Как найти плотность смеси

СМЕШИВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ РАЗНОЙ ПЛОТНОСТИ

3.2.1. Формула материального баланса

где: V_k = конечный объем в м 3 ; рк = конечная плотность, кг/м 3 ;

V) = объем жидкости 1, м 3 ; pt = плотность жидкости 1, кг/м 3 ; V₂ — объем жидкости 2 в м 3 ; р₂ = плотность жидкости 2, кг/м 3

Пример 1: Предельная величина установлена для желаемого объема: Определите объемы бурового раствора плотностью 1318 кг/м 3 и раствора плотностью 1677 кг/м 3 , требующиеся для получения 50 м 3 бурового раствора плотностью 1378 кг/м 3 .

х = 8,36 м 3 бурового раствора плотностью 1677 кг/м 3 ;

50 — 8,36 =41,64 м 3 бурового раствора плотностью 1318 кг/м 3 требуется для получения 50,0 м 3 плотностью 1378 кг/м 3 .

Пример 2: Нет ограничений в объеме для перемешивания растворов в емкостях.

Определите конечную плотность бурового раствора, когда смешаны вместе следующие два буровых раствора:

Дано: 60,0 м» бурового раствора плотностью 1210 кг/м 3 и 50,0 м 3 бурового раствора плотностью 1670 кг/м 3 .

РАСЧЕТЫ ДЛЯ РАСТВОРА НА НЕФТЯНОЙ ОСНОВЕ

Рассчитайте начальный объем жидкости (углеводородная основа плюс вода), требующийся для приготовления желаемого конечного объема бурового раствора.

Пример: Приготовить 16 м 3 бурового раствора плотностью 1900 кг/м 3 и отношением масло/вода 75/25, используя углеводородную основу плотностью 800 кг/м 3 и пресную воду (без добавления соли):

Рассчитайте удельный вес смеси углеводородная основа — вода из уравнения:

Рассчитайте начальный объем, используя уравнение:

10,82 м 3 смеси углеводородная основа — вода с отношением масло/вода, равным 75/25.

Рассчитайте объем утяжелителя в м 3 : где: У_утяж — объем утяжелителя в м 3 .

Рассчитайте количество утяжелителя в кг, требующееся для 16 м 3 бурового раствора:

Отношение масло/вода по ретортным данным

Получите процент по объему масла и процент по объему воды из данных ретортного анализа или по данным перегонки бурового раствора. Используя полученные данные, отношение масло/вода (м/в) рассчитывается следующим образом:

Рассчитайте процент (%) углеводородной основы в смеси углеводородная основа — вода:

где: у — содержание масла в смеси углеводородная основа — вода, %;

У% — содержание углеводородной основы в буровом растворе, %;

В% — содержание воды в буровом растворе, %.

Рассчитайте процент (%) воды в смеси углеводородная основа — вода:

Пример: Рассчитайте отношение масло/вода (м/в) бурового раствора, который имеет следующие данные:

Содержание углеводородной основы по объему 51%;

Содержание воды по объему 17%;

Содержание твердой фазы по объему 32%.

Отношение масло/вода (м/в) равно 75/25.

Изменение отношения масло/вода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если отношение масло/вода нужно увеличить, добавьте масла (углеводородной основы); если его нужно уменьшить, добавьте воды.

Чтобы увеличить содержание масла (углеводородной основы) в отношении масло/вода, текущее содержание воды будет изменено на новый объемный процент в отношении масло/вода:

где: У_новуг = новый объем смеси углеводородная основа — вода в м 3 при поддержании постоянного значения содержания воды W_cme = старое содержание воды, м 3 бурового раствора W_Hoee = новое содержание воды в % (долях единицы).

Количество углеводородной основы (масла), которое требуется добавить, рассчитывается следующим образом:

где: V_()o6 — объем воды, который должен быть добавлен, в м 3 ;

V_a — старый объем смеси углеводородная основа — вода в м 3 .

Чтобы увеличить содержание воды в отношении масло-вода, текущее содержание масла должно быть заменено на новый объем:

где: У_нов‘_Уг — новый объем смеси углеводородная основа — вода при поддержании постоянного значения содержания углеводородной основы;

W_cmуг — старое содержание углеводородной основы (масла) в м 3 бурового раствора;

W% — новое содержание углеводородной основы (масла) в % (долях единицы).

Количество воды, которое требуется добавить, рассчитывается следующим образом:

где: W_a = объем воды, который требуется добавить, в м 3

Пример 1: Увеличьте отношение масло/вода с 75/25 до 80/20:

Дано: Содержание углеводородной основы (масла) по объему 51% Содержание воды по объему 17% Содержание твердой фракции по объему 32% Отношение масло/вода 75/25.

