Задания для самостоятельной работы. Фазовое состояние углеводородных систем

Фазовое состояние углеводородных систем

Теория к разделу

 

Фазовое состояние описывается законом Дальтона-Рауля. Согласно закону Дальтона (формула 6.1):

(6.1)

,

где P_i – парциальное давление компонента, входящего в газовую смесь;

N_yi – мольная доля газового i-го компонента в газовой фазе;

Р – общее давление системы.

Согласно закону Рауля (формулы 6.2 – 6.3):

(6.2)

(6.3)

,

где P_i – парциальное давление i-го компонента над жидкостью;

N_xi – мольная доля i-го компонента в жидкой фазе;

Р_{нас.пар.i} – давление насыщенного пара i-го компонента;

Q_i – упругость паров i-го компонента;

Q – упругость паров над жидкостью.

Приравняв правые части уравнений 6.1 и 6.2 или 6.1 и 6.3, получим закон Дальтона-Рауля (формулы 6.4 – 6.6):

(6.4)

или

(6.5)

(6.6)

Расчет состояния равновесной газовой фазы

 

Типовая задача

Дан состав жидкой фазы (N_xi, доли). Для заданной температуры (t,°С) рассчитать равновесный состав газовой фазы (N_yi).

 

Дано:

Компонент, Vi	Nxi, доли
пропан (C3H8)	0,09
изобутан (i-C4H10)	0,07
н-бутан (n-C4H10)	0,15
изопентан (i-C5H12)	0,17
н-пентан (n-C5H12)	0,07
гексан (C6H14)	0,45

t = 25°C

Найти: N_yi.

Решение:

 

1) Давления насыщеных паров (упругости паров) углеводородов (Q_i) при различных температурах определяем по таблице 6.1, используя метод линейной интерполяции:

Q_С3Н8 = 9,48 атм,

Q_i-С4Н10 = 3,925 атм,

Q_n-С4Н10 = 2,432 атм,

Q_i-С5Н12 = 0, 899 атм,

Q_n-С5Н12 = 0,672 атм.

Q_С6Н14 = 0,197 атм.

2) Рассчитываем общее давление в системе по формуле (6.7):

(6.7)

P = 0,09 • 9,48 + 0,07 • 3,925 + 0,15 • 2,432 + 0,17 • 0, 899 +

+ 0,07 • 0,672 + 0,45 • 0,197= 1,7813 атм.

3) Для расчета состава равновесной газовой фазы необходимо определить концентрацию каждого компонента в газовой фазе (формула 6.6):

N_С3Н8 = 0,09 • 9,48 / 1,7813= 0,4790,

N_i-С4Н10 = 0,07 • 3,925 / 1,7813 = 0,1542,

N_n-С4Н10 = 0,15 • 2,432 / 1,7813 = 0,2048,

N_i-С5Н12 = 0,17 • 0,899 / 1,7813 = 0,0858,

N_n-С5Н120 = 0,07 • 0,672 / 1,7813 = 0,0264,

N_С6Н14 = 0,45 • 0,197 / 1,7813 = 0,0498.

åN_yi = 0,4790 + 0,1542 + 0,2048 + 0,0858 + 0,0264 + 0,0498 = 1,0000

Таблица 6.1

Давление насыщенного пара легких углеводородов (Q), атм

Температура, °С	Углеводороды
этан	пропан	изобутан	n-бутан	изопентан	n-пентан	гексан
0,0	24,35	4,87	1,756	1,043	0,350	0,215	0,061
1,1	25,05	5,00	1,896	1,085	0,371	0,259	0,064
2,2	25,68	5,14	1,981	1,127	0,392	0,273	0,069
3,3	26,40	5,27	1,072	1,169	0,413	0,287	0,073
4,4	27,08	5,41	2,163	1,218	0,434	0,301	0,077
5,6		5,57	2,253	1,267	0,455	0,315	0,081
6,7		5,71	2,315	1,323	0,476	0,320	0,085
7,8		5,91	2,435	1,379	0,497	0,343	0,090
8,9		6,09	2,527	1,435	0,518	0,357	0,095
10,0		6,20	2,618	1,497	0,539	0,378	0,100
11,1		6,49	2,724	1,562	0,569	0,399	0,105
12,2		6,71	2,800	1,621	0,581	0,420	0,111
13,3		6,93	2,810	1,686	0,602	0,441	0,116
14,4		7,15	2,980	1,756	0,623	0,462	0,122
15,6		7,39	3,072	1,826	0,644	0,483	0,128
16,7		7,62	3,166	1,897	0,672	0,504	0,135
17,8		7,97	3,254	1,966	0,700	0,525	0,142
18,9		8,11	3,316	2,035	0,728	0,546	0,150
20,0		8,35	3,443	2,105	0,756	0,567	0,158
21,1		8,60	3,549	2,176	0,784	0,588	0,166
22,2		8,85	3,614	2,246	0,812	0,609	0,174
23,3		9,10	3,758	2,317	0,847	0,630	0,183
24,4		9,35	3,868	2,394	0,882	0,658	0,193
25,6		9,61	3,982	2,470	0,917	0,686	0,202
26,7		9,88	4,10	2,547	0,959	0,714	0,213
27,8		10,15	4,22	2,621	1,001	0,742	0,225
28,9		10,43	4,34	2,708	1,036	0,770	0,236
30,0		10,72	4,47	2,792	1,085	0,805	0,247
31,1		11,01	4,61	2,883	1,134	0,840	0,259
32,2	Критическая температура	11,39	4,74	2,974	1,183	0,875	0,271
33,3	11,69	4,88	3,066	1,232	0,910	0,284
34,4		11,91	5,02	3,163	1,281	0,945	0,296
35,6		12,23	5,16	3,268	1,330	1,987	0,309
36,7		12,54	5,31	3,380	1,378	1,029	0,323
37,8		12,86	5,45	3,492	1,427	1,071	0,338
38,9		13,18	5,61	3,604	1,477	1,113	0,353
40,0		13,51	5,76	3,727	1,526	1,154	0,370
41,1		13,84	5,92	3,849	1,582	1,204	0,386
42,2		14,20	6,08	3,984	1,638	1,252	0,404
43,3		14,53	6,25	4,12	1,702	1,302	0,422
44,4		14,89	6,42	4,27	1,761	1,351	0,410
45,6		15,24	6,59	4,42	1,826	1,400	0,459
46,7		15,61	6,77	4,58	1,896	1,456	0,479
47,8		15,97	6,95	4,74	1,966	1,512	0,499
48,9		16,35	7,13	4,91	2,043	1,568	0,520

Задания для самостоятельной работы

Дан состав жидкой фазы (N_xi, доли). Для заданной температуры (t,°С) рассчитать равновесный состав газовой фазы (N_yi), пользуясь данными из таблицы 6.1.

Исходные данные представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

 

В
C3H8	0,01	0,03	0,09	0,05	0,07	0,06	0,01	0,09	0,02	0,03
i-C4H10	0,07	0,11	0,05	0,09	0,14	0,07	0,08	0,09	0,11	0,09
n-C4H10	0,21	0,15	0,15	0,16	0,17	0,11	0,18	0,16	0,17	0,13
i-C5H12	0,04	0,03	0,03	0,03	0,05	0,1	0,09	0,1	0,12	0,13
n-C5H12	0,26	0,16	0,29	0,25	0,17	0,23	0,2	0,2	0,21	0,26
C6H14	0,41	0,52	0,39	0,42	0,4	0,43	0,44	0,36	0,37	0,36
t	8,5	6,5	7,5
В
C3H8	0,01	0,09	0,1	0,02	0,04	0,05	0,01	0,03	0,04	0,02
i-C4H10	0,04	0,08	0,07	0,09	0,04	0,04	0,03	0,05	0,04	0,09
n-C4H10	0,16	0,11	0,14	0,18	0,19	0,16	0,17	0,19	0,14	0,11
i-C5H12	0,09	0,03	0,11	0,2	0,14	0,22	0,17	0,16	0,14	0,15
n-C5H12	0,26	0,21	0,28	0,2	0,2	0,22	0,28	0,19	0,22	0,24
C6H14	0,44	0,48	0,3	0,31	0,39	0,31	0,34	0,38	0,42	0,39
t					8,5
В
C3H8	0,06	0,09	0,09	0,03	0,06	0,07	0,05	0,04	0,02	0,03
i-C4H10	0,04	0,04	0,04	0,05	0,06	0,05	0,06	0,07	0,08	0,06
n-C4H10	0,16	0,11	0,14	0,17	0,11	0,17	0,16	0,18	0,14	0,15
i-C5H12	0,18	0,17	0,18	0,19	0,17	0,15	0,14	0,13	0,17	0,17
n-C5H12	0,2	0,22	0,22	0,22	0,22	0,17	0,2	0,26	0,26	0,21
C6H14	0,36	0,37	0,33	0,34	0,38	0,39	0,39	0,32	0,33	0,38
t

 

Продолжение табл. 6.2

 

В
C3H8	0,04	0,05	0,07	0,04	0,08	0,03	0,04	0,05	0,09	0,02
i-C4H10	0,04	0,05	0,06	0,06	0,09	0,06	0,04	0,07	0,06	0,09
n-C4H10	0,16	0,17	0,17	0,19	0,11	0,15	0,15	0,16	0,16	0,18
i-C5H12	0,14	0,17	0,16	0,17	0,14	0,18	0,13	0,12	0,14	0,15
n-C5H12	0,18	0,24	0,19	0,2	0,21	0,25	0,25	0,19	0,18	0,17
C6H14	0,44	0,32	0,35	0,34	0,37	0,33	0,39	0,41	0,37	0,39
t
В
C3H8	0,03	0,04	0,04	0,03	0,03	0,08	0,07	0,05	0,08	0,06
i-C4H10	0,04	0,04	0,08	0,07	0,05	0,05	0,07	0,06	0,07	0,06
n-C4H10	0,19	0,1	0,16	0,15	0,16	0,19	0,17	0,13	0,11	0,11
i-C5H12	0,19	0,18	0,17	0,15	0,17	0,17	0,13	0,17	0,16	0,18
n-C5H12	0,23	0,26	0,22	0,2	0,19	0,24	0,22	0,21	0,21	0,21
C6H14	0,32	0,38	0,33	0,4	0,4	0,27	0,34	0,38	0,37	0,38
t
В
C3H8	0,03	0,05	0,09	0,02	0,03	0,07	0,05	0,03	0,06	0,08
i-C4H10	0,07	0,07	0,08	0,05	0,04	0,04	0,06	0,06	0,05	0,08
n-C4H10	0,15	0,16	0,16	0,18	0,16	0,11	0,16	0,15	0,13	0,18
i-C5H12	0,15	0,12	0,11	0,13	0,15	0,18	0,13	0,14	0,17	0,17
n-C5H12	0,25	0,19	0,18	0,25	0,23	0,21	0,22	0,2	0,24	0,23
C6H14	0,35	0,41	0,38	0,37	0,39	0,39	0,38	0,42	0,35	0,26
t							8,5	6,5	7,5
В
C3H8	0,07	0,04	0,09	0,06	0,06	0,05	0,09	0,02	0,03	0,05
i-C4H10	0,06	0,06	0,05	0,07	0,08	0,06	0,07	0,05	0,06	0,04
n-C4H10	0,17	0,16	0,11	0,19	0,15	0,16	0,18	0,15	0,16	0,11
i-C5H12	0,15	0,17	0,16	0,18	0,15	0,14	0,11	0,13	0,17	0,14
n-C5H12	0,22	0,21	0,21	0,21	0,25	0,19	0,18	0,22	0,23	0,26
C6H14	0,33	0,36	0,38	0,29	0,31	0,4	0,37	0,43	0,35	0,4
t

 

Продолжение табл. 6.2

 

В
C3H8	0,04	0,05	0,03	0,06	0,07	0,05	0,09	0,09	0,02	0,05
i-C4H10	0,06	0,07	0,05	0,06	0,05	0,06	0,07	0,09	0,06	0,06
n-C4H10	0,16	0,18	0,16	0,19	0,17	0,14	0,16	0,17	0,15	0,15
i-C5H12	0,14	0,15	0,16	0,17	0,16	0,17	0,16	0,1	0,12	0,17
n-C5H12	0,22	0,21	0,2	0,24	0,22	0,22	0,23	0,17	0,22	0,23
C6H14	0,38	0,34	0,4	0,28	0,33	0,36	0,29	0,38	0,43	0,34
t	8,5
В
C3H8	0,03	0,04	0,02	0,05	0,08	0,08	0,03	0,05	0,05	0,06
i-C4H10	0,04	0,05	0,11	0,05	0,06	0,09	0,05	0,09	0,14	0,09
n-C4H10	0,12	0,16	0,18	0,14	0,2	0,2	0,15	0,17	0,17	0,18
i-C5H12	0,15	0,13	0,15	0,16	0,17	0,03	0,1	0,13	0,09	0,1
n-C5H12	0,26	0,25	0,22	0,19	0,21	0,17	0,23	0,2	0,2	0,21
C6H14	0,4	0,37	0,32	0,41	0,28	0,43	0,44	0,36	0,35	0,36
t
В
C3H8	0,06	0,04	0,09	0,02	0,05	0,01	0,03	0,04	0,02	0,06
i-C4H10	0,08	0,09	0,09	0,09	0,05	0,05	0,04	0,07	0,09	0,04
n-C4H10	0,16	0,17	0,13	0,16	0,16	0,22	0,14	0,16	0,11	0,14
i-C5H12	0,12	0,13	0,09	0,13	0,14	0,15	0,18	0,17	0,18	0,19
n-C5H12	0,26	0,26	0,21	0,21	0,24	0,2	0,22	0,22	0,22	0,22
C6H14	0,32	0,31	0,39	0,39	0,36	0,37	0,39	0,34	0,38	0,35
t				5,8
В
C3H8	0,09	0,03	0,03	0,04	0,05	0,07	0,04	0,08	0,03	0,04
i-C4H10	0,04	0,05	0,08	0,05	0,06	0,06	0,09	0,09	0,04	0,07
n-C4H10	0,11	0,19	0,16	0,17	0,11	0,11	0,15	0,15	0,16	0,16
i-C5H12	0,19	0,15	0,14	0,19	0,14	0,18	0,13	0,12	0,14	0,15
n-C5H12	0,22	0,2	0,26	0,2	0,25	0,25	0,19	0,18	0,21	0,23
C6H14	0,35	0,38	0,33	0,35	0,39	0,33	0,4	0,38	0,42	0,35
t

 

Продолжение табл. 6.2

 

В
C3H8	0,03	0,02	0,04	0,07	0,03	0,09	0,09	0,05	0,04	0,06
i-C4H10	0,08	0,07	0,06	0,06	0,04	0,04	0,07	0,04	0,06	0,04
n-C4H10	0,18	0,16	0,17	0,15	0,11	0,11	0,15	0,15	0,19	0,18
i-C5H12	0,16	0,15	0,18	0,16	0,18	0,14	0,18	0,14	0,17	0,11
n-C5H12	0,17	0,26	0,22	0,2	0,24	0,25	0,21	0,2	0,24	0,23
C6H14	0,38	0,34	0,33	0,36	0,4	0,37	0,3	0,42	0,3	0,38
t

 

Расчет состояния равновесной жидкой фазы

 

Согласно закону Дальтона – Рауля расчет состава равновесной жидкой фазы производится по формулам:

(6.8)

(6.9)

Типовая задача

 

Дан состав газовой фазы (N_yi, доли), (см. таблицу заданий 6.2, свой вариант). Для заданной температуры (t, °С) рассчитать состав жидкой фазы (N_xi).

Дано:

Компонент	Nyi, доли
пропан (C3H8)	0,09
изобутан (i-C4H10)	0,07
н-бутан (n-C4H10)	0,15
изопентан (i-C5H12)	0,17
н-пентан (n-C5H12)	0,07
гексан (C6H12)	0,45

t = 12°C

Найти: N_xi.

 

Решение:

1) Давления насыщеных паров (упругости паров) углеводородов (Q_i) при различных температурах определяем по таблице 6.1, используя метод линейной интерполяции:

Q_С3Н8 = 6,67 атм,

Q_i-С4Н10 = 2,786 атм,

Q_n-С4Н10 = 1,61 атм,

Q_i-С5Н12 = 0,579 атм,

Q_n-С5Н12 = 0,416 атм.

Q_С6Н14 = 0,11 атм.

 

2) Находим общее давление в системе по формуле (6.11):

(6.10)

(6.11)

 

3) Находим концентрации компонентов в равновесной жидкой фазе (формула 6.9):

N_С3Н8 = 0,09 • 0,2135 / 6,67= 0,0029,

N_i-С4Н10 = 0,07 • 0,2135 / 2,786 = 0,0054,

N_n-С4Н10 = 0,15 • 0,2135 / 1,61 = 0,0199,

N_i-С5Н12 = 0,17 • 0,2135 / 0,579 = 0,0627,

N_n-С5Н120 = 0,07 • 0,2135 / 0,416 = 0,0359,

N_С6Н14 = 0,45 • 0,2135 / 0,11 = 0,8732.

åN_хi = 0,0029 + 0,0054 + 0,0199 + 0,0627 + 0,0359 + 0,8732 = 1,0000

Задания для самостоятельной работы

Дан состав газовой фазы (N_yi, доли), (см. таблицу заданий 6.2, свой вариант). Для заданной температуры (t, °С) (таблица 6.3) рассчитать состав жидкой фазы (N_хi), пользуясь данными таблицы 6.1.

Таблица 6.3

 

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t

В

t