Фазовые состояния углеводородных систем. Фазовые диаграммы.

Углеводородные газы, подобно всем индивидуальным веществам, изменяют свой объём при изменении давления и температуры. На рис.1 представлена диаграмма фазового состояния для чистого этана. Каждая из кривых                  соответствует фазовым изменениям при постоянной температуре и имеет три участка: Ж,Ж+Г,Г. Штриховая линия М1М2К-кривая точек кипения этана.К1К2К- кривая точек конденсации (или точек росы). В точке К пунктирной линии кривые кипения(парообразования) и конденсации сливаются. Эта точка называется критической. При увеличении Р метан будет в газ.состоянии. С приближением температуры и давления к критическим значениям свойства газовой и жидкой фаз становятся одинаковыми, поверхность раздела между ними исчезает, и плотности их уравниваются. Следовательно, с приближением к критической точке по кривой начала кипения плотность жидкой фазы будет непрерывно убывать. Если же к ней приближаться по линии точек конденсации, то плотность пара будет непрерывно возрастать. Для индивидуальных углеводородов граничным давлением между жидкой и газовой фазой является давление упругости паров (при данной температуре), при котором происходит конденсация или испарение. Обе фазы (жидкость и пар) при данной температуре присутствуют в системе только в том случае, если давление равно упругости насыщенного пара над жидкостью. Давление при котором газ начинает конденсироваться называется давлением насыщения для газа. Фазовые превращения углеводородов можно также представить в координатах давление-температура рис.2. ОК-характеризует 2-х фазное состояние (Ж+Г). Из рис.2 следует, что путём соответствующих изменений давления и температуры углеводороды можно перевести из парообразного состояния в жидкое, минуя двухфазную область. Газ, характеризующийся параметрами точки А можно изобарически нагреть до температуры точки В, а затем, повысив давление в системе при постоянной температуре, перевести вещество в область точки С, расположенную выше критической точки К, и далее в область точки Д. Свойства системы при этом изменяются непрерывно, и разделения углеводорода на фазы не произойдёт. При дальнейшем охлаждении системы (от точки С до точки Д), а затем при снижении давления до точки Е вещество приобретёт свойства жидкости, минуя область двухфазного состояния.

Рис.3

С появлением в системе двух компонентов и более в закономерностях фазовых изменений возникают свом особенности. На рис.3 приведена зависимость объем-давление для смеси пентана и гептана. Зона вправо от пунктирной линии (кривой точек конденсации)-область чистого газа, в которой изотермы двух- и многокомпонентных систем аналогичны изотермам чистых компонентам. Влево от кривой точек образования изотермы жидкой фазы круто возрастают с уменьшением объема, и они так же аналогичны изотермам области жидкости чистых компонентов. В двухфазной же области имеются значит. изменения: давление в процессе сжатия в двухфазной области не остается постоянным, и для конденсации газа необходимо повышать его для полного превращения газовой фазы в жидкость. Поэтому давлении точки парообразования (кипения) выше точек давления начала конденсации. В двухфазной области состав жидкой и газовый фаз отличен от состава исходной смеси и он непрерывно изменяется в соответствии с Р и V.

В двух- и многокомпонентных системах критическая точка характеризуется лишь одинаково интенсивными свойствами газовых и жидких фаз. При этом в зоне пересечения кривых точек конденсации и парообразования образуется область, в которой могут существовать две фазы, даже при значениях выше критических. 

Рис.4

Кривые точек начала кипения и точек росы не совпадают и образуют фазовую диаграмму. На форму которой влияет помимо Р и Т, состав смеси. Крайняя левая и крайняя правая- давление насыщенного пара соответственно этана и н-пентана (С1 и С7-критические точки). Между ними смеси тех же компонентов в разных пропорциях. Пунктирная линия представляет собой огибающую кр.точки. На рис.4 линии1-линия точек начала парообразования (выше и слева- жидкость), 2-линии точек росы (ниже и справа-газ). Между этими линиями располагается двухфазная область. Критическая температура смесей находится между критическими температурами компонентов. Критическое давление смеси обычно выше, чем критическое давление чистых компонентов, кроме тех случаев когда в смеси один з компонентов содержится в значительном количестве. Наибольшее Ркр встречается у смеси с близким массовым содержанием компонентов. Размеры двухфазной области зависят от состава смеси.(чем больше компонентов, тем больше размеры)