SISTEME MONOCOMPONENTE - SISTEME
BICOMPONENTE
PUNCTUL CRITIC AL SISTEMELOR BI- SI TRICOMPONENTE
Sisteme multicomponente
Sistemele reale sunt sisteme multicomponente.
Comportarea de stare a sistemelor multicomponente este, calitativ, asemanatoare cu cea a sistemelor binare si ternare.
Fata de definitiile anterioare (punctul critic, transformare normala), vom mai introduce alte cāteva notiuni.
Curba de egal titlu (curba de egala fractie de lichid) este locul geometric al punctelor de coordonate (p, T), īn care fractia molara de lichid este constanta. Toate curbele de egal titlu converg īn punctul critic.
De remarcat ca de-a lungul unei curbe de egal titlu, compozitia celor doua faze īn echilibrul se modifica. Diferenta de compozitie dintre faza lichida si cea gazoasa scade pe masura apropierii de punctul critic; īn acest punct, cele doua faze devin identice.
Punctul cricondenterm CT este punctul de temperatur&# 333c26d 259; maxima la care faza gazoasa si cea lichida se afla īnca la echilibru (punctul de maximum al diagramei de stare pe axa T).
Punctul cricondenbar Cp este punctul de presiune maxima la care cele doua faze se afla īnca la echilibru (punctul de maximum al diagramei de stare pe axa p).
Transformarea anormala a starii de agregare, denumita si comportare retrograda, este transformarea inversa celei normale.
Diagrama de stare a unui sistem Diagrama de stare a unui sistem
multicomponent cu comportare multicomponent cu comportare
retrograda cu domeniu extins. retrograda cu domeniu restrāns
Transformari izoterme ale sistemelor multicomponente.
Diagrama de stare a unui titei greu Diagrama de stare a unui titei volatil.
Diagrama de stare a unui gaz cu condensat.
Diagrama de stare Diagrama de stare
a unui gaz sarac. a unui gaz bogat.
Diagrama de stare a sistemului dintr-un zacamānt
de "titei cu cap liber de gaze".
Ecuatii
de stare pentru sisteme
de hidrocarburi
Ecuatia generala de stare
Sistemele termodinamice fluide omogene (gazoase si lichide !) sunt
descrise de ecatia generala de stare:
Ecuatia de stare van der Waals (vdW)
Avānd īn vedere ca miscarea
termica a lichidelor la temperaturi nu prea mici este
asemanatoare cu cea a gazelor, o miscare dezordonata, iar fiecare
molecula este īn interactiune simultana cu un numar de
molecule vecine, se foloseste modelul cinetic de lichid, asemanator
cu modelul de gaz.
unde ν este numarul de moli de substanta.
Ecuatia Redlich-Kwong-Soave (RKS)
cu notatiile:
ecuatia de stare se poate scrie astfel:
Pentru sistemele monocomponente,
coeficientii A si B au forma:
Folosind date experimentale pentru coeficientul α(T) s-a obtinut relatia:
CURSUL 7
Ecuatii
de stare pentru sisteme
de hidrocarburi
Teorema starilor corespondente
Parametrii normali (presiunea normala si cea standard: 101 325 Pa, temperatura normala: 273,15 K (00C), temperatura standard: 293,15 K (20°C)).
Parametrii de stare redusi se definesc ca raport īntre marimile reale si cele critice:
Cānd īn locul parametrilor critici se folosesc cei pseudocritici, atunci parametri de stare sunt pseudoredusi:
Numeroase experimente au aratat ca multe dintre sistemele termodinamice fluide au proprietati identice sau foarte apropiate atunci cānd ele se gasesc la aceiasi parametri redusi. Aceasta observatie experimentala poarta denumita de "teorema" starilor corespondente.
Ecuatia generala de stare
Sistemele termodinamice fluide omogene (gazoase
si lichide !) sunt descrise de ecatia generala de stare:
Ecuatia de stare van der Waals (vdW)
Avānd īn vedere ca miscarea termica a lichidelor la temperaturi nu prea mici este asemanatoare cu cea a gazelor, o miscare dezordonata, iar fiecare molecula este īn interactiune simultana cu un numar de molecule vecine, se foloseste modelul cinetic de lichid, asemanator cu modelul de gaz.
unde ν este numarul de moli de substanta.
Ecuatia Redlich-Kwong-Soave (RKS)
cu notatiile:
ecuatia de stare se poate scrie astfel:
Pentru sistemele monocomponente, coeficientii A si B au forma:
Folosind date experimentale pentru coeficientul α(T) s-a obtinut relatia:
Prin rezolvarea ecuatiei de stare RKS rezulta una sau trei radacini reale. Cānd ecuatia are o singura radacina reala, sistemul este monofazic, dar nu se poate preciza starea de agregare.
Cānd el are trei radacini reale, sistemul este bifazic; notānd min (Z1, Z2, Z3) = ZL si max (Z1, Z2, Z3)= Zv, ZL este factorul Z al fazei lichide, iar Zv cel al fazei gazoase.
Īn cazul sistemelor multicomponente, coeficientii A si B sunt dati de relatiile:
Ecuatia de stare RKS poate fi folosita pentru calculul presiunii de vapori si al fugacitatilor, pentru calculul echilibrului de faza, pentru determinarea factorilor Z ai fazelor si a densitatii fazelor.
Cercetarea
sistemelor de hidrocarburi
īn conditii de zacamānt
Cea mai sigura cale de determinare a starii de agregare si a proprietatilor sistemelor de hidrocarburi este cea experimentala. Ea urmareste fie modelarea procesului de expansiune (destindere) a sistemului īn cursul exploatarii zacamāntului, fie determinarea unor parametri caracteristici ce intereseaza, īn conditiile de zacamānt, īn tevile de extractie, din separatoare sau din conductele de transport.
Cercetarea experimentala a sistemelor de hidrocarburi presupune mai multe etape:
- colectarea, transvazarea si transportul probelor de laborator;
- cercetarea propriu-zisa;
- prelucrarea si interpretarea rezultatelor.
Datele experimentale sunt necesare la calculul rezervelor de titei si gaze, la prevederea exploatarii zacamintelor, la stabilirea metodelor de crestere a factorului de extractie, la optimizarea separarii gazelor de lichid etc.
Colectarea, transvazarea si transportul probelor de fluide
Probele de lichid sau de gaze se colecteaza pentru a analiza īn laborator proprietatile si compozitia lor chimica, dar si pentru a cerceta comportarea sistemelor de fluide din zacamānt. Probele prelevate trebuie sa fie reprezentative si īn cantitate suficienta. Reprezen-tativitatea constituie calitatea probei de a avea aceeasi compozitie cu sistemul din zacamānt. Se pot face doua observatii privind aceasta reprezentativitate.
Īn primul rānd, nu exista siguranta ca o proba obtinuta dintr-o sonda este reprezentativa pentru fluidul din īntregul zacamānt. Teoretic, efectul gravitatiei determina diferente de compozitie pe verticala īn zacamānt. De asemenea, compozitia fluidului poate sa difere de la o sonda la alta, chiar daca ele sunt perforate la aceeasi adāncime.
A doua observatie implica īntrebarea: la ce nivel īn tevile de extractie fluidul este reprezentativ ?
Fluidul care curge prin tevile de extractie poate sa nu fie reprezentativ din doua motive.
a) Coloana este perforata īn dreptul a doua sau mai multe orizonturi productive si proba obtinuta va fi un amestec, īn proportii necunoscute, a fluidelor din aceste orizonturi.
b) Cānd īn zacamānt sistemul este bifazic (lichid si gaze), debitul fiecarei faze fiind determinat de mobilitatea fazelor, proportia lor īn sonda este practic totdeauna diferita de cea din zacamānt. Mai mult, sunt cazuri cānd, desi sistemul este bifazic, din zacamānt curge īn sonda numai o singura faza (abstractie facānd de apa de zacamānt). Aceasta ultima situatie se īntāmpla atunci cānd presiunea de zacamānt este usor inferioara presiunii de saturatie.
Īn mod obisnuit se preleveaza trei tipuri de probe:
probe de fund, colectate de la adāncimea perforaturilor, cānd sonda produce la debite mici sau este īnchisa;
probe de la separator pentru recombinare (lichid si gaze);
- probe colectate de la capul de eruptie.
Din sonda se iau probe de titei, iar de la separator se iau probe de titei si gaze condensat.
Colectarea probelor de fluid din sonda
Īnainte de colectarea probelor se stabilizeaza debitul de extractie; la locul de recoltare trebuie sa fie presiuni suficient de mari pentru a avea siguranta starii monofazice a sistemului. Odata cu colectarea probei de fluid din sonda se masoara presiunea si temperatura, īn locul de recoltare.
Aparatura de colectare a probelor de titei din sonda este proiectata tinānd seama de restrictiile de gabarit ale tevilor de extractie, de volumul necesar al probei s.a.
Datorita costului ridicat al aparatelor de colectat probe din sonda, ele nu sunt folosite si pentru transport la laborator; probele se transvazeaza īntr-o butelie de transport.
Colectarea probelor de la separator
Probele de gaz si cele de lichid, colectate de la separator īn vederea recombinarii lor, se iau īn butelii de presiune prevazute cu ventile de īnchidere la ambele capete.
Problema cea mai dificila īn cazul acestui mod de colectare o constituie alegerea raportului dintre volumele celor doua faze ce urmeaza a fi recombinate.
|
