纯气体_混合气体及液体粘度的计算

1、第6期田立楠 纯气体、混合气体及汝体粘度的计算 9 田立楠：1964年牛晁于广东 工业大学刚教枪曾冷广 东&禹竄此厂工作十年石 一直在犬汉化工学院任蓟。纯气体、混合气体及液体粘度的计算化学工程田立楠(武汉化工学院 430074)摘 要 介绍常压下纯代体及混合气休加压下纯代休及混合气休以及液体钻度 的计算方法.关卷词粘度纯气休混合气体液休© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期田立楠 纯气体、混合气体及汝体粘度的计算 # © 1994

2、-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期田立楠 纯气体、混合气体及汝体粘度的计算 10 1引言两流体层之间单位面积上的摩擦力与垂直于 流动方向的速度梯度成正比。这就是所谓牛顿摩 擦定律，其数学表达式为f /F = “ da)/ds (1)式中“与运动性质无关.取决于流体的物理性质 与温度(某些情况下亦与压力有关)，通常称为动 力粘度或绝对粘度，也简称为粘度,其值等于速度 梯度为1时两流体层之间单位面积上的摩擦力。 所谓速度梯度即指ds/ds。动力粘度与密度之比称为运动粘度

3、，以希腊 字母表示。2计算2-1常压下纯气体粘度的计算常压下纯气体粘度的计算通常用两种方法：(1) Thodos法此法的计算式为F+ cy X io-$(2) 式中“的单位为厘泊皿、加、”为常数，其数值 见表1，M为分子量。用(2)式计算常压下纯气体的粘度较为方 便，也较精确即使对于强极性分子，英误差也不 过2%左右。(2) Hirschfelcler法 此法的计算式为表1 Thodos计算式中的常数值气休种类QbCn适用范用非极性气体117.7834.04-580 -167000. 945/877 < 1.50 Tr> L50有氢健的气怵17.55一 0. 55一 5/4177

4、<21*他气体101.90一 0. 29一 2/34/5“ =2. 6693 X 10-$(MT)"% 边(泊) (3)式中a为粘度的碰撞积分，它是kT/e的函数2 和£均为分子力常数；£为分子间的杲低势能 (erg)；。为分子的碰撞直径(A)M为波尔茨曼常 数(ergK-*);T为温度(K)；M为分子呈。表2列出了一些气休的e/k与“值对于另 外一些气体，可由下式求岀：e/k = 1.777、严(K) (4)=0.561 吩加(入)(5)表3列岀了适用于非极性分子的a值。2.2常压下气体混合物粘度的计算常压下气体混合物的粘度可用下式计算： 心=%，“,严(

5、6)式中b常压下气体混合物的粘度；M常压下纯，组分的粘度； 混合物中，组分的分子量；y混合物中,组分的爍尔分数。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第6期田立楠 纯气体、混合气体及汝体粘度的计算 # © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 0化肥设计1997年第35卷© 1994-2010 China A

6、cademic Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved lutprA*ki.nei0化肥设计1997年第35卷表2分子力常数。与“女之值气体名称0(A)/*(K) |气体名称。（入）e/*(K)空气3. 6297.0环己烷6093243. 42124乙烯4.23205一氧化破3.59110丙烯4.67303二氧化碳4.00190.0丁烯心5. 20319硫化碳酰4. 13335丁烯25.51259二硫化碳4.4448& 0乙块4.22185氯44257氮2. 5810.2氟3. 65112.0氮3. 6891.

7、5氢2. 9337.0一氧化氮3-49119氯化氢2.31360二筑化氮3.88220水蒸汽2. 653562. 7935.7礁化氢3.59309氧3.548&0甲烷3. 80144四魚化碳5-88327乙烷4-422303.67152丙烷506254乙醉4. 37415止丁烷5. 00410丙酮5.05417异丁烷5. 34313V5.27440正己烷5.91413甲苯5.93317表3粘度的碰擔积分久之值*T/e久kT/cakT/ta.0. 302.7851.651.2644.00. 97000. 352.6281.701.2484. 10. 96490402.482L751.23

8、44.20. 96000. 452.3681.801.221430 95530. 502.2571.80. 95070.552. 1561.901.1974.50. 94640. 602. 0651.951.1864.60. 94220. 651. 9822. 001.1754.70. 93820. 701. 9082. 11.1564.80. 93430. 751. 8412.21.1384.90. 93050. 80L 7802. 31.1225-00. 92690. 851. 7252.41 1076.00. 89630. 901. 6752.51.0937.00.

