Пружність (тиск насиченого пара) вуглеводнів характеризує той тиск, при якому газ починає конденсуватися і переходити в рідкий стан. У індивідуальних вуглеводнів в чистому вигляді пружність парів (Qi) є функція тільки температури: Qi = ƒ (Т).
Аналіз залежностей, представлених нижче (рис. 2.11) свідчить, що тиск парів метану найбільше. При нормальних умовах метан можна перетворити в рідину (пунктирна лінія), так як його критична температура (Ткр) = -82,4 ° С (190,75 К).
Залежності зміни обсягу рідкого і пароподібного пропану від тиску при конкретної температурі (рис. 2.12 а) мають гіперболічний форму. При стисненні пропану від точки М до точки А він знаходиться в стані перегрітого (ненасиченого) пара. Ненасиченими (перегрітими) парами називаються пари, які при даній температурі і тиску утворюють тільки однофазну парову систему.
Ненасичені пари можуть існувати при даному тиску, якщо їх температура вища за температуру насиченої пари, або при даній температурі, якщо їх тиск менше тиску насичених парів.
Мал. 2.11. Криві пружності насичених парів чистих вуглеводнів:
1 - метан; 2 - етан; 3 - пропан; 4 - ізобутан; 5 - бутан;
6 - ізопентан; 7 - пентан; 8 - ізогексан; 9 - гексан;
10 - ізогептан; 11 - гептан; 12 - октан; 13 - нонан; 14 - декан
У точці А пар стає насиченим, а при подальшій зміні обсягу (ділянка АВ) він поступово переходить в рідину при постійному тиску. У точці В закінчується перехід пара в рідина. При подальшому стисненні пара буде різко підвищуватися тиск при майже незмінному обсязі. Горизонтальний ділянку АВ відповідає незмінності тиску в процесі конденсації парової фази в рідку фазу. Величина цього тиску називається пружністю насичених парів природного газу при температурі досвіду і позначається Q. Чим ближче значення температури, при якій вимірюється пружність насиченої пари газового компонента до значення критичної температури, тим коротше горизонтальну ділянку. На основі отриманих даних будують криві пружності насичених парів, що представляють залежності тиску від температури випаровування даної рідини (рис. 2. 12 б).
Мал. 2.12. Залежності об'єму рідини від тиску і температури (а) і крива пружності насичених парів (б) при температурах, К:
1 - 283; 2 - 293; 3 - 303; 4 - 313; 5 - 323
Насиченим називається пар (газ), що знаходиться в рівновазі з рідиною. Для однокомпонентної системи умови рівноважного співіснування фаз визначаються температурою і тиском. Між цими параметрами при рівновазі існує взаємно однозначна відповідність: чим вище температура системи, тим вище тиск, при якому знаходиться дана рівноважна система (рис. 2.13).
Мал. 2.13. Загальний вид залежності тиску насичених парів від температури:
АК - крива тиску насичених парів; I - область рідкої фази; II - область перегрітих (ненасичених) парів
Кожна точка кривої АК (рис. 2.13), наприклад точка С, пов'язує тиск насичених парів з температурою кипіння рідини.
Стан речовини, при якому зникає різниця між його рідкої і газоподібної фазами, називається критичним.
Критична температура (Ткр) - максимальна температура, при якій газ і рідина можуть ще співіснувати в рівновазі.
Вище температури, рівної критичної, газ жодним підвищенням тиску не можна перевести в рідину.
Тиск насичених парів, відповідне критичної температури називається критичним тиском (РКР)
У суміші вуглеводнів величина пружності парів є функцією температури і загального тиску суміші: Qсм = ƒ (Т, Рсм). Величина її залежить від пружності парів окремих компонентів при даній температурі і від їх мольних концентрацій Qсм = ƒ (Qi, Nxi). Загальний тиск суміші впливає на пружність парів кожного компонента і цей вплив враховується через константу розподілу (КРI, рівноваги), яка представляє собою відношення пружності парів індивідуального вуглеводню (Qi) до тиску суміші (Рсм):
[U10]
КРI = Qi / Рсм. (2.42)
Залежно КРI = ƒ (Рсм) будуються в логарифмічних координатах (рис. 2.14). Пружність парів суміші компонентів підвищується зі збільшенням загального тиску. При низькому тиску (≈ до 1 МПа) цей вплив мізерно і вид залежності прямолінійний, так як пружність парів індивідуальних вуглеводнів (Qi) мало змінюється від тиску.
Мал. 2.14 Залежність константи рівноваги н-бутану при температурі 289 К від загального тиску
При високому тиску (≈ 1 МПа, рис. 2.14) збільшення пружності парів (Qi) з підвищенням загального тиску в системі стає значним. Порушується прямолінійна взаємозв'язок цих параметрів, і прямолінійний вид залежності змінюється. Прямолінійна залежність переходить в криволінійну. З підвищенням загального тиску константа рівноваги зменшується повільніше, тому що позначається збільшення пружності парів. Чим вище тиск, тим швидше росте пружність парів з підвищенням загального тиску. Ці закономірності висловлюються більш крутим зламом кривої, що наближається в деякій точці до вертикалі (≈ 3 МПа, рис. 2.14). Ця точка відповідає такому тиску, при якому збільшення пружності парів пропорційно підвищенню загального тиску, тобто коли чисельник і знаменник дробу у виразі (2.42) змінюються з однаковою інтенсивністю.
При дуже високих тисках пружність парів збільшується інтенсивніше, ніж загальний тиск. Це означає, що в області високих тисків константа рівноваги зі збільшенням тиску зростає, тобто рідина стає більш летючої.
Пружність парів рідкої суміші за законом Рауля залежить від пружності парів окремих компонентів (Qi) при даній температурі і від молярних концентрацій в рідини (Nxi). Парціальний тиск кожного компонента визначається як добуток його молярної концентрації в рідини на пружність парів в чистому вигляді:
, (2.43)
де рi - парціальний тиск i-го компонента в газі;
Qi - пружність парів i-го компонента;
Nxi - мольрная частка i-го компонента в рідині.
Сума парціальних тисків всіх компонентів дорівнює загальному тиску (Р) над сумішшю або пружності парів рідкої суміші
Σ рi = Р = Σ Nxi ∙ Qi. (2.44)
Date: 2016-06-09; view: 725; Порушення авторських прав
Сподобалася сторінка? Лайкні для друзів: