Tehniki fakultet Mihajlo Pupin u Zrenjaninu Industrijsko inenjerstvo

Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“ u Zrenjaninu Industrijsko inženjerstvo u eksploataciji nafte i gasa Tehnika i tehnologija proizvodnje gasa (4) Predavanja: Doc. dr. sc. Radoslav D. Mićić rmicic@beotel. rs 1

Zakonitosti i jednačine koje određuju karakteristike gasova • U gasovima molekuli su jako udaljene jedni od drugih pa svojstva gasa ne zavise od međumolekulske sile. • Zato se svi gasovi slično ponašaju, osim pri velikom pritisku i temperaturi. • Za razliku od gasova, svojstva tečnost i čvrstih supstanci jako zavisi od međumolekulskih sila. 2

• Gas je homogeni fluid bez oblika i zapremine; gas ispunjava zapremine rezervoara i za razliku od tečnosti nema površine, odnosno međupovršine. • Svaki gas se ponaša kao idealni gas pri niskom pritisku i višoj temperaturi, na pr. pri standardnim uslovima (STP, standardni pritisak i temperatura, psc = 1, 01325 bar, Tsc = 15 °C

Svojstva idealnog gasa su: 1. Zapremina samih molekula gasa beznačajna je u odnosu na zapreminu koju zauzima gas, 2. Nema sila privlačenja ili odbijanja između molekula gasa niti između molekula i zidova rezervoara. 3. Sudari između molekula su elastični i nema gubitka unutrašnje energije molekula pri sudaru. 4

Šta definiše zakon idealnog gasa? • Zakon idealnog gasa definiše zavisnost zapremine gasa od pritiska i temperature i količine materije, a izveden je na osnovu eksperimentalnih radova: • Boylea, Daltona, Guy-Lussaca односно Charlesa и Avogadra.

Boyleov zakon • Za koliko puta povećamo pritisak gasa, toliko puta ćemo smanjiti zapreminu i obrnuto, uz uslov da je temperatura konstantna. 6

• Vrednost konstante-(const) k je izračunata iz merenja zapremine i pritiska stalno iste količine gasa. • Nakon promene u sistemu, najčešće prisilnom promenom u obimu cevi koje sadrži istu količinu gasa, mere se nova zapremina i novi pritisak. • Rezultat izračunatog logaritma novog pritiska i nove zapremine bi trebalo da budu originalna vrednost k konstante (const). • Zapremina V i pritisak p su obrnuto proporcionalni: veća zapremina znači manji pritisak, te manji obim znači veći pritisak.

Zavisnost zapremine gasa od temperature određivali su Dalton (1801), zatim Guy-Lussac (1778 -1850), dok je prva neobjavljena mjerenja obavio Charles (1787).

Avogadrov zakon (Čarlsov) Avogadrov дефинише једнозначни однос запремине гаса и количине материје. За чисте гасове и гасне смеше, A. Avogadrov definiše jednoznačni odnos zapremine gasa i količine materije. Za čiste gasove i gasne smeše, A. Avogadro je ustanovio (1811. ) da pri konstantnom pritisku i temperaturi, ista zapremina svih gasova sadrži isti broj čestica (molekula ili atoma; Avogadrov zakon). Drugim rečima ista količina materije, napr. 1 mol bilo kog gasa pri istim p, T-uslovima zauzima istu zapreminu.

Zakon idealnog gasa • 12

Opšta i Individualna gasna konstanta • 14

Vrednost R Jedinice 82. 06 atm, cc/g – mole, o. K 1. 987 Btu/lb – mole, o. R 10. 73 psia, ft 3/lb – mole, o. R 62. 37 mm. Hg, liters/g – mole, o. K 8. 314 J/kg – mole, o. K 8. 314 k. Pa, m 3/kg-mole,

Smeša idealnih gasova Molarna masa, molarna zapremina, Avogadrov broj Mol je ona količina supstance koja u sebi sadrži toliko čestica koliko ima atoma u 12 g ugljenikovog izotopa C-12, a u tih 12 g ugljenika 12 C ima 6, 023 x 1023 atoma (to jest ako se zaokruži 6 x 1023 atoma) Avogadrov broj je konstanta koja pokazuje "da u 1 mol supstance ima 6 x 1023 čestica" NA = 6 x 1023 1/mol. 17

Molarni (molski) udeo frakcija (yi) • 18

Broj molova • 19

Molarna zapremina • 20

• Ukoliko se koriste ove formule mora se voditi računa da ukoliko je n (mol) količina atoma, onda se sve u formuli odnosi na atome! • Ukoliko je n(mol) količina molekula, onda se sve u formulama odnosi na molekule. • * molekula je količina supstance koja se koristi za supstance izgradjene kao molekuli • (H 2 - 1 molekula vodonika) • * mol atom je količina supstance koja može uvek da se koristi, ali se posmatra broj atoma - indeksi u formuli (H 2 - 2 mol atoma vodonika) 21

Molarna zapremina nije uvek 22, 4 dm 3/mol. Njena vrednost se menja sa promenom pritiska i temperature. Ako je temperatura 0 o. C i pritisak 101, 3 k. Pa onda Vm=22, 4 dm 3/mol, to se dobija iz jednačine idealnog gasnog stanja: p. V=n. RT p-pritisak u k. Pa, V-zapremina u dm 3, n - količina supstance (mol), R = 8, 314 k. Padm 3/(mol. K)-gasna konstanta, T-temperatura u kelvinima (K) Jednačina idealnog gasnog stanja može da se iskoristi ukoliko uslovi nisu normalni a traži se količina supstance ili masa ili zapremina gasa! 22

Tečne supstance: • Voda ima gustinu 1 g/cm 3 (na 4 o. C) ili blizu 1 g/cm 3 na temperaturama od 0 do 100 stepeni Celzijusa. • Zbog toga je 1 g vode isto što i 1 cm 3 (to jest 1 ml). • Za ostale supstance: ukoliko je zadata masa, a traži se zapremina, potreban je podatak o gustini. • Ukoliko se zna gustina tečne supstnce, "može se iz grama dobiti cm 3, i obrnuto". 23

Maseni udeo • 24

Zapreminski udeo • 25

Odnos između zapreminskih i molskih udela Za idealni gas je odnos između zapreminskog udela komponentata(ri) i molskih udela jednaka(yi), ri = yi, što je u skladu sa Avogadro's zakonom. Za sistem idealnih gasova, kao što su naftni gasovi, sastav se može izračunati na osnovu nekog od sledećih podataka: Mase komponenata, zapremine, gustine, napona para itd. 26

Molekulska težina (masa) • 27

Daltonov zakon parcijalnih pritisaka postulira da je ukupni pritisak gasne smeše jednak zbiru pritisaka komponenti smeše. Parcijalni pritisak svake komponente u smeši jednak je pritisku, koji bi vladao u rezervoaru iste zapremine, ispunjenom istom količinom samo te komponente. pi = p yi 28

Amagatov zakon parcijalnih, odnosno aditivnih zapremina, definiše da je ukupna zapremina idealne gasne smeše zbir zapremina, koje bi pojedine komponente zauzimale, same, pri istom pritisku i temperaturi. (Zapremine čistih komponenti su parcijalne zapremine). 29

Relativna gustina •