No Image

Пропан бутан изобутан смесь

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Пропан и бутан вместо жидкого азота
(Сфероидальное состояние, туман, разбивание цветов)

Как извлечь сжиженный газ?

Многим, наверное, хотелось увидеть жидкий азот и провести с ним интересные опыты. На первый взгляд удовлетворить это желание не так и сложно. Жидкий азот — важнейший продукт промышленности, который выпускается в больших масштабах и перевозится огромными цистернами. На крупных установках ректификации воздуха себестоимость литра жидкого азота гораздо ниже, чем литра бензина или литра растительного масла.

Однако, несмотря на массовое производство и широкое использование жидкого азота, достать его проблематично. Между тем можно провести немало интересных опытов, используя вместо жидкого азота его суррогат — сжиженный углеводородный газ. Такой газ продается в баллонах или небольших баллончиках и используется в качестве топлива для зажигалок, туристических горелок и т.п. Сжиженный газ варьирует по своему составу в зависимости от производителя, однако в основном он содержит бутан (изобутан) и некоторое количество пропана (в "зимних смесях").

К сожалению, смеси пропана, бутана и изобутана не позволяют достичь охлаждения, достаточного для того, чтобы наблюдать образование паровой подушки между каплей и ладонью (сфероидальный эффект) или заморозить до хрупкого состояния резину и другие материалы. Однако ряд интересных опытов с такими смесями провести можно. Во время экспериментов не забывайте, что пропан и бутан огнеопасны. Эксперименты нужно ставить под тягой или на открытом воздухе.

В баллончиках сжиженный газ имеет комнатную температуру, однако он находится под повышенным давлением. Когда жидкий газ вытекает из баллона, его давление резко падает до атмосферного. В результате углеводороды (пропан, бутан, изобутан) начинают кипеть и быстро испаряться. За счет испарения жидкость охлаждается. Когда ее температура опускается ниже температуры кипения, кипение жидкого газа прекращается, однако активное испарение продолжается. Поэтому необходимо максимально защитить жидкость от поступления тепла извне.

Теперь расскажем о том, как извлечь сжиженный газ. В нашем распоряжении был туристический баллончик (вместимостью 220 г). На металлическую трубочку клапана (не вдавливая его) осторожно наденьте (до половины) силиконовую трубочку от "капельницы" или другую трубку, подходящую по размеру. Теперь перевернув баллон и нажав с помощью пинцета на клапан можно добиться выхода сжиженного газа в виде струйки.

В качестве емкости для сбора жидкости мы использовали пенопластовый стаканчик. В нем жидкий газ хранится сравнительно долго. По внешнему виду он похож на жидкий азот. Когда мы погрузили в жидкость термометр, он показал примерно минус 19 — минус 20°С, однако подув на поверхность жидкости, легко добиться понижения температуры до минус 30°С, вследствие ее испарения.

Пропан

Бутан

Изобутан

Сжиженный газ из баллончика (пропан, изобутан, бутан)

Конечно, это не жидкий азот (температура кипения минус 196°С), но даже с помощью такого его "высокотемпературного аналога" можно продемонстрировать опыт со сфероидальным состоянием жидкости.

Разумеется, если просто капнуть сжиженный углеводородный газ на ладонь или на какую-либо поверхность (комнатной температуры), наблюдать сфероидальное состояние не удастся: слишком мала разность температур. На ладони сжиженный газ просто растекается, давая ощущение обжигающего холода.

Однако достаточно подогреть ложку в стакане кипятка (можно вырезать донышко от алюминиевой банки) и капнуть жидкий газ. Мы увидим, как капли с шипением бегают по поверхности металла. Благодаря значительной разнице температур, жидкость активно испаряется от контакта с нагретой поверхностью, в результате возникает паровая подушка, и прямой контакт капли с поверхностью теряется. Другими словами, наблюдается сфероидальное состояние жидкости. На горячей поверхности капли углеводородов внешне неотличимы от жидкого азота.

Сфероидальное состояние (пропан, изобутан, бутан)

Многие знают, что при контакте жидкого азота с водой (не обязательно горячей) образуется туман. Аналогичный эффект удалось достичь и с помощью сжиженного углеводородного газа: вылив сжиженный газ в кипяток, мы получили туман. К сожалению, эффективность образования тумана в этом случае гораздо ниже (по сравнению с жидким азотом).

Получение тумана (пропан, изобутан, бутан)

Большинство читателей, безусловно, знают, что цветок, замороженный в жидком азоте, можно разбить. Например, на лекционных демонстрациях с жидким азотом нередко показывают опыт, в котором разбивают розу.

Мы решили провести аналогичный эксперимент по охлаждению цветов и листьев в сжиженном углеводородном газе. Получилось — несмотря на такую высокую температуру! Хотя хрупкость меньшая, чем при охлаждении азотом, но растения разбиваются неплохо. К сожалению, они очень быстро оттаивают, поэтому проводить опыт нужно быстро.

В числе прочего мы попробовали разбивать ромашку и одуванчик — в результате жидкий газ окрасился в желтый цвет и это неспроста: пропан-бутановая смесь хорошо экстрагирует некоторые вещества из растений. Не случайно ее используют в промышленности для экстракции из растений биологически-активных веществ и других ценных продуктов, которые разлагаются при нагревании (пигменты и эфирные масла, полифенольные соединения, производные антрацена и др.) [1].

________________________________
1 Кроме сжиженной пропан-бутановой смеси для экстракции используется углекислый газ, фреоны и другие жидкие газы — см. Чуешов В.И. и др. Промышленная технология лекарств, Т.2 (1999) ссылка

Разбивание цветов

При достаточном охлаждении ртуть — единственный металл, жидкий при комнатной температуре — замерзает. В частности, из ртути можно сделать молоток, которым можно забивать гвозди. Обычно для замораживания ртути используют жидкий азот.

К сожалению, попытка заморозить капельку ртути (температура плавления — минус 38.8°C) с помощью жидкого углеводородного газа не удалась — несмотря на продувание воздуха. Тогда мы решили использовать пятилитровый баллон с надписью "пропан" (температура кипения пропана — минус 42.1°C). Вскоре оказалось, что полученная из баллона жидкость не в состоянии заморозить ртуть. Вывод напрашивается сам собой: в баллоне был не чистый пропан, а пропан-бутановую смесь (пропан, бутан, изобутан), причем в конденсате, разумеется, содержится избыток более высококипящих газов — бутана (температура кипения минус 0.5°C) и изобутана (температура кипения минус 11.7 °C). Кроме того, смесь содержит меркаптаны (которые добавляют в газ, чтобы можно было заметить утечку). В результате посуда и руки долго источали неприятный "газовый запах".

Ртуть

Опыты со сжиженными углеводородами (алканы)
Эксперименты с пропан-бутановой смесью
Опыты с жидким азотом
Опыты с трубкой Фарадея (получение сжиженных газов)

[Отправить сообщение об ошибке]

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это углеводороды или их смеси, которые при нормальном давлении и температуре окружающего воздуха находятся в газообразном состоянии, но при увеличении давления на относительно небольшую величину без изменения температуры переходят в жидкое состояние.

Сжиженные газы получают из попутных нефтяных газов, а также газоконденсатных месторождений. На перерабатывающих заводах из них извлекают этан, пропан, а также газовый бензин. Наибольшую ценность для отрасли газоснабжения имеют пропан и бутан. Их главное преимущество в том, что их легко хранить и перевозить в виде жидкости, а использовать в виде газа. Другими словами, для перевозки и хранения сжиженных газов используются плюсы жидкой фазы, а для сжигания — газообразной.

Сжиженный углеводородный газ получил широкое применение во многих странах мира, включая Россию, для нужд промышленности, жилищного и коммунально-бытового сектора, нефтехимических производств, а также в качестве автомобильного топлива.

Молекула пропана состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода

Пропан

Для систем газоснабжения, эксплуатируемых в России, наиболее подходящим является технический пропан (C3H8), так как он имеет высокую упругость паров вплоть до минус 35°C (температура кипения пропана при атмосферном давлении — минус 42,1°C). Даже при низких температурах из баллона или газгольдера, наполненного пропаном, легко отбирать нужное количество паровой фазы в условиях естественного испарения. Это позволяет устанавливать газовые баллоны со сжиженным пропаном на улице зимой и отбирать паровую фазу при низких температурах.

Бутан

При сгорании молекулы бутана в реакцию вступают четыре атома углерода и десять атомов водорода, что объясняет его большую теплотворную способность по сравнению с пропаном

Бутан (C4H10) — более дешевый газ, но отличается от пропана низкой упругостью паров, поэтому применяется только при положительных температурах. Температура кипения бутана при атмосферном давлении — минус 0,5°C.

Температура газа в резервуарах системы автономного газоснабжения должна быть положительной, иначе испарение бутановой составляющей СУГ будет невозможно. Для обеспечения температуры газа выше 0°C используется геотермальное тепло: газгольдер для частного дома устанавливается подземно.

Смесь пропана и бутана

В коммунально-бытовой сфере используется смесь пропана и бутана технических (СПБТ), в быту называемая пропан-бутаном. При содержании бутана в СПБТ свыше 60% бесперебойная работа резервуарных установок в климатических условия России невозможна. В таких случаях для принудительного перевода жидкой фазы в паровую применяются испарители СУГ.

Особенности и свойства СУГ

Свойства сжиженных газов влияют на меры безопасности, а также конструктивные и технические особенности оборудования, в котором они хранятся, перевозятся и используются.

Отличительные особенности сжиженных газов:

  • высокая упругость паров;
  • не имеют запаха. Для своевременного выявления утечек сжиженным газам придают специфический запах — производят одоризацию этилмер-каптаном (C2H5SH);
  • невысокие температуры и пределы воспламеняемости. Температура воспламенения бутана — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости пропана — 2,3%, бутана — 1,9%;
  • пропан, бутан и их смеси тяжелее воздуха. В случае утечки сжиженный газ может скапливаться в колодцах или подвалах. Запрещается устанавливать оборудование, работающее на сжиженном газе, в помещениях подвального типа;
  • переход в жидкую фазу при увеличении давления или уменьшении температуры;
  • высокая теплотворная способность. Для сжигания СУГ необходимо большое количество воздуха (для сжигания 1 м³ газовой фазы пропана необходимо 24 м³ воздуха, а бутана — 31 м³ воздуха);
  • большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз больше, чем у воды). Баллоны и резервуары заполняются не более чем на 85% геометрического объема. Заполнение более чем на 85% может привести к их разрыву, последующему быстрому истечению и испарению газа, а также воспламенению смеси с воздухом;
  • в результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. получается 450 литров паровой фазы. Другими словами, 1 м³ паровой фазы пропан-бутановой смеси имеет массу 2,2 кг;
  • при сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 11,5 кВт×ч тепловой энергии;
  • сжиженный газ интенсивно испаряется и, попадая на кожу человека, вызывает обморожение.

Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры


Зависимость давления насыщенных паров пропан-бутановой смеси от температуры

Зависимость плотности пропан-бутановой смеси от ее состава и температуры

Таблица плотностей сжиженной пропан-бутановой смеси (в т/м³) в зависимости от ее состава и температуры

−25 −20 −15 −10 −5 5 10 15 20 25 P/B, % 100/0 0,559 0,553 0,548 0,542 0,535 0,528 0,521 0,514 0,507 0,499 0,490 90/10 0,565 0,559 0,554 0,548 0,542 0,535 0,528 0,521 0,514 0,506 0,498 80/20 0,571 0,565 0,561 0,555 0,548 0,541 0,535 0,528 0,521 0,514 0,505 70/30 0,577 0,572 0,567 0,561 0,555 0,548 0,542 0,535 0,529 0,521 0,513 60/40 0,583 0,577 0,572 0,567 0,561 0,555 0,549 0,542 0,536 0,529 0,521 50/50 0,589 0,584 0,579 0,574 0,568 0,564 0,556 0,549 0,543 0,536 0,529 40/60 0,595 0,590 0,586 0,579 0,575 0,568 0,562 0,555 0,550 0,543 0,536 30/70 0,601 0,596 0,592 0,586 0,581 0,575 0,569 0,562 0,557 0,551 0,544 20/80 0,607 0,603 0,598 0,592 0,588 0,582 0,576 0,569 0,565 0,558 0,552 10/90 0,613 0,609 0,605 0,599 0,594 0,588 0,583 0,576 0,572 0,566 0,559 0/100 0,619 0,615 0,611 0,605 0,601 0,595 0,590 0,583 0,579 0,573 0,567

T — температура газовой смеси (среднесуточная температура воздуха); P/B — соотношение пропана и бутана в смеси, %

Основным компонентом автономной системы газоснабжения является пропан-бутановая смесь. При этом многие не понимают, зачем смешивают пропан и бутан, ведь каждый газ может использоваться как самостоятельное топливо. Тем не менее, в некоторых регионах России данные углеводороды нельзя применять в чистом виде для газификации объектов, что связано с их физико-химическими свойствами и климатическим фактором.

Свойства СУГ

Чтобы понять, зачем смешивают пропан с бутаном, необходимо знать особенности каждого компонента, в том числе их взаимодействие с внешней средой. С точки зрения молекулярного строения они относятся к углеводородным соединениям, которые можно хранить в жидком состоянии, что значительно упрощает транспортировку и эксплуатацию.

Одним из условий образования жидкого газа является высокое давление, поэтому его хранят в специальных резервуарах под давлением 16 бар. Второе условие для перехода углеводородных газов из одного состояния в другое – внешняя температура воздуха. Пропан закипает при -43°С, тогда как преобразование из жидкого в газообразное состояние у бутана происходит при -0,5°С, что является основным отличием данных углеводородов.

Таблица с некоторыми другими свойствами данных газов

Дополнительную информацию о свойствах сжиженного углеводородного газа можно прочитать в статье: пропан-бутан для газгольдера – свойства и особенности применения.

Зачем смешивают пропан и бутан в автономной системе газоснабжения

Учитывая физико-химические характеристики насыщенных углеводородов, их применение во многом зависит от климатических условий. Сжиженный бутан в чистом виде не будет работать при отрицательных температурах. Тогда как применение чистого пропана противопоказано в условиях жаркого климата, поскольку высокая температура вызывает чрезмерное повышение давления в газовом резервуаре.

Так как для каждого региона нецелесообразно производить отдельную марку газа, с целью унификации ГОСТом предусмотрена смесь с определенным содержанием двух компонентов в рамках установленных норм. Согласно ГОСТ 20448-90 максимальное содержание бутана в данной смеси не должно превышать 60%, при этом для северных регионов и в зимнее время года доля пропана должно быть не меньше 75%.

Процентное соотношение газов в разное время года

Кстати, больше статей нашего блога о газификации — в этом разделе.

Технологический фактор

Помимо климатического фактора, существует технологическое обоснование того, зачем смешивают пропан и бутан. На нефтеперерабатывающих предприятиях в процессе переработки попутных газов пропан и бутан производятся в разных количествах. Поэтому для оптимизации сырьевой политики данные углеводороды смешивают между собой в определенной пропорции. При этом, независимо от технологии изготовления сжиженного углеводородного газа, процентное содержание двух составляющих должно находиться в рамках, установленных ГОСТом.

Ценовая политика при заправке СУГ

Стоимость пропана-бутана зависит от содержания в нем первого (более дорогого) компонента. Поэтому неудивительно, что «зимняя» смесь для заправки автономной системы газоснабжения будет дороже «летней». Однако, если какая-либо компания предлагает заправку по цене, значительно уступающей среднерыночной, тогда ее представителю необходимо задать следующие вопросы:

  • Почему стоимость СУГ такая низкая?
  • Какое соотношение пропана-бутана?
  • Как этот состав будет работать зимой?
  • Есть ли в наличии соответствующая техническая документация?
  • Можно ли обратиться в компанию при возникновении проблем?

Будьте осторожны! Дешевая смесь может затем обойтись гораздо дороже.

Некоторые компании хитрят, предоставляя «зимнюю» смесь, которая не соответствует ГОСТу. Поэтому невысокая стоимость СУГ должна, как минимум, насторожить покупателя.

Для автономной газификации дома качество газа имеет определяющее значение, поскольку от этого зависит надежность работы всей системы. Поэтому важно понимать, зачем смешивают пропан с бутаном, и в какой пропорции данные компоненты должны находиться зимой и летом. Больше о газоснабжении частных объектов читайте в статье: автономное отопление пропан-бутаном.

Чтобы избежать проблем с газификацией своего дома, обращайтесь в компанию «Промтехгаз», которая уже доказала свой профессионализм и надежность. О чем свидетельствуют хорошие позиции на рынке, и отсутствие отрицательных отзывов от клиентов.

Читайте также:  Как проверить лямбда зонд тестером видео
Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector