Библиографическое описание:

Мирзаев С. С., Фозилов О. Фазовые равновесия в многокомпонентных смесях, содержащих компоненты природного газа, воду, метанол, гликоли // Молодой ученый. — 2016. — №2. — С. 182-183.

 

При расчетах процессов переработки природного газа наиболее важной и трудной задачей является расчет фазового равновесия жидкость — пар. При этом требуется определить состав фаз и их количество. В смесях, содержащих воду, метанол, гликоли, возможно выделение второй жидкой фазы.

Равновесие жидкость — пар


Запишем уравнения материального баланса для одного моля смеси и каждого компонента:

где V мольная доля газовой фазы; L мольная доля жидкой фазы; уi мольная доля г компонента в газовой фазе; хi -мольная доля г компонента в жидкой фазе; zi мольная доля г компонента в смеси.

Распределение компонентов между фазами наиболее часто выражают через константы фазового равновесия:

Решая эти уравнения методом последовательных приближений, получают составы фаз и доли паровой и жидкой фаз в смеси.

Чтобы избежать лишних вычислений следует сначала убедиться, что смесь при данных условиях находится в двухфазном состоянии. Для этого рекомендуется предварительно вычислить следующие функции:

Если S1 и S2 больше единицы, то смесь находится в двухфазном состоянии, если S1 меньше единицы, то одна жидкая фаза, если S2 меньше единицы, то одна газовая фаза. Точка росы соответствует S2 = 1, точка начала кипения — S2 = 1.

Константы фазового равновесия зависят от температуры, давления и состава фаз. Современные методы расчета констант фазового равновесия основаны на строгих термодинамических соотношениях и уравнениях состояния.

Условиями фазового равновесия являются равенство температур, давлений и химических потенциалов всех компонентов в каждой из фаз. Для практических расчетов более удобной является функция — летучесть f, эквивалентная химическому потенциалу.

Разделим летучести г компонента в паровой и жидкой фазах на давление и мольную долю компонента:

Коэффициент летучести i компонента в смеси может быть определен по следующему термодинамическому уравнению:

где ni количество молей i компонента в смеси; z коэффициент сжимаемости смеси.

Для вычисления коэффициентов летучести по уравнению используют уравнения состояния, которые связывают между собой давление, температуру, объем и состав смеси.

Летучесть чистой жидкости в стандартном состоянии может быть вычислена по корреляциям, основанным на принципе соответственных состояний, или по уравнениям состояния.


Для вычисления коэффициентов активности применяются эмпирические или полуэмпирические уравнения, удовлетворяющие уравнению Гиббса — Дюгема:

Выражения получены при использовании уравнений, но можно также использовать уравнение. Это зависит от того, какие константы равновесия определены. Для определения составов всех фаз и их количеств достаточно иметь два любых набора констант фазового равновесия.

В уравнениях, используя уравнение, можно исключить одну из величин V, L или W.

Решение приведенных уравнений с целью определения составов фаз и их числа производится методом последовательных приближений.

Другой способ расчета трехфазного равновесия заключается в последовательном расчете двухфазного равновесия. Например, сначала рассчитывается равновесие пар — углеводородная жидкость, затем пар — водная жидкость, после чего все повторяется. Расчет продолжается до тех пор, пока не установятся постоянные величины V, L, W и составы фаз. Этот способ показал довольно быструю и надежную сходимость.


Из уравнений можно получить

Для расчета коэффициентов летучести используются уравнения состояния. Наибольшее применение для расчета фазовых равновесий в смесях углеводородов получили уравнения Бенедикта — Вебба — Рубина (БВР) [1], Старлинга — Хана [2], Соава [3].

В настоящее время преимущество отдается двум последним, так как они значительно проще, более универсальны, легче поддаются модификации для включения неуглеводородных веществ и расчета трехфазного равновесия.

Все указанные уравнения и их применение для расчета коэффициентов летучести и других свойств достаточно полно описаны в [3].

Рассмотрено уравнение состояния Пател — Тея [2], которое является обобщающим по отношению к уравнениям Соава и Пенга — Робинсона и за счет дополнительного параметра позволяет более точно предсказывать плотность тяжелых углеводородов и полярных компонентов.

 

Литература:

 

  1.      Бекиров Т. М. Влияние уноса гликоля с установки осушки на показатели работы газотранспортных систем//Подготовка, переработка и использование газа. — М.: ВНИИЭгазпром, 1980. — № 11. — С. 9–11.
  2.      Бекиров Т. М. Первичная переработка природных газов. — М.: Химия, 1987.- 256 с.
  3.      Бекиров Т. М. Системный подход к установлению показателей качества товарного газа//Анализ работы модернизированного оборудования на действующих промыслах и использование современных технологий и оборудования на новых месторождениях Западно-Сибирского региона. — М.: ИРЦ Газпром. — 1996. — С. 74–88.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle