запаха, относительная плотность 0,97. Слабо растворимый в воде, горит и при содержании в воздухе от 13 до 75% образует взрывчатые смеси с температурой воспламенения 630-810°C (наибольшая сила взрыва при 30% СО).

Главные источники образования СО в шахтах — низкотемпературное окисление угля, пожары, взрывы метана и пыли, взрывные работы и двигатели внутреннего сгорания.

Оксид углерода или угарный газ (СО) ядовит.

Сероводород (H2S) — газ без цвета, с резким характерным запахом (тухлых яиц) и сладковатым вкусом, относительная плотность 1,17. Легко растворим в воде, образует с воздухом взрывчатую смесь, сильно ядовит.

Основными источниками сероводорода в шахтах являются гниение органических веществ, разложение водой серного колчедана, выделение из трещин и минеральных источников, эндогенные пожары, взрывные работы, взаимодействие сульфатных вод с метаном.

Кислород (О2) — газ без цвета, вкуса и запаха, слабо растворим в воде, относительная плотность 1,105. По правилам безопасности в шахтах содержание кислорода в воздухе должно быть не менее 20%. Известно, что при содержании кислорода 18% у человека наступает сонливость, при 17% начинаются отдышка и усиленное сердцебиение, а при 12% и менее — возникает смертельная опасность.

В шахту кислород поступает с атмосферным воздухом. Основными причинами уменьшения содеожания кислорода в рудничном воздухе являются выделение различных газов из окружающего массива горных пород, а также выбросы, взрывы и подземные пожары.

Горючие газы (CxHy)

Промышленные месторождения горючих природных газов встречаются в виде обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым; в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты; в виде газоконденсатных месторождений, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.

Горючие природных газы состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов — пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения горючих газов, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота.

Плотность газов и паров

Плотность газов и паров

В таблице приведена плотность газов и паров при нормальных условиях – температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Для некоторых газов, например газа стибина, плотность дана при температуре 15°С и давлении 754 мм. рт. ст.

Значение плотности газов в таблице указано в размерности кг/м 3 для следующих газов и паров: азот N2, аммиак NH3, аргон Ar, ацетилен C2H2, бор фтористый BF3, бутан C4H10, водород: бромистый HBr, йодистый HI, мышьяковистый H3As, селенистый H2Se, сернистый H2S, теллуристый H2Te, фосфористый H3P, хлористый HCl, воздух, гелий He, германия тетрагидрид GeH4, диметиламин (CH3)2NH, дифтордихлорметан CF2Cl2, дициан C2N2, закись азота N2O, кислород O2, кремний фтористый SiF4, гексагидрид Si2H6, тетрагидрид SiH4, криптон Kr, ксенон Xe, метан CH4, метиленхлорид CH3Cl, метиламин CH5N, метиловый эфир C2H6O, метилфторид CH3F, метилхлорид CH3Cl, мышьяк фтористый AsF5, неон Ne, нитрозил фтористый NOF и хлористый NOCl, озон O3, окись азота NO, пропан C3H8, пропилен C3H6, радон Rn, двуокись серы SO2 и гексафторид серы SF2, силан диметил SiH2(CH3)2, метил SiH3CH3, хлористый SIH3Cl, трифтористый SiHF3, стибин SbH3, сульфурил фтористый SO2F2, триметиламин (CH3)3N, триметилбор (CH3)3B, двуокись углерода CO2, окись углерода CO, сероокись COS, фосфор фтористый PF2, оксифторид POF3, пентафторид PF5, фтор F2, фторокись азота NO2, двуокись хлора ClO2, окись хлора Cl2O, хлорокись азота NO2Cl, этан C2H6, этилен C2H4, окись азота NO.

Плотность газов вычисляется, как отношение молярной массы газа к его молярному объему, который при 0°С и давлении 1 атм. равен 22,4 л/моль.

Следует отметить, что самым легким газом является водород — плотность этого газа при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м 3 . Для удобства восприятия плотность газов приводят именно к плотности водорода, используя при этом относительную плотность по водороду. Например, относительная плотность газа азота N2 по водороду равна 13,9.

Наибольшую плотность имеет газ радон. Этот радиоактивный газ имеет плотность при нормальных условиях 9,73 кг/м 3 , а его относительная плотность по водороду составляет величину 108,2.

Необходимо отметить, что при увеличении давления газов и паров, их плотность увеличивается пропорционально.

Значения плотности газов при нормальных условиях - таблица

Примечание: Для газов и паров, рядом со значением плотности которых, присутствует символ *, ее величина в таблице приведена при температуре 20°С.

Из анализа данных, представленных в таблице, видно, что плотность рассмотренных газов находится в диапазоне от 0,089 до 9,73 кг/м 3 .

