Задачи, решаемые на газовозах и их решения (стр. 1 )

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ НА ГАЗОВОЗАХ И ИХ РЕШЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

1. ТЕОРИЯ

2. ПРИМЕРЫ:

№ 1 - Определение, достаточно ли груза на борту для продувки грузовых танков

№ 2 - Определение, какое количество груза требуется для продувки танков

№ 3 - Определение объемной концентрации, если известна весовая концентрация

№ 4 - Определение весовой концентрации, если известна объемная концентрация

№ 5 - Определение максимального количества паров в воздухе

№ 6 - Определение, до какой температуры необходимо охладить воздух, чтобы началась конденсация паров

№ 7 - Определение относительной влажности воздуха

№ 8 - Определение количества свободной воды в танке при охлаждении

№ 9 - Определение количества льда в танке после погрузки

№ 10 - Определение объема кислорода при известной температуре и давлении

№ 11 - Определение количества паров в танке после выгрузки

№ 12 - Определение температуры смеси газов

№ 13 - Определение общего давления насыщенных паров в танке и процентного состава газовой фазы

№ 14 - Определение количества теплоты, проникающей через изоляцию грузового танка

№ 15 - Диаграмма Молье: нахождение энтальпии

№ 16 - Диаграмма Молье: определение, какая часть груза находится в жидкой фазе, а какая в газообразной

№ 17 - Диаграмма Молье: определение плотности перегретого пара и удельной энтальпии

№ 18 - Диаграмма Молье: определение давления газа при данной температуре

№ 19 - Диаграмма Молье: расчет времени работы УПСГ для понижения температуры груза до заданной

№ 20 - Диаграмма Молье: расчет работы одноступенчатой УПСГ с регенеративным теплообменником

№ 21 - Диаграмма Молье: анализ барометрических границ различных режимов работы одноступенчатой УПСГ

№ 22 - Диаграмма Молье: упрощенный вариант расчета времени параллельной работы 3-х двухступенчатых установок

УПСГ при погрузке

№ 23 - Диаграмма Молье: расчет времени захолаживания груза при отсутствии в УПСГ промежуточного охладителя

№ 24 - Диаграмма Молье: анализ барометрических границ различных режимов работы одноступенчатой УПСГ

№ 25 - Диаграмма Молье: построение цикла каскадной УПСГ

№ 26 - Диаграмма Молье: расчет количества теплоты, суммарной хладопроизводительности УПСГ; времени,

необходимого на погрузку

№ 27 - Диаграмма Молье: расчет времени на погрузку

№ 28 - Диаграмма Молье: расчет времени на захолаживания груза

№ 29 - Определение величины подачи и напора насоса при подключении в параллель другого насоса

№ 30 - Определение изменения давления в грузовом трубопроводе при последовательном подключении насосов

№ 31 - Расчет безопасного времени закрытия клапана

№ 32 - Определение давления нагнетания насоса при нормальной работе

№ 33 - Определение потери производительности УПСГ в плотности паров

№ 34 - Определение гидравлических потерь УПСГ

№ 35 - Определение количества обменов при продувке

№ 36 - Охлаждение груза в процессе погрузки

№ 37 - Проникновение тепла во время перехода

№ 38 - Охлаждение груза на переходе

№ 39 - Расчет предела заполнения танка (full-press)

№ 40 - Расчет предела заполнения танка (semi-press)

№ 41 - Расчет предела заполнения танка (full-ref)

№ 42 - Предварительный расчет количества груза

№ 43 - Определение количества груза, необходимого для продувки танка

№ 44 - Определение истинной плотности, зная относительную

№ 45 - Определение весового соотношения газов в смеси

№ 46 - Расчет жидкостной фазы груза

№ 47 - Расчет плотности груза на заданную температуру

№ 48 - Расчет массы одного грамм – моля

№ 49 - Расчет количества жидкости, получаемой сжижением определенного количества газа

№ 50 - Расчет процентного состава паров в равновесии

№ 51 - Расчет веса заданного объёма груза

№ 52 - Расчет максимального объёма груза низкой температуры для безопасной погрузки на pressurized vessel

№ 53 - Расчет максимально допустимой скорости погрузки

№ 54 - Определение количества вакуумных циклов

№ 55 - Инертизация танка

№ 56 - Захолаживание танка жидким этиленом

№ 57 - Проверка совместимости грузов

THEORY

При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объём.

При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 литра. Этот объём называется молярным объёмом газа (размерность л/моль или м3/моль).

Точное значение молярного объёма газа при нормальных условиях (давление 1013 миллибар и температура 0°С) составляет 22,4135 ± 0,0006 л/моль. При стандартных условиях (t=+15°С давление = 1013 мбар) 1 моль газа занимает объём 23,6451 литра, а при t=+20 °С и давлении 1013 мбар 1 моль занимает объём около 24,2 литра.

В численном выражении молярная масса совпадает с массами атомов и молекул (в а. е.м.) и с относительными атомными и молекулярными массами.

Следовательно, 1 моль любого вещества имеет такую массу в граммах,которая численно равна молекулярной массе данного вещества, выраженной в атомных единицах массы.

Например, М(О2) = 16 а. е.м. • 2 = 32 а. е.м., таким образом, 1 моль кислорода соответствует 32 граммам.

 

PHYSICAL PROPERTIES OF GAS MIXTURES

If the components of a gas mixture are known, it is possible to perform a variety of calculations using the following relationships.

Molecular mass

Molecular mass of gas mixture = MiVi /100 where Mi = component molecular mass

Vi = percentage component volume

Percentage mass

Percentage mass of component = ViMi/Mmix where Mmix = molecular mass of gas mixture

Relative vapour density

Relative vapour density of gas mixture (at 00C and 1 bar) = Mmix/Ma where Ma = molecular mass of air = 29

For example, given the percentage by volume of the components in a gas mixture, Table 2. 7 shows how the molecular mass of the mixture can be determined. The example taken considers the composition of a typical natural gas.

Table 2. 7 Calculation for molecular mass of a gas mixture

Gas Component	Percentage by Volume (Vi)	Component Molecular Mass (Μi )	MiVi/ 100	Percentage by Mass
Methane	83. 2	16. 04	13. 35	67. 6
Ethane	8. 5	30. 07	2. 56	13. 0
Propane	4. 4	44. 09	1. 94	9. 8
Butane	2. 7	58. 12	1. 57	7. 9
Nitrogen	1. 2	28. 02	0. 34	1. 7
	100. 00		19. 76	100. 00
		Mmix = 19. 76

Relative density of mixture = 19.76/29 = 0.681

Vapour pressure of liquid mixtures

Dalton's Law of Partial Pressure states that when several gases occupy a common space, each behaves as though its quantity of gas occupies the space alone. The pressure which each gas exerts is called its partial pressure and the total pressure exerted within the enclosing space is the sum of the partial pressures of the components.

Using Dalton's Law it is possible to calculate the saturated vapour pressure of a mixture of liquids at a given temperature. The partial pressure exerted by the vapour of a liquid component is equal to the product of the saturated vapour pressure of that component if it existed alone at that temperature multiplied by the mole fraction of the component in the liquid mixture. The total saturated vapour pressure of the mixture will be the sum of the partial pressures of each component.

Thus, Pmt = Σ (Pnt x Fn) where Pmt is saturated vapour pressure of liquid mixture (m) of temperature (t), Pnt is saturated vapour pressure of component (n) at temperature (t), Fn is mole fraction of component (n) in liquid mixture.

This is the mass of that component divided by the mass of the whole mixture. For example, in Table 2. 7 the mole fraction of the gas mixture is given by: —

MiVi/Mmix x 100

For example, for an LPG of the following composition at -400C: -

Component (n)	Mole Fraction in mixture (Fn)	SVP of component at -400C (Pnt ) (bar)	Partial Pressure of component at -4O0C (Pnt x Fn) (bar)	Composition of vapour (Partial Pressure/SVP of mixture χ 100) (% by volume)
Ethane Propane n-Butane i-Butane	0. 002 0. 956 0. 030 0. 012 1. 000	7. 748 1. 13 0. 17 0. 284	0. 0155 1. 0803 0. 0051 0. 0034 1. 1043	1. 4 97. 8 0. 5 0. 3 100. 0
Saturated Vapour Pressure of mixture = 1. 1043 bar.

It is clear from the above example how the presence of a small amount of a very volatile component in the liquid mixture can add significantly to the vapour pressure. Because the components of the liquid mixture are in solution with each other, a low boiling component, such as the ethane in the above example, can remain in the liquid phase at temperatures well above the boiling point of the pure substance. However, the vapour phase will contain a higher proportion of such low boiling point material than does the liquid mixture.