Лекция 5 ВлияниеРеагентовНовая Тема: Многокомпонентные системы. 1. Фазовые превращения многокомпонентных УВ систем. 2. Схема фазовых превращений. - презентация

1 Лекция 5Влияние РеагентовНовая 2016

2 Тема: Многокомпонентные системы. 1. Фазовые превращения многокомпонентных УВ систем. 2. Схема фазовых превращении двух- и многокомпонентных систем в критической области. Кривая сосуществования. Критическая изотерма. 3. Фазовые переходы 2 рода в бинарных и многокомпонентных системах. ВКТР, НКТР, ДКТР. Фазовые переходы жидкость-жидкость. Структура системы в окрестности критических точек. 4. Поведение бинарных и многокомпонентных систем в критической области. Ретроградные явления. 5. Влияние строения УВ, давления, температуры на фазовые превращения газоконденсатных систем. 6. Критическая температура и критическое давление многокомпонентных углеводородных систем.

3 Фазовые превращения многокомпонентных УВ систем. Схема фазовых превращении двух- и многокомпонентных систем в критической области. Кривая сосуществования. Критическая изотерма.

4 Объема Объема Объема Объема Фазовые диаграммы в координатах: а – p – V; б - p – T (однокомпонентная система) Объем а температура Температура б

5 Рис.2. Диаграммы двухкомпонентной смеси (Y – 15% мол.; X – 85% мол.): а - p – V; б - p –T объем а б температура

6

7 Рис. Диаграммы фазового состояния двухкомпонентных систем. а -зависимость «давление -удельный объем» для смеси н-пентана и н-гептана, содержащей 52,4% по массе н-гептана; б -диаграмма «давление -температура» для смесей этана с н-гептаном (точки С1 С2 и С3 критические точки смесей, содержащих соответственно 93,22, 50,25 и 9,8% по массе этана); 1 линия точек начала парообразования; 2 линия точек росы.

8 Рис. 1. Фазовая диаграмма и изотермы (штриховые линии) аргона: 1 газ, 2 жидкость, 3 область двухфазного состояния жидкость газ, 4 твердое состояние, К критическая точка Рис. 2. Фазовая Р, Т- диаграмма раствора пропан изопентан. В отличие от чистых компонентов растворы постоянного состава расщепляются на две ветви - жидкости (сплошные линии) и газа (штриховые линии), в то время как сосуществующие фазы различаются по составу. Буквами К1, К2, К3, К4, К5 - обозначены критические точки равновесия жидкость - газ растворов с концентрацией: 1 - х = 0,101, 2 - 0,206, 3 - 0,412, 4 - 0,607, 5 - 0,899 м.д.*изопентана

9 Фазовые переходы 2 рода в бинарных и многокомпонентных системах. ВКТР, НКТР, ДКТР. Фазовые переходы жидкость-жидкость. Структура системы в окрестности критических точек.

10 Менее изучены особенности поведения теплопроводности бинарных растворов в области критических точек. По-видимому, одним из первых кто исследовал теплопроводность вблизи критических точек растворения бинарных систем были Филиппов Л.П. и Герц И.Г.

11

12

13

14 Система с тремя критическими точками

15 Теплопроводность вблизи критической точки бинарной системы нитробензол + н-гексан

16

17 Аномалия скорости звука (f = 2 МГц) вблизи критической концентрации мицеллообразования (х*) - ККМ в растворе додецилсульфат натрия - вода при Т = 393 К (Саидов А.А. Канд. Дисс. – Ташкент: Ан УзССР – 1984)

18 методы определения ККМ Определение ККМ может осуществляться при изучении свойств растворов ПАВ в зависимости от изменения концентрации: зависимости мутности (τ), эквивалентной электропроводности (λ), поверхностного натяжения (σ), показателя преломления (n) и осмотического давления (π) от концентрации ПАВ. Перечисленные зависимости показаны рис.

19

20 Поведение бинарных и многокомпонентных систем в критической области. Ретроградные явления.

21 Ретроградные явления это:Ретроградные явления это: Ретроградные явления (от лат. retrogradus - идущий назад * a. retrograde phenomena;н. umkehrbare Er scheinungen, retrograde Erscheinungen; ф. phenomenes retr ogrades; и. fenomenosretrogrados) - переход природных углеводородных многокомпонентных систем из однофазного газообразного(однофазного жидкого) состояния в двухфазное парожидкостное состояние при изотермия. снижении давления (ретроградная конденсация) или изобарич. уменьшении темп- ры (ретроградное испарение). Bобласти ретроградной конденсации (ретроградного испарения) при изотермия. снижении давления от P1 доPмк (изобарич. снижении те мп-ры от T1 до Tмк) происходит увеличение кол- ва образовавшейся жидкой фазы(газовой фазы) в систем е до макс. значения (рис.).Ретроградные явления (от лат. retrogradus - идущий назад * a. retrograde phenomena;н. umkehrbare Er scheinungen, retrograde Erscheinungen; ф. phenomenes retr ogrades; и. fenomenosretrogrados) - переход природных углеводородных многокомпонентных систем из однофазного газообразного(однофазного жидкого) состояния в двухфазное парожидкостное состояние при изотермия. снижении давления (ретроградная конденсация) или изобарич. уменьшении темп- ры (ретроградное испарение). Bобласти ретроградной конденсации (ретроградного испарения) при изотермия. снижении давления от P1 доPмк (изобарич. снижении те мп-ры от T1 до Tмк) происходит увеличение кол- ва образовавшейся жидкой фазы(газовой фазы) в систем е до макс. значения (рис.). испарение

22 Фазовая диаграмма многокомпонентной УВ системы: Фазовая диаграмма многокомпонентной УВ системы: K - критическая точка многокомпонентной системы; K - критическая точка многокомпонентной системы; I - область ретроградной конденсации; II - область ретроградного испарения

23 Дальнейшее снижение давления (температуры) приводит к уменьшению объёма жидкой (газовой) равновесной фазы, a при давлении P2 (температуpe T2) жидкая (газовая) фаза исчезает и многокомпонентная система (MC) снова переходит в однофазное (точка C)Дальнейшее снижение давления (температуры) приводит к уменьшению объёма жидкой (газовой) равновесной фазы, a при давлении P2 (температуpe T2) жидкая (газовая) фаза исчезает и многокомпонентная система (MC) снова переходит в однофазное (точка C) фаза система фаза система газообразное (жидкое - точка C1) состояние. Mногиеприродные MC обладают одной ретроградной областью. Hапр., y пластовых смесей газоконденсатных месторождении наблюдается в большинстве случаев только область ретроградной конденсации. P. я. проявляются yразличных по составу углеводородных MC при разных значениях давлении и темп-р. Cледует отметить, чтотермобарич, условия, приводящие к ретроград ним явлениям в пластовых смесях газоконденсатных и нефтьь.м-нии, часто соответствуют давлениям и темп- рам, наблюдаемым в практике их разработки. Это вызывает выпадение жидких компонентов в газонасыщенных пластах, изменение состава добываемой продукции, aтакже продуктивности скважин. газообразное (жидкое - точка C1) состояние. Mногиеприродные MC обладают одной ретроградной областью. Hапр., y пластовых смесей газоконденсатных месторождении наблюдается в большинстве случаев только область ретроградной конденсации. P. я. проявляются yразличных по составу углеводородных MC при разных значениях давлении и темп-р. Cледует отметить, чтотермобарич, условия, приводящие к ретроград ним явлениям в пластовых смесях газоконденсатных и нефтьь.м-нии, часто соответствуют давлениям и темп- рам, наблюдаемым в практике их разработки. Это вызывает выпадение жидких компонентов в газонасыщенных пластах, изменение состава добываемой продукции, aтакже продуктивности скважин.

24

25 Обратная конденсация, ретроградная конденсация, выпадение жидкой фазы в двух- или многокомпонентной газовой системе вблизи её критической точки при изотермияеском снижении давления, фазовая диаграмма такой системы в переменных Тр приведена на рис. В отличие от индивидуальных веществ, у которых границей раздела жидкой фазы и пара является кривая кипения A1K1, заканчивающаяся в критической точке K1, диаграмма фазового состояния смеси имеет вид петлеобразной кривой АКВ, внутри которой смесь находится в двухфазном состоянии (жидкость + пар). Кривые кипения АК и конденсации KB смеси смыкаются в критической точке К, где исчезает различие в свойствах обеих фаз. В области температур от Тк ДОТ при изотермияеском снижении давления, например по изотерме cd, из однородной газовой фазы выпадают капли жидкости (в точке с), количество жидкости постепенно увеличивается до максимального значения в точке F, а затем начинает снижаться, и в точке d жидкая фаза исчезает полностью (т. н. изотермияеская О. к. или О. к. первого рода). Зона KMG, в которой происходит аномальное выделение конденсата при снижении р, называется областью О. к. (слово «обратная» указывает на возвращение системы вновь в двухфазное состояние). Широкое практическое применение явление изотермияеской О. к. получило при добыче конденсата газового из газоконденсатных месторождении природного газа. Обратная конденсация, ретроградная конденсация, выпадение жидкой фазы в двух- или многокомпонентной газовой системе вблизи её критической точки при изотермияеском снижении давления, фазовая диаграмма такой системы в переменных Тр приведена на рис. В отличие от индивидуальных веществ, у которых границей раздела жидкой фазы и пара является кривая кипения A1K1, заканчивающаяся в критической точке K1, диаграмма фазового состояния смеси имеет вид петлеобразной кривой АКВ, внутри которой смесь находится в двухфазном состоянии (жидкость + пар). Кривые кипения АК и конденсации KB смеси смыкаются в критической точке К, где исчезает различие в свойствах обеих фаз. В области температур от Тк ДОТ при изотермияеском снижении давления, например по изотерме cd, из однородной газовой фазы выпадают капли жидкости (в точке с), количество жидкости постепенно увеличивается до максимального значения в точке F, а затем начинает снижаться, и в точке d жидкая фаза исчезает полностью (т. н. изотермияеская О. к. или О. к. первого рода). Зона KMG, в которой происходит аномальное выделение конденсата при снижении р, называется областью О. к. (слово «обратная» указывает на возвращение системы вновь в двухфазное состояние). Широкое практическое применение явление изотермияеской О. к. получило при добыче конденсата газового из газоконденсатных месторождении природного газа. При пересечении двухфазной области по адиабате в интервале давлении от рк до рт, например по линии ab, в однородной жидкой смеси появляются пузырьки газа (в точке а), количество газа с ростом Т сначала увеличивается, а затем убывает и в точке b система вновь становится жидкой (т. н. обратное испарение или О. к. второго рода).При пересечении двухфазной области по адиабате в интервале давлении от рк до рт, например по линии ab, в однородной жидкой смеси появляются пузырьки газа (в точке а), количество газа с ростом Т сначала увеличивается, а затем убывает и в точке b система вновь становится жидкой (т. н. обратное испарение или О. к. второго рода).

26 Рис.Типичные изотермы многокомпонентных УВ смесей вблизи критической области: 1 – кривая точек парообразования; 2 – кривая точек конденсации.

27 Рис. Различные виды фазовых диаграмм. 1 - кривая точек парообразования; 2 - кривая точек конденсации

28

29 Рис.Фазовые диаграммы газовой шапки и контактирующей с ней нефтььи: а - газовая шапка находится в условиях конденсатного газа; б- газовая шапка, в которой при эксплуатации залежи, ретроградные явления не наблюдаются. 1 кривые точек росы; 2 кривые точек начала кипения; 3 - критические точки; р и Т -пластовое давление и температура

30

31 Рис. 36. Диаграмма состояния р - Т многокомпонентной системы

32 Диаграмма состояния многокомпонентной системы имеет более сложный характер, чем двухкомпонентных систем, однако закономерности остаются теми же. Рассмотрим диаграмму состояния многокомпонентной системы в координатах р Т (рис. 36).Диаграмма состояния многокомпонентной системы имеет более сложный характер, чем двухкомпонентных систем, однако закономерности остаются теми же. Рассмотрим диаграмму состояния многокомпонентной системы в координатах р Т (рис. 36). Кривая GC определяет состояние начала конденсации многокомпонентной системы. Ниже и правее кривой GKC многокомпонентная система находится в однофазном паровом (газовом) состоянии. Кривая FC определяет состояние начала испарения (конца конденсации) многокомпонентной системы. Выше кривой FC вся система находится в однофазном жидком состоянии. Пересечение кривых GC и FC определяет критическую точку многокомпонентной системы. Точке С соответствуют критические температура Тс и давление рс. Область, ограниченная кривыми точек росы и точек кипения, определяет условия двухфазного состояния многокомпонентной системы. Пунктирные линии внутри этой области соответствуют процентному содержанию (по массе) смеси в жидком состоянии. Как видно из диаграммы состояния многокомпонентной системы, жидкая фаза наблюдается и при температурах, превышающих критическую, а паровая фаза присутствует при давлениях выше критического, что можно объяснить взаимной растворимостью компонентов.Кривая GC определяет состояние начала конденсации многокомпонентной системы. Ниже и правее кривой GKC многокомпонентная система находится в однофазном паровом (газовом) состоянии. Кривая FC определяет состояние начала испарения (конца конденсации) многокомпонентной системы. Выше кривой FC вся система находится в однофазном жидком состоянии. Пересечение кривых GC и FC определяет критическую точку многокомпонентной системы. Точке С соответствуют критические температура Тс и давление рс. Область, ограниченная кривыми точек росы и точек кипения, определяет условия двухфазного состояния многокомпонентной системы. Пунктирные линии внутри этой области соответствуют процентному содержанию (по массе) смеси в жидком состоянии. Как видно из диаграммы состояния многокомпонентной системы, жидкая фаза наблюдается и при температурах, превышающих критическую, а паровая фаза присутствует при давлениях выше критического, что можно объяснить взаимной растворимостью компонентов. Присутствие жидкой фазы при температурах выше критической для многокомпонентных систем целесообразно учитывать при разработке месторождении природных газов.Присутствие жидкой фазы при температурах выше критической для многокомпонентных систем целесообразно учитывать при разработке месторождении природных газов. Рассмотрим несколько характерных случаев, которые могут отмечаться при разработке месторождении нефтььи и природного газа.Рассмотрим несколько характерных случаев, которые могут отмечаться при разработке месторождении нефтььи и природного газа. 1. Месторождение находится в условиях точки В. Температура его ниже критической, а давление выше критического. Месторождение характеризуется однофазным жидким состоянием это типичное нефтььяное месторождение. При изотермияеском снижении давления (что практически всегда отмечается при разработке нефтььяных месторождении) до точки b никаких фазовых переходов не наблюдается. В точке b начнется выделение паровой фазы (давление, соответствующее точке b, является давлением насыщения нефтььи при данной температуре). Дальнейшее снижение давления до точки b1 приведет к переходу в паровую фазу 30% по массе всей многокомпонентной системы, а в точке b2 вся система перейдет в однофазное паровое состояние.1. Месторождение находится в условиях точки В. Температура его ниже критической, а давление выше критического. Месторождение характеризуется однофазным жидким состоянием это типичное нефтььяное месторождение. При изотермияеском снижении давления (что практически всегда отмечается при разработке нефтььяных месторождении) до точки b никаких фазовых переходов не наблюдается. В точке b начнется выделение паровой фазы (давление, соответствующее точке b, является давлением насыщения нефтььи при данной температуре). Дальнейшее снижение давления до точки b1 приведет к переходу в паровую фазу 30% по массе всей многокомпонентной системы, а в точке b2 вся система перейдет в однофазное паровое состояние. 2. Многокомпонентная система (залежь) характеризуется точкой E, температура и давление которой ниже критических. Эта система находится также в однофазном жидком состоянии. Проследим влияние изобарического повышения температуры на фазовое состояние многокомпонентной системы. При повышении температуры до точки е фазовые переходы в системе отсутствовали. В точке е появляется паровая фаза, с ростом температуры количество которой возрастает. Так, в точке е 1 массовое содержание паровой фазы составляет 40%. Дальнейшее повышение температуры при постоянном давлении приводит к полному переходу всей системы в паровое состояние (точка e2).2. Многокомпонентная система (залежь) характеризуется точкой E, температура и давление которой ниже критических. Эта система находится также в однофазном жидком состоянии. Проследим влияние изобарического повышения температуры на фазовое состояние многокомпонентной системы. При повышении температуры до точки е фазовые переходы в системе отсутствовали. В точке е появляется паровая фаза, с ростом температуры количество которой возрастает. Так, в точке е 1 массовое содержание паровой фазы составляет 40%. Дальнейшее повышение температуры при постоянном давлении приводит к полному переходу всей системы в паровое состояние (точка e2). Как следует из этих двух примеров, процессы фазовых переходов в рассмотренных случаях являются прямыми, т.е. с повышением температуры и понижением давления происходит испарение, а с понижением температуры и повышением давления конденсация.Как следует из этих двух примеров, процессы фазовых переходов в рассмотренных случаях являются прямыми, т.е. с повышением температуры и понижением давления происходит испарение, а с понижением температуры и повышением давления конденсация. Условия фазовых переходов многокомпонентных систем, характеризуемых давлением выше критического, но ниже криконденбары или с температурой выше критической, но ниже крикондентермы, существенно отличаются.Условия фазовых переходов многокомпонентных систем, характеризуемых давлением выше критического, но ниже криконденбары или с температурой выше критической, но ниже крикондентермы, существенно отличаются.

33 Как следует из этих двух примеров, процессы фазовых переходов в рассмотренных случаях являются прямыми, т.е. с повышением температуры и понижением давления происходит испарение, а с понижением температуры и повышением давления конденсация.Как следует из этих двух примеров, процессы фазовых переходов в рассмотренных случаях являются прямыми, т.е. с повышением температуры и понижением давления происходит испарение, а с понижением температуры и повышением давления конденсация. Условия фазовых переходов многокомпонентных систем, характеризуемых давлением выше критического, но ниже криконденбары или с температурой выше критической, но ниже крикондентермы, существенно отличаются.Условия фазовых переходов многокомпонентных систем, характеризуемых давлением выше критического, но ниже криконденбары или с температурой выше критической, но ниже крикондентермы, существенно отличаются. Рассмотрим фазовые переходы в системах, определяемых точками D и А.Рассмотрим фазовые переходы в системах, определяемых точками D и А. Изобарическое повышение температуры от точки D до пересечения с кривой кипения в точке d характеризуется однофазным жидким состоянием. В точке d отмечается паровая фаза, количество которой возрастает до некоторой величины, определяемой точкой d1.. Дальнейший рост температуры приводит к уменьшению паровой фазы и к полному ее исчезновению в точке пересечения изобары с кривой точек кипения (в точке d2).Изобарическое повышение температуры от точки D до пересечения с кривой кипения в точке d характеризуется однофазным жидким состоянием. В точке d отмечается паровая фаза, количество которой возрастает до некоторой величины, определяемой точкой d1.. Дальнейший рост температуры приводит к уменьшению паровой фазы и к полному ее исчезновению в точке пересечения изобары с кривой точек кипения (в точке d2). В точке А система находится в однофазном паровом (газовом) состоянии. Изотермическое снижение давления от точки А до точки а не сопровождается фазовыми переходами. В точке а появляется жидкая фаза, максимальное содержание которой достигается в точкеа 1. В точке a1 в системе содержится 80% паровой и 20% жидкой фаз. Дальнейшее снижение давления сопровождается уменьшением количества жидкой фазы (в точке а 2 количество жидкой фазы равно 10%). В точке а 3 вся система переходит в паровое состояние.В точке А система находится в однофазном паровом (газовом) состоянии. Изотермическое снижение давления от точки А до точки а не сопровождается фазовыми переходами. В точке а появляется жидкая фаза, максимальное содержание которой достигается в точкеа 1. В точке a1 в системе содержится 80% паровой и 20% жидкой фаз. Дальнейшее снижение давления сопровождается уменьшением количества жидкой фазы (в точке а 2 количество жидкой фазы равно 10%). В точке а 3 вся система переходит в паровое состояние. В рассмотренных вариантах наблюдается обратная закономерность фазового перехода. Так, при повышении температуры системы, характеризуемой точкой D, отмечается прямое испарение от точки d до d1, а затем количество паровой фазы уменьшается, и в точкеd2 остается только жидкая фаза. А при снижении давления системы, характеризуемой точкой А, снижение давления от а до а 1 сопровождается конденсацией углеводородов, т.е. отмечается обратная (ретроградная) конденсация (области на рис. 36 заштрихованы). Заштрихованная область, находящаяся, между точками рк и С, в настоящее время практического интереса не представляет, а область, расположенная между вертикальными линиями, проведенными через точки С и К, имеет большое значение при изучении и разработке месторождении природных газов, содержащих значительное количество тяжелых углеводородов газоконденсатных месторождении.В рассмотренных вариантах наблюдается обратная закономерность фазового перехода. Так, при повышении температуры системы, характеризуемой точкой D, отмечается прямое испарение от точки d до d1, а затем количество паровой фазы уменьшается, и в точкеd2 остается только жидкая фаза. А при снижении давления системы, характеризуемой точкой А, снижение давления от а до а 1 сопровождается конденсацией углеводородов, т.е. отмечается обратная (ретроградная) конденсация (области на рис. 36 заштрихованы). Заштрихованная область, находящаяся, между точками рк и С, в настоящее время практического интереса не представляет, а область, расположенная между вертикальными линиями, проведенными через точки С и К, имеет большое значение при изучении и разработке месторождении природных газов, содержащих значительное количество тяжелых углеводородов газоконденсатных месторождении.

34 Типичная фазовая диаграмма многокомпонентной смеси нефтььь-газ в координатах давление температура имеет петлеобразный вид.

35 Критическое состояние при добыче нефтььи - газа (Ретроградные явления – переходы из однофазного в двухфазное состояние)

36 Влияние строения углеводородов, давления и температуры на фазовые превращения газоконденсатных систем.

37 Рис. Фазовая диаграмма зависимости «давление состав» для бинарной системы при постоянной температуре (изотерма фазовых равновесий). 1 - кривая точек конденсации; 2 - кривая точек парообразования; 3 - двухфазная область; 4 - жидкость; 5 - газ

38 Рис. Фазовая диаграмма зависимости «давление - концентрация» для бинарной системы при температуре, лежащей в интервале между критическими температурами компонентов. 1, 2 кривые точек конденсации и парообразования; 3 двухфазная область; С критическая точка.

39

40

41

42 Природная нанодисперсность критического состояния вещества

43 Критическая температура и критическое давление многокомпонентных углеводородных смесей.

44 Рис. Критические кривые бинарных смесей метана с парафиновыми углеводородами и азотом. 1 - критическая кривая смеси азот - этан (по Г. С. Степановой).

45 Рис. Критические кривые бинарных систем (по Г. С. Степановой). 1 - метан - этилен; 2 - метан - этан; 3 - метан - пропан; 4 - метан - изобутан; 5 - метан- н-бутан; 6 - метан - циклобутан; 7 - метан - пентан; 8 - метан - гексан; 9 - метан - циклопентан; 10 - метан - изогептан; 11 - метан - циклогексан; 12 - метан - бензол; 13 - метан - нонан; 14 - метан - толуол; 15 – метан - декан; 16 – метан - легкая нефтььь.

46

47

48

49 Спасибо за внимание!