книги / Переработка нефтяных и природных газов

Рис. 11.21.

Энтальпия углеводородных паров при атмосферном давлении.

Энтальпия насыщенной жидкости при t = О°С и Р = 0Г1 МПа принята равной нулю, / — метан; 2 — этан; 3 — пропан; 4 — изобутан; 5 — бутан; 6 — изопентан; 7 — пен­ тан; 8 — гексан; 9 — гептан; 10 — октан.

Для расчета энтальпии углеводородов и их смесей используют уравнения состояния Бенедикта—Вебба—Рубина, Старлинга — Хана [11], Редлиха—Квонга [41], Ли—Эрбара—Эдмистера [16].

При использовании указанных уравнений энтальпию можно определить по термодинамическому соотношению [43]

изобарно-изотермическим потенциалом системы в идеальном газовом состоянии;

— энтальпия чистого компонента в идеальном состоянии.

Изобарно-изотермический потенциал G рассчитывают по урав­ нению

(И-167)

91

Рис. 11.22.

Влияние давления и температуры на энтальпию природных газов*

Ниже приведены уравнения (11.168; 11.169; 11.170 и II. 171) для определения энтальпий, полученные на основе указанных уравнений состояния с использованием соотношений 11.166 и 11.167:

-|-6аар6/ 5 + - ^ - {3 [1 — ехр (—'yp2)]/2 — exp (—YP2)/2 + VP2 exp (—VP3)} (I I • 1681

1= E *A+(5 o*T - 2Ao~4<VT2+5D0/ 7 3 - 6£0/T4)p +

i

+ 1/2 (2bRT - 3 a — 4d/T) p2 + l/5a (6a + 7d/T) p6 +

92

Ниже приводится расчет энтальпий углеводородных систем типа природных и нефтяных газов по методу Редлиха — Квонга, моди­ фицированному Барсуком [24 ]. Метод обеспечивает хорошую на­ дежность результатов в интервале температур от —180 до 140 °С и при давлениях до 14 МПа.

Энтальпию определяют по уравнению

энтальпия i-ro компонента в идеальном состоянии при температуре системы; В{, Ci — константы уравнения, значения которых приведены ниже:

Энтальпию чистых газов 1° рассчитывают по соотношению

/°. = А{Г! 100 + А2 (Т/100)24- Л3 (Г/100)3 4

— А о — константы уравнения; значения их приведены в табл. 11.15.

В настоящее время одним из наиболее точных и надежных ме­ тодов определения энтальпии является метод Ли—Кеслера [36]. Его используют также для расчета коэффициента сжимаемости, коэффициентов летучести, энтропии и теплоемкостей. Метод ос­ нован на применении теории соответственных состояний и моди­ фицированного уравнения состояния Бенедикта—Вебба—Рубина в приведенной обобщенной форме.

9S

Любое из перечисленных^ термодинамических свойств, в отли­

чие от обычно применяемой формы закона соответственных со­ стояний

где F — свойство реальной системы; F<°> — свойство простой системы; f c i ) _ по­ правка, обусловленная несферической формой молекул реальной системы.

Очевидно, что

* = p , f v nptT w = ' + B / V ap + C/Vlp + D/V% +

Для определения свойства по данному методу вначале опреде­

тельно к энтальпии / пр).

Для определения разницы между значениями энтальпии про­ стой системы при заданных условиях (Р и Т) и простой системы при заданной температуре в идеальном состоянии, а также для определения разницы между значениями энтальпий «приведенной»

95

где VKp, TKp, P Itp — соответственно критические объем, температура и давление системы; о) — фактор ацентричности системы.

При расчетах рекомендуется пользоваться значениями факто­ ров ацентричности, определяемых по уравнению 11.188.

Для ручных расчетов по предложенному методу составлены

таблицы величин (■ J и ( R 'T ) ПРИ Различных

значениях приведенных температур и давлений. Для системы при заданных условиях энтальпию (/) рассчитывают по уравнению

Приложении.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Теплоемкость Ср для легких углеводородов и их смесей при ат­ мосферном давлении можно определить графически (рис. 11.23) в зависимости от температуры, плотности, молекулярной массы или характеристического фактора [2]. Для смесей при атмосфер­ ном давлении теплоемкость определяется

где Ср{ — мольная теплоемкость t-го компонента при температуре системы; г// — мольная доля t-ro компонента.

При повышенном давлении теплоемкость газообразных угле­ водородов и их смесей зависит также от давления системы. В этом случае теплоемкость газообразных углеводородов определяется по уравнению

где Ср — мольная теплоемкость смеси газообразных углеводородов при темпера­ туре и давлении системы; Ср. — мольная теплоемкость t-го компонента в идеаль­ ном состоянии при температуре системы; ДСр — поправка на давление.

Мольная теплоемкость вещества в идеальном газовом состоянии может быть рассчитана по удельной теплоемкости, определенной по графику, представленному на рис. 11.23. Поправка на давле­ ние ДСР определяется по графику (рис. 11.24) [2] в зависимости от приведенных параметров.

Удельная теплоемкость CPl Д ж / ( г • С)

Температура. °С

Рис. 11.23.

Удельная теплоемкость Ср углеводородных газов при атмосферном давлении.

Мольную теплоемкость вещества в идеальном газовом состоя­ нии можно определить по зависимости [44]

Ср = Е + F (Т /100) + G (T/100f + Я (7/100)3 + N (100/Г ) (I IЛ 91)

где Е, F, G, Н, N — коэффициенты, приведенные в табл. 11.16.

Погрешность этого метода в интервале температур 225—290 К равна 1%, при более высоких температурах она не превышает

0,2%.

98

Рис. 11.24.

Зависимость ДСр от приведенных температуры и давления

4*

Таблица 11.16. Константы (в кДж/кг^К) в уравнении 11.191*

СР можно определить аналитическим методом из термодинами­ ческого соотношения

где Д/ — поправка на давление, которую можно определить из уравнения со­ стояния.

Рис. 11.25.

Удельная теплоемкость углеводородных жидкостей:

1 — этан; 2 — пропан; 3 — изобутан; 4 — н - бутан; 5 — изопентан; 6 — н-пентан; 7 —

н-гексан.

100