В 16 м 3 этого бурового раствора имеются 10,88 м 3 жидкости (масло плюс вода). Чтобы увеличить отношение масло/вода, добавьте масла. Суммарный объем жидкости увеличится на добавленный объем масла, но объем воды не изменится. 2,7 м 3 воды теперь представляют собой 25% старого объема жидкости, но теперь они представляют собой всего 20% нового объема жидкости.

V_nw = 13,5 м 3 нового объема жидкости после добавления углеводородной основы к 16 м 3 объема бурового раствора.

У_уг = 13,5 — 10,88 = 2,62 м 3 углеводородной основы, которые нужно добавить к 16 м 3 бурового раствора.

Новое отношение масло/вода равно 80/20.

Пример 2: Измените отношение масло/вола (м/в) с 75/25 на 70/30.

Как и в Примере 1, здесь имеется 10,88 м 3 жидкости в 16 м 3 этого бурового раствора. В этом случае, однако, будет добавляться вода, а объем масла будет оставаться постоянным. 8,1 м 3 масла (углеводородной основы) представляют собой 75% исходного объема жидкости и 70% конечного объема:

W_а = 11,6 — 10,8 = 0,8 м 3 воды добавляется к 16 м 3 бурового раствора.

Новое отношение масло/вода (м/в) равно 70/30.

Расчет плотности смеси двух углеводородных жидкостей. Измерение наименьшего перепада давления

Страницы работы

Содержание работы

Вопрос. Какова плотность смеси двух углеводородных жидкостей, если для нее взято 0,4л нефти (ρ_н = 850кг/м 3 ) и 0,6л керосина (ρ_к = 800кг/м 3 ).

Определяем плотность смеси по выражению ρ_см = Σr_iρ_i, где r_i – объемные доли жидкостей.

Объем все смеси V = V_н + V_к = 0,4 + 0,6 = 1,0л.

Объемные доли r_н = = 0,4; r_н = = 0,6.

Плотность смеси ρ_см = 0,4∙850 + 0,6∙800 = 820кг/м 3 .

Вопрос. Два одинаковых, считающихся недеформируемыми образца породы при пластовом давлении в лабораторных условиях насыщены один водой, а второй нефтью. Сравните объемы жидкости, вытекающие из образцов при снижении давления до атмосферного.

Объемы жидкостей вытекающих из пород зависят от плотностей этих жидкостей. Плотность воды 1000кг/м 3 , плотность нефти 850кг/м 3 .

Если масса пород М, объемы можно определить

V_в = ; V_н = .

При сравнении этих величин

h_в.

Вопрос. Прибор для измерения давления имеет шкалу пределами измерения от 0 до 0,1МПа. Как называется прибор?

Для измерения давления ниже атмосферного от 0 до 0,1МПа служат вакуумметры.

Вопрос. По трубопроводу течет вода. Какую из жидкостей (ртуть, четыреххлористый углерод, бензин) нужно залить в двужиткостный дифференциальный манометр, что бы он мог измерить наименьший перепад давления? При этом ρ_р > ρ_ч.у > ρ_б.

Давление зависит от плотности жидкости, поэтому, что бы измерить наименьший перепад давления необходимо залить жидкость с наименьшей плотностью, т. е. бензин.

Вопрос. На стенке закрытого сосуда с жидкостью установлены манометр и вакуумметр. Показания каждого из них 2,45кПа, а расстояние по вертикали между ними 5м. Какая из жидкостей находится в резервуаре: бензин, вода или ртуть?

Манометр показывает манометрическое давление Р_ман = 2,45кПа.

Вакуумметр показывает вакуумметрическое давление Р_вак = 2,45кПа.

Вопрос. Под уровнем жидкости находятся две равновеликие поверхности: квадрат и круг. Сравните силы давления жидкости, действующей с одной стороны на каждую из этих фигур.

Сила давления жидкости на поверхность равна

Р = ρ∙g∙h_ц∙ω, где h_ц – центр приложения силы, м, примем равным;

ω – площадь смоченной поверхности, м 2 , если примем сторону квадрата 1м и диаметр круга 1м, то получим площади смоченных поверхностей:

квадрата ω = 1м 2 ;

круга ω = = 0,785м 2 .

Площадь квадрата больше, чем площадь круга, значит сила давления на квадрат, больше чем на круг.

Ответ: на квадрат сила давления больше

Вопрос. Может ли центр давления совпасть с центром тяжести смоченной твердой поверхности.

Полное гидростатическое давление в точке можно определить по формуле

Где Р_о – давление на свободной поверхности жидкости,

h – глубина погружения точки, которая может совпасть с центром тяжести только телом, имеющим прямоугольную форму.

Ответ: Может, если эта поверхность имеет прямоугольную форму.

Вопрос. Что происходит с равнодействующей всех сил давления на плоскую стенку небольшого сосуда, заполненного жидкостью, если его закрыть и над свободной поверхностью в нем создавать постепенно возрастающий вакуум.

Абсолютное давление на крышку

Вакуум – это давление ниже атмосферного, значит, равнодействующая всех сил давления на плоскую стенку сосуда будет уменьшаться.

Вопрос. Круглое отверстие в боковой вертикальной плоской стенке резервуара с жидкостью может быть закрыто (рис.): плоской (а), сферической (б) или конической (в). Покажите соотношение растягивающих болты усилий для этих крышек.

Физика задачи. Примеры контрольной по разделам Механика, Молекулярная физика, Электростатика, Оптика

Пример 1. Определить плотность смеси газов из моль азота и моль кислорода, которая содержится в баллоне при температуре t=170С и давлении МПа.

Решение. Согласно определению плотности имеем

, (1)

где m1 и m2 – массы азота и кислорода соответственно; V – объем баллона.

Выразим массу каждого газа через количество вещества и молярную массу:

, (2)

Для определения объема газа в баллоне воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона для смеси газов:

,

где R – молярная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура. Тогда

. (3)

Подставив выражения (2) и (3) в (1), получим

. (4)

Вычислим искомую плотность:

кг/м3=31,8 кг/м3.

Пример 2. Определить: 1) число атомов, содержащихся в 1 кг гелия; 2) массу одного атома гелия.

Решение. 1. Число молекул в данной массе газа:

, (1)

где m – масса газа; М – молярная масса; – количество вещества, – постоянная Авогадро.

Поскольку молекулы гелия одноатомны, число атомов в данной массе газа равно числу молекул.

Запишем величины, входящие в формулу (1), в СИ: кг/моль, моль-1.

Найдем искомое число атомов:

.

2. Для определения массы одного атома массу газа разделим на число атомов в нем:

. (2)

Подставив числовые значения величин в (2), получим:

кгкг.

Пример 3. Считая водяной пар массой г при температуре С идеальным газом, определить: 1) внутреннюю энергию пара; 2) среднюю энергию вращательного движения одной молекулы этого пара.

Решение. 1. Внутренняя энергия идеального газа есть полная кинетическая энергия всех молекул газа; она выражается формулой:

, (1)

где – число степеней свободы молекулы газа; М – молярная масса; R – молярная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура.

Вычислим искомую внутреннюю энергию:

2. Известно, что на каждую степень свободы молекулы газа приходится в среднем энергия

,

где k – постоянная Больцмана.

Вращательному движению каждой молекулы приписывается некоторое число степеней свободы iвр. Это относится ко всем молекулам, кроме одноатомных, для которых энергия вращательного движения равна нулю, как для материальных точек, размещенных на оси вращения.

Таким образом, энергия вращательного движения молекулы равна:

.

Выпишем числовые значения величин в единицах СИ: Дж/К; , так как вращательному движению трехатомной молекулы соответствуют три степени свободы.

Выполнив подстановку и вычисления, получим:

Состав газовой смеси

Плотность газа

Под плотностью или объемной массой тела понимают отно­шение массы тела в состоянии покоя к его объему.

Плотность газа в нормальных физических условиях может быть определена по его молекулярной массе

, кг/м 3 (1)

Если плотность газа задана при нормальном давлении, то пересчет ее на другое давление р (при той же температуре) для идеального газа проводится по формуле

(Ш.2) .

Часто для характеристики газа применяют относительную плотность его по воздуху при нормальных условиях D₀=r₀:1,293. |

Коммерческие расчеты в газовой промышленности произво­дятся при стандартных физических условиях: давлении 0,1013 МПа и температуре 20 °С.

Газовые смеси (как и смеси жидкостей и паров) характери­зуются массовыми или молярными концентрациями компонен­тов. Объемный состав газовой смеси примерно совпадает с молярным, так как объем 1 кмоля идеального газа при одинаковых физических условиях, по закону Авогадро, имеет одно и то же численное значение, в частности при О °С и 760 мм рт. ст. равен 22,41 м 3 .

Для характеристики газовой смеси надо знать ее среднюю молекулярную массу, среднюю плотность в кг/м 3 или относи­тельную плотность по воздуху.

Если известен молярный состав смеси в процентах, то сред­няя молекулярная масса

. (3)

где у₁, у₂,…, у_n — молярные (объемные) доли компонентов, %;

M₁, М₂, . М_n — молекулярные массы компонентов.

