Разработка и проектирование месторождений природных газов: Методическое пособие к практическим занятиям, страница 14

Конечная точка этой линии К является критической. Она характеризует максимальную температуру Т_к, при которой еще существует граница раздела фаз, т. е. паровая и жидкая фазы еще находятся в равновесии. При температуре выше критической нельзя превратить паровую фазу в жидкую при сколь угодно большом повышении давления. Критическим называется давление паров вещества (Р_кр) при критической температуре. Объем вещества при критических температуре и давлении (Т_кр и Р_кр), отнесенный к одному молю или другой единице массы вещества, называется критическим молярным или удельным объемом.

Температура, при которой средняя молекулярная кинетическая энергия становится равной потенциальной энергии притяжения молекул, называется критической, так как при более высокой температуре невозможно существование жидкой фазы.

Математическим критерием критического состояния является равенство

где Т_кр — точка перегиба изотермы на плоскости р—V при критических давлении и объеме.

Рисунок 4 – Диаграмма фазовых превращений газоконденсатной системы постоянной массы и состава при изменении давления и температуры (критическая точка лежит правее крикондебары)

Фазовая диаграмма газоконденсатной смеси дана на рисунке 4. Кривая СС_кр — линия кипения. Выше этой линии — одна жидкая фаза. Линия С_крБС_ккДИ — линия конденсации. Правее и ниже нее — одна паровая фаза. Внутри линии СС_крС_ккИ — двухфазная область, область одновременного сосуществования паровой и жидкой фаз. Цифры на линиях означают процентное объемное содержание жидкой фазы в смеси.

Точка С_кр — критическая точка, точка Т_кк — крикондентерма, максимальная температура (выше критической Т_кр), при которой жидкая и паровая фазы еще могут находиться в равновесии, т. е. еще имеется граница раздела фаз пар — жидкость.

Рассмотрим изотермический процесс уменьшения давления от точки А. В точке А углеводородная смесь находится в области паровой фазы. При снижении давления и увеличении объема сосуда высокого давления при неизменном составе смеси до точки Б не будет фазовых изменений. В точке Б при уменьшении давления образуется первая капля жидкости. В этом случае происходит процесс обратной конденсации, т. е. образование жидкой фазы при уменьшающемся давлении.

При дальнейшем снижении давления объем образовавшейся жидкой фазы увеличивается и в точке В достигает максимального значения. Область С_крВС_ккБС_кр называется областью обратной конденсации, линия С_крВС_кк — линией давлений максимальной конденсации. При дальнейшем снижении давления от точки В до точки Д ранее образовавшаяся жидкая фаза будет уменьшаться в объеме, испаряться и в точке Д испарится последняя капля жидкости.

При снижении давления от точки В до точки Д идет процесс испарения жидкости при уменьшении давления. Дальнейшее падение давления от точки Д до точки Е не влечет за собой фазовых превращений, смесь находится в паровой фазе. Процесс обратной конденсации наблюдается только в интервале температур Т_кр - Т_кк.

Рассмотрим процесс изобарического (при постоянном давлении) снижения температуры от точки а. В точке а газоконденсатная смесь находится в жидкой фазе. При ее охлаждении до точки б фазовых переходов нет. В точке б образуется первый пузырек пара. Образование паровой фазы при понижении температуры при постоянном давлении называется процессом обратного испарения. При снижении температуры от точки б до точки в объем паровой фазы увеличивается и в точке в достигает максимума. Область С_крвС_рбС_кр называется областью обратного испарения, а линия С_рвС_кр — линией температур максимального испарения.

При понижении температуры от точки в до д объем образовавшейся паровой фазы уменьшается, паровая фаза конденсируется и в точке д сконденсируется последний пузырек пара. При уменьшении температуры от точки в до точки д идет процесс нормальной конденсации. Дальнейшее снижение температуры от точки д до точки е не вызывает фазовых переходов, углеводородная смесь находится в жидкой фазе. Явление обратного испарения наблюдается только в интервале изменения давления Р_кр – Р_кк, Р_кк – криконденбар – максимальное давление на линии точек кипения, при котором может существовать жидкость.