9、87270. 9516292. 61.081&00. 85381.001. 5872.71.0699.00. 83791.051.5492.81.058100. 82421. 101.5142.91.048200. 74321. 151.4823.01.039300. 70051.201.4523.11.030400. 67181.251.4243.21.022500. 6504L 301.3993.31.014600. 63351.3513753-41.007700.61941.401.3533.50. 9999800. 60761.451.3333. 60. 9932900. 59

10、731.501.3143.70. 98701000. 58821.551.2963.80. 98112000. 53201.601.2793.90. 97554000.4811（1）普遍化粘度图将某气体的对比粘度“ =心与对比温度7；、对比压力pr的关系绘制 成图，就得到这种气体的普遍化粘度图。若已知气 体的温度f和压力/>,即可由其对比参数7；与 A，在这和气体的普遍化粘度图上査到对比粘度如果不知道此时的临界粘度就需要利用同 一气体在另外的温度和压力下的粘度值（可通过 实验测定或用常压计算法求取）再从普遍化粘度 图上査得此种情况下的对比粘度,这样就可以消 去临界粘度M，而按下式算出粘度

11、值，即 Pri/PrX （7）还有一种是对所有气体都适用的普遍化气体 对比粘度图（如图1所示）。通常也以N：的普遍 化粘度图作为非极性气体的普遍化粘度图，而以 水蒸汽的普遍化粘度图作为极性气体的普遍化粘 度图。（2）Thodos法此法的计算式为=（"-6X103 丁；'询2卩卄（8）汎>xltfEfe3025201510865432.521.51.00. 80. 60. 50.40. 254 0-5 0.6 0.7 0.8 J.01-5 2.0 2.5 345 6810对比温度7； = 777；© 1994-2010 China Academic Journa

12、l Electronic Publishing House. All riglits reserved lutprA*ki.nei0化肥设计1997年第35卷图1普遍化气体对比粘度图2.3加压卞纯气体帖度的计算加压下纯气体粘度的计算一般有两种方法:© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved lutprA*ki.nei第6期田立楠纯气体、混合气体及液体粘度的计算 11 式中“为加压下纯气体的粘度(厘泊);“°为同温 度、常压下纯气体的粘度(厘泊)；M为

13、气体的分 子量;R为对比密度W、b、m为常数。当 0 3£rW0 2 时，a = 23. 12、6 = 25、祝= 1.079；当 久<03 时2 = 11. 0、6= 110、加= 1584。(8)式仅适用于上述对比密度范围，当0. 1< &V3时，则用下式计算：卩=(0 10230 + 0. 0233640 + 0. 058533/-0. 040758 + 0. 0093324龙)°(9)以上是加压下非极性气体的计算，而对于极 性气体，则当pW01时(一“。)£=(16 56XlO-s)0m (10)当01冬&£09时(“

14、_“。)£=0 607X 107(9. 045&+ 0. 63)L 739 (11 )当0. 9WrW26时lg lg(一“°)W = 0 6439 0.1005& (12) 0;0. 90W2 275X10"4(-10. 65)S2. 2<Pr<2. 6当pr=2.S及3.0时(尸一才)£=000900 及 0. 0250 (13)式中 g = 7；"6M"2”2/3。2.4加压下气体混合物粘度的计算同样可以用上面所讲的普遍化气体对比粘度 图来求取加压下气体混合物的粘度，只是要用虚 拟临界常数来计算对比参

15、数。在有的普遍化算图 上查到的并非对比粘度从，而是所谓粘度比 讥那么按上述方法算出常压下气体泯合物的粘 度召，即可求得加压下气体混合物的粘度。如果已知各组分加压下的粘度，也可应用(6) 式计算加压下气体混合物的粘度，不过各组分的 压力应取系统总压，而不是各组分的分压.对于较精确的计算，可用下式：% = 2rA + 幻 kg s/m21+*(若)"心(14)式中第一项为常压下气体混合物的粘度，其中口 + (勞)。.5(鈴)。吁2/T(l+薔)°$ ；W为考虑压力影响的很正项，其计算式为 % = 1.1 X107 (e'5- - '耐)XMfp士门、出kgs/n

16、? 式中组分八j的分子童；y、y组分i、j的摩尔分数；“，、他组分i、j的粘度kg s/m2；M”混合气体的分子乐；Pz混合气体的虚拟临界压力atm； 7=混合气体的虚拟临界溫度K； AU混合气体的对比密度； 久混合气体的密度kmol/m3； P®混合气体的虚拟临界密度 kmol/m3；混合气体的体积m3/kmol 混合气体的虚拟临界体积 m3/kmolo有些专业性的数据手册还列岀了本专业常见 的纯气体及气体混合物在不同条件下的粘度值或 粘度计算的经验公式，使查用更方便。2.5液体粘度的计算液体粘度随温度的变化情况与气体绝然不 同。当温度升高时，气体的粘度增大，液体的粘度 反而减小。

17、这是因为气体的粘度主要由分子热运 动所引起，液体的粘度则主要由分子间的吸引力 而引起。当温度升高时，分子热运动加剧,分子间 的吸引力却减弱其结果自然是气体的粘度增大, 液体的粘度减小。对于纯液体，其粘度与温度的关系，可査一般 数据手册中的图或数据表。对于某些液体混合物, 在手册中也有图表。如无图表可査,对于在低于常 压沸点范围内的纯液体其粘度可由下式估算： lg(lglO) = (& + Sdp/M 2. 9(15) 式中h-一纯液体的粘度(厘泊)；P纯液体的密度(克/厘米”一原子常数；d对原子团特征的修正值。”与/值见表4“© 1994-2010 China Academi

18、c Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved ItftprA*ki.nei第6期刘跃进谢兰英陈虹水煤气甲烷化多段绝热反应平衡模型的计算机求解 # 匝子HONClBrIC2.729.737.060.079.0110.0 50.2原子团CH2NO2OHCOOC(X)Hd55. 68057. 190104.4表4原子常数并和结构转征修正值/i223 + 273.3304. 21.30< 1.50C02气体的粘度。解CO?的临界常数与分子量为7： = 304. 2K，A = 72. 9atm,A/ = 44CO?为非极性气

19、体且& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved, http:.7u*第6期刘跃进谢兰英陈虹水煤气甲烷化多段绝热反应平衡模型的计算机求解 14 若已知液体在某一温度下的粘度，还可以通 过图2粗賂估算该液体在另一温度下的粘度。具 体査法是，先由巳知的粘度在图上定岀相应温度 的位置，再由另一温度反过来查取其粘度。此法对 于水银不适用。图2液体粘度与温度的关系对于非缔合的液体混合物，其粘度可按下式 计算：=工llgM (16)式中X,为液体混合物中i组分的摩尔分数,M则

20、 为f组分在同一温度下的粘度。压力对液体粘度的影响不大在某些情况下 也可以利用图1左上方777；1的曲线进行高 压下液体粘度的计算。3例题(1)试用Thodos法计算常压下J22.3C时所以(2)式可简化为“ =7*71/6/W,/2(34Tr)0-9< X IO"5=304. 2一力 X 72. 9"X44,/2X (34X 1. 30)° 0<xio-'= 1.571X107 厘泊= L571X10-8Pa s(2) 试用HirschfeHer法计算常压下，300K 时2气体的粘度。解由表2、表3査得= 3 68A /k = 91. 5(K

21、) .k/e = 0. 0109KT/e = 0. 0109 X 300 = 3. 27 耳=1. 016 将以上各值代入(3),得“ =2. 6693X107X(34. 08X300)1/2X3. 687X1.0167= 1.962X10"泊=1 962X10- u s(3) 已知甲烷在0 C、10 atm时的粘度为 1. 040X10-*泊，试用普遍化气体对比粘度图计算 甲烷在25 C.11O atm时的粘度。解首先査得甲烷的临界常数为7； = 190. 7K 仅=45. 8 atm然后算得两种情况下的对比参数为T八=273. 2/190. 7 = 1. 43Pn = 10/45

22、. 8 = 0. 22由此在普遍化气体对比粘度图上查得两种情况的 对比粘度分别为Ml =0. 62“吃=s/m = 0. 83所以甲烷在25 C JlOatm时的粘度为“2 = “1 “吃/“八=l040X10-°X083/0 62= l392X10T 泊= 1.392X10sPa s(4) 试计算甲醇水溶液在常压和30C时的粘 度。甲醇水溶液的质量百分浓度为20%。解此题有几种解法，这取决于所学握的 资料。可以由甲醇水溶液的粘度表上查得20%的 甲醇水溶液在30C时的粘度为1. 145厘泊；也可 以通过甲醇水溶液的粘度图査得其粘度为1. 2厘刘跃进"贞士 丸后就读于 炖江

23、大爭、华东建工大爭化学工机专业，利般授、项士水煤气甲烷化多段绝热反应平衡模型的计算机求解异聊、窠主任主要从审反 应过盘的开发及反应耶的馍拟、仪计等工作。刘跃进谢兰英陈虹（湘潭大学化工索湘漳411105）摘要什对水煤印烷化多段绝热反应平衡计畀模型.建立了“迭代循坏、犬小 跨步、克接寻优”的数值求解方法，并给出了工业计算实刮.关键词水煤气甲烷化 ¥循计算模型数値求解计算机1引言根据我国国情，对广大中小城市及城镇来说， 利用现行合成氨厂的水煤气或半水煤气及公用工 程设施来副产城市煤气,具有广阔的应用前景，由 于水煤气或半水煤气CO含址髙、热值低,达不到 我国城市煤气的质量要求，因此区必须加

24、以部分 甲烷化，以降低co含量和提高煤气热值。实现水煤气甲烷化的工艺路线有很多其中 多段绝热固定床反应工艺具有简单易行的特点， 国外有工业装迓的运转实例，国内也进行过一千 小时以上的中试生产，并表明反应出口易达平 衡5对此，本文作者曾建立起物料平衡、能量平 衡和化学反应平衡的计算模型。由于该模型是 一组多元非线性方程，且方程形式较繁，牵涉到的 中间表达式亦多，用一般的解法比较困难。这里介 绍本文自创的一种“迭代循环、大小跨步、直接寻 优”的数值计算方法，通过计算机运算，能获得快 泊（近似值）；还可分别求得纯水与纯甲醇液体的 粘度后，再用（16）式计算出甲醇水溶液的粘度。査数据表知，纯水和纯甲醉

25、液体在常压和 30C时粘度分别为= （100X0. 8/18）/100X （ + -）=0. 88xch/w = 1 x）f2o =1 0. 88=0. 12再按（】6）式进行计算：速、稳定的精确解，并给出工业计算实例。2数学模型按照文献，在不考虑热量、压降损失及抑制 析碳反应发生的情况下，对绝热反应过程建立的 平衡计算模型包括：（1）独立反应C0 + 3HUh + HQ （1）CO+H2O = CO2 + I12 （2）（2）物料平衡R=l+ycoi力（14$） （3）如0 =>巧|+，0夂（1 一4$）/人（4）畑0=30（1乂）/人，叫,<> =yco2+ycoH（l.

26、O/7? （6）5。=外小/人 （7）3r«叫o=（%i+ymM$）/R （8）lg “搅=珈=0. 88 lg 0. 80+0. 12 lg 0. 50=0. 756厘泊=0. 756X10Pa s由此可见，计算结果与上面查表数值误差较大。因 此,在有实验数据可査时，应尽量避免用经验公式 计算。（修改稿 19970701）& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved, http:.7u*第6期刘跃进谢兰英陈虹水煤气甲烷化多段绝热反应平衡模型的计算机求解

27、 # & 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All riglits reserved, http:.7u* 3 CHEMICAL FERTILIZER DESIGNVol. 35 No. 6 Dec. 1997(total No. 180)6© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved hitp:Aki.nei 3 6© 1994-2010 China Ac

28、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved hitp:Aki.nei 3 Analysis and Selection in Ammonia Processwith Nitrogen Riched Natural GasLiu .JingyuanAbstract Two advanced process (AMV and Braun) are compared and analyzed for ammonia production in case of using nitrogen riched natural

29、 gas as a feedKey words nitrogen riched natural gas ammonia, analysis,selectionViscosity Calculation of Pure Gas.Gas Mixture and LiquidTian LilianAbstract Calculation method of viscosity for pure gas* mixed gas and liquid at ambient pressure is dis cussedKey words viscosity>pure gas,mixed gas Jiq

30、uidNumerical Solution of Equilibrium Modelfor Gas Methanation inMultistage Adiabatic ReactorLiu YuejifitXie Lanying 9Chen HongAbstract A numerical solution of witeration method with large and small step directly searching optimum value is set up for the equilibrium model of methanation in multistage

31、 adiabatic reactor An application example is 81so listedKey words numerical solution«equilibrium model« gas methanationStudy on Material's Applicationin 200 kt/a Methanol PlantSong Wen XuanAbstract Equipment type and material selection for the shifter (warm wall type and SA 387MGR12C12

32、 are used), material selection and fabrication for methanol synthesis reacctor and Rectisol washing equipment v as well as cracking and its treatment of S S large size pipe in shift section are discussed.Key words warm wall shifter* methanol synthesis xeactor, Rectisol washing stress corrosionStreng

33、thening Design nf Large OpeningTang ChaoAbstract From view points of design method of large opening tstress measurement and analysis*as well as code analysis9based on the feature of stressing along the edge of openings suitable structure form for strengthen ing design of larger opening is put forwar

34、d The circle structure of strengthening is also discussedKey words large opening f stress analysis 9 design method *strengthening structureThe past Present and Future ofScrubbing in FGD TechnologyZhou YttkufiAbstract FGD is one of the old technology used for sulfur removal in flue gas from coal burning boiler. It contributed a lot for the control of air pollu