BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN NHIỆT ĐÔNG HỌC HYDROCACBON: Ứng dụng phương trình trạng thái cho hỗn hợp

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

MÔN NHIỆT ĐÔNG HỌC HYDROCACBON
Đề tài:

Ứng dụng phương trình trạng thái cho hỗn hợp

GVHD:
SVTH :
MSHV:

TS. Huỳnh Quyền
Nguyễn Đình Phúc
10400160


Nội dung trình bày
1. Ứng dụng phương trình trạng thái cho hỗn hợp khí thực.
1.1.Sự mở rộng các nguyên lí trạng thái tương ứng
1.2.Phương trình trạng thái Virial với 2 số hạng đầu
1.3.Các phương trình trạng thái suy ra từ thuyết Van der Waals

2. Ứng dụng trong qui luật hỗn hợp và tính tốn hàm dư
2.1. Tính tốn lượng dư
2.2. Quy tắc hỗn hợp
2.3. Các quy tắc hỗn hợp và các hàm dư theo tỷ trọng không đổi.

3. Lựa chọn phương trình trạng thái trong mơ phỏng
3.1. Cơ sỏ lựa chọn
3.2.Lựa chọn phương trình nhiệt động cho quá trình lọc dầu và chế
biến khí

3.3.Lựa chọn phương trình nhiệt động cho q trình hóa dầu


1. Áp dụng phương trình trạng thái
cho hỗn hợp khí thực
1.1.Sự mở rộng các nguyên lí trạng thái tương ứng
1.2.Phương trình trạng thái Virial với 2 số hạng đầu
1.3.Các phương trình trạng thái suy ra từ thuyết Van der
Waals


1.1.Sự mở rộng các nguyên lí trạng thái tương ứng
Phương pháp Lee và Kesler (1975)(chương 3, phần 3.2.3.2)


Mở rộng phương trình Lee và Kesler, Plocker và các
đồng sự (1978) đưa ra phương trình khác với mục đích tính
tốn cân bằng lỏng hơi tốt hơn, tham số
phù hợp với dữ
liệu thực nghiệm


Tương tự, để tính tốn cho tỉ trọng pha lỏng của hỗn hợp có các
phương trình sau:

 Spencer

và Danner (1973):

 Hankinson

và Thomson (1979):


 Teja (1980):




Phương trình Pederson và các đồng sự ứng dụng để dự đoán
độ nhớt của hỗn hợp (1984):




1.2.Phương trình trạng thái Virial với 2 số
hạng đầu


Trong chương 5:

Hệ số Virial thứ 2 B liên quan với thành phần của hỗn hợp
và được xác định:


1.3.Các phương trình trạng thái suy ra từ thuyết
Van der Waals


Phương trình trạng thái suy ra từ thuyết Van der Waals:

tham số đặc trưng của phương trình




Phương trình này chỉ ứng dụng để tính hệ số hoạt áp tại thời
điểm có áp suất xác định



Để biểu thị cho Tổng mol
trình:

và tổng thể tích

trong phương


Các phương trình trạng thái suy ra từ thuyết Van der Waals




Về mặt nguyên tắc phương trình trạng thái van der Waals
không chỉ được ứng dụng cho hợp chất không phân cực mà
còn được ứng dụng cho hỗn hợp (classical mixing rules).



Ứng dụng để biểu diễn đường cân bằng của hỗn hợp ethane
cacbon dioxide





Có thể mở rộng phương trình này cho họ hợp chất khác,
Aselineau và các đồng sự đã sử dụng phương trình SRK cho
hỗn hợp chloroflouro sau khi đã xác định thông số tương tác.



2.Ứng dụng trong tính tốn hàm

dư và quy luật pha trộn
2.1. Tính tốn lượng dư
2.2. Quy tắc hỗn hợp
2.3. Các quy tắc hỗn hợp và các hàm dư theo tỷ
trọng không đổi.


2.1. Tính tốn lượng dư
Xét q trình trộn lẫn giữa hai cấu tử heptane và
benzen ở điều kiện thường. Khi đó phương trình tham
chiếu sử dụng cho cấu tử tinh khiết khơng cịn phù hợp cho
hỗn hợp. Bằng cách sử dụng phương pháp SRK ta có thể
tính được thể tích mol lỏng v*1, v*2 của từng cấu tử tinh
khiết. Sử dụng quy tắc pha trộn ta có thể tính được thể tích

mol v của hỗn hợp có thành phần z1, z2.
Khi đó thể tích dư được xác định:
vE = v – (v*1z1 + v*2z2)


Tương tự ta có thể tính năng lượng dư Gibbs:
Ta có: g(T,P) - g# (T,P) = RTln(f/P) = RTlnϕ (2.38)
Phương trình trên được áp dụng cho cả cấu tử tinh khiết
cũng như cho hỗn hợp. Theo đó ta có:
gE = RT(lnϕ m - ∑ziln ϕ*i)
(5.83)
Và hệ số hoạt độ được tính dựa vào phương trình

P(v − b)
a
ln ϕ = − ln
+ Z − 1 + U (v, b, r1, r2 )
RT
bRT

(4.57)


Nếu sử dụng phương trình SRK cho mỗi cấu tử tinh
khiết ta có:
ai ,i
RT
P = *
− * *
vi − bi

vi (vi + bi )
ln ϕi*

*
ai ,i
P (vi − bi )
vi* + bi
= − ln
+ Z i* − 1 +
ln
RT
bi RT
vi*

Và cho hỗn hợp:

P =

am
RT
−
vm − bm
vm (vm + bm )

ln ϕ m = − ln

P (vm − bm )
am
v + bm
+ Zm − 1 +

ln m
RT
bm RT
vm


Nếu nhiệt độ, áp suất và thành phần đã biết, dựa vào
các phương trình trên và lựa chọn các tham số a, b cho
phép ta tính được năng lượng dư Gibbs.

Thực tế là phương pháp này khó có thể áp dụng cho các
hỗn hợp mà thành phần các cấu tử có độ bay hơi khác
nhau nhiều, mặc khác các phương trình nhiệt động SRK
hay PR phù hợp hơn khi tính toán cân bằng lỏng hơi cho
hỗn hợp ở áp suất cao.


Ví dụ : nghiệm của phương trình nhiệt động SRK
Xét hỗn hợp etan (1) và propan (2) ở 40oC, 25bar. Bảng 8.3
Z1, etan

Mol volume, cm3/mol

Fugacities, bar

0

102.81

0

11.867

0.18

103.22

6.282
9.753

0.34

105.2

644.1

11.604
7.913

7.464
11.074

0.54

113.78

731.04

17.75
5.691

11.56
7.869

0.64

763.52

13.60
6.218

0.88

821.59

18.14
2.481

0.90

830.70

18.98
1.772

1

851.94

21.07
0