Фазовые равновесия в многокомпонентных смесях, содержащих компоненты природного газа, воду, метанол, гликоли | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (106) январь-2 2016 г.

Дата публикации: 21.01.2016

Статья просмотрена: 373 раза

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. — URL https://moluch.ru/archive/106/25440/ (дата обращения: 16.10.2018).

 

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.
Основные термины (генерируются автоматически): жидкая фаза, фазовое равновесие, состав фаз, мольная доля, уравнение состояния, уравнение, газовая фаза, смесь, компонент, двухфазное состояние.


Похожие статьи

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

фаза, состояние равновесия, паровая фаза, уравнение, граница раздела фаз, жидкая фаза, компонент, единица времени, разность концентраций, движущая сила процесса.

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Ключевые слова: фазовое равновесие, локальные объемные доли, мольные доли, математическая модель, жидкая фаза, паровая фаза, корреляционно-предсказывающая модель,прогнозирование равновесных составов, многокомпонентная смесь, ректификация...

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

фаза, состояние равновесия, паровая фаза, уравнение, граница раздела фаз, жидкая фаза, компонент, единица времени, разность концентраций, движущая сила процесса.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Введение в математическую модель [8] кинетических уравнений прямого и обратного процесса в газовой и жидкой фазах (уравнения 1-4)

Доля ЦПД в продуктовом потоке, масс. % 99,7.

Рис. 1. Зависимость мольных долей ЦПД и ДЦПД от номера ступени при реакционной зоне...

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Ключевые слова: фазовое равновесие, локальные объемные доли, мольные доли, математическая модель, жидкая фаза, паровая фаза, корреляционно-предсказывающая модель,прогнозирование равновесных составов, многокомпонентная смесь, ректификация...

Коэффициенты активности растворяющейся фазы гетерогенного...

Определение коэффициентов активности фазы гетерогенного сплава ранее [1–5] выполнялось по следующему уравнению

где NA, NВ — молярная доля компонентов в сплаве; IAmax, IВmax — максимальный ток растворения чистых компонентов.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Введение в математическую модель [8] кинетических уравнений прямого и обратного процесса в газовой и жидкой фазах (уравнения 1-4)

Доля ЦПД в продуктовом потоке, масс. % 99,7.

Рис. 1. Зависимость мольных долей ЦПД и ДЦПД от номера ступени при реакционной зоне...

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Как видно из таблицы, давление насыщенного пара магния чистого компонента (при мольной доле магния ) равна [атм.]

Используя уравнение (7), определяем касательную уравнение в точке : Рассчитываем гипотетическое давление насыщенного пара серы над жидким...

Коэффициенты активности растворяющейся фазы гетерогенного...

Определение коэффициентов активности фазы гетерогенного сплава ранее [1–5] выполнялось по следующему уравнению

где NA, NВ — молярная доля компонентов в сплаве; IAmax, IВmax — максимальный ток растворения чистых компонентов.

Модель с распределенными параметрами для описания динамики...

В модели учтены фазовые превращения — образование твердой фазы в жидком растворе соли.

ΙΙ.2 Алгоритм построения «конечного» состояния для двухфазной смеси. 1. Исходное утверждение — состояние среды двухфазное, т. е. смесь жидкого раствора при предельной...

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Как видно из таблицы, давление насыщенного пара магния чистого компонента (при мольной доле магния ) равна [атм.]

Используя уравнение (7), определяем касательную уравнение в точке : Рассчитываем гипотетическое давление насыщенного пара серы над жидким...

Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме...

Для нефтяной смеси уравнение состояния является термодинамической моделью равновесных паровой и жидкой фаз в отдельности [2, с. 144]. При моделировании сложной нефтяной системы, имеющей в своем составе газовую часть...

Модель с распределенными параметрами для описания динамики...

В модели учтены фазовые превращения — образование твердой фазы в жидком растворе соли.

ΙΙ.2 Алгоритм построения «конечного» состояния для двухфазной смеси. 1. Исходное утверждение — состояние среды двухфазное, т. е. смесь жидкого раствора при предельной...

Метод физико-химического анализа при расчете числа...

Составы находящихся в равновесии фаз будут существовать неизменными. Фазовые равновесия определяются соотношением термодинамических

Фаза может быть твердая, жидкая и газообразная (парообразная). Твердых и жидких фаз в системе может быть несколько.

Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме...

Для нефтяной смеси уравнение состояния является термодинамической моделью равновесных паровой и жидкой фаз в отдельности [2, с. 144]. При моделировании сложной нефтяной системы, имеющей в своем составе газовую часть...

Метод физико-химического анализа при расчете числа...

Составы находящихся в равновесии фаз будут существовать неизменными. Фазовые равновесия определяются соотношением термодинамических

Фаза может быть твердая, жидкая и газообразная (парообразная). Твердых и жидких фаз в системе может быть несколько.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

фаза, состояние равновесия, паровая фаза, уравнение, граница раздела фаз, жидкая фаза, компонент, единица времени, разность концентраций, движущая сила процесса.

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Ключевые слова: фазовое равновесие, локальные объемные доли, мольные доли, математическая модель, жидкая фаза, паровая фаза, корреляционно-предсказывающая модель,прогнозирование равновесных составов, многокомпонентная смесь, ректификация...

Основные уравнения процесса перегонки жидких смесей

фаза, состояние равновесия, паровая фаза, уравнение, граница раздела фаз, жидкая фаза, компонент, единица времени, разность концентраций, движущая сила процесса.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Введение в математическую модель [8] кинетических уравнений прямого и обратного процесса в газовой и жидкой фазах (уравнения 1-4)

Доля ЦПД в продуктовом потоке, масс. % 99,7.

Рис. 1. Зависимость мольных долей ЦПД и ДЦПД от номера ступени при реакционной зоне...

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Ключевые слова: фазовое равновесие, локальные объемные доли, мольные доли, математическая модель, жидкая фаза, паровая фаза, корреляционно-предсказывающая модель,прогнозирование равновесных составов, многокомпонентная смесь, ректификация...

Коэффициенты активности растворяющейся фазы гетерогенного...

Определение коэффициентов активности фазы гетерогенного сплава ранее [1–5] выполнялось по следующему уравнению

где NA, NВ — молярная доля компонентов в сплаве; IAmax, IВmax — максимальный ток растворения чистых компонентов.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Введение в математическую модель [8] кинетических уравнений прямого и обратного процесса в газовой и жидкой фазах (уравнения 1-4)

Доля ЦПД в продуктовом потоке, масс. % 99,7.

Рис. 1. Зависимость мольных долей ЦПД и ДЦПД от номера ступени при реакционной зоне...

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Как видно из таблицы, давление насыщенного пара магния чистого компонента (при мольной доле магния ) равна [атм.]

Используя уравнение (7), определяем касательную уравнение в точке : Рассчитываем гипотетическое давление насыщенного пара серы над жидким...

Коэффициенты активности растворяющейся фазы гетерогенного...

Определение коэффициентов активности фазы гетерогенного сплава ранее [1–5] выполнялось по следующему уравнению

где NA, NВ — молярная доля компонентов в сплаве; IAmax, IВmax — максимальный ток растворения чистых компонентов.

Модель с распределенными параметрами для описания динамики...

В модели учтены фазовые превращения — образование твердой фазы в жидком растворе соли.

ΙΙ.2 Алгоритм построения «конечного» состояния для двухфазной смеси. 1. Исходное утверждение — состояние среды двухфазное, т. е. смесь жидкого раствора при предельной...

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Как видно из таблицы, давление насыщенного пара магния чистого компонента (при мольной доле магния ) равна [атм.]

Используя уравнение (7), определяем касательную уравнение в точке : Рассчитываем гипотетическое давление насыщенного пара серы над жидким...

Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме...

Для нефтяной смеси уравнение состояния является термодинамической моделью равновесных паровой и жидкой фаз в отдельности [2, с. 144]. При моделировании сложной нефтяной системы, имеющей в своем составе газовую часть...

Модель с распределенными параметрами для описания динамики...

В модели учтены фазовые превращения — образование твердой фазы в жидком растворе соли.

ΙΙ.2 Алгоритм построения «конечного» состояния для двухфазной смеси. 1. Исходное утверждение — состояние среды двухфазное, т. е. смесь жидкого раствора при предельной...

Метод физико-химического анализа при расчете числа...

Составы находящихся в равновесии фаз будут существовать неизменными. Фазовые равновесия определяются соотношением термодинамических

Фаза может быть твердая, жидкая и газообразная (парообразная). Твердых и жидких фаз в системе может быть несколько.

Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме...

Для нефтяной смеси уравнение состояния является термодинамической моделью равновесных паровой и жидкой фаз в отдельности [2, с. 144]. При моделировании сложной нефтяной системы, имеющей в своем составе газовую часть...

Метод физико-химического анализа при расчете числа...

Составы находящихся в равновесии фаз будут существовать неизменными. Фазовые равновесия определяются соотношением термодинамических

Фаза может быть твердая, жидкая и газообразная (парообразная). Твердых и жидких фаз в системе может быть несколько.

Задать вопрос