Термодинамика в нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности (1700,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

УДК 544.3(075) ББК 24.53я7 К89 Кузнецов, О. А. К89 Термодинамика в нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности: монография / О. А. Кузнецов — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 164 с. ISBN 978-5-4499-0080-7 Для понимания основных процессов, применяемых в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической отраслях, необходимо знать термодинамику. Представленный материал освещает вопросы, касающиеся в первую очередь массообменных процессов. Изложенные методики поясняют, как работают современные программы для технологических расчётов процессов. Рекомендуется для студентов и инженерно-технических работников. Текст приводится в авторской редакции. УДК 544.3(075) ББК 24.53я7 ISBN 978-5-4499-0080-7 © О. А. Кузнецов, текст, 2019 © Издательство «Директ-Медиа», макет, оформление, 2019

Стр.3

СОДЕРЖАНИЕ 1 Введение в термодинамику ................................................................... 7 1.1 Первый постулат .............................................................................. 8 1.2 Второй постулат (первый закон термодинамики) ....................... 9 1.3 Третий постулат ............................................................................. 10 1.4 Четвёртый постулат (второй закон термодинамики) ................ 10 1.5 Пятый постулат .............................................................................. 11 2 Переменные, условия и отношения .................................................... 13 2.1 Системы постоянного состава...................................................... 18 2.1.1 U, H и S как функции от T и P, или T и V ............................ 18 2.1.2 Модель идеального газа ......................................................... 19 2.1.3 Отклонения свойств ............................................................... 22 3 Расчёт параметров газов и паров ........................................................ 25 3.1 Оценка энтальпии и энтропии идеального газа ......................... 25 3.2 Отклонения энтальпии и энтропии по функциям PVT ............. 27 3.2.1 Вириальные уравнения состояния........................................ 27 3.2.2 Кубическое уравнение состояния ......................................... 35 3.2.3 Обобщённые корреляции Питцера....................................... 39 4 Определение других свойств ............................................................... 43 4.1 Жидкая фаза .................................................................................... 43 4.2 Фазовый переход жидкость — пар .............................................. 44 5 Термодинамика процессов течения флюидов ................................... 47 5.1 Массовый, энергетический и энтропийный балансы открытых систем .................................................................................. 47 5.1.1 Массовый баланс открытых систем ..................................... 48 5.1.2 Общий энергетический баланс ............................................. 48 3

Стр.4

5.1.3 Энергетический баланс установившегося процесса течения флюида .............................................................. 49 5.1.4 Энтропийный баланс открытых систем .............................. 49 5.1.5 Обобщение уравнений баланса открытых систем ............. 50 5.2 Применение к процессам течения флюидов .............................. 51 5.2.1 Канальное течение сжимаемого флюида ............................ 51 5.2.2 Течение в трубе ...................................................................... 53 5.2.3 Насадки .................................................................................... 53 5.2.4 Процесс дросселирования ..................................................... 55 5.2.5 Турбины (турбодетандеры) ................................................... 56 5.2.6 Процессы компримирования ................................................ 57 5.2.7 Пример 1: Испарение и сжатие СПГ ................................... 60 6 Системы изменяемого состава ............................................................ 63 6.1 Парциальные молярные свойства ............................................... 63 6.1.1 Уравнение Гиббса — Дюгема .............................................. 65 6.1.2 Парциальные молярные параметры уравнений состояния .......................................................................................... 67 6.1.3 Парциальная молярная энергия Гиббса .............................. 68 6.2 Термодинамические расчёты ....................................................... 69 6.2.1 Модель смеси идеальных газов ............................................ 69 6.2.2 Фугитивность и коэффициент фугитивности ..................... 70 6.2.3 Оценка коэффициентов фугитивности ................................ 72 6.2.4 Идеальная расчётная модель ................................................ 73 6.2.5 Избыточные свойства ............................................................ 76 6.2.6 Изменения свойств смеси ...................................................... 77 6.3 Фундаментальные зависимости свойств, основанных на энергии Гиббса ................................................................................ 79 4

Стр.5

6.3.1 Фундаментальное отношение отклонений свойств ........... 79 6.3.2 Фундаментальное отношение избыточных свойств .......... 82 6.4 Модели избыточной энергии Гиббса .......................................... 84 6.4.1 Поведение бинарных жидких растворов ............................. 91 7 Равновесие .............................................................................................. 95 7.1 Критерии ......................................................................................... 95 7.2 Правило фаз .................................................................................... 97 7.2.1 Пример 2: Применение правила фаз .................................... 99 7.2.2 Теорема Дюгема ................................................................... 100 7.3 Равновесие пар — жидкость....................................................... 100 7.3.1 Подход гамма-фи .................................................................. 101 7.3.2 Модифицированный закон Рауля ....................................... 104 7.3.3 Пример 3: Расчеты точек росы и кипения ......................... 106 7.3.4 Сокращение данных ............................................................. 109 7.3.5 Системы растворитель — растворённое вещество .......... 113 7.3.6 Расчёт константы фазового равновесия К, парожидкостного равновесия и однократного испарения ....... 116 7.3.7 Пример 4: Расчёт однократного испарения ...................... 118 7.3.8 Подход по уравнению состояния ....................................... 119 7.3.9 Экстраполяция температурных данных ............................ 126 7.3.10 Пример 5: Парожидкостное равновесие при нескольких температурах ...................................................... 128 7.4 Равновесия жидкость/жидкость и пар/жидкость/жидкость ... 130 7.5 Стехиометрия химических реакций .......................................... 131 7.6 Равновесие химических реакций ............................................... 132 7.6.1 Стандартные изменения свойств реакции ......................... 133 7.6.2 Константы равновесия ......................................................... 134 5

Стр.6

7.6.3 Пример 6 — Равновесие одной реакции ........................... 139 7.6.4 Комплексное равновесие химических реакций ................ 141 8 Термодинамический анализ процессов ........................................... 145 8.1 Расчет идеальной работы ........................................................... 145 8.2 Потерянная работа ....................................................................... 147 8.3 Анализ стационарных устойчивых процессов ........................ 149 8.3.1 Пример 7: Анализ потерь работы ....................................... 150 Обозначения и единицы измерения .................................................... 154 Литература .............................................................................................. 159 6

Стр.7