Мы поможем в написании ваших работ!
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
|
Фазовое состояние углеводородных систем
Теория к разделу
Фазовое состояние описывается законом Дальтона-Рауля. Согласно закону Дальтона (формула 6.1):
, (6.1)
, ,
где Pi – парциальное давление i-го компонента, входящего в газовую смесь;
Nyi – мольная доля газового i-го компонента в газовой фазе;
Р – общее давление системы.
Согласно закону Рауля (формулы 6.2 – 6.3):
, (6.2)
, (6.3)
, ,
где Pi – парциальное давление i-го компонента над жидкостью;
Nxi – мольная доля i-го компонента в жидкой фазе;
Рнас.пар.i – давление насыщенного пара i-го компонента;
Qi – упругость паров i-го компонента;
Q – упругость паров над жидкостью.
Приравняв правые части уравнений 6.1 и 6.2 или 6.1 и 6.3, получим закон Дальтона-Рауля (формулы 6.4 – 6.6):
, (6.4)
или
, (6.5)
. (6.6)
Расчет состояния равновесной газовой фазы
Типовая задача
Дан состав жидкой фазы (Nxi, доли). Для заданной температуры (t,°С) рассчитать равновесный состав газовой фазы (Nyi).
Дано:
Компонент, Vi
| Nxi, доли
| пропан (C3H8)
| 0,09
| изобутан (i-C4H10)
| 0,07
| н-бутан (n-C4H10)
| 0,15
| изопентан (i-C5H12)
| 0,17
| н-пентан (n-C5H12)
| 0,07
| гексан (C6H14)
| 0,45
| t = 25°C
Найти: Nyi.
Решение:
1) Давления насыщеных паров (упругости паров) углеводородов (Qi) при различных температурах определяем по таблице 6.1, используя метод линейной интерполяции:
QС3Н8 = 9,480 атм;
Qi-С4Н10 = 3,925 атм;
Qn-С4Н10 = 2,432 атм;
Qi-С5Н12 = 0, 899 атм;
Qn-С5Н12 = 0,672 атм;
QС6Н14 = 0,197 атм.
2) Рассчитываем общее давление в системе по формуле (6.7):
, (6.7)
P = 0,09 • 9,48 + 0,07 • 3,925 + 0,15 • 2,432 + 0,17 • 0, 899 +
+ 0,07 • 0,672 + 0,45 • 0,197= 1,7813 атм.
3) Для расчета состава равновесной газовой фазы необходимо определить концентрацию каждого компонента в газовой фазе (формула 6.6):
,
NС3Н8 = 0,09 • 9,48 / 1,7813= 0,4790;
Ni-С4Н10 = 0,07 • 3,925 / 1,7813 = 0,1542;
Nn-С4Н10 = 0,15 • 2,432 / 1,7813 = 0,2048;
Ni-С5Н12 = 0,17 • 0,899 / 1,7813 = 0,0858;
Nn-С5Н120 = 0,07 • 0,672 / 1,7813 = 0,0264;
NС6Н14 = 0,45 • 0,197 / 1,7813 = 0,0498;
åNyi = 0,4790 + 0,1542 + 0,2048 + 0,0858 + 0,0264 + 0,0498 = 1,0000.
Таблица 6.1
Давление насыщенного пара легких углеводородов (Q), атм
Температура,
°С
| Углеводороды
| этан
| пропан
| изобутан
| n-бутан
| изопентан
| n-пентан
| гексан
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0,0
| 24,35
| 4,87
| 1,756
| 1,043
| 0,350
| 0,215
| 0,061
| 1,1
| 25,05
| 5,00
| 1,896
| 1,085
| 0,371
| 0,259
| 0,064
| 2,2
| 25,68
| 5,14
| 1,981
| 1,127
| 0,392
| 0,273
| 0,069
| 3,3
| 26,40
| 5,27
| 1,072
| 1,169
| 0,413
| 0,287
| 0,073
| 4,4
| 27,08
| 5,41
| 2,163
| 1,218
| 0,434
| 0,301
| 0,077
| 5,6
|
| 5,57
| 2,253
| 1,267
| 0,455
| 0,315
| 0,081
| 6,7
|
| 5,71
| 2,315
| 1,323
| 0,476
| 0,320
| 0,085
| 7,8
|
| 5,91
| 2,435
| 1,379
| 0,497
| 0,343
| 0,090
| 8,9
|
| 6,09
| 2,527
| 1,435
| 0,518
| 0,357
| 0,095
| 10,0
|
| 6,20
| 2,618
| 1,497
| 0,539
| 0,378
| 0,100
| 11,1
|
| 6,49
| 2,724
| 1,562
| 0,569
| 0,399
| 0,105
| 12,2
|
| 6,71
| 2,800
| 1,621
| 0,581
| 0,420
| 0,111
| 13,3
|
| 6,93
| 2,810
| 1,686
| 0,602
| 0,441
| 0,116
| 14,4
|
| 7,15
| 2,980
| 1,756
| 0,623
| 0,462
| 0,122
| 15,6
|
| 7,39
| 3,072
| 1,826
| 0,644
| 0,483
| 0,128
| 16,7
|
| 7,62
| 3,166
| 1,897
| 0,672
| 0,504
| 0,135
| 17,8
|
| 7,97
| 3,254
| 1,966
| 0,700
| 0,525
| 0,142
| 18,9
|
| 8,11
| 3,316
| 2,035
| 0,728
| 0,546
| 0,150
| 20,0
|
| 8,35
| 3,443
| 2,105
| 0,756
| 0,567
| 0,158
| 21,1
|
| 8,60
| 3,549
| 2,176
| 0,784
| 0,588
| 0,166
| 22,2
|
| 8,85
| 3,614
| 2,246
| 0,812
| 0,609
| 0,174
| 23,3
|
| 9,10
| 3,758
| 2,317
| 0,847
| 0,630
| 0,183
| 24,4
|
| 9,35
| 3,868
| 2,394
| 0,882
| 0,658
| 0,193
| 25,6
|
| 9,61
| 3,982
| 2,470
| 0,917
| 0,686
| 0,202
| 26,7
|
| 9,88
| 4,10
| 2,547
| 0,959
| 0,714
| 0,213
| 27,8
|
| 10,15
| 4,22
| 2,621
| 1,001
| 0,742
| 0,225
| 28,9
|
| 10,43
| 4,34
| 2,708
| 1,036
| 0,770
| 0,236
| 30,0
|
| 10,72
| 4,47
| 2,792
| 1,085
| 0,805
| 0,247
| 31,1
|
| 11,01
| 4,61
| 2,883
| 1,134
| 0,840
| 0,259
| 32,2
| Критическая температура
| 11,39
| 4,74
| 2,974
| 1,183
| 0,875
| 0,271
| 33,3
| 11,69
| 4,88
| 3,066
| 1,232
| 0,910
| 0,284
| 34,4
|
| 11,91
| 5,02
| 3,163
| 1,281
| 0,945
| 0,296
| 35,6
|
| 12,23
| 5,16
| 3,268
| 1,330
| 1,987
| 0,309
| 36,7
|
| 12,54
| 5,31
| 3,380
| 1,378
| 1,029
| 0,323
| 37,8
|
| 12,86
| 5,45
| 3,492
| 1,427
| 1,071
| 0,338
| 38,9
|
| 13,18
| 5,61
| 3,604
| 1,477
| 1,113
| 0,353
| 40,0
|
| 13,51
| 5,76
| 3,727
| 1,526
| 1,154
| 0,370
| 41,1
|
| 13,84
| 5,92
| 3,849
| 1,582
| 1,204
| 0,386
| 42,2
|
| 14,20
| 6,08
| 3,984
| 1,638
| 1,252
| 0,404
| 43,3
|
| 14,53
| 6,25
| 4,12
| 1,702
| 1,302
| 0,422
| 44,4
|
| 14,89
| 6,42
| 4,27
| 1,761
| 1,351
| 0,410
| 45,6
|
| 15,24
| 6,59
| 4,42
| 1,826
| 1,400
| 0,459
| 46,7
|
| 15,61
| 6,77
| 4,58
| 1,896
| 1,456
| 0,479
| 47,8
|
| 15,97
| 6,95
| 4,74
| 1,966
| 1,512
| 0,499
| 48,9
|
| 16,35
| 7,13
| 4,91
| 2,043
| 1,568
| 0,520
| 6.1.2. Задания для самостоятельной работы
Дан состав жидкой фазы (Nxi, доли). Для заданной температуры (t,°С) рассчитать равновесный состав газовой фазы (Nyi), пользуясь данными из таблицы 6.1.
Исходные данные представлены в таблице 6.2.
Таблица 6.2
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,01
| 0,03
| 0,09
| 0,05
| 0,07
| 0,06
| 0,01
| 0,09
| 0,02
| 0,03
| i-C4H10
| 0,07
| 0,11
| 0,05
| 0,09
| 0,14
| 0,07
| 0,08
| 0,09
| 0,11
| 0,09
| n-C4H10
| 0,21
| 0,15
| 0,15
| 0,16
| 0,17
| 0,11
| 0,18
| 0,16
| 0,17
| 0,13
| i-C5H12
| 0,04
| 0,03
| 0,03
| 0,03
| 0,05
| 0,1
| 0,09
| 0,1
| 0,12
| 0,13
| n-C5H12
| 0,26
| 0,16
| 0,29
| 0,25
| 0,17
| 0,23
| 0,2
| 0,2
| 0,21
| 0,26
| C6H14
| 0,41
| 0,52
| 0,39
| 0,42
| 0,4
| 0,43
| 0,44
| 0,36
| 0,37
| 0,36
| t
| 8,5
| 6,5
| 7,5
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,01
| 0,09
| 0,1
| 0,02
| 0,04
| 0,05
| 0,01
| 0,03
| 0,04
| 0,02
| i-C4H10
| 0,04
| 0,08
| 0,07
| 0,09
| 0,04
| 0,04
| 0,03
| 0,05
| 0,04
| 0,09
| n-C4H10
| 0,16
| 0,11
| 0,14
| 0,18
| 0,19
| 0,16
| 0,17
| 0,19
| 0,14
| 0,11
| i-C5H12
| 0,09
| 0,03
| 0,11
| 0,2
| 0,14
| 0,22
| 0,17
| 0,16
| 0,14
| 0,15
| n-C5H12
| 0,26
| 0,21
| 0,28
| 0,2
| 0,2
| 0,22
| 0,28
| 0,19
| 0,22
| 0,24
| C6H14
| 0,44
| 0,48
| 0,3
| 0,31
| 0,39
| 0,31
| 0,34
| 0,38
| 0,42
| 0,39
| t
|
|
|
|
| 8,5
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,06
| 0,09
| 0,09
| 0,03
| 0,06
| 0,07
| 0,05
| 0,04
| 0,02
| 0,03
| i-C4H10
| 0,04
| 0,04
| 0,04
| 0,05
| 0,06
| 0,05
| 0,06
| 0,07
| 0,08
| 0,06
| n-C4H10
| 0,16
| 0,11
| 0,14
| 0,17
| 0,11
| 0,17
| 0,16
| 0,18
| 0,14
| 0,15
| i-C5H12
| 0,18
| 0,17
| 0,18
| 0,19
| 0,17
| 0,15
| 0,14
| 0,13
| 0,17
| 0,17
| n-C5H12
| 0,2
| 0,22
| 0,22
| 0,22
| 0,22
| 0,17
| 0,2
| 0,26
| 0,26
| 0,21
| C6H14
| 0,36
| 0,37
| 0,33
| 0,34
| 0,38
| 0,39
| 0,39
| 0,32
| 0,33
| 0,38
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 6.2
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,04
| 0,05
| 0,07
| 0,04
| 0,08
| 0,03
| 0,04
| 0,05
| 0,09
| 0,02
| i-C4H10
| 0,04
| 0,05
| 0,06
| 0,06
| 0,09
| 0,06
| 0,04
| 0,07
| 0,06
| 0,09
| n-C4H10
| 0,16
| 0,17
| 0,17
| 0,19
| 0,11
| 0,15
| 0,15
| 0,16
| 0,16
| 0,18
| i-C5H12
| 0,14
| 0,17
| 0,16
| 0,17
| 0,14
| 0,18
| 0,13
| 0,12
| 0,14
| 0,15
| n-C5H12
| 0,18
| 0,24
| 0,19
| 0,2
| 0,21
| 0,25
| 0,25
| 0,19
| 0,18
| 0,17
| C6H14
| 0,44
| 0,32
| 0,35
| 0,34
| 0,37
| 0,33
| 0,39
| 0,41
| 0,37
| 0,39
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,03
| 0,04
| 0,04
| 0,03
| 0,03
| 0,08
| 0,07
| 0,05
| 0,08
| 0,06
| i-C4H10
| 0,04
| 0,04
| 0,08
| 0,07
| 0,05
| 0,05
| 0,07
| 0,06
| 0,07
| 0,06
| n-C4H10
| 0,19
| 0,1
| 0,16
| 0,15
| 0,16
| 0,19
| 0,17
| 0,13
| 0,11
| 0,11
| i-C5H12
| 0,19
| 0,18
| 0,17
| 0,15
| 0,17
| 0,17
| 0,13
| 0,17
| 0,16
| 0,18
| n-C5H12
| 0,23
| 0,26
| 0,22
| 0,2
| 0,19
| 0,24
| 0,22
| 0,21
| 0,21
| 0,21
| C6H14
| 0,32
| 0,38
| 0,33
| 0,4
| 0,4
| 0,27
| 0,34
| 0,38
| 0,37
| 0,38
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,03
| 0,05
| 0,09
| 0,02
| 0,03
| 0,07
| 0,05
| 0,03
| 0,06
| 0,08
| i-C4H10
| 0,07
| 0,07
| 0,08
| 0,05
| 0,04
| 0,04
| 0,06
| 0,06
| 0,05
| 0,08
| n-C4H10
| 0,15
| 0,16
| 0,16
| 0,18
| 0,16
| 0,11
| 0,16
| 0,15
| 0,13
| 0,18
| i-C5H12
| 0,15
| 0,12
| 0,11
| 0,13
| 0,15
| 0,18
| 0,13
| 0,14
| 0,17
| 0,17
| n-C5H12
| 0,25
| 0,19
| 0,18
| 0,25
| 0,23
| 0,21
| 0,22
| 0,2
| 0,24
| 0,23
| C6H14
| 0,35
| 0,41
| 0,38
| 0,37
| 0,39
| 0,39
| 0,38
| 0,42
| 0,35
| 0,26
| t
|
|
|
|
|
|
| 8,5
| 6,5
| 7,5
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,07
| 0,04
| 0,09
| 0,06
| 0,06
| 0,05
| 0,09
| 0,02
| 0,03
| 0,05
| i-C4H10
| 0,06
| 0,06
| 0,05
| 0,07
| 0,08
| 0,06
| 0,07
| 0,05
| 0,06
| 0,04
| n-C4H10
| 0,17
| 0,16
| 0,11
| 0,19
| 0,15
| 0,16
| 0,18
| 0,15
| 0,16
| 0,11
| i-C5H12
| 0,15
| 0,17
| 0,16
| 0,18
| 0,15
| 0,14
| 0,11
| 0,13
| 0,17
| 0,14
| n-C5H12
| 0,22
| 0,21
| 0,21
| 0,21
| 0,25
| 0,19
| 0,18
| 0,22
| 0,23
| 0,26
| C6H14
| 0,33
| 0,36
| 0,38
| 0,29
| 0,31
| 0,4
| 0,37
| 0,43
| 0,35
| 0,4
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 6.2
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,04
| 0,05
| 0,03
| 0,06
| 0,07
| 0,05
| 0,09
| 0,09
| 0,02
| 0,05
| i-C4H10
| 0,06
| 0,07
| 0,05
| 0,06
| 0,05
| 0,06
| 0,07
| 0,09
| 0,06
| 0,06
| n-C4H10
| 0,16
| 0,18
| 0,16
| 0,19
| 0,17
| 0,14
| 0,16
| 0,17
| 0,15
| 0,15
| i-C5H12
| 0,14
| 0,15
| 0,16
| 0,17
| 0,16
| 0,17
| 0,16
| 0,1
| 0,12
| 0,17
| n-C5H12
| 0,22
| 0,21
| 0,2
| 0,24
| 0,22
| 0,22
| 0,23
| 0,17
| 0,22
| 0,23
| C6H14
| 0,38
| 0,34
| 0,4
| 0,28
| 0,33
| 0,36
| 0,29
| 0,38
| 0,43
| 0,34
| t
| 8,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,03
| 0,04
| 0,02
| 0,05
| 0,08
| 0,08
| 0,03
| 0,05
| 0,05
| 0,06
| i-C4H10
| 0,04
| 0,05
| 0,11
| 0,05
| 0,06
| 0,09
| 0,05
| 0,09
| 0,14
| 0,09
| n-C4H10
| 0,12
| 0,16
| 0,18
| 0,14
| 0,2
| 0,2
| 0,15
| 0,17
| 0,17
| 0,18
| i-C5H12
| 0,15
| 0,13
| 0,15
| 0,16
| 0,17
| 0,03
| 0,1
| 0,13
| 0,09
| 0,1
| n-C5H12
| 0,26
| 0,25
| 0,22
| 0,19
| 0,21
| 0,17
| 0,23
| 0,2
| 0,2
| 0,21
| C6H14
| 0,4
| 0,37
| 0,32
| 0,41
| 0,28
| 0,43
| 0,44
| 0,36
| 0,35
| 0,36
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,06
| 0,04
| 0,09
| 0,02
| 0,05
| 0,01
| 0,03
| 0,04
| 0,02
| 0,06
| i-C4H10
| 0,08
| 0,09
| 0,09
| 0,09
| 0,05
| 0,05
| 0,04
| 0,07
| 0,09
| 0,04
| n-C4H10
| 0,16
| 0,17
| 0,13
| 0,16
| 0,16
| 0,22
| 0,14
| 0,16
| 0,11
| 0,14
| i-C5H12
| 0,12
| 0,13
| 0,09
| 0,13
| 0,14
| 0,15
| 0,18
| 0,17
| 0,18
| 0,19
| n-C5H12
| 0,26
| 0,26
| 0,21
| 0,21
| 0,24
| 0,2
| 0,22
| 0,22
| 0,22
| 0,22
| C6H14
| 0,32
| 0,31
| 0,39
| 0,39
| 0,36
| 0,37
| 0,39
| 0,34
| 0,38
| 0,35
| t
|
|
|
| 5,8
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,09
| 0,03
| 0,03
| 0,04
| 0,05
| 0,07
| 0,04
| 0,08
| 0,03
| 0,04
| i-C4H10
| 0,04
| 0,05
| 0,08
| 0,05
| 0,06
| 0,06
| 0,09
| 0,09
| 0,04
| 0,07
| n-C4H10
| 0,11
| 0,19
| 0,16
| 0,17
| 0,11
| 0,11
| 0,15
| 0,15
| 0,16
| 0,16
| i-C5H12
| 0,19
| 0,15
| 0,14
| 0,19
| 0,14
| 0,18
| 0,13
| 0,12
| 0,14
| 0,15
| n-C5H12
| 0,22
| 0,2
| 0,26
| 0,2
| 0,25
| 0,25
| 0,19
| 0,18
| 0,21
| 0,23
| C6H14
| 0,35
| 0,38
| 0,33
| 0,35
| 0,39
| 0,33
| 0,4
| 0,38
| 0,42
| 0,35
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 6.2
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| C3H8
| 0,03
| 0,02
| 0,04
| 0,07
| 0,03
| 0,09
| 0,09
| 0,05
| 0,04
| 0,06
| i-C4H10
| 0,08
| 0,07
| 0,06
| 0,06
| 0,04
| 0,04
| 0,07
| 0,04
| 0,06
| 0,04
| n-C4H10
| 0,18
| 0,16
| 0,17
| 0,15
| 0,11
| 0,11
| 0,15
| 0,15
| 0,19
| 0,18
| i-C5H12
| 0,16
| 0,15
| 0,18
| 0,16
| 0,18
| 0,14
| 0,18
| 0,14
| 0,17
| 0,11
| n-C5H12
| 0,17
| 0,26
| 0,22
| 0,2
| 0,24
| 0,25
| 0,21
| 0,2
| 0,24
| 0,23
| C6H14
| 0,38
| 0,34
| 0,33
| 0,36
| 0,4
| 0,37
| 0,3
| 0,42
| 0,3
| 0,38
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет состояния равновесной жидкой фазы
Согласно закону Дальтона – Рауля расчет состава равновесной жидкой фазы производится по формулам:
, (6.8)
. (6.9)
Типовая задача
Дан состав газовой фазы (Nyi, доли), (см. таблицу заданий 6.2, свой вариант). Для заданной температуры (t, °С) рассчитать состав жидкой фазы (Nxi).
Дано:
Компонент
| Nyi, доли
| пропан (C3H8)
| 0,09
| изобутан (i-C4H10)
| 0,07
| н-бутан (n-C4H10)
| 0,15
| изопентан (i-C5H12)
| 0,17
| н-пентан (n-C5H12)
| 0,07
| гексан (C6H12)
| 0,45
| t = 12°C
Найти: Nxi.
Решение:
1) Давления насыщеных паров (упругости паров) углеводородов (Qi) при различных температурах определяем по таблице 6.1, используя метод линейной интерполяции:
QС3Н8 = 6,67 атм;
Qi-С4Н10 = 2,786 атм;
Qn-С4Н10 = 1,61 атм;
Qi-С5Н12 = 0,579 атм;
Qn-С5Н12 = 0,416 атм;
QС6Н14 = 0,11 атм.
2) Находим общее давление в системе по формуле (6.11):
, (6.10)
, (6.11)
.
3) Находим концентрации компонентов в равновесной жидкой фазе (формула 6.9):
,
NС3Н8 = 0,09 • 0,2135 / 6,67= 0,0029;
Ni-С4Н10 = 0,07 • 0,2135 / 2,786 = 0,0054;
Nn-С4Н10 = 0,15 • 0,2135 / 1,61 = 0,0199;
Ni-С5Н12 = 0,17 • 0,2135 / 0,579 = 0,0627;
Nn-С5Н120 = 0,07 • 0,2135 / 0,416 = 0,0359;
NС6Н14 = 0,45 • 0,2135 / 0,11 = 0,8732;
åNхi = 0,0029 + 0,0054 + 0,0199 + 0,0627 + 0,0359 + 0,8732 = 1,0000
6.2.2. Задания для самостоятельной работы
Дан состав газовой фазы (Nyi, доли), (см. таблицу заданий 6.2, свой вариант). Для заданной температуры (t, °С) (таблица 6.3) рассчитать состав жидкой фазы (Nхi), пользуясь данными таблицы 6.1.
Таблица 6.3
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| t
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В
|
|
|
| | t
|
|
|
| |
Расчет равновесных смесей c использованием констант
Фазовых равновесий
При расчете равновесных смесей используются константы фазовых равновесий и уравнение материального баланса:
при Р, t = const, (6.12)
, (6.13)
где V – доля газовой части смеси;
L – доля жидкой части смеси.
Соответственно
. (6.14)
Типовая задача
Даны составы газонефтяных смесей (Nzi, доли). Рассчитать равновесные составы газовой (Nyi) и жидкой (Nxi) фаз.
Дано:
Компонент
| Nzi,доли
| пропан (C3H8)
| 0,09
| изобутан (i-C4H10)
| 0,07
| н-бутан (n-C4H10)
| 0,15
| изопентан (i-C5H12)
| 0,17
| н-пентан (n-C5H12)
| 0,07
| гексан (C6H12)
| 0,45
| P = 1 атм = 0,1 МПа t° С = 28°C
Найти: Nxi, Nyi.
Решение:
1) Доли газовой составляющей V = 0,31, жидкой составляющей L = 0,69.
V = 0,09 + 0,07 + 0,15 = 0,31;
L = 0,17 +0,07 +0,45 = 0,69.
2) Для данных условий находим константы фазовых равновесий
Крi =f (t, P) из таблиц6.4 – 6.9, используя метод линейной интерполяции:
Кр (C3H8) = 9,6; Кр (i-C4H10) = 3,6; Кр (n-C4H10) = 2,48;
Кр (i-C5H12) = 1,04; Кр (n-C5H12) = 0,784; Кр (C6H14) = 0,236.
3) Рассчитываем состав газовой фазы (Nyi) в газонефтяной смеси по формуле (6.15):
, (6.15)
Ny (C3H8) = 0,09 / (0,69 / 9,6 + 0,31) = 0,2357;
Ny (i-C4H10) = 0,07 / (0,69 / 3,6 + 0,31) = 0,1395;
Ny (n-C4H10) = 0,15 / (0,69 / 2,48 + 0,31) = 0,2550;
Ny (i-C5H12) = 0,17 / (0,69 / 1,04 + 0,31) = 0,1746;
Ny (n-C5H12) = 0,07 / (0,69 / 0,784 + 0,31) = 0,0588;
Ny (C6H14) = 0,45 / (0,69 / 0,236 + 0,31) = 0,1392;
S Nyi = 1,0028» 1.
4) Рассчитываем состав жидкой фазы (Nxi) в газонефтяной смеси по формуле (6.16):
, (6.16)
Nx (C3H8) = 0,09 / (0,69 + 0,31 • 9,6) = 0,0245;
Nx (i-C4H10) = 0,07 / (0,69 + 0,31 • 3,6) = 0,0388;
Nx (n-C4H10) = 0,15 / (0,69 + 0,31 • 2,48) = 0,1028;
Nx (i-C5H12) = 0,17 / (0,69 + 0,31 • 1,04) = 0,1679;
Nx (n-C5H12) = 0,07 / (0,69 + 0,31 • 0,784) = 0,0750;
Nx (C6H14) = 0,45 / (0,69 + 0,31 • 0,236) = 0,5897;
S Nxi = 0,9987» 1.
Таблица 6.4
Значения констант фазового равновесия пропана
Температура,
°С
| Давление (абсолютное), МПа
| 0,1
| 0,2
| 0,3
| 0,4
| 0,5
| 1,0
| 1,5
| 2,0
| 3,0
| 5,0
| 10,0
| 15,0
| 20,0
| 30,0
| 50,0
| 68,0
|
|
| 37,8
| 25,8
| 19,8
| 16,3
| 8,8
| 6,2
| 4,8
| 3,57
| 2,50
| 1,60
| 1,30
| 1,15
| 1,02
| 0,99
|
|
|
| 29,3
| 21,0
| 15,4
| 12,5
| 6,5
| 4,8
| 3,8
| 2,76
| 1,93
| 1,28
| 1,08
| 0,98
| 0,90
| 0,94
|
|
|
| 22,3
| 15,5
| 11,7
| 9,4
| 5,0
| 3,6
| 2,9
| 2,09
| 1,44
| 1,01
| 0,87
| 0,82
| 0,82
| 0,90
|
|
| 28,5
| 14,5
| 10,1
| 7,7
| 6,3
| 3,3
| 2,3
| 1,85
| 1,37
| 0,95
| 0,70
| 0,64
| 0,66
| 0,72
| 0,853
|
|
| 22,3
| 11,3
| 7,8
| 5,9
| 4,7
| 2,5
| 1,8
| 1,45
| 1,05
| 0,76
| 0,58
| 0,58
| 0,61
| 0,68
| 0,847
|
|
| 16,8
| 8,4
| 5,8
| 4,3
| 3,5
| 1,9
| 1,34
| 1,07
| 0,79
| 0,57
| 0,48
| 0,50
| 0,55
| 0,63
| 0,820
|
|
| 12,5
| 6,0
| 4,1
| 3,0
| 2,5
| 1,3
| 0,95
| 0,75
| 0,66
| 0,42
| 0,39
| 0,44
| 0,49
| 0,60
| 0,800
|
|
| 10,0
| 4,9
| 3,4
| 2,5
| 2,0
| 1,1
| 0,75
| 0,62
| 0,48
| 0,35
| 0,35
| 0,40
| 0,47
| 0,58
| 0,79
|
|
| 8,0
| 3,9
| 2,8
| 2,0
| 1,7
| 0,9
| 0,63
| 0,50
| 0,39
| 0,30
| 0,31
| 0,37
| 0,44
| 0,55
| 0,77
|
|
| 6,3
| 3,1
| 2,1
| 1,6
| 1,3
| 0,7
| 0,50
| 0,40
| 0,31
| 0,25
| 0,26
| 0,34
| 0,41
| 0,53
| 0,76
|
|
| 5,0
| 2,4
| 1,6
| 1,3
| 1,0
| 0,55
| 0,38
| 0,30
| 0,25
| 0,20
| 0,23
| 0,30
| 0,38
| 0,50
| 0,75
|
| -10
| 3,6
| 1,8
| 1,2
| 0,9
| 0,75
| 0,40
| 0,28
| 0,23
| 0,19
| 0,15
| 0,19
| 0,26
| 0,34
| 0,47
| 0,74
|
|
Таблица 6.5
Значения констант фазового равновесия i-бутана
Температура,
°С
| Давление (абсолютное), МПа
| 0,1
| 0,2
| 0,3
| 0,4
| 0,5
| 1,0
| 1,5
| 2,0
| 3,0
| 5,0
| 10,0
| 15,0
| 20,0
| 30,0
| 50,0
| 68,0
|
|
| 25,5
| 18,0
| 13,8
| 11,0
| 6,2
| 4,5
| 3,6
| 2,75
| 1,90
| 1,30
| 1,10
| 1,00
| 0,93
| 0,96
|
|
| 35,5
| 18,4
| 12,7
| 9,8
| 8,2
| 4,37
| 3,2
| 2,5
| 1,89
| 1,36
| 0,97
| 0,87
| 0,815
| 0,810
| 0,905
|
|
| 25,0
| 13,1
| 9,1
| 7,0
| 5,8
| 3,15
| 2,3
| 1,76
| 1,32
| 0,96
| 0,71
| 0,67
| 0,66
| 0,705
| 0,86
|
|
| 15,0
| 7,8
| 5,4
| 4,1
| 3,4
| 1,85
| 1,35
| 1,03
| 0,75
| 0,55
| 0,45
| 0,465
| 0,50
| 0,61
| 0,810
|
|
| 11,2
| 5,7
| 4,0
| 3,0
| 2,4
| 1,32
| 0,95
| 0,75
| 0,54
| 0,40
| 0,37
| 0,395
| 0,45
| 0,57
| 0,80
|
|
| 7,9
| 4,0
| 2,7
| 2,1
| 1,7
| 0,92
| 0,68
| 0,52
| 0,39
| 0,30
| 0,30
| 0,340
| 0,40
| 0,52
| 0,77
|
|
| 5,0
| 2,5
| 1,7
| 1,3
| 1,1
| 0,60
| 0,44
| 0,35
| 0,27
| 0,20
| 0,23
| 0,280
| 0,346
| 0,485
| 0,74
|
|
| 3,8
| 2,0
| 1,3
| 1,0
| 0,8
| 0,46
| 0,34
| 0,28
| 0,22
| 0,17
| 0,20
| 0,255
| 0,32
| 0,46
| 0,725
|
|
| 2,8
| 1,5
| 0,95
| 0,75
| 0,6
| 0,34
| 0,27
| 0,20
| 0,16
| 0,14
| 0,17
| 0,22
| 0,29
| 0,425
| 0,705
|
|
| 2,3
| 1,1
| 0,65
| 0,50
| 0,45
| 0,26
| 0,20
| 0,15
| 0,13
| 0,11
| 0,145
| 0,190
| 0,265
| 0,39
| 0,69
|
|
| 1,5
| 0,8
| 0,50
| 0,39
| 0,30
| 0,19
| 0,15
| 0,12
| 0,10
| 0,09
| 0,12
| 0,165
| 0,235
| 0,355
| 0,665
|
| -10
| 1,1
| 0,5
| 0,40
| 0,30
| 0,20
| 0,15
| 0,10
| 0,08
| 0,07
| 0,06
| 0,09
| 0,138
| 0,200
| 0,315
| 0,635
|
| Таблица 6.6
Значения констант фазового равновесия n-бутана
Температура, °С
| Давление (абсолютное), МПа
| 0,1
| 0,2
| 0,3
| 0,4
| 0,5
| 1,0
| 1,5
| 2,0
| 3,0
| 5,0
| 10,0
| 15,0
| 20,0
| 30,0
| 50,0
| 68,0
|
|
|
|
|
|
| 5,5
| 4,0
| 3,30
| 2,4
| 1,75
| 1,21
| 1,03
| 0,94
| 0,90
| 0,93
|
|
| 31,3
| 15,7
| 10,7
| 8,2
| 6,75
| 3,72
| 2,76
| 2,25
| 1,68
| 1,23
| 0,895
| 0,79
| 0,745
| 0,74
| 0,84
|
|
| 21,8
| 11,0
| 7,5
| 5,77
| 4,80
| 2,60
| 1,91
| 1,56
| 1,15
| 0,85
| 0,635
| 0,59
| 0,585
| 0,643
| 0,81
|
|
| 12,1
| 6,3
| 4,2
| 3,20
| 2,65
| 1,50
| 1,04
| 0,85
| 0,61
| 0,47
| 0,380
| 0,39
| 0,443
| 0,555
| 0,77
|
|
| 8,7
| 4,5
| 3,1
| 2,25
| 1,90
| 1,05
| 0,73
| 0,58
| 0,42
| 0,33
| 0,297
| 0,33
| 0,400
| 0,518
| 0,75
|
|
| 6,0
| 3,1
| 2,1
| 1,60
| 1,32
| 0,70
| 0,50
| 0,40
| 0,295
| 0,23
| 0,230
| 0,29
| 0,360
| 0,480
| 0,72
|
|
| 3,3
| 1,8
| 1,25
| 0,95
| 0,80
| 0,44
| 0,31
| 0,26
| 0,20
| 0,16
| 0,187
| 0,244
| 0,315
| 0,442
| 0,703
|
|
| 2,6
| 1,4
| 0,95
| 0,72
| 0,60
| 0,33
| 0,24
| 0,20
| 0,155
| 0,135
| 0,165
| 0,220
| 0,290
| 0,413
| 0,687
|
|
| 2,0
| 1,0
| 0,72
| 0,52
| 0,45
| 0,25
| 0,18
| 0,15
| 0,123
| 0,110
| 0,135
| 0,193
| 0,258
| 0,383
| 0,670
|
|
| 1,5
| 0,8
| 0,53
| 0,40
| 0,35
| 0,19
| 0,14
| 0,10
| 0,090
| 0,08
| 0,112
| 0,162
| 0,220
| 0,342
| 0,648
|
|
| 1,0
| 0,5
| 0,39
| 0,29
| 0,24
| 0,13
| 0,10
| 0,08
| 0,065
| 0,06
| 0,085
| 0,131
| 0,185
| 0,304
| 0,622
|
| -10
| 0,7
| 0,35
| 0,26
| 0,20
| 0,15
| 0,09
| 0,07
| 0,05
| 0,045
| 0,04
| 0,060
| 0,100
| 0,153
| 0,265
| 0,593
|
|
Таблица 6.7
Значения констант фазового равновесия i-пентана
|