Если задан массовый состав смеси в процентах, то ее сред­няя молекулярная масса вычисляется по формуле

(4)

где g₁, g₂, . g_n — массовые доли компонентов, %.

Плотность смеси r_см определяют по вычисленному значению средней молекулярной массы Мсм по формуле, аналогич­ной (1):

. (5)

Относительную плотность определяют по формуле

(6)

где р_cм и р_в — плотность смеси и воздуха при температуре О °С и нормальном давлении.

Содержание тяжелых углеводородов в газе

Для полной характеристики природного газа необходимо также знать содержание в нем тяжелых углеводородов. При­нято считать, что в газе три фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин, причем последний, для подсчета ресурсов, при­нимается состоящим из 1/3 бутана и 2/3 пентана (по массе).

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержа­ние тяжелых углеводородов определяется по формуле

где g_i — массовая доля данного тяжелого углеводорода в газе, %; r_cм — средняя плотность природного газа, кг/м 3 ; y_i — молярная доля данного тяжелого углеводорода в газе, %; r_i—плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м 3 .

После определения содержания в газе каждого отдельного углеводорода (пропана, бутана, пентана и высших) делают пе­ресчет на содержание пропана, бутана, газового бензина. Для этого прибавляют к пентану требуемое количество бутана, чтобы получить газовый бензин

Пример. По данному массовому составу газа требуется определить содержание в нем пропана, бутана и газового бензина (в г/м 3 ). Массовый состав газа (в %): метан—19,50; этан—11,80; пропан — 37,95; изобутан — 3,25; н-бутан—12,05; пентан и высшие — 8,15; азот —7,30.

Решение. Для определения средней плотности газа найдем среднюю молекулярную массу газа по формуле (4)

Средняя плотность газа по формуле (5)

кг/м 3

Состав газа определим по формуле (7)

пропана 10×37,95×1,43 = 542 г/м 3

изобутана 10×3,25×1,43 = 46,5 г/м 3

н-бутана 10×12,05×1,43=172 г/м 3

пентана и высших 10×8,15×1,43 = 117 г/м 3

Газового бензина (пентана две части и н-бутана одна часть) будет 117 +117/2 = 175,5 г/м 3

н-бутана 172 —58,5= 113,5 г/м 3

изобутана 46,5 г/м 3

пропана 542,0 г/м 3

Всего тяжелых углеводородов 877,5 г/м 3

Дата добавления: 2014-11-07 ; Просмотров: 3757 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Способы выражения состава.

Способ выражения состава

Примечание: объёмная доля для газов равна молярной доле и обозначается y; объёмная доля для жидкостей обозначается также как и молярная доля х, но, поскольку для жидкостей это разные величины, в скобках делается пометка, например х = 10% (об.). Допускается также использование нижнего индекса х_v.

Расчёт плотности и вязкости.

, где.

Плотность смеси газов:

.

Плотность смеси жидкостей:

;

формула плохо применима к смесям жидкостей со значительным объёмным эффектом смешения, таким как вода–этанол.

.

Вязкость газа при температуре Т (К):

,

где С– постоянная Сатерленда [1, табл.V].

Вязкость смеси газов:

.

Для коксового, генераторного и подобных им газов:

,

где Т_{кр i}– критическая температураi-го компонента, К [1, табл.XI].

Вязкость смеси жидкостей

через молярные доли:

;

через объёмные доли:

.

при

;

при

.

Определить объём воды и 96%-го (объёмные %) раствора этанола необходимые для получения 1 м 3 40%-го раствора этанола. Температуру жидкостей принять равной 20°С.

Решение.

В зависимости от способа приготовление растворов объёмные доли могут быть рассчитаны по двум различным формулам:

(1) и(2)

Вторая формула применима к растворам, приготовленным в лабораторных условиях, когда определённый объём спирта помещается в мерный цилиндр, а затем объём доводится дистиллированной водой до метки.

В промышленности, где имеют дело с большими объёмами, применима первая формула, которую мы и будем использовать в дальнейших расчётах.

Выведем формулу для пересчёта объёмных долей в массовые:

(3).

Аналогично могут быть получены формулы для пересчёта массовых долей в молярные и молярных долей в массовые, соответственно:

(4),(5).

Таблица пересчёта одних концентраций в другие приведена в [1, с. 283, табл. 6.2], в начале главы 6 «Основы массопередачи. Абсорбция».

По формуле (3) производим пересчёт объёмных долей в массовые для 40%-го и 96%-го растворов:

,.

Исходя из ближайших табличных значений плотностей водных растворов этанола, найдём плотности наших растворов методом линейной интерполяции:

Плотности водных растворов этилового спирта при 20 о С [1, табл.IV].