气液相平衡方面的基础知识汇总.docx
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1、 气 液 相 平 衡 相是指系统的某一局部具有相的物理和化学性质，具有一样的组成，并且与另外的相以确定的边界隔开。出现在世有产品里的大多数的相相是液态烃和气相。水也是普遍存在的另一个液态相。在给定的系统里，当描述变更的变量随着时间和位置的变更而保持恒定时，液态烃, 气相和水这些相将会平衡共存。而确定平衡状态的主要变量是系统的温度，压力和组分。 对于设计外表别离装置和改良组分模型，不同相能够共存的条件是特殊值得考虑并且具有实践价值的重要问题。这些计算的类型是以平衡常数的原理为根底的。一、 平衡常数 一给定组分的平衡常数是指组分的气相的摩尔分数与液相摩尔分数之比。在数学上，它们的关系是 (51)
2、在 EMBED Equation.3 (100磅/)的压力下，和的定律为对于志向溶液方法供应了一个预料平衡常数的简化的方法。定律是指多组分系统中单一组分所产生的局部压力等于它的液相摩尔分数与该祖父的气相压力的乘积即= (52) 组分i的局部压力，磅/) 组分i的气相压力，磅/) 组分i的液相摩尔分数 定律是指某一组分的局部压力等于它的气相摩尔分数与系统的总压力的乘积，即 EMBED Equation.3 (53)系统总压力，磅/ 在平衡状态下，依据上面的定律可知，被某一组分气相作用产生的局部压力必需与该液相作用产生的局部压力平衡。因此，将描述两大定律的方程结合得 EMBED Equation.
3、3 ,整理以上关系式并代入平衡常数定义式得 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (54) 这个方程说明对志向溶液，不管烃类混合物的组分如何，平衡常数仅仅有表达系统压力和温度的作用。第一章说明，组分的气相压力有表达温度的作用。 现阶段，介绍并给以下的术语下定义是很有必要的。 给定的烃类混合物中组分i的摩尔分数， n 烃类混合物的总摩尔数， 液相的摩尔总数， 气相的摩尔总数。 由定义可知， (55) 这个方程说明系统总的摩尔数与气相的摩尔数和液相的摩尔数之和是相等的。 组分的物质平衡的结果： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMB
4、ED Equation.3 (56) 在这里 EMBED Equation.3 组分i在系统里的总摩尔数， EMBED Equation.3 组分i在液相里的总摩尔数， EMBED Equation.3 组分i在气相里的总摩尔数。 也依据摩尔百分数的定义，我们可以写成 =1 (57) =1 (58) =1 (59) 以烃类混合物的一摩尔为根底进展全部的相平衡计算是便利的，即1。该假设简化方程55和56为 + =1 (510) EMBED Equation.3 (511) 联合方程54和511以便从方程511中消掉得到 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ，解出的
5、值 = /(+) (512) 通过联合511和54方程消掉也能从511中求出的值，得到 EMBED Equation.3 (+) 513 再联合512和58及513和59方程得 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (+)=1 (514) EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (+)=1 (515) EMBED Equation.3 - =0,即 /(+) EMBED Equation.3 (+)=0,那么 EMBED Equation.3 /(+)=0,以(1-)代替得= EMBED Equation.3 (516)二、 闪蒸计算闪
6、蒸计算是指全部油层和加工工程计算的总和。在确定的压力和温度下，闪蒸计算须要了解在一个油箱或者在海上钻井装置中共存的液态烃和气态烃的数量，无论什么时候这样做都是很有必要的。它也可以用来确定共存烃类相态的组成。闪蒸计算前须要确定的是：1气相的摩尔分数;2液相的摩尔分数;3液相的组成;4气相的组成. 计算的步骤是确定全部组分的烃类混合物的, ,和，即可确定,以及确定一系列可计算的平衡常数，如,然后把它们记录下来。 步骤：1的计算 用迭代法可解出方程516中的。下面是这种迭代法的运用：的值。好的假设值是靠以下的关系式估算的 () , A = (-1), B = (-1)/ b.依据方程(516)通过运
7、用假设值而得到的值估算出的结果。 确定值比预定的限度小例如10,那么假设的就是所须要的解。的确定值比预定的限度大，那么新的就要有以下的表达式估算：() EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ()新的的值 关于的的第一个导数，可由 = (-1) /(-1)+1 得到。 e.以上步骤始终迭答下去直到一个收敛被获得。 2计算 从给出的(510)方程可以计算出液相的摩尔数=1- 3计算 通过运用方程512可计算液相的组成4计算 由方程513可以确定气相的组成例51 由如下成分组成的碳水化合物在50磅/和100F条件下进展别离。假设一个志向的解决方法，求别离后的各组成？ 解
8、：1从图表中见第一章可知蒸汽压力并依据方程54计算出平衡常数，组 成100F 的压力 C 190 i 0.10 72.2 1.444 C 0.10 51.6 i 0.20 20.44 0.4088 0.20 0.20 4.956 0.09912 2通过解方程516得到迭代次数 0 12 3 4 0.0 3求解 组 成方程512方程513 Ci C Ci C C4求解和 三, 平衡常数 平衡常数是组分在液相与气相中的比例。依据方程54来计算，还须要蒸汽压力和系统压力。字运用方程54时有一些根本的假设：1气相是志向气体并满足达西定理2液相有一个志向的溶解度并定理以上的假设是不契合实际的，并且在高压
9、条件 预料的平衡常数是不精确的。 为了得到真实解，平衡常数不仅仅是压力和温度的函数，而且还是炭氢合物组成的函数。这个关系可用以下的的数学式表达式表示：= 有许多方法被建议用来进展平衡常数的计算，一些是简洁的数学表达式。一些是困难的表达式包含几种独立的不同的组成。这些方法以后再介绍。 威尔逊关系 威尔逊在1968年提出了一个简洁的热力学表达式来求K值这个表达式如下： EMBED Equation.3 5.37(1+)(1) 517 成分i的临界压力 P 系统压力 成分i的临界温度 T 系统温度 成分i的热容系数 以上这个关系在低压状况下所计算出的平衡常数是你叫精确的。 斯坦丁关系 斯坦丁在197
10、9年提出了一套计算平衡常数的公式，在1000以下和温度在200F以下的状况比拟适合。 成分的特征因素在给定的压力 状况下呈现直线关系，其数学表达式如下： =(11/) 518 其中，(/14.7)/ (11/) 519 成分i的特征系数 成分i的沸点 七直线关系的根本方程为: (P) 或 =10 520这里系数a, c为直线的截距和斜率。 通过对等压线和18个方程的估计系数a, c与压力的关系由下式给出 EMBED Equation.3 (521) (522) 斯坦丁指出：N, , , 到的烃类的平衡常数，通过这些成分的沸点和相关参数能得到很好的证明。作者建议如下的的修正值：成 分 EMBED
11、 Equation.3 RN4701096521941136331 30094C1145303C1779416i C237471 C2153491i C2368542 C24805572738610 当进展闪蒸计算时，对附加局部除以上局部的烃类的平衡常数的问题总是被提出。凯特在1937年提出C以上的烃类的K值有15%的能用C的K值代替. 斯坦丁提出了一个可供选择的方法，通过试验与方程520的集合来求解平衡常数C以上局部，并计算出了特征系数。 斯坦丁建议运用如下的计算机程序来确定参数b和： 第一步：由下面的关系式来确定正常石蜡烃类的碳原子数 7.30+0.0075(460)+0.0016P (5
12、23) 第二步：由下面的表达式来计算参数b和沸点 (524) EMBED Equation.3 (525) 以上的计算值可代入方程518来求。 例 5-2 烃饿里混合物的组成如下，在1000和150F的状况下进展闪蒸别离： 成 分 NCCi Ci C CC 假设C 解：a. 威尔逊关系 第一步：通过运用第一章例2-6的方法来计算临界压力, 临界温度和， EMBED Equation.3 263.67, 第二步：运用方程517求解成 分 EMBED Equation.3 1071N493CCCi i EMBED Equation.3 CC 第一步：计算系数a和c由521和512得到 第三步：运用
13、方程524和525计算参数b和沸点, 3833.369, EMBED Equation.3 R 第四步：运用方程520的结果 成分652194N470109C30094C1145303C1799416i 20374712153491i 23685422480557C27386100C 集中收敛方法 在早期的高压相平衡探讨中我们发觉，当定组分的烃类混合物在恒温状况下，随着压力的增加，全部的组分的平衡值都会向一点收敛。我们把这个压力叫做改混合物的收敛压力P。在求组分的平衡常数时，收敛压力是特殊有必要的。图51：平衡常数与压力的相对关系图如上。 收敛压力理论在图中表示得特殊明确，图表示了在常温状况下
14、，在双对数坐标纸上，烃类混合物的平衡常数与压力的关系。对全部组合在一个详细的压力即收敛压力状况下，从图上可以看出平衡常数逐渐的趋向于一个常量=1。对不同的烃类混合物可能会出现不同的收敛压力。 自然气程序运用协会作出了K值与温度, 压力等组成和收敛压力的函数关系。这个关系图可从的工程数据丛书中获得，书中还包括了许多收敛压力状况下的K值，详细为800，1000，1500，2000，3000，5000和10000。 几位专家调查发觉，烃类混合物的收敛压力在4000或者以上时，平衡常数的值与烃类混合类的系统压力在1000以下的时候特殊相像。这个结论说明白，在1000以下时烃类混合物的组成对平衡常数的影
15、响很小。 在运用自然气程度协会举荐的平衡常数的解法时存在的问题就是在选择适合的图之前就必需知道收敛压力。下面介绍三种求解收敛压力的方法。 A：哈顿方法：哈顿在1956年提出了一个求解烃类混合物收敛压力的方法。这个方法是基于“假设和“等价两个概念，运用如图52的收敛压力图。方法可依据为如下几步： 第一步：为收敛压力估计一个值； 第二步：从一个适合的平衡常数图上读取一个K值，这个K值是依据每个成分目前的系统压力和温度而定的； 第三步：利用估计的K值和系统组成进展闪蒸计算； 第四步：在0.1液相当中找出最高的烃类成分； 第五步：将液体的摩尔组成转化为质量组成； 第六补：除开最高成分后，重复第四步，并
16、求出主要成分的标准质量组成。 第七步：计算平均重量，临界温度和压力；由下式计算 = = EMBED Equation.3 其中是成分i的标准质量组成。 第八步：由假设成分所得的临界参数返回到图5-2； 第九步：读取新的收敛压力的值； 第十步：假设新的收敛压力的值是不够志向的重复步骤二到步骤九。见附图5-2 这里应当留意：假设计算出的新的收敛压力的值是介于图中所得的值之间时，对图的说明特殊必要的。假设K值的变更不大而P时，此时值就可以作为真实值被用。 B：斯坦丁方法：斯坦丁在1977年提出收敛压力与分子量有一个粗略的直线关系，后来，威特斯顿用如下的关系式来表达了这一思想:=60M*-4200 其
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