Расчет фактического изменения концентраций компонентов в потоках с учетом кинетики процесса массопередачи и реальной гидродинамической обстановки в аппарате является чрезвычайно сложной задачей. Поэтому анализируют и рассчитывают процессы абсорбции и ректификации многокомпонентных углеводородных смесей в настоящее время на основе предположения об идеальном, теоретическом контакте между паром (газом) и жидкостью, при котором уходящие после кон66
такта потоки находятся в состоянии
равновесия. Для процесса ректификации такое предположение позволяет с достаточной степенью
точности воспроизвести реальный профиль изменения концентраций компонентов в потоках по высоте
аппарата.
В связи с вышеизложенным определение условий газо(паро) жидкостного равновесия является первейшей задачей технологического расчета процессов абсорбции и ректификации. Кроме того, на основе составов равновесных фаз рассчитывают температуры кипения и конденсации (точки росы) и определяют фазовое состояние многокомпонентных смесей.
Необходимое и достаточное условие термодинамического равновесия двухфазной многокомпонентной системы — равенство давлений, температур и химических потенциалов компонентов в пределах всей системы:
Pa=PL;
Для идеального газа и идеального жидкого раствора химический потенциал компонента уц пропорционален парциальному давлению компонента ри и поэтому условие термодинамического равновесия системы в этом случае — равенство парциальных давлений компонентов в паре и жидкости:
Ра = Ры. (IV.2)
Далее из закона Дальтона следует, что парциальное давление компонента в газовой фазе пропорционально общему давлению системы и мольной доле его в паровой фазе:
В соответствии с законом Рауля парциальное давление компонента над раствором пропорционально упругости паров чистого компонента и мольной доле его в жидкости
ры =PiXt.
Поэтому вместо соотношения (IV.2) получим следующее уравнение фазового равновесия смесей идеальных газов и идеального жидкого раствора:
3* 67
где Ki — константа фазового равновесия или константа распределения компонентов между паром и жидкостью
Упругости паров индивидуальных углеводородов и узких нефтяных фракций могут быть вычислены, например, при помощи уравнения, полученного с номограммы Максвелла:
, = 0f7944ife —1,
где
ф = -JMlLVcLzLM
о 1 •
f(t) = йЛ(t = tc = tt),
1w t-\- 273,2 Kc l'
где tc — температура системы, °C; t\ — температура кипения углеводорода или средняя температура кипения узкой нефтяной фракции при нормальном давлении, °С; pi — давление насыщенных паров углеводорода или узкой нефтяной фракции, МПа.
Константы фазового равновесия углеводородов в идеальных растворах могут быть определены также при помощи номограммы Де-Пристера (рис. IV. 1 а, б).
Поведение смесей реальных растворов и, в частности, компонентов природных и нефтяных газов при низких температурах или высоких давлениях существенным образом зависит от межмолекулярных сил взаимодействия и объема молекул и поэтому фазовое равновесие этих систем не описывается законами Рауля и Дальтона для идеальных растворов. В то же время для сохранения естественной простоты термодинамических соотношений идеальных растворов, условия термодинамического равновесия в реальных растворах определяют равенством приведенных парциальных давлений компонентов смеси или парциальных фугитивностей компонентов в обеих фазах
fat=fu
68
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.