Плотность газов в жидком и твердом состояниях при различных температурах

Значения плотности газов и паров в жидком и твердом состояниях приведены в таблице в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Величина плотности газов указана в основном при низких температурах (в интервале от -268 до 20°С), при которых они находятся в жидком, или твердом состояниях.

При низких температурах плотность некоторых газов сравнима с плотностью металлов. К плотным (тяжелым) газам в жидком состоянии можно отнести такие газы, как этилен, криптон (плотность 2371 кг/м 3 ) и ксенон (плотность 3060 кг/м 3 ). Например, плотность газа этилена при температуре -102°С имеет значение 5566 кг/м 3 , что почти в полтора раза больше плотности алюминия. При этом этилен находится в жидком состоянии.

Газы в твердом состоянии имеют плотность немногим больше, чем в жидком. Твердое состояние газа достигается при более низкой температуре.
Например, углекислый газ находится в виде жидкости при температуре -60°С (при атмосферном давлении), но уже при -79°С становиться твердым и имеет плотность 1530 кг/м 3 .

Плотность газов в таблице дана в т/м 3 и приведена для следующих газов: азот N2, окись азота NO, аммиак NH3, аргон Ar, ацетилен C2H2, водород: сернистый H2S, фосфористый H3P, фтористый HF, хлористый HCl, воздух, гелий He, криптон Kr, ксенон Xe, кислород O2, метан CH4, метилхлорид CH3Cl, неон Ne, озон O3, сера двуокись SO2, углерод: двуокись CO2, окись CO, фтор F2, хлор Cl2, этан C2H6, этилен C2H4.

Таблица плотности газов в жидком и твердом состояниях

Источник:
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.

  • Теплопроводность, плотность и свойства пара бензола
  • Плотность метана. Свойства газов метанового ряда CnH2n+2

2.4. Объем, масса, плотность, удельный объем

Объем газов V измеряют в кубических метрах (м3). Вследствие того, что объем газов сильно изменяется при нагревании, охлаждении и сжатии, за его единицу принимают 1 м3 газа при нормальных условиях (температура—0С, давление —101,3 кПа).

Для указанных условий определяют основные характеристики газов и выполняются теплотехнические расчеты. При учете расхода газов для коммерческого (финансового) расчета за единицу объема принимают 1 м3 при стандартных условиях (температура —20С, давление —101,3 кПа,влажность —0%).

Зависимость между объемом при нормальных и стандартных условиях:

Vo = V [273/(273 + t)][(Рб + ри)/101,3] = 2,695V (рабс/T)

V20 = V0 (273 + 20)/273 = 1,073 V0

где V — объем газа, м3, измеренный при рабочих условиях; V0 — то же, м3, при нормальных условиях; V20 — то же, м3, при t = 20С и р = 101,3 кПа.

Любой газ способен неограниченно расширяться. Следовательно, знание объема, который занимает газ, недостаточно для определения его массы, так как в любом объеме, целиком заполненном газом, его масса может быть различной.

Масса —мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единица массы в СИ —килограмм (кг).

Плотность , или масса единицы объема, обозначаемая буквой ρ, —отношение массы тела m, кг, к его объему, V, м3

или с учетом химической формулы газа:

где М —молекулярная масса (см. табл. 2.3). Единица плотности в СИ —килограмм на кубический метр (кг/м3).

Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:

Рсм =(P1V1 + P2V2 + . + PnVn)/100

где P1, P2. Pn — плотность компонентов газового топлива, кг/м3; V1, V2. Vn — содержание компонентов, объем в %.

Величину, обратную плотности, называют удельным, или массовым,объемом Vуд и измеряют в кубических метрах на килограмм (м3/кг). В практике часто, чтобы показать, на сколько 1 м3 газа легче или тяжелее 1 м3 воздуха, пользуются понятием относительная плотность d —отношение плотности газа к плотности воздуха:

d = р/1,293 или d = М/(22,4х1,293)

Таблица 2.3. Основные характеристики некоторых газов, входящих в состав углеводородных газов, и их продуктов сгорания.

Показатель Азот Воздух Водяной пар Диоксид углерода Кислород Водород Оксид углерода Метан
Химическая формула N2 H2O CO2 O2 H2 CO CH4
Молекулярная масса М 28,013 28,960 18,016 44,011 32,000 2,016 28,011 16,043
Молярный объем VM, м3/кмоль 22,395 22,398 22,405 22,262 22,393 22,425 22,400 22,38
Плотность газовой фазы, кг/м3;
при 0°С и 101,3 кПа ρП0 1,251 1,293 0,804 1,977 1,429 0,090 1,250 0,717
при 20°С и 101,3 кПа ρП20 1,166 1,205 0,750 1,842 1,331 0,0837 1,165 0,668
Плотность жидкой фазы, кг/м3, при 0 °С и 101,3 кПа ρЖо 0,416
Относительная плотность газа dn 0,9675 1,000 0,6219 1,529 1,105 0,0695 0,9667 0,5544
Удельная газовая постоянная R, Дж/(кг•К) 296,65 281,53 452,57 185,26 259,7 4122,2 291,1 518,04
Температура, °С, при 101,3 кПа:
кипения tкиn -195,8 -195 100 -78,5 -183 -253 -192 -161
плавления tпл -210 -213 0 -56,5 -219 -259 -205 -182,5
Температура критическая tкрит, °C -146,8 -139,2 374,3 31,84 -118,4 -240,2 -140 -82,5
Давление критическое ркр, МПа 3,35 3,84 22,56 7,53 5,01 1,28 3,45 4,58
Теплота плавления Qпл, кДж/кг 25,62 190,26 13,86 173,40 33,60 255,80
Теплота сгорания, МДж/м3:
высшая Qв 12,80 12,68 39,93
низшая Qн 10,83 12,68 35,76
Теплота сгорания, МДж/кг:
высшая Qв 141,90 10,09 55,56
низшая Qн 120,10 10,09 50,08
Число Воббе, МДж/м3;
высшее WoB 48,49 12,90 53,30
низшее WoH 41,03 12,9 48,23
Удельная теплоемкость газа сг, кДж/(кг•°С), при О °С и:
постоянном давлении ср 1,042 1,008 1,865 0,819 0,920 14,238 1,042 2,171
постоянном объеме сV 0,743 0,718 1,403 0,630 0,655 10,097 0,743 1,655
Удельная теплоемкость жидкой фазы сж, кДж/(кг•°С), при 0°С и 101,3 кПа 3,461
Показатель адиабаты χ, К, при 0°С и 101,3 кПа 1,401 1,404 1,330 1,310 1,404 1,410 1,401 1,320
Теоретически необходимое количество воздуха для горения Lт.в, м3/м3 2,38 2,38 9,52
Теоретически необходимое количество кислорода для горения Lт.к, м3/м3 0,5 0,5 2,0
Объем влажных продуктов сгорания, м3/м3, при α = 1;
CO2 1,0 1,0
H2O 1,0 2,0
N2 1,88 1,88 7,52
Всего 2,88 2,88 10,52
Скрытая теплота испарения при 101,3 кПа:
кДж/кг 512,4
кДж/л
Объем паров с 1 кг сжиженных газов при нормальных условиях Vп, м3
Объем паров с 1 л сжиженных газов при нормальных условиях Vп, м3
Динамическая вязкость μ:
паровой фазы, 107 Н•с/м2 165,92 171,79 90,36 138,10 192,67 83,40 166,04 102,99
жидкой фазы, 106 Н•с/м2 66,64
Кинематическая вязкость ν, 106 м2/с 13,55 13,56 14,80 7,10 13,73 93,80 13,55 14,71
Растворимость газа в воде, см3/см3, при 0 °С и 101,3 кПа 0,024 0,029 1,713 0,049 0,021 0,035 0,056
Температура воспламенения, tBC, °C 410–590 610–658 545–800
Жаропроизводительность tж, °C 2210 2370 2045
Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом при 0°С и 101,3 кПа, об. %:
нижний 4,0 12,5 5,0
верхний 75,0 74,0 15,0
Содержание в смеси, об. %, с максимальной скоростью распространения пламени 38,5 45,0 9,8
Максимальная скорость распространения пламени vmax, м/с, в трубе D=25,4 мм 4,83 1,25 0,67
Коэффициент теплопроводности компонентов при 0°С и 101,3 кПа, Вт/(м•К):
парообразных λп 0,0243 0,0244 0,2373 0,0147 0,0247 0,1721 0,0233 0,0320
жидких λж 0,306
Отношение объема газа к объему жидкости при температуре кипения и давлении 101,3 кПа 580
Октановое число 110

Примечания:
1. Число Воббе — отношение теплоты сгорания газа к квадратному корню относительной плотности при стандартных условиях, характеризующее постоянство теплового потока, получаемого при сжигании газа.
2. Показатель адиабаты — отношение теплоемкостей газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объеме.
3. Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Различают динамическую (единицы измерения: пуаз, Па*с) и кинематическую вязкости (единицы измерения: стокс, м2/с). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества.
4. Жаропроизводительность — максимальная температура, которая может быть получена при полном сгорании газа в теоретически необходимом объеме сухого воздуха при температуре 0°С и отсутствии потерь тепла.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *