Для решения задачи нам понадобятся следующие данные:
- Давление газа (P): 3,5 МПа (мегапаскаля)
- Температура газа (T): 15 градусов
- Коэффициент сжатия (Z): 1
- Состав газа: СН4 (87%), С2Н6 (6%), С3Н8 (5%), С4Н10 (1,5%), С5Н12 (0,5%)
Первым шагом мы должны определить молярную массу газа. Для этого мы умножаем молярную массу каждого компонента газа на его процентное содержание и складываем полученные результаты:
Молярная масса СН4 = 16,04 г/моль
Молярная масса С2Н6 = 30,07 г/моль
Молярная масса С3Н8 = 44,10 г/моль
Молярная масса С4Н10 = 58,12 г/моль
Молярная масса С5Н12 = 72,15 г/моль
Молярная масса = (16,04 г/моль * 0,87) + (30,07 г/моль * 0,06) + (44,10 г/моль * 0,05) + (58,12 г/моль * 0,015) + (72,15 г/моль * 0,005) = 19,17 г/моль
Далее, используем уравнение состояния идеального газа, чтобы найти плотность газа:
PV = nRT
Где P - давление газа, V - объем газа, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.
Мы можем переписать это уравнение, чтобы найти плотность (ρ):
ρ = PM/RT
Где ρ - плотность газа, P - давление газа, M - молярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.
Найдем значения R и T для наших условий. Значение R можно взять равным 8,314 Дж/(моль·К).
T в градусах Цельсия нам дано: 15 градусов. Для расчетов нам понадобится перевести его в кельвины, добавив 273,15:
T = 15 + 273,15 = 288,15 К
Подставив значения в формулу, получим:
ρ = P * M / (R * T) = 3,5 МПа * 19,17 г/моль / (8,314 Дж/(моль·К) * 288,15 К)
Расчет приводится в системе СИ (Система Интернациональных Единиц), поэтому нам нужно перевести мегапаскали в паскали и граммы в килограммы:
3,5 МПа * 10^6 Па/МПа = 3,5 * 10^6 Па
19,17 г/моль * 10^-3 кг/г = 19,17 * 10^-3 кг
Подставим полученные значения в формулу:
ρ = (3,5 * 10^6 Па * 19,17 * 10^-3 кг) / (8,314 Дж/(моль·К) * 288,15 К)
Произведем необходимые вычисления, чтобы найти плотность газа:
ρ ≈ 0,239 кг/м^3
Поэтому плотность природного газа при данных условиях составляет примерно 0,239 кг/м^3