Диссертация (1172966), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Для сравнения на диаграмме128приведена кривая насыщения чистого азота (N2 [1.0]). Как видно из диаграммы,перегибы на кривых кипения наблюдаются в надкритической области азота,вблизи критической точки и с содержанием азота в смеси 30 % и выше. Минимумкривой кипения смеси с содержанием азота 30 % соответствует давлению 4,14МПа и температуре минус 146,75 °С.100009000Давление, кПа80007000N2[1.0]6000BP N2[0.35]5000BP N2[0.33]4000BP N2[0.31]3000BP N2[0.3]BP N2[0.29]2000BP N2[0.2]10000-180-170-160-150-140-130-120-110-100Температура, СРисунок 2.24 – Детализация Р-Т диаграммы смесей азот-этан вблизи критическойточки азота: BP – кривая кипения; в квадратных скобках указано содержаниеазота в смеси(Источник: составлено автором)При изучении фазового равновесия смесей азот-этан было выявлено, чтопри одних составах данная смесь может вести себя как смесь взаимнорастворимых компонентов, а при других составах – как смесь частичнорастворимых компонентов.
Исследования показали, что при содержании азота вэтане не более 29 % азот и этан взаимно растворимы, что подтверждают кривыефазового равновесия на рисунке 2.23. При содержании азота в смеси в интервалеот 29 до 96 %, при определенных температурах и давлении наблюдается129трехфазное состояние смеси, состоящей из двух несмешивающихся жидких фаз игазовой фазы.На выявленный эффект образования трехфазного состояния смеси,состоящей из двух несмешивающихся жидких фаз и газовой фазы, в системе азотэтан также указывают зависимости равновесного состава фаз от температуры.Уже при давлении 2,3 МПа и температуре минус 154 °С смесь азот-этанпроявляет свойства смесей частично растворимых компонентов: исследованияпоказывают сосуществование двух жидких фаз с мольным содержанием азота водной из фаз х1 = 0,2769 и в другой х2 = 0,9677.
С увеличением давления интервалтемператур, в котором существует 2-фазная жидкость, сначала увеличивается, азатем сокращается и сводится к точке в области давления 22 МПа (см. рисунок2.23). Так, например, при давлении 3,0 МПа две жидких фазы существуют втемпературном интервале от минус 153,5 до минус 149 °С; при давлении 5,0 МПа– от минус 153 до минус 142 °С; при давлении 8,0 МПа – от минус 152 до минус138 °С. На рисунке 2.23 нанесены границы области сосуществования двух жидкихиоднойгазовойфаз(двойнаяжелтаялиния).Авторыработы[72]экспериментально определили максимальные параметры (критическую точку),при которых сосуществуют три фазы: минус 140,77 °С и 4,071 МПа.
При том, чтоданные параметры удовлетворительно согласуются с границей трехфазнойобласти на рисунке 2.23, что указывает на более широкий диапазонсуществования трех фаз (в области температур от минус 147 до минус 120 °С идавлений от 4,1 до 22 МПа).Подтверждением образования двух несмешивающихся жидких фаз служаттакже результаты расчетов составов сосуществующих жидких фаз в сравнении сэкспериментальными данными из работы [72], представленные на рисунке 2.25 ввиде набора данных по составу жидких фаз при разных температурах идавлениях.
Расчетные зависимости составов равновесных жидких фаз оттемпературы приведены для давлений 2,4; 3,0; 4,0; 5,0; 8,0 и 10,0 МПа (сплошныелинии). Экспериментальные данные в работе [72] фиксируют наличие двухжидких фаз при более низких температурах и давлении: 2,129 МПа и минус130155,15 °С. При этом расчетное содержание азота в каждой из фаз остаетсяпрактически постоянным: одна жидкая фаза содержит азот в мольнойконцентрации от 0,92 до 0,97, а другая – в концентрации от 0,27 до 0,38, чтоподтверждается теми же экспериментальными данными.Рисунок 2.25 – Изобарные температурные кривые смесей азот-этан в областисосуществования двух жидких фаз: сплошные линии – результаты расчета поуравнению Пенга-Робинсона, дискретные линии – экспериментальные данные изработы [72](Источник: составлено автором)Зависимости коэффициента фазового равновесия К=у/х от температурыпредставлены на рисунках 2.26 и 2.27. В отличие от смесей азот-метан, где сростомтемпературыконстантыравновесияувеличиваютсявовсем131температурном интервале (рисунок 2.22), у смесей азот-этан с увеличениемтемпературыконстантыравновесиясначалаувеличиваются,азатемуменьшаются.
Максимум констант равновесия наблюдается в области температурот минус 60 до минус 55 °С. Диаграмма, представленная на рисунке 2.27, являетсядетализацией зависимости констант равновесия от температуры в диапазонетемператур от минус 160 до минус 130 °С, включающую также кривыезависимости от температуры коэффициентов распределения азота между двумяжидкими фазами К(х1/х2).Рисунок 2.26 – Зависимость констант равновесия азота от температуры приразличных давлениях и содержании азота в смесях азот-этан:красным маркером отмечены максимумы кривых K(t)(Источник: составлено автором)132Коэффициент фазового равновесия54,52000 kPa3000 kPa44000 kPa5000 kPa3000 kPa; K(x1/x2)3,54000 kPa;K(x1/x2)5000 kPa; K(x1/x2)36000 kPa; K(x1/x2)7000 kPa; K(x1/x2)2,58000 kPa; K(x1/x2)9000 kPa;K(x1/x2)10 Mpa; K(x1/x2)2-160-155-150-145-140Температура, °С-135-130Рисунок 2.27 –Зависимость констант равновесия и кривых распределения азота оттемпературы для смесей азот-этан(Источник: составлено автором)Таким образом, для смеси азот-этан существование двух жидких фаз игазовой фазы наблюдается в области температур от минус 154 до минус 120 °С идавлений от 2,3 до 20 МПа при начальном содержании азота в смеси от 29 до 96%.
При сопоставлении полученных результатов с экспериментальным ирасчетнымиданнымидругихисследователей[72-75]былополученоподтверждение существования трехфазных систем в диапазоне содержания азотав смеси от 20 до 95 %. Так, например, в работе [75] экспериментально и расчетомтермодинамических параметров по уравнению состояния SRK также установленоналичие в системе двух несмешивающихся жидких фаз в исследованном узкоминтервале температур от минус 148 до минус 158 °С и давлений от 2,1 до 4,1МПа.Проведенныенамирасчетные исследованиясмеси азот-пропанпоуравнению состояния (2.5), построение на их основе диаграмм фазового133равновесия и их анализ показал, что, как и в смесях азота с этаном, существуютобласти взаимной растворимости и сосуществования двух жидких и однойгазовой фазы.
На рисунке 2.28 представлены зависимости давления насыщенныхпаров от температуры чистых компонентов и смесей азот-пропан разного состава.Как видно из диаграммы, смесь проявляет свойства взаимно растворимыхкомпонентов в диапазоне содержания азота не более 15 %. При большемсодержании азота кривые кипения от критических точек отклоняются в областьболее высоких давлений и низких температур, а критическая линия не соединяеткритические точки чистых компонентов и имеет разрыв.
Исследования показали,что при содержании азота в смеси более 15 %, при давлении выше 2,4 МПа итемпературе выше минус 158 °С образуются две несмешивающиеся жидкие фазыс содержанием азота в них 15 % и 99 %. Область сосуществования двухнесмешивающихся жидких фаз находится в интервале температур от минус 161°С до минус 144 °С и в интервале давлений от 2,35 до 23 МПа (см. рисунок 2.28).В работе [73] экспериментально найдены параметры границы существованиятрехфазной системы: в интервале температуры от минус 156 до минус 146,5 °С идавления от 2,15 до 3,48 МПа, что соответствует нижней границе областидвухфазной жидкости на рисунке 2.28.
Экспериментальные данные представленына рисунке 2.28 «х»-образными маркерами. Расчетные значения температур приодинаковыхзначенияхдавленияпогрешностью не более 3 %.отличаютсяотэкспериментальныхс134400,735300,6Давление, МПа2520Областьдвухфазнойжидкости0,50,9150,40,80,30,20,150,1105Азот (1,0)Пропан (1,0)0-200-150-100-50050100Температура, °СРисунок 2.28 – Р-Т диаграмма фазового равновесия смесей азот-пропан:сплошные линии – кривые конденсации смесей; точечные линии – кривые кипениясмесей; над кривыми указано молярное содержание азота в смеси; пунктирныелинии – кривые насыщения чистых компонентов; пунктирная линия с маркерами– критическая линия, замкнутая линия ограничивает область сосуществованиядвух несмешивающихся жидких фаз;- экспериментальные данные из работы[72](Источник: составлено автором)На рисунке 2.29 представлены зависимости констант фазового равновесияазота от температуры для смесей азот-пропан.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
