2.5. Энтальпия

Для проведения ряда теплотехнических расчетов процессов и аппаратов газоперерабатывающей промышленности (определение тепловых потоков, составление тепловых балансов, расчет процессов конвективного теплообмена и т.п.) необходимо знание энтальпии (теплосодержания) отдельных компонентов и фракций газа и газового конденсата и их смесей в газообразном и жидком состоянии.

Энтальпия идеального газа зависит только от температуры, энтальпия реальных газов и жидкостей зависит также и от давления. При расчетах энтальпии реальных газов и жидкостей вначале определяют «идеальногазовую» энтальпию, а затем вводят поправку, учитывающую отклонение от энтальпии идеального газа. Для вычисления энтальпии идеального газа используется следующее уравнение [8]:

Н⁰ = , (2.30)

где Н⁰ - энтальпия идеального газа, кДж/кг;

Т - температура, К;

А,В,С,D -коэффициенты (см. Приложение 5).

Энтальпия реального газа рассчитывается по следующей формуле [8]:

Н = Н⁰ - Н (2.31)

где Н - энтальпия реального газа, кДж/кг;

Н⁰ - энтальпия идеального газа, вычисленная по формуле (2.30), кДж/кг;

Н - поправка на давление, кДж/кг.

Поправка на давление вычисляется по следующей формуле:

Н = , (2.32)

где R - универсальная газовая постоянная, R = 8,315 кДж/(кмоль.К);

Т_кр - критическая температура, К;

М - молекулярная масса;

w -фактор ацентричности;

Н⁽⁰⁾, Н⁽¹⁾ - функции, учитывающие влияние давления на энтальпию.

Факторы ацентричности w для газов приведены в Приложении 1.

Функции Н⁽⁰⁾ и Н⁽¹⁾ определяют по Приложениям 6 и 7 в зависимости от приведенных температуры Т_ПР и давления Р_ПР:

Т_ПР = , (2.33)

где Т - температура газа, К;

Т_КР - критическая температура, К;

Р - давление газа, МПа;

Р_КР - критическое давление, МПа.

Критические температура и давление некоторых газов приведены в Приложении 1.

Энтальпия углеводородной смеси известного состава является аддитивным свойством и определяется по формуле [8]:

Н⁰_см = (2.34)

где Н⁰_i - энтальпия i-ого компонента смеси, кДж/кг;

у_i - массовая доля i-ого компонента в смеси;

n - количество компонентов.

Поправку на давление для смеси реальных газов вычисляют по формулам (2.32) и (2.33), используя вместо критических давлений и температур отдельных компонентов псевдокритические параметры смеси:

Р_ПКР = ; Т_ПКР = (2.35)

где Р_КР,i Р_ПКР - критическое давление i-ого компонента и псевдокритическое давление смеси, МПа;

Т _КР,i Т_ПКР - критическая температура i-ого компонента и псевдокритическая температура смеси, К;

у_i - мольная доля i-ого компонента в смеси;

n - число компонентов смеси.

При расчете энтальпий смесей реальных газов фактор ацентричности смеси w_см выражается через факторы ацентричности отдельных компонентов w_i следующим образом:

w_см = (2.36)

где у_i - мольная доля i-ого компонента в смеси.

Энтальпия узких газоконденсатных и нефтяных фракций в общем виде определяется уравнениями:

для жидкостей , (2.37)

для паров (2.38)

где _, - энтальпии жидкости и пара, кДж/кг;

- изобарные теплоемкости для жидкости и пара, кДж/кг;

r - скрытая теплота испарения, кДж/кг;

t, t - температура кипения фракции и рабочая температура, при которой определяется энтальпия, ⁰С.

При практических расчетах энтальпия определяется с помощью эмпирических формул. Для определения энтальпии жидких газоконденсатных и нефтяных фракций и продуктов рекомендуется применять формулу Крэга:

кДж/кг (2.39)

где - относительная плотность при 15⁰С;

t - температура, ⁰С.

Для определения энтальпии газоконденсатных или нефтяных паров широко пользуются эмпирической формулой Воинова Б.П.:

кДж/кг (2.40)

или формулой Уэйра и Итона:

кДж/кг (2.41)

В формулах (2.40) и (2.41) условные обозначения аналогичны формуле (2.39).

По формулам (2.39) и (2.41) составлены специальные таблицы, которые можно найти в приложениях литературных источников [10-12].