Константы фазового равновесия

Чтобы узнавать последние новости, подпишись на нашу группу в VK

Любой из индивидуальных углеводородов, находящихся при некоторых значениях давления и температуры в газообразном состоянии, может при других соответствующих давлении и температуре перейти в жидкое состояние. Это процесс полной конденсации. Наоборот, при изменении давления и температуры жидкий углеводород испаряется и переходит в газообразное состояние - это процесс испарения. Для индивидуального углеводорода (компонента) при температуре конденсации происходит полная конденсация газообразного углеводорода, т. е. всего его количества при достаточном отводе тепла от газовой системы. При температуре испарения и достаточном подводе тепла к жидкой системе происходит полное испарение жидкого углеводорода. Если нагреву или охлаждению подвергается многокомпонентная смесь углеводородов, то при некоторых значениях давления и температуры в газовой (паровой) фазе и в жидкой фазе будут находится все углеводороды многокомпонентной смеси, т. е. после осуществления процессов частичной конденсации паров или частичного испарения жидкости.

Равновесным состоянием газожидкой (парожидкой) системы называется такое, при котором при неизменных температуре и давлении сосуществование газа (пара) и жидкости не приводит к изменению их состава в течение длительного времени. Равновесное (предельное) состояние - основополагающее понятие термодинамики, изучающей массоперенос (массообмен) между газовой (паровой) и жидкой фазами. Константа фазового равновесия компонента равна отношению мольной концентрации компонента в газовой (паровой) фазе к мольной концентрации этого же компонента в жидкой фазе.

Константы фазового равновесия компонентов являются количественной характеристикой летучести (фугитивности, Fugacity) компонентов. Чем ниже температура кипения компонента, тем он более летуч, тем больше значения давления его насыщенного пара и константы фазового равновесия.

Отношения констант фазового равновесия компонентов, взятые по некоторому выбранному компоненту смеси, например по наименее летучему компоненту смеси, называют коэффициентами относительной летучести компонентов или коэффициентами их разделения, которые могут оценивать возможность и легкость взаимного разделения. Таким образом, знание (предварительное определение) величины констант(ы) фазового равновесия компонентов^) позволяет просто вычислить мольные составы (концентрации) равновесных газовой (паровой) и жидкой фаз, например газовой фазы по известному составу жидкой фазы или, наоборот, жидкой фазы по известному составу газовой фазы.

Для систем при расчетных давлениях не более 0,35 МПа константу фазового равновесия компонента вычисляют как отношение давления насыщенного пара компонента при расчетной температуре к общему давлению системы. Более универсальным определением константы фазового равновесия компонента при давлении до 2 МПа является отношение фугитивности компонента в жидкой фазе к фугитивности компонента в паровой фазе. Фуги-тивность (летучесть, «исправленное давление») - это давление реального газа (пара), свойства которого выражены уравнением состояния идеального газа (пара).

Термодинамическое состояние реальных газов (паров) характеризуется уравнениями состояния, связывающих давление Р, объем V и температуру Т (отсюда параметры PVT). Известно более 150 эмпирических уравнений состояния различной сложности и, следовательно, точности вычисляемых параметров. Унифицированные лабораторные стенды PVT позволяют также найти экспериментально значения констант фазового равновесия углеводородов и узких нефтяных фракций через их мольные составы и количества. Нахождение констант фазового равновесия через значения давления насыщенного пара или через фугитивность остается достаточно приближенным, так как при этом не учитывается влияние состава фаз на константу фазового равновесия, т. е. она представляется как функция только температуры и давления в системе. В действительности константа фазового равновесия данного компонента при одних и тех же давлении и температуре имеет разные значения в зависимости от концентраций других компонентов, с которыми сосуществует данный компонент в данной смеси. Проявляется «влияние среды (коллектива) на поведение индивидуума». Этот универсальный закон действует не только в общественной жизни, но также и в термодинамике.

Влияние состава многокомпонентной смеси на константы фазового равновесия всех компонентов смеси иногда оценивается через понятие давления сходимости смеси. При давлении сходимости значения констант фазового равновесия всех компонентов смеси приближаются к единице. Опубликованы многочисленные табличные значения констант фазового равновесия, а также различные графики и номограммы. Некоторые графические данные описаны в виде аналитических зависимостей (корреляций), которые с помощью ЭВМ позволяют упростить процедуру вычисления констант фазового равновесия углеводородов, водорода, азота, углекислого газа и узких нефтяных фракций.

Влияние выбора метода определения констант фазового равновесия компонентов. К сожалению, при определении констант равновесия всегда имеется элемент риска, так как по сравнению с экспериментом разные методы дают отклонения в величине констант фазового равновесия, особенно для наиболее легких и наиболее тяжелых компонентов смеси. Пределы изменения констант равновесия по разным методам могут быть: метана 6 %, этана 21 %, пропана 40 %, из чего следует погрешность в определении количеств материальных потоков плюс/минус 15-30 %, что приводит, как правило, к тому, что фактические показатели работы, например, установок переработки углеводородных газов, не соответствуют проектным показателям. Исследователи и проектировщики не прекращают работы по дальнейшему уточнению методов определения констант фазового равновесия компонентов, равно как и энтальпий и других теплофизических свойств уже известных и новых многокомпонентных смесей. Но обычно эти новые данные не публикуются и остаются в собственности крупных нефтяных компаний и фирм, проектирующих новые промышленные предприятия нефтегазопереработки и нефтехимии.

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki