Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Таблица HI.2

Состав сырых конденсатов

* Без учета НгЗ.

Упругость пара - нелинейная функция температуры. Графики на рис. III.1 построены так, чтобы можно было получить линейную зависимость между упругостью паров углеводородов и температурой: шкала упругости пара принята логарифмической, а температурная шкала в °С - произвольной. С помош;ью таких графиков можно легко и быстро определять по известной упругости пара при некоторой температуре упругость его паров при других температурах. Для этого проводят прямую линию через известную точку и общую точку пересечения прямых упругостей паров (находящуюся вне графика на продолжении верхней правой части диаграммы).

Из рис. III.1 следует, что давление паров метана наибольшее; при нормальных условиях его нельзя превратить в жидкость (линия 1 давления ненасыщенного пара метана), так как его критическая температура t = -82,95° С. Давление насыщенных паров других углеводородов намного ниже. Например, упругость паров бутана при < = 20° С равна 0,2 МПа (2,2 кгс/см»).

Следует обратить особое внимание на присутствие в некоторых газах сероводорода и углекислого газа. Сероводород очень ядовит, содержание его в воздухе в количестве 0,01 г/м опасно для жизни. Сероводород и углекислота способствуют интенсивной коррозии металла оборудования и сильно ухудшают топливные качества газа. Поэтому эти примеси из газа удаляют прежде, чем он поступает к потребителю.

Большое влияние на состояние, свойства, состав и поведение углеводородов оказывает температура. Множество промысловых технологических процессов сопровождаются изменением температуры системы. Например, процесс разработки и эксплуатации нефтяных, гаэовых и газоконденсатных месторождений связан с тепловыми явлениями, происходящими в пористой среде при фильтрации пластовых жидкостей и газов. Термодинамические явления происходят в струях восходящего и нисходящего потоков жидкостей и газов

в стволах скважин. Значительные температурные изменения смеси углеводородов претерпевают при транспортировке и первичной

-lb-10

5 10 20 . 30 liO

1 во 70 во емпература

1нГт1ШотШШт

Рис. III.1. Упругость паров углеводородов метанового ряда.

1 - метан; 2 - этан; з - пропан; 4 - изобутан; 5 - бутан; в - изопентан; 7 - пентан; 8 - изогексан; 9 - гексан; 10 - изогептаи; 11 - гептан; 12 - октан; 13 - ноиан; It - декан.

переработке газа и т. д. Поэтому законы термодинамики широко используются для объяснения происходящих при этом явлений и для расчета поведения углеводородных систем в различных условиях.

§ 3. НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ. ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

В соответствии с общим законом сохранения энергии, частным случаем которого является первое начало термодинамики, приращение внутренней энергии iU системы, совершившей работу dA и получившей количество теплоты UQ, выражается равенством

Где р - давление; V - объем.

dlJdQ-dA dQ=dV + pdV.

(III.6) (П1.7)

общее выражение второго начала термодинамики записывается в виде

dS (III.8)

ir.ni

TdSdQ. (III.9)

Здесь S - термодинамическая функция, называемая энтропией системы; Т - температура.

В формулах (III.7) и (III.8) знак равенства относится к квазистатическим процессам, а знак неравенства к нестатическим. С учетом (III.7), (III.8) и (III.9) можно написать

Т dSdU+pdV. (III.10)

Формула (III.10) является обобщенной формулой первого и второго начал термодинамики.

Физические задачи средствами термодинамики решаются методом круговых процессов (циклов) и методом характеристических функций [36]. При использовании первого метода связи между величинами, свойственными изучаемому явлению, устанавливают, заставляя систему мысленно совершить подходящий цикл (обычно цикл Карно). Искомую закономерность находят, применяя к циклу начала термодинамики. Для решения задачи находят к. п. д. этого цикла и приравнивают его к. п. д. идеальной тепловой машины, равному 1 - (TJI).

Второй (аналитический) метод - метод характеристических функций, развитый Гиббсом, основан на выводе из основного уравнения термодинамики (III.10) функций состояния, позволяющих составить уравнения, необходимые для анализа изучаемого процесса. Функцию называют характеристической, если посредством этой функции и ее независимых переменных и производных разных порядков по этим переменным удается выразить все термодинамические свойства системы. Наиболее употребительными характеристическими являются функции: внутренняя энергия, свободная энергия, энтальпия, функция Гиббса.

1.Внутренняя энергия. Характеристической функцией внутренняя энергия и будет, если за независимые переменные, определяющие свойства системы, выбрать энтропию S и объем V. При этом можно через энтропию и объемы, внутреннюю энергию, ее производные по энтропии и объему выразить термические и другие свойства системы, определяющиеся энтропией н объемом. В термодинамике доказывается, например, что для температуры и давления действительны соотношения

Зависимость между температурой Т и давлением р определяется уравнением Максвелла

2. Свободная энергия. Р = F (Т, V) будет характеристической функцией, если за независимые переменные, определяюпще состояние системы, выбрать температуру Т и объем V.

F = U-TS; (III.14)

Шу=-- (III.15)