ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплофизические свойства газовых смесей и основы расчета низкотемпературных процессов из "Установки для разделения газовых смесей" При расчете криогенных установок разделения газовых смесей приходится рассчитывать отдельные термодинамические процессы, такие как сжатие многокомпонентных смесей, дросселирование, нагревание и охлаждение смесей при частичной и полной конденсации или испарении и другие, составлять и рассчитывать материальные и энерге-тические балансы как отдельных аппаратов, так и всей установки в целом. [c.5] Для проведения этих расчетов, а также последующих тшловых и конструктивных расчетов отдельных аппаратов необходимо располагать теплофизическими свойствами как отдельных компонентов газовых смесей, так и смесей в целом. [c.5] Наряду с этим предпринимались попытки составления уравнения состояния для смесей, и в первую очередь углеводородов. Возможность составления такого уравнения основывается на закономерности изменения свойств углеводородов в пределах одного гомологического ряда, а также углеводородов некоторых соседних рядов. Так как такое уравнение должно описывать и свойства чистых веществ, и свойства смесей этих веществ, то вполне естественно, что в качестве объекта применения были избраны уравнения состояния, хорошо описывающие поведение чистых веществ как в области пара, так и в области жидкости. [c.6] Уравненне (2) позволяет достаточно точно определять параметры углеводородных смесей в широком интервале температур и давлений. Для большинства углеводородов значения параметров, входящих -в уравнение (2), табулированы и. приводятся в работе [34]. Однако для области достаточно низких температур уравнение БВР является непригодным. Оно не обеспечивает также достаточной точности, если в смеси содержится значительное количество неуглеводородов. Для улучшения применимости этого уравнения рядом авторов было-предложено множество видоизмененных форм уравнения БВР, например в работе [100]. В большинстве случаев применение таких видоизмененных уравнений огра ничено. условиями решения отдельных специфических задач. [c.7] Уравнение (3) достаточно успешно применяется для расчета фазового равновесия и калорических свойств криопродуктов и их смесей и обеспечивает получение достаточно надежных данных в области криогенных температур [22, 105]. [c.7] Наряду с применением уравнения Редлиха — Квонга (РК) в виде зависимости (3) рядом исследователей предложены различные модификации этого уравнения [78, 100]. [c.8] Применение одной из модификаций уравнения РК, представляющей интерес для расчета газоразделительных установок, рассмотрено в работах [6, 48], где оно предложено для расчета термодинамических свойств смесей гелия с азотом и легкими углеводородами. Это уравнение обеспечивает среднее отклонение расчетных значений содержания гелия в жидкой фазе от экспериментальных, полученное для бинарных систем (около 5%), что находится в допустимых пределах. Несколько большее значение отклонения (10—13%) получено для тройных и многокомпонентных смесей. Эти сопоставления проводились в области криогенных температур для смесей при давлениях 2-6 МПа. Для паровой фазы расхождения между расчетными и экспериментальными значениями содержания в ней гелия не превышали 1-2%, а среднее отклонение расчетных значений разностей энтальпий от опубликованных данных для гелия и смесей гелия с азотом составляло 1,5%. [c.8] Некоторые уравнения состояния, полученные для чистых газов, могут достаточно успешно применяться для расчета теплофизических свойств многокомпонентных смесей, обеспечивая получение этих величин с достаточной для инженерных расчетов точностью. Однако расчеты даже по наиболее простым из них, например по уравнению Редлиха — Квонга, с целью получения термических или калорических свойств смесей отличаются значительной сложностью, и их реализация обычно осуществляется с применением ЭВМ. [c.8] Задача определения теплофизических свойств индивидуальных криопродуктов в большинстве случаев не вызывает серьезных затруднений. Для них почти всегда имеется возможность либо воспользоваться уже имеющимися данными по физическим и термодинамическим свойствам, либо экспериментально определить их при заданных условиях. Что касается смесей, то для них такая возможность отсутствует даже в принципе из-за бесчисленного количества их составов. Разнообразие составов газовых смесей, а также интервалов температур и давлений, при которых они используются в промышленности, столь велико, что получить необходимые данные по теплофизическим свойствам очень сложно даже для технически наиболее важных смесей. В силу этого большое значение приобретает возможность получения необходимых данных для смеси по теплофизическим данным для чистых компонентов. [c.8] Чем ближе свойства реальных газов, составляющих смесь, к свойствам идеального газа, тем в большей степени значения теплофизических величин, найденных этим способом, соответствуют действительным значениям. [c.9] Однако даже в этих случаях возникают отдельные проблемы, решать которые приходится с известной степенью приближения. Так, при определении энтальпии жидкой смеси метод аддитивности является достаточно точным только тогда, когда приведенная температура для всех компонентов смеси меньше 0,9. Если для одного или нескольких компонентов смеси приведенная температура выше 0,9, то погрешность в определении Яш может быть достаточно велика. В тех случаях, если Тсм %р одного из компонентов, то для нахождения энтальпии жщ1-кости этого компонента прибегают к экстраполяции кривой жидкости в область выше критической температуры. [c.9] Изменение вязкости газовых смесей с температурой и давлением аналогично изменению для чистых компонентов, т. е. вязкость смеси возрастает с повышением давления и понижением температуры. [c.10] Были рассмотрены лишь некоторые зависимости для определения теплофизических свойств смесей, большинство из которых получено с использованием принципа аддитивности. [c.11] Однако, как показывают исследования, большинство теплофизических величин практически невозможно с достаточной точностью вычислить в условиях действительных температур, давлений и состава смеси, пользуясь правилом аддитивности. [c.11] Из других методов определения теплофизических свойств смесей с точностью, вполне приемлемой иногда для практических расчетов, наибольшее распространение благодаря своей универсальности получил метод, основанный на принципе соответственных состояний. [c.11] Применение принципа соответственных состояний позволяет с помощью значений пит вычислять различные свойства газов в широком диапазоне температур и давлений. Часто для этой цели пользуются графиками, которые построены по уравнениям, связывающим данное свойство газа с приведенными параметрами, например г = f n, х) у = /(я, т) (рис. 2), где г — коэффициент сжимаемости, а у — коэффициент активности, или коэффициент фугитивности. Данные графики, а также графики зависимости энтальпии, энтропии и некоторых физических свойств приводятся во многих литературных источниках [27, 31, 49, 75, 87]. [c.12] Для повышения точности расчетов при использовании таких газов, как гелий, водород и неон, рекомендуется на графиках вместо р р и Ткр для этих газов принимать соответственно ркр -I- 8 и Тхр + 8. Таким о а-зом, если бы принцип соответственных состояний был количественно точным, то диаграмма приведенных свойств, составленная на основании экспериментальных дргаых для одного вещества, давала бы возможность определять свойства другого, для которого известны значения тех же свойств в критическом состоянии. Однако рассмотренные выше зависимости, полученные на основе принципа соответственных состояний, не являются достаточно точными, и по ним могут быть получены лишь приближенные значения соответствующих свойств. Значения величин, полученных исходя из принципа соответственных состояний, наиболее хорошо согласуются с экспериментальными тогда, когда рассматриваются вещества с близкими температурами кипения или в пределах одного гомологического ряда. [c.12] В ряде случаев точность определения некоторых теплофизических свойств находится в пределах точности инженерных расчетов, но часто расхождение может быть значительным. Как отмечается в работе [34] при определении объемов по графикам г = /(л,т), расхождения с экспериментальными данными могут достигать 5—15%, а при определении энтальпии и энтропии - 5 — 35 %. [c.12] По уравнению (11) построена номограмма [106], позволяющая определять фактор эксцентричности в зависимости от отношения Т р/Ц для углеводородов, имеющих Ц 323 К. [c.14] Отмечается, что применение зависимости (12) обеспечивает довольно высокую точность определения г и соответственно V. Так, средняя погрешность расчета г для 463 точек по отношению к экспериментальным в области жидкого состояния составила 1,63%, а в области газообразного состояния — 0,67%. [c.16] Вернуться к основной статье