Термодинамический расчет фазовых равновесей

Категория: Разное | Опубликовано: 3-10-2017, 15:52
Термодинамический расчет фазовых равновесей


В общем случае при расчете одного сечения выпуклой оболочки рассчитываются при фиксированных значениях температуры и давления лишь некоторые из представленных на диаграмме фазовых равновесий. Проекция особых точек этого сечения, таких как, например, границы фазовых областей на координатную ось (плоскость, объем) фазовой диаграммы, дает соответствующее сечение фазовой диаграммы.

При последовательном построении диаграммы по отдельным сечениям все или некоторые параметры из набора сечений выпуклых оболочек становятся переменными на осях фазовой диаграммы. Однако в отдельных случаях для определения как фазовых равновесий, так и фазовой диаграммы достаточно найти координаты одной единственной выпуклой оболочки. Приведенные выше варианты выпуклых оболочек позволяют строить разнообразные фазовые диаграммы.

При переходе от выпуклой оболочки к фазовой диаграмме, как уже говорилось, надо выделять особые точки выпуклой оболочки и проектировать их на координатные оси, плоскости или объем диаграммы (выпуклая оболочка имеет размерность на единицу больше размерности диаграммы). В современных расчетных программах общего назначения эти операции относятся к числу стандартных.

Расчет теплофизический свойств и фазовых равновесий


Правильное определение теплофизических свойств продукта и его агрегатного состояния (свойств и состава фаз) является краеугольным камнем любых технологических расчетов – будь то тепловые и гидравлические расчеты трубопроводов, расчеты систем аварийного сброса, моделирование сложных технологических процессов или расчет и выбор различных видов оборудования.

SimulisThermodynamics французской компании ProSim – это мощная современная программная система расчета теплофизический свойств и фазовых равновесий (ТФС и ФР), рассчитывающая широкий круг продуктов на современной методической основе. SimulisThermodynamics обеспечивает возможность рассчитать большой набор термодинамических и транспортных свойств продуктов по их мольному или массовому составу: плотность, коэффициент сжимаемости, изобарную и изохорную теплоемкость, внутреннюю энергию, энтальпию, энтропию, скорость звука, коэффициент Джоуля-Томпсона, динамическую и кинематическую вязкость, теплопроводность, коэффициент поверхностного натяжения.

При этом одновременно может быть определена и производная рассчитываемого свойства по давлению, температуре или содержанию одного из компонентов. В случае необходимости можно сразу выполнить расчет фазового равновесия, найти составы фаз и определить величину искомого свойства каждой из фаз. В составе продукта можно задавать нефтяные фракции (так называемые «псевдокомпоненты») по температуре их кипения, относительной плотности (либо плотности в градусах API), молекулярной массе, а также характеристическому фактору Ватсона.

При этом программа позволяет автоматически рассчитать фракционный состав по различным видам экспериментальных разгонок нефти или нефтепродуктов. SimulisThermodynamics предоставляет возможности решения задач фазового равновесия.

Для равновесия пара (или газа) и жидкости система позволяет рассчитать содержание и состав фаз по любым парам термодинамических параметров давления, температуры, мольного объема, энтальпии, энтропии и внутренней энергии продукта, а также по мольной доле отгона и давлению или температуре. Можно рассчитать также давление точки кипения или точки росы по температуре и наоборот.

Возможен расчет и вывод таких вспомогательных характеристик, как фугитивность (летучесть) и коэффициенты активности компонентов смеси, коэффициенты равновесия, в том числе и их производных по давлению, температуре или содержанию одного из компонентов. По результатам расчета SimulisThermodynamics способна самостоятельно строить фазовую диаграмму (границу двухфазной области – так называемый «Envelope») в координатах давления и температуры, а также фазовые диаграммы в координатах температура – энтропия, давление – мольный объем и давление – энтальпия.

Кроме того, система позволяет проводить расчет фазового равновесия двух несмешивающихся жидкостей, определяя по температуре и давлению составы и содержание фаз. Рассчитываются также коэффициенты фазового равновесия и их производные по давлению, температуре или содержанию одного из компонентов.

Предусмотрен и расчет фазового равновесия трехфазных систем с одной газовой фазой и двумя несмешивающимися жидкими фазами, весьма распространенных при добыче и транспортировке нефти и газа. Рассчитываются содержание и состав фаз по температуре и давлению, а также по давлению и энтальпии или по мольному газосодержанию и давлению или температуре.

Наконец, вместе с системой поставляется отдельное приложение, решающую такую важную для технолога задачу, как анализ процесса дистилляции тройных (трехкомпонентных) смесей. Это приложение использует топологическую классификацию тернарных диаграмм дистилляционных линий, разработанную российской научной школой и ее последователями.

Метки к статье: