Диссертация (1172966), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В даннойработесистемы«пар-жидкость-твердаяфаза»нерассматриваются,нопредставляют интерес для дальнейших исследований.Перед входом на установку сжижения природный газ уже представляетсобой преимущественно смесь углеводородов с азотом (содержание углекислогогаза и сероводорода снижено до такой степени, что их содержанием в дальнейшихрасчетах можно пренебречь).
Дальнейшие расчеты процессов охлаждения,конденсации и фракционирования базируются на фазовых равновесиях смесей,содержащих азот, метан, этан, пропан, изобутан, бутан. Более тяжелыеуглеводороды из-за своего крайне низкого содержания в газе обычно непринимаются в расчет.В результате анализа литературных данных по современным уравнениямфазового равновесия нами для проведения теоретических исследований быловыбрано уравнение PR (2.5). Для исследования парожидкостного равновесияиндивидуальных углеводородов и бинарных систем на основе метана, этана,пропана, бутана и изобутана при различных составах и термобарических условияхуравнение состояния PR (2.5) применялось с использованием стандартных правилсмешения. Выбор данных компонентов природного газа основан на их99содержании в составе природного газа и СПГ.
Результаты наших исследованийприведены в работах [45, 57, 65] и изложены далее по тексту.На диаграммах фазового равновесия бинарных смесей метана, этана,пропана, бутана и изобутана (рисунки 2.1, 2.3, 2.5, 2.7, 2.9, 2.11, 2.13, 2.15, 2.17) ихсостав изменяется от кривой к кривой с шагом 10 %. На рисунках 2.1, 2.3, 2.9кривые испарения и конденсации представлены разным цветом, точка переходасоответствует критическим значениям Ркр и Ткр для смеси данного состава.Совокупность точек с критическими значениями Ркр и Ткр смесей разного составапредставляет собой критическую линию.Можно заметить, что характер кривых фазового равновесия данных смесейпри увеличении доли высококипящего компонента в смеси не меняется исмещается в сторону кривой индивидуального высококипящего вещества.
Приэтом максимальные значения Pкр и Tкр соответственно составляют:− для смеси метан-этан при содержании метана 63 % 7 МПа и минус 23 °С(рисунок 2.1);− для смеси метан-пропан при содержании метана 72 % 10 МПа и 5 °С(рисунок 2.3);− для смеси метан-бутан при содержании метана 78 % 14 МПа и 21 °С(рисунок 2.5);− для смеси метан-изобутан при содержании метана 77 % 12,4 МПа и 17 °С(рисунок 2.7). Из представленных данных можно отметить, что принекотором увеличении содержания высококипящего компонента значенияPкр и Tкр возрастают;− для смеси этан-пропан при содержании этана 74 % 5 МПа и 54 °С (рисунок2.9);100Рисунок 2.1 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей метан-этан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание метана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)− для смеси этан-бутан при содержании этана 73 % 5,8 МПа и 82 °С (рисунок2.11);− для смеси этан-изобутан при содержании этана 76 % 5,4 МПа и 69 °С(рисунок 2.13).
Из представленных данных можно отметить, что, как и вслучаесмесисметаном,принекотором увеличениивысококипящего компонента значения Pкр и Tкр возрастают;содержания101− для смеси пропан-бутан при содержании пропана 79 % 4,3 МПа и 111 °С(рисунок 2.15);−изобутанадля смеси пропан-изобутан при увеличении содержаниямаксимальныекритическиепараметрыизменяются:Pкрповышается, Tкр уменьшается (рисунок 2.17).Полученные кривые фазового равновесия позволяют при созданиипроцессовпроизводстваСПГопределятьоптимальныетермобарическиепараметры сжижения газов и выделения заданных компонентов в зависимости отих содержания в исходной сырьевой смеси.Проведенные нами исследования показывают, что при постоянномдавлении диапазон температур, при которых наблюдается сосуществование фаз,для бинарных смесей зависит от количественного соотношения компонентовсмеси, а состав паровой и жидкой фаз – от давления и температуры.Также были определены зависимости коэффициента фазового равновесиянизкокипящего компонента (НКК) =(где у и х – соответственноконцентрации НКК в паровой и жидкой фазах) от температуры при различныхдавлениях и составах в смесях метан-этан, метан-пропан, метан-бутан, метанизобутан, этан-пропан, этан-бутан, этан-изобутан, пропан-бутан и пропанизобутан (рисунки 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 2.10, 2.12, 2.14, 2.16, 2.18).
