Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 3

Chia sẻ: Vang Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

120
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3. Đặc tính pha của khí lỏng - Pha là 01 thực thể có các tính chất và ứng xử giống nhau trong hệ thống. Thí dụ như hydrocarbon lỏng và nước là hai pha lỏng không hòa lẫn được và có các tính chất khác nhau, hay như nước đá và hydrate đều là chất rắn và có màu hơi trắng nhưng chúng có các tính chất và đặc trưng vật lý khác nhau.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 3

Copyright 2007 Bài giảng CÔNG NGHỆ KHÍ Chương 3: ĐẶC TÍNH PHA CỦA KHÍ LỎNG GVGD: ThS. Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS. Hà Quốc Việt
Nội dung Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Khái niệm về pha Một số pha phổ biến và đặc điểm của chúng Lịch sử nghiên cứu pha Lý do nghiên cứu pha Ứng xử pha của hệ đơn cấu tử Giản đồ pha 3D (P-V-T) của hệ đơn cấu tử Giản đồ pha 2D (P-V) của hệ đơn cấu tử Ứng xử pha của hệ đa cấu tử 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 2
Khái niệm về pha Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Pha là 01 thực thể có các tính chất và ứng xử giống nhau trong hệ thống. Thí dụ như hydrocarbon lỏng và nước là hai pha lỏng không hòa lẫn được và có các tính chất khác nhau, hay như nước đá và hydrate đều là chất rắn và có màu hơi trắng nhưng chúng có các tính chất và đặc trưng vật lý khác nhau. Pha là một môi trường liện tục chứa một hoặc nhiều chất mà trong đó mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và thể tích có thể được biểu diễn bởi một phương trình liên tục (Clausius Clapeyron). 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 3
Một số pha phổ biến và đặc điểm của chúng Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Có ba pha phổ biến, nhận dạng qua mắt thường là: Pha rắn: hình dạng xác định và gần như không nén được Pha lỏng: thể tích xác định nhưng không có hình dạng xác định. Nó cũng rất khó nén được, trừ khi ở dưới áp suất cực lớn. Pha khí: không có thể tích hay hình dạng xác định Nó có thể nén được dễ dàng  hoạt động cao Chúng ta có thể có nhiều pha rắn và lỏng nhưng không có nhiều hơn một pha khí. Trong công nghiệp khí may mắn là chúng ta thường chỉ cần khảo sát các pha khí và lỏng. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 4
Lịch sử nghiên cứu về pha Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Một số nhà tiên phong có các đóng góp quan trọng nghiên cứu về pha như: Faraday đã xây dựng các giản đồ pha cho các chất như: N2, H2S, SO2, CO2 vào năm 1845. Andrew đã ghi nhận sự liên tục của các pha khí và lỏng ở các nhiệt độ và áp suất cao dẫn đến khái niệm về điểm tới hạn vào năm 1869. Gibbs đã phát biểu quy tắc pha vào năm 1876. Kuenen đã khám phá hiện tượng ngưng tụ ngược vào năm 1982. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 5
Lý do nghiên cứu về pha Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Chúng ta phải biết về pha hay các pha tồn tại ở các điều kiện áp suất, nhiệt độ và thể tích cho trước để xác định rõ mức năng lượng tương ứng. Trong công nghệ khí chúng ta gặp phải nhiều chế độ tự nhiên trong việc xử lý các chất lưu tồn tại hai pha như: Dòng chất lưu trong các đường ống thu gom Sự chưng cất Sự hấp thụ Các hoạt động truyền nhiệt như sự bay hơi, v.v… 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 6
ỨNG XỬ PHA CỦA CÁC HỆ ĐƠN CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Giản đồ pha 3D (P-V-T) của hệ đơn cấu tử Giản đồ pha 2D (P-T) của hệ đơn cấu tử 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 7
GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ ĐƠN CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 C: điểm tới hạn (Critical Point) tương ứng với áp suất và nhiệt độ Dense gas tới hạn Pc, Tc. f g Dense Phase: Vùng trạng thái một pha. m n o b d h Superheated vapor or gas 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 8
VÍ DỤ: GIẢN ĐỒ PHA CỦA C2H6 Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 9
GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ ĐƠN CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Vật chất trong vùng một pha (dense phase) có các tính chất vật lý (như thể tích riêng, khối lượng riêng, enthanpy, độ nhớt,…) là trung gian giữa chất khí và lỏng. Như vậy trong vùng này ta không thể thay đổi các thông số công nghệ để đưa chất đó về trạng thái hai pha được, điều đó có nghĩa là quá trình hóa lỏng một phần hay toàn bộ khí một cấu tử bằng phương pháp nén chỉ thực hiện được khi hạ nhiệt độ khí đó xuống dưới nhiệt độ tới hạn. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 10
GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Trong hỗn hợp hay dung dịch khí nhiều cấu tử, vùng tới hạn thường là một khoảng rộng các thông số và phụ thuộc vào thành phần khí. Xét trạng thái đa cấu tử ở các hình sau: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 11
GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Giản đồ pha của hỗn hợp khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 12
GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Vị trí vài thông số trên giản đồ pha hệ đa cấu tử pressure Điểm tới hạn C, tại đó hai pha Vùng phụ thuộc Điểm N (cricondenbar)một trở thành điểm vào thành phần tương ứng với áp suất lớn pha cấu tử Điểm mà ở đó hỗn hợp có thề nhất M (cricondenthermal) điểm tương ứng pha.nhiệt ở trạng thái hai với độ lớn nhất mà tại đó hỗn hợp có thể tồn tại ở trạng thái hai pha. Temprature 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 13
Giản đồ pha 3D (P-V-T) của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Hệ đơn cấu tử gồm toàn bộ một loại nguyên tử hay phân tử nên chúng ta thường dùng từ tinh khiết “pure” để mô tả hệ đơn cấu tử như 100% Methane CH4 hay 100% propane C3H8. Giản đồ pha 3D (Hình 3) điển hình cho một chất tinh khiết có ba trục là P, T và V, gồm một loạt các bề mặt phẳng mà mỗi bề mặt biểu thị cho một pha hay một hỗn hợp các pha cho trước. Đặc biệt chú ý đến các mặt phẳng hai pha như: BDHG: rắn + lỏng FGIJ: rắn + khí 01 bề mặt hình dạng đặc biệt HCI: lỏng + hơi 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 14
Giản đồ pha 3D (P-V-T) của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 15
Giản đồ pha 3D (P-V-T) của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Mặt chỉ có pha lỏng là mặt dốc đứng về bên trái của mặt HCI và gần kề với mặt BDHG. Mặt chỉ có pha khí là mặt nghiêng về bên phải của mặt HCI. Quan tâm chủ yếu đến mặt HCI là vùng khí - lỏng của giản đồ pha. Giản đồ pha 3D là rất khó sử dụng  xây dựng các hình chiếu lên một bề mặt 2D: Biểu đồ P-T Biểu đồ P-V. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 16
Giản đồ pha 2D P-T của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 Giản đồ pha 2D P-T là hình chiếu lên hệ trục P-T gồm nhiều đường ứng với thể tích riêng V không đổi. Do tất cả các mặt 02 pha trong giản đồ pha 3D đều vuông góc với trục nhiệt độ T nên chúng dường như là các đường trong mặt phẳng chiếu P-T như HÌNH 4. HD, HC và FH: các đường cân bằng - các đường có áp suất và nhiệt độ mà tại đó những pha liên hợp là ở cân bằng. Tại một trạng thái cân bằng, có thể thay đổi pha ở áp suất và nhiệt độ không đổi bằng +/- năng lượng khỏi hệ. Điểm H: điểm 3 pha, là điểm duy nhất có áp suất và nhiệt độ tại ba pha có thể tồn tại với nhau. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 17
Giản đồ pha 2D (P-T) của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 18
Giản đồ pha 2D P-T của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 FH: sẽ không bao giờ có chất lỏng tồn tại và chất rắn thăng hoa thành chất khí  nước đá khô để làm lạnh. HD: đường cân bằng giữa pha lỏng và pha rắn  Nước đá ở 0oC [32oF] và áp suất khí quyển. Có thể có độ dốc dương hoặc âm phụ thuộc vào chất lỏng giãn nở hoặc cô đặc. Năng lượng có thể xảy ra dọc theo đường HD được gọi là nhiệt nóng chảy. Tại bất kỳ P,T nào dọc theo đường này, hệ có thể là pha rắn, pha lỏng hoặc hỗn hợp cả hai pha phụ thuộc vào mức năng lượng. Được gọi là đường bão hòa pha rắn-lỏng hoặc đường cân bằng pha rắn-lỏng. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 19
Giản đồ pha 2D P-T của hệ đơn cấu tử Khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí Copyright 2008 HC: đường bão hòa hoặc cân bằng pha khí-lỏng. bắt đầu tại điểm 3 pha & kết thúc tại điểm tới hạn “C”. Điểm tới hạn C (Tc và Pc). các tính chất của pha lỏng và pha khí trở thành đồng nhất. điểm phía trên củng mà ở đó pha lỏng không thể tồn tại như là một pha riêng biệt duy nhất. Phía trên Pc và Tc, hệ thường được xem như là chất lưu đậm đặc để phân biệt nó với chất lỏng và chất khí bình thường. Đường HC: đường áp suất hơi = đường điểm bọt khí = đường điểm sương đối với chất thuần khiết. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 20