6.5. Диаграмма состояния индивидуальных углеводородов

Диаграмма состояния - это графики зависимости между давлением, температурой, удельным объемом, теплоемкостью, теплосодержанием для сжиженных газов, полученные экспериментально, так как эти зависимости не подчиняются законам идеальных газов. Диаграммы состояния включают две фазы существования вещества - жидкую и газообразную.

Линии, разделяющие параметры, соответствующие двум различным фазам, называются пограничными кривыми. Чаще всего диаграммы состояния строят в системах координат T-s (температура - энтропия) и p-i (давление - энтальпия).

С помощью диаграмм состояния с достаточной для практических расчетов точностью можно проследить за изменением параметров углеводородов при следующих процессах:

- охлаждение или подогрев;

- конденсация или испарение;

- адиабатическое испарение или сжатие;

- дросселирование и др.

При расчетах применяют главным образом p – i диаграммы (рис.4.1).

На сетку диаграммы нанесены следующие точки и линии:

- точка критического состояния К данного углеводорода;

- кривая ПКЖ делит диаграмму на три части (зона I слева от линии КЖ характеризует жидкую фазу, зона II внутри кривой ПКЖ - парожидкостную смесь и зона III справа от кривой ПК - газовую фазу); кривая ЖК показывает состояние насыщенной жидкости при различных давлениях, кривая ПК - состояние насыщенного пара при различных давлениях;

- кривая КХ внутри зоны III показывает степень сухости пара Х;

- линия изотерм ТЕМЛ (участок ЕМ горизонтален, так как при кипении жидкой фазы наблюдается постоянное давление и температура, а при температурах выше критических линией изотерм является кривая Т΄E’);

0 40 80 120 160 200 270 400 600

Рис. 6.1. Схема построения диаграммы состояния газа

Рис. 6.2. Диаграмма состояния пропана

- линии постоянных удельных объемов в области жидкой фазы ОБ, в области парожидкостной смеси О’Б’ и в области газовой фазы Б’Б’’ (удельный объем жидкой фазы определяется точкой О на линии КЖ, паровой фазы - точкой Б¹ на линии КП);

- линии постоянной энтропии АД и А’Д’ (адиабаты). При пересчетах

по диаграмме можно определить:

- давление жидкой и паровой фаз в замкнутом объеме при заданной температуре путем определения точки пересечения Е изотермы Т с кривой сухого пара КП или насыщенной жидкости КЖ (точка М). Если изотерма не пересекает область II, то это означает, что газ не перейдет в жидкое состояние при этой температуре, тогда давление определяют по точке пересечения изотермы Т΄Е’ изохорой Б’Б’’;

- удельный объем насыщенной жидкости или пара при данном давлении или данной температуре определяют по точке пересечения заданной изобары или изотермы с кривыми КЖ и КП (удельный объем газовой фазы для данной температуры и данного давления определяют в точке пересечения соответствующих изобар и изотерм);

- теплосодержание газа i, парожидкостной смеси i₁₁ или жидкой фазы

I_ж определяется по оси абсцисс при заданном давлении и заданной температуре в точке пересечения изобар с изотермами кривыми КП и КЖ или линиями постоянной сухости пара;

- теплота парообразования r при заданном давлении определяется разностью теплосодержания точек пересечения данной изобары с кривыми КП (точка Е) и КЖ (точка М) ( r = I_Е - I_М );

- степень сухости пара определяется точкой пересечения изобар и кривой постоянной сухости при заданном теплосодержании (точка И).

С помощью диаграмм можно анализировать следующие тепловые процессы:

- дросселирование жидкой фазы от давления p_Н до p_К отображается прямой линией МС ( процесс без подвода или отвода тепла). Пересечение кривой сухости с изобарой Р_К дает значения количества пара при дросселировании;

- сжатие газа при помощи адиабаты. Теоретическая работа сжатия определяется разностью теплосодержания в начальной В и конечной А’ точках, например I = i_B - i_A .