Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 72

Уравнения фазовых концентраций имеют вид

i=n                £=n

y=l=\^-J-------------- Oh--- ;              (VII.l)

^У1                      ZmA   V    KiA-LIV            ^У                       '

i—n              i=n

где tji — мольная концентрация j'-го компонента в газо­вой фазе; Xi — мольная концентрация г-го компонента в жидкой фазе; Zi — мольная концентрация /-го компонен­та в исходной смеси; Кг — константа фазового равнове­сия t-ro компонента; V—мольная доля газовой фазы;

157

L—мольная доля жидкой фазы; п — число компонен­тов данной смеси.

Эту систему уравнений решают одним из методов последовательного приближения. При решении данных уравнений основным является правильный выбор кон­стант равновесия (К). Наиболее приемлемы константы равновесия, полученные в результате лабораторных из­мерений в каждой конкретной углеводородной системе. Однако в связи с большой трудоемкостью и сложностью проведения данных экспериментов обычно константы равновесия берут по графикам.

В первых экспериментальных работах с углеводо­родными системами при высоких давлениях было заме­чено, что если углеводородная смесь постоянного сум­марного состава выдерживалась при постоянной темпе­ратуре, а давление постепенно повышалось, то констан­ты равновесия различных компонентов сходились к об­щему значению, равному единице при некотором высо­ком давлении. Это давление было названо «давлением схождения» и было использовано для определения со­ставов углеводородных фаз при расчетах с применением констант равновесия. В результате было получено, что основные константы равновесия определяются как функ­ции только температуры, давления и давления схожде­ния.

В настоящее время наиболее широко используют диаграммы NGPA. Они надежны для парафиновых си­стем (погрешность в пределах 5—10%) при давлениях ниже 20—25 МПа. При более высоком давлении воз­можность погрешности возрастает и может достигнуть 30—40% в критической области.

Необходимо отметить, что имеется несколько мето­дов определения констант равновесия, некоторые из них точнее предлагаемого метода. Однако, как правило, они сложны и требуют использования ЭВМ. Для инженер­ных расчетов рассматриваемый ниже метод дает удов­летворительные результаты и может быть широко ис­пользован в инженерной практике.

Ниже на примере расчета процесса сепарации будет описан один из методов выбора констант равновесия (К) для простых или сложных смесей. Метод основан на давлении схождения гипотетической системы, состоя­щей из легкого компонента и гипотетического тяжелого

158

компонента. Тяжелый компонент включает в себя все компоненты, кроме наилегчайших (метан, азот). . Необходимо отметить, что сложность решения урав­нений фазовых превращений состоит в методе выбора константы равновесия тяжелого остатка СбН^+высшие или C₇Hi6 + высшие.

Для определения константы равновесия компонента СбН^ + высшие или СбНн + высшие необходимо иметь следующие данные о свойствах остатка: фракционной разгонке остатка и его плотности или молекулярной массе остатка и его плотности. Если даны фракционная разгонка и молекулярная масса, то можно определить плотность фракции СбН^+высшие или C₆Hi₄ +высшие.

Если нам заданы фракционная разгонка этих остат­ков и плотность, то последовательность определения константы равновесия следующая.

1.  По данным фракционной разгонки остатка опре­
деляем среднюю   объемную   температуру   кипения по формуле ^ср.об = ^срх + V^cp, + . . . + V₁₀T_cPlo,
где Vi.... ю — объемная доля фракции, Т_{ор1 10} — сред­
няя температура кипения фракции.

2.  Определяем наклон кривой фракционной разгонки
10—90%.

3.  По рис. VII. 1 определяем поправку к среднеобъемной температуре   кипения и   находим   нормальную
температуру кипения углеводородного остатка.

4.  По рис. VII.2 определяем критическую температу­
ру фракции СбН^ + высшие или C₆Hi₄ +высшие.