Линии содержанияНКК в смеси для каждой пары компонентов были определены при долеконденсации смеси q = 0 (момент начала конденсации).1020,101 МПа300,40,5250,6200,70,80,5 МПа0,85150,9101 МПа2 МПа3 МПа4 МПа0,95 метана5 МПа-165-115-655Коэффициент фазового равновесия350-15Температура, °СРисунок 2.2 – Зависимость коэффициента фазового равновесия метана оттемпературы при различных давлениях и составах смеси метан-этан(Источник: составлено автором)Из данных зависимостей можно сделать выводы о том, что давление итемпература в значительной мере влияют на коэффициент фазового равновесия вдиапазоне до 1 МПа.
Дальнейшее увеличение давления и изменение температурыприводит к незначительным изменениям величины К. Также можно отметить, чтокоэффициент фазового равновесия К зависит от содержания высококипящегокомпонента в системе: чем больше его количество, тем меньшее значение К и,соответственно, больше содержание высококипящего компонента в жидкой фазе.103120,7Критическая линия0,60,8100,50,40,98 ЭкспериментальныеДавление, МПаданные0,30,260,14МетанПропан20-160 -140 -120 -100 -80-60-40 -200Температура, С20406080100 120Рисунок 2.3 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей метан-пропан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание метана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия;- экспериментальные данные из работы [66](Источник: составлено автором)1040,101 МПа80700,7600,8500,9400,95 метана300,5 МПа201 МПа102 МПа0-200-150-100-50050100Температура, СРисунок 2.4 – Зависимость коэффициента фазового равновесия метана оттемпературы при различных давлениях и составах смеси метан-пропан(Источник: составлено автором)Коэффициент фазового равновесия9010516140,80,70,6120,5Давление, МПа0,9100,480,30,260,1Метан42н-Бутан0-200-150-100-50050Температура, С100150200Рисунок 2.5 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей метан-бутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание метана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)1061400,101 МПа0,6120Константа фазового равновесия0,70,81000,9800,95600,5 МПа401,0 МПа3,0 МПа2,0 МПа4,0 МПа200-200-150-100-500Температура, С501005,0 МПа150Рисунок 2.6 – Зависимость коэффициента фазового равновесия метана оттемпературы при различных давлениях и содержании метана в смеси метан-бутан(красным маркером отмечены максимумы кривых K(t));- экспериментальнонайденные значения K для давления 2,0 МПа в работе [67].(Источник: составлено автором)107140,8120,70,6Давление, МПа100,90,580,40,30,260,1Метан42Изобутан0-200-150-100-500Температура, С50100150Рисунок 2.7 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей метан-изобутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание метана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)108Рисунок 2.8 – Зависимость коэффициента фазового равновесия метана оттемпературы при различных давлениях и содержании метана в смеси метанизобутан (красным маркером отмечены максимумы кривых K(t))(Источник: составлено автором)109ЭтанРисунок 2.9 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей этан-пропан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание метана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)1107650,40,540,61 МПа0,732 МПа0,83 МПа0,924 МПаКоэффициент фазового равновесия0,101 МПа10,95 этана0-100-50050100Температура, СРисунок 2.10 – Зависимость коэффициента фазового равновесия этана оттемпературы при различных давлениях и составах смеси этан-пропан(Источник: составлено автором)111760,80,7 0,60,50,40,90,350,2Давление, МПа0,1Этан432н-Бутан10-100-50050Температура, С100150Рисунок 2.11 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей этан-бутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание этана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)112Рисунок 2.12 – Зависимость коэффициента фазового равновесия этана оттемпературы при различных давлениях и содержании этана в смеси этан-бутан(Источник: составлено автором)113Рисунок 2.13 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей этан-изобутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание этана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)114Рисунок 2.14 – Зависимость коэффициента фазового равновесия этана оттемпературы при различных давлениях и содержании этана в смеси этан-изобутан(Источник: составлено автором)115Рисунок 2.15 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей пропан-бутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание пропана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)116Рисунок 2.16 – Зависимость коэффициента фазового равновесия пропана оттемпературы при различных давлениях и содержании пропана в смеси пропанбутан(Источник: составлено автором)117Рисунок 2.17 – P-Т диаграмма фазового равновесия для смесей пропан-изобутан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание пропана в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия(Источник: составлено автором)118Рисунок 2.18 – Зависимость коэффициента фазового равновесия пропана оттемпературы при различных давлениях и содержании пропана в смеси пропанизобутан(Источник: составлено автором)На кривых зависимости констант фазового равновесия от температуры K(t)наблюдаются точки экстремума.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
