Физико-химические свойства природных газов. Пересчет состава газа и конденсата, страница 15

где у_i – мольная доля i-го компонента смеси газов, находящихся в равновесии со своей жидкостью.

В соответствии с законом Рауля для смесей газов, находящихся в равновесии со своей жидкостью, можно найти парциальное давление Р_i при известных мольной концентрации i-го компонента в жидкости – х_i и давления насыщенного пара i-го компонента при заданной температуре – Q_i.

                                                                                            (2.9.4)

Законы Дальтона-Рауля позволяют решать различные задачи приближенно по определению состава фаз, находящихся в равновесии.

Например, при известных температуре или давлении, при которых находится смесь газов в равновесии со своей жидкостью, по концентрации компонентов в данной фазе можно найти концентрацию компонентов в другой.

Имеем мольный состав в жидкой фазе – , где k – число компонентов смеси; х_i – мольная концентрация i-го компонента в жидкой фазе. Упругость насыщенных паров при заданной температуре по формуле (2.9.1) или графиком равно Q_i – для i-го компонента. Парциальное давление , общее давление в смеси Р определяется как сумма Р_i, т.е. . Используя равенство (2.9.3) и (2.9.4), находится равновесная концентрация i-го компонента в газовой фазе

                                                                             (2.9.5)

При известном составе равновесной газовой фазы  и заданной температуре, равновесный состав жидкой фазы и давление смеси находят следующим образом

Так как , то  отсюда , .

Полученные решения для многокомпонентных систем носят качественный характер, нельзя получить соотношение между жидкой и газовой фазами и рассчитать баланс продукции в технологических линиях и аппаратах.

Учет реальных свойств для более точного решения указанных задач предполагает введение таких понятий как летучесть и др.

2.9.2. Фазовые превращения.

Однокомпонентная система.

Фаза – это физически отдельная часть материи, имеющая одинаковые физические и химические свойства. Свойствами фазы являются интенсивность и экстенсивность. Интенсивность не зависит от суммарного количества вещества в системе, таковыми являются плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и др. Экстенсивные свойства определяются количеством вещества, например, объем, масса и т.д.

Для изучения фазовых превращений однокомпонентных систем воспользуемся диаграммами давление – температура Р-Т и давление – удельный объем Р-V, приведенные на рисунках 2.9.1 и 2.9.2. На рисунке 2.9.1 показаны типичные фазовые состояния вещества. Точки А – соответствуют критические параметры, точка С – тройная точка, в которой одновременно в равновесном состоянии находится газ, жидкость и твердая фаза. При изотермическом повышении давления из т.1 до линии ОА фазовых превращений на происходит, в т.2 на линии ОА появляются капельки жидкости, при дальнейшем повышении давления весь газ переходит в жидкость. Точка 2 на линии ОА называется точкой конденсации, совокупность точек на линии ОА дает кривую точек конденсации. При изотермическом снижении давления в жидкости из т.3 до т.2 система находится в однофазном жидком состоянии. В т.2 появляются первые пузырьки газа. В этом случае т. 2 называется точкой насыщения, а линия ОА – кривой точек насыщения. Таким образом, одна и та же линия ОА в зависимости от направления изменения параметров состояния может быть кривой точек насыщения или кривой точек конденсации.

Рассмотрим диаграмму Р-V (см. рисунок 2.9.2). При изотермическом (Т₁=const) повышении давления из т. 1. в которой система находится в газовой фазе, до т.2 фазовых превращений не происходит. В т.2 появляются первые капли жидкости, т.2 соответствует точке конденсации. Попытка повысить давление приводит к переходу газовой фазы в жидкость, т.е. линия АВ соответствует присутствию газа и жидкости – двухфазному состоянию. В т.3 весь газ переходит в жидкость, точка 3 называется точкой насыщения. Совокупность точек конденсации для различных температур дает кривую точек конденсации, а точки насыщения – кривую точек насыщения. Точка встречи кривой точек насыщения и точек конденсации является критической точкой для данного вещества (например, углеводорода). В данном случае линия Р-V, проходящая через критическую точку, построена для температуры, равной критической. Математически точку встречи кривых насыщения и конденсации можно записать: