Công nghệ xử lý khí - Phần 2

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

THÔNG SỐ VẬT LÝ CỦA ĐƠN CHẤT Các thông số vật lý của một đơn chất là hoàn toàn xác định theo các bảng sau: PHẦN 2 GIẢN ĐỒ PHA VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ Hình 2.1 Bảng thông số vật lý Hình 2.2 : Bảng thông số vật lý Hình 2.3: Bảng thông số vật lý GIẢN ĐỒ PHA CỦA ĐƠN CHẤT Đối với chất riêng biệt bao giờ cũng tồn tại điểm tới hạn (C: critical point) tại đó tương ứng ta có áp suất tới hạn Pc và nhiệt độ tới hạn Tc ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ xử lý khí - Phần 2

PHAÀN 2 GIAÛN ÑOÀ PHA VAØ TÍNH CHAÁT VAÄT LYÙ THOÂNG SOÁ VAÄT LYÙ CUÛA ÑÔN CHAÁT Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa moät ñôn chaát laø hoaøn toaøn xaùc ñònh theo caùc baûng sau: Hình 2.1 Baûng thoâng soá vaät lyù Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 4
Hình 2.2 : Baûng thoâng soá vaät lyù Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 5
Hình 2.3: Baûng thoâng soá vaät lyù Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 6
GIAÛN ÑOÀ PHA CUÛA ÑÔN CHAÁT Ñoái vôùi chaát rieâng bieät bao giôø cuõng toàn taïi ñieåm tôùi haïn (C: critical point) taïi ñoù töông öùng ta coù aùp suaát tôùi haïn Pc vaø nhieät ñoä tôùi haïn Tc Hình 2.4: Giaûn ñoà pha cuûa ñôn chaát C2H6 Khi nhieät ñoä vaø aùp suaát cao hôn nhieät ñoä ñieåm tôùi haïn khi aáy ñôn chaát trong vuøng “dense phase” ñoù laø vuøng traïng thaùi moät pha, vaät chaát trong vuøng naøy coù caùc tính chaát vaät lyù (theå tích rieâng, khoái löôïng rieâng, entanphy, ñoä nhôùt… ) laø trung gian giöõa chaát khí vaø loûng. Nhö vaäy trong vuøng naøy ta khoâng theå thay ñoåi caùc thoâng soá coâng ngheä ñeå ñöa chaát ñoù veà traïng thaùi hai pha ñöôïc, ñieàu ñoù coù nghóa laø quaù trình hoaù loûng moät phaàn hay toaøn boä khí moät caáu töû baèng phöông phaùp neùn chæ thöïc hieän ñöôïc khi haï nhieät ñoä khí ñoù xuoáng döôùi nhieät ñoä tôùi haïn Khi ñi töø a xuoáng b (ñaúng nhieät, giaûm aùp) ñôn chaát chuyeån töø loûng sang khí, khi ñi töø e qua d (ñaúng aùp, giaûm nhieät ) thì ñôn chaát chuyeån pha töø khí sang loûng. GIAÛN ÑOÀ PHA CUÛA HOÃN HÔÏP KHÍ NHIEÀU CAÁU TÖÛ Hình 2.5: Giaûn ñoà pha cuûa hoãn hôïp khí. Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 7
Trong hoãn hôïp hay dung dòch khí nhieàu caáu töû , vuøng tôùi haïn thöôøng laø moät khoaûng roäng caùc thoâng soá vaø phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn khí. Xeùt traïng thaùi heä nhieàu caáu töû trong giaûn ñoà P,T hình 2.5, hình 2.6: Ta thaáy coù caùc löu yù: Ñieåm tôùi haïn C , taïi ñoù hai pha trôû thaønh moät pha Ñieåm B (cricondenbar) ñieåm töông öùng vôùi aùp suaát lôùn nhaát maø ôû ñoù hoãn hôïp coù theà ôû traïng thaùi hai pha Ñieåm T (cricondenthermal) ñieåm töông öùng vôùi nhieät ñoä lôùn nhaát maø taïi ñoù hoãn hôïp coù theå toàn taïi ôû traïng thaùi hai pha. Nhöõng giaù trò cöïc ñaïi cuûa aùp suaát vaø nhieät ñoä maø taïi ñoù hoãn hôïp nhieàu caáu töû coù theå toàn taïi ôû traïng thaùi hai pha ñöôïc goïi laø nhieät ñoä vaø aùp suaát ngöng tuï tôùi haïn cuûa hoãn hôïp. Hình 2.6: Vò trí vaøi thoâng soá treân giaûn ñoà pha Vò trí töông hoã cuûa caùc ñieåm C, B, T treân giaûn ñoà P,T phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa hoãn hôïp Treân giaûn ñoà P,T phaàn ñöôøng beân traùi cho tôùi C laø ñöôøng ñieåm soâi (bubble) coøn phaàn ñöôøng beân phaûi laø ñöôøng ñieåm söông (dewpoint ) Trong caùc quaù trình thuaän thì khi neùn leân, hoaëc khi giaûm nhieät ñoä thì chaát loûng ngöng tuï taêng leân Coøn ngöôïc laïi khi neùn leân hay khi giaûm nhieät maø löôïng chaát loûng ngöng tuï giaûm ñi thì ñoù laø quaù trình (ngöng tuï , bay hôi) ngöôïc. Trong coâng ngheä khí ngöôøi ta hay duøng maùy neùn ñeå neùn khí taêng aùp, expander ñeå giaûm aùp, van giaûm aùp, trao ñoåi nhieät ñeå taêng giaûm nhieät, quaït giaûm nhieät…Khi ñaït ñieàu kieän thích hôïp moät caáu töû naøo ñoù cuûa khí baét ñaàu ngöng tuï taát nhieân khí coù nhieät ñoä ngöng tuï cao nhaát seõ ngöng tuï tröôùc tuy nhieân ta chuù yù caùc caáu töû khí coù tính chaát hoaø tan ñöôïc trong hydrocacbon loûng nhö vaäy chaéc chaén maëc duø moät vaøi caáu töû chöa ñuû ñieàu kieän hoaù loûng thì chuùng ñaõ hoaø tan moät phaàn sang theå loûng. Möùc ñoä ngöng tuï caùc H-C seõ taêng khi aùp suaát taêng ôû nhieät ñoä khoâng ñoåi, hoaëc khi giaûm nhieät ñoä ôû aùp suaát khoâng ñoåi. Tuy nhieân quaù trình ngöng tuï cuûa hai tröôøng hôïp treân seõ saûy ra khaùc nhau, khi taêng aùp thì caùc caáu töû nheï bò hoaø tan vaøo pha loûng caøng nhieàu leân ñieàu naøy khoâng toát, khi taêng aùp hay giaûm nhieät thì caùc caáu töû naëng chuyeån sang pha loûng nhanh hôn. Coâng thöùc qui ñoåi nhieät ñoä: ToC = ToK-273,15 ToR = 1,8 ToK ToF = ToR – 459,67 ToC = 5/9(ToF - 32 ) Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 8
NHIEÄT ÑOÄ TÔÙI HAÏN Tc, AÙP SUAÁT TÔÙI HAÏN Pc: Ñoái vôùi ñôn chaát Tc, Pc laø caùc thoâng soá ñaõ bieát qua hình 2.1, 2.2, 2.3 Ñoái vôùi hoãn hôïp sau khi phaân tích thaønh phaàn hoãn hôïp ngöôøi ta tính Tc, Pc nhö sau: Tc=∑Tci x yi ; Pc=∑Pci x yi yi: laø phaàn mole cuûa caáu töû trong hoãn hôïp. Ví duï: Tính toaùn caùc thoâng soá nhieät ñoä tôùi haïn Tc, aùp suaát tôùi haïn Pc, khoái löôïng phaân töû MW, heä soá khoâng ñoàng boä (acentric) W theo coâng thöùc cho hoãn hôïp nhö sau: MW=∑Mwi x yi Tc=∑Tci x yi T ci(k) Pci(kpa ) yi MW i Mw i*yi Pci*yi Tci*yi wi yi*w i C1 190.56 4599 0.7 16.043 11.2301 3219.3 133.392 0.0104 0.00728 C2 305.41 4800 0.1 30.07 3.007 480 30.541 0.0979 0.00979 C3 369.77 4240 0.05 44.097 2.20485 212 18.4885 0.1522 0.00761 iC4 407.82 3640 0.03 58.123 1.74369 109.2 12.2346 0.1852 0.005556 nC4 425.1 3784 0.02 58.123 1.16246 75.68 8.502 0.1995 0.00399 iC5 460.35 3381 0.015 72.15 1.08225 50.715 6.90525 0.228 0.00342 nC5 469.65 3365 0.015 72.15 1.08225 50.475 7.04475 0.2514 0.003771 nC6 506.4 3030 0.01 86.117 0.86117 30.3 5.064 0.2994 0.002994 nC7 539.2 2740 0.01 100.204 1.00204 27.4 5.392 0.3494 0.003494 nC8 568.4 2490 0.01 114.132 1.14132 24.9 5.684 0.3977 0.003977 nC9 594.7 2280 0.01 128.258 1.28258 22.8 5.947 0.4445 0.004445 nC10 617.7 2100 0.01 142.258 1.42258 21 6.177 0.4898 0.004898 CO2 304.11 7374 0.01 44.01 0.4401 73.74 3.0411 0.2667 0.002667 H2S 373.37 8963 0.005 34.082 0.17041 44.815 1.86685 0.0948 0.000474 N2 126 3399 0.003 28.0134 0.08404 10.197 0.378 0.0372 0.0001116 H2O 647 22118 0.002 18 0.036 44.236 1.294 0.3443 0.0006886 Total 1 27.9528 4496.758 251.9521 0.0651662 Mw Pc(kpa ) Tc(k) W W=∑Wi x yi Pc=∑Pci x yi CAÂN BAÈNG PHA LOÛNG – KHÍ CUÛA HEÄ HYDROCACBON Ñaïi löôïng ñaëc tröng cho söï phaân boá caùc caáu töû giöõa caùc pha trong ñieàu kieän caân baèng ñöôïc goïi laø haèng soá caân baèng pha. Noù ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông trình: Ki=yi/xi yi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha hôi, xi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha loûng Ki phuï thuoäc vaøo aùp suaát , nhieät ñoä, vaø aùp suaát hoäi tuï (aùp suaát maø ôû ñoù caùc haèng soá caân baèng cuûa taát caû moïi thaønh phaàn ñeàu baèng 1) cuûa heä. Aùp suaát hoäi tuï ñöôïc xaùc ñònh theo thaønh phaàn cuûa pha loûng caân baèng (maø thaønh phaàn pha loûng naøy cuõng laø aån soá) do ñoù thöôøng thì ta choïn moät aùp suaát hoäi tuï cho heä loûng sau ñoù tra caùc Ki, tính toaùn ra thaønh phaàn loûng khí, sau ñoù töø thaønh phaàn loûng caân baèng ta laïi tính ra aùp suaát hoäi tuï neáu aùp suaát hoäi tuï choïn vaø tính toaùn gioáng nhau thì ñoù laø keát quaû ñuùng. Trong thöïc teá trong caùc heä daàu khí coù aùp suaát döôùi 50 bar thì caùc haèng soá caân baèng Ki khoâng phuï thuoäc aùp suaát hoäi tuï khi ñoù quaù trình tính toaùn ñöôïc ñôn giaûn hoaù ñi raát nhieàu. Ñeå tính aùp suaát hoäi tuï theo caùc böôùc nhö sau : Chuyeån pha loûng caân baèng thaønh heä baäc hai giaû trong ñoù caáu töû thöù nhaát laø caáu töû nheï, coù löôïng khoâng ít hôn 0,1%mole, caáu töû thöù hai laø goàm caùc caáu töû coøn laïi. Tính nhieät ñoä tôùi haïn trung bình khoái vaø aùp suaát tôùi haïn trung bình khoái ñoái vôùi caáu töû giaû naëng theo phöông trình: Ttbk=∑xiMWiTci / ∑xiMWi Ptbk=∑xiMWiPci / ∑xiMWi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 9
Sau ñoù ñaùnh daáu treân hình 2.7 vò trí caáu töû giaû naëng coù tung ñoä vaø hoaønh ñoä laø Ptbk, Ttbk , baèng con ñöôøng noäi suy giöõa caùc ñöôøng cong tôùi haïn baäc 2 coù treân ñoà thò chuùng ta veõ ñöôøng cong tôùi haïn caáu töû nheï-caáu töû giaû naëng. Töø ñöôøng cong veõ ñöôïc vaø aùp suaát ban ñaàu cuûa heä ñieåm gioùng töø nhieät ñoä qua ñöôøng cong chính laø aùp suaát hoäi tuï. Hình 2.7: Ñoà thò kieåm tra aùp suaát hoäi tuï Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 10
Sau ñoù so saùnh aùp suaát hoäi tuï choïn vaø tính toaùn neáu sai khaùc khoaûng döôùi 12% laø chaáp nhaän ñöôïc. Öùng duïng heä soá caân baèng trong tính toaùn doøng khí qua bình taùch nhö sau: zi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong doøng khí vaøo bình taùch, yi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha hôi, xi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha loûng F toång soá moles khí vaøo bình V toång soá moles khi ra khoûi bình L toång soá moles chaát loûng ngöng tuï Phöông trình caân baèng vaät chaát Fzi = Vyi + Lxi; F=V+L , Ki=yi/xi Thay vaøo Fzi = Vyi+Lxi , yi =Ki*xi => Fzi = Vki*xi + Lxi =xi(L+Vki) Ñeå ñôn giaûn ta xeùt F=1 khi ñoù xi = zi/( L+Vki) Ta chuù yù ∑xi = 1 nhö vaäy ∑zi/( L+Vki) =1 trong phöông trình naøy zi ñaõ bieát, Ki tra theo P,T, ta chæ caàn thay L (töø 0 ñeán 1) ñeå cho ∑zi/( L+Vki) =1 laø ñöôïc Doøng khí vaøo bình taùch coù theå khoâng coù ngöng tuï chaát loûng khi ñoù L = 0, V=1 khi naøy baøi toaùn laø xaùc ñònh ñieàu kieän dewpoint P,T hay doøng khí ngöng tuï hoaøn toaøn L=1, V= 0 khi ñoù baøi toaùn laø xaùc ñònh ñieàu kieän bublepoint Baøi toaùn tính thaønh phaàn khí khi qua bình taùch khí: (solution02) Tröôùc khi laøm baøi toaùn naøy baïn phaûi chaéc chaén hoãn hôïp vaøo bình phaûi laø traïng thaùi hai pha thì khi ñoù môùi coù phaân chia loûng khí. Caùc ñieàu kieän döôùi ñaây cho pheùp baïn döï ñoaùn traïng thaùi doøng khí vaøo bình taùch : Neáu ∑kizi vaø ∑(zi/ki) caû hai ñeàu lôùn hôn 1 thì doøng vaøo bình laø 2 pha ∑kizi nhoû hôn 1 thì doøng vaøo laø toaøn loûng , ∑kizi = 1 doøng vaøo laø bublepoint ∑(zi/ki) nhoû hôn 1 thì doøng vaøo laø toaøn khí, ∑(zi/ki) = doøng vaøo laø dewpoint. ∑kizi vaø ∑(zi/ki) seõ khoâng ñoàng thôøi nhoû hôn 1 Cho P=4140kpa, T= -30o C ta choïn L sao cho total coät G=1 vaø coät H=1 laø heä caân baèng, coù P, T tra baûng ra Ki (löu yù Kco2=(Kc1*Kc2)0,5) A B C D E F G H Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi C1 0.901 3.7 0.03 0.97 3.6189 0.2489710 0.9211926 CO2 0.0106 1.23 0.03 0.97 1.2231 0.0086666 0.0106599 C2 0.0499 0.41 0.03 0.97 0.4277 0.1166644 0.0478324 C3 0.0187 0.082 0.03 0.97 0.1096 0.1706587 0.0139940 IC4 0.0065 0.034 0.03 0.97 0.063 0.1031463 0.0035070 Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 11
NC4 0.0045 0.023 0.03 0.97 0.0523 0.0859637 0.0019772 IC5 0.0017 0.0085 0.03 0.97 0.0383 0.0444058 0.0003774 NC5 0.0019 0.0058 0.03 0.97 0.0357 0.0532745 0.0003090 C6 0.0029 0.0014 0.03 0.97 0.0314 0.0923669 0.0001293 C7 0.0023 0.0003 0.03 0.97 0.0303 0.0758821 0.0000212 Total 1 1.0000000 1.0000000 Baøi toaùn xaùc ñònh nhieät ñoä ñieåm söông ôû P=5500kpa (doøng khí sau khi qua bình taùch ôû traïng thaùi hôi hoaøn toaøn V=1, L=0). Choïn T= 228oK thoaû maõn A B C D E F G H Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi T(K) C1 0.854 2.73 0 1 2.73 0.3128205 0.8540000 228 CO2 0.051 0.866 0 1 0.866 0.0588915 0.0510000 C2 0.063 0.275 0 1 0.275 0.2290909 0.0630000 C3 0.032 0.07 0 1 0.07 0.4571429 0.0320000 Total 1 1.0579457 1.0000000 Cho P=5500kpa T= ??? ta choïn L=0 vì traïng thaùi dewpoint sao cho total coät G=1vaø coät H =1, coù P, T tra ra Ki Kco2=(Kc1*Kc2)^0,5 Baøi toaùn xaùc ñònh nhieät ñoä ñieåm soâi ôû P=1758kpa (doøng khí sau khi qua bình taùch ôû traïng thaùi loûng hoaøn toaøn V=0, L=1) A B C D E F G H Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi C2 0.0208 2.45 1 0 1 0.0208 0.0510 C3 0.9582 0.98 1 0 1 0.9582 0.9390 IC4 0.0172 0.51 1 0 1 0.0172 0.0088 NC4 0.0038 0.395 1 0 1 0.0038 0.0015 Total 1 1.0000 1.0003 Tìm P=1758 kpa T= 49C ta choïn L=1 vì traïng thaùi bublepoint sao cho total coät H=1vaø coät G=1, coù P, T tra ra Ki Baøi toaùn ví duï ñeå kieåm tra aùp suaát hoäi tuï: Cho hoãn hôïp khí qua bình taùch khí ôû 3400kpa vaø –30oC haõy tính thaønh phaàn khí loûng ra khoûi bình taùch: Moles Ni or zi Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi C1 0.8745 3.45 0.05328 0.94672 3.319464 0.2634462 0.9088893 C2 0.0586 0.46 0.05328 0.94672 0.488771 0.1198925 0.0551505 C3 0.0372 0.113 0.05328 0.94672 0.160259 0.2321235 0.0262300 nC4 0.0212 0.034 0.05328 0.94672 0.085469 0.2480442 0.0084335 nC5 0.0085 0.0095 0.05328 0.94672 0.062274 0.1364936 0.0012967 Total 1 1.0000000 1.0000000 Tci(k) Pci(kpa) xi MWi Mwi*xi xi*MWi*Pci xi*MWi*Tci C1 190.56 4599 0.263 0 0 0 0 C2 305.41 4880 0.119 30.07 3.57833 17175.984 1092.857765 C3 369.77 4240 0.232 44.097 10.2305 43377.33696 3782.933464 nC4 425.1 3784 0.25 58.123 14.53075 54984.358 6177.021825 nC5 469.65 3365 0.136 72.15 9.8124 33018.726 4608.39366 Total 1 38.1520 148556.405 15661.20671 Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 12
Cho P=3400kpa T= -30C ta choïn L sao cho total coät G=1 vaø coät H =1 laø heä caân baèng, coù P, T tra Ki vôùi aùp suaát hoäi tuï 1500psi. Solution 47 , Solution 48 Kieåm tra aùp suaát hoäi tuï: Ttbk=∑xiMWiTci / ∑xiMWI = 15661/38,15 = 410oK = 137oC Ptbk=∑xiMWiPci / ∑xiMWI = 148556/38,15 = 3893 = 564psi Döïa vaøo hình 2.7 ta ñònh vò ñieåm coù Ttbk = 137oC , Ptbk= 564psi , veõ ñöôøng cong ñi qua ñieåm ñònh vò vaø ñieåm caáu töû nheï meâtan, töø nhieät ñoä laøm vieäc –30oC gioùng leân ñöôøng cong ñaõ veõ, gioùng tieáp sang truïc aùp suaát ñöôïc 1500 psi, do ñoù keát quaû tính toaùn qua bình taùch treân laø chính xaùc. Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 13
Hình 2.8 : Ñoà thò tra heä soá caân baèng cuûa CO2 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 14
Hình 2.9: Ñoà thò tra heä soá caân baèng cuûa H2S aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 15
Hình 2.10: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa N2 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 16
Hình 2.12: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa CH4 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 17
Hình 2.11: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa C2H6 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 18
Hình 2.13: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa C3H8 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 19
Hình 2.14: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa iC4H10 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 20
Hình 2.15: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa nC4H10 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 21
Hình 2.16: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa C5H12 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 22
Hình 2.17: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa nC6H14 vaø cuûa nC7H16 aùp suaát hoäi tuï 1500psi Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page 23