Фаза

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Лекция № 4
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ
ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ К ПЕРЕРАБОТКЕ
Лектор доцент Ивашкина Е.Н.
Феноменологическое
описание фазовых переходов
в нефтяных системах
ЛИТЕРАТУРА
Фаза и межфазный слой
 Фаза
- однородная часть системы с
тождественным химическим составом ,
одинаковыми физическими и
термодинамическими свойствами,
отделенная от других частей
межфазной поверхностью, при
переходе через которую свойства
изменяются скачкообразно
 Межфазный слой состоит из
элементов структуры дисперсной фазы
и характеризуется высотой Н
Стадии фазообразования



Образование дозародышей,
имеющих докритические
размеры.
Формирование зародышей
критических размеров,
находящихся в неустойчивом
равновесии с исходной
фазой, по гомогенному и
гетерогенному механизму.
Самопроизвольный рост
критических зародышей,
который приводит к
развитию фазообразованию
во всем объеме нефтяной
системы
Стадии фазового перехода в нефтяной системе
Схема изменения высот слоев
в процессе фазового
перехода
Формирование и строение
ССЕ
 ССЕ
– элемент дисперсной структуры
нефтяных систем преимущественно
сферической формы, способной к
самостоятельному существованию при
данных неизменных условиях и
построенный из компонентов нефтяной
системы в соответствии с из значением
потенциала межмолекулярного
взаимодействия.
З.И. Сюняев Нефтяные дисперсные системы.- М.: Химия, 1990.- 226 с.
Сложные структурные
единицы (ССЕ)
Определение размеров ССЕ в
НДС
 Оптический
метод
 Седиментацио́нный
ана́лиз
торсионные весы
 Рентгенографический метод
 Электронномикроскопический метод
Термодинамика и кинетика
фазовых переходов в НДС
Дисперсное состояние в нефтяной системе
может формироваться двумя путями:
 1) диспергированием макроскопических фаз
(без изменения агрегатного состояния
веществ дисперсной фазы);
 2) конденсацией из молекулярных растворов
(с изменением как агрегатного, так и
химического состава дисперсной фазы).
Термодинамика и кинетика
фазовых переходов в НДС
G  Gv  Gs
Gv – объемная составляющая потенциала Гиббса
Gs
– поверхностная составляющая потенциала Гиббса
μ  μ x  μv  0
μ  kT ln C C
0
μ  kT ln P P
0
Gs  4πr 2σ
r – радиус частицы
σ – поверхностное натяжение на
границе дисперсная частица–
дисперсионная среда
Термодинамические условия
возможности образования нефтяных
дисперсных систем
Возможность образования
НДС
H
S
G
>0
<0
>0
Исключается
<0
>0
<0
Существует
при
температурах
<0
<0
<0
Существует,
но
при
определенной температуре
>0
>0
>0
<0
Исключается
Существует при
температурах
любых
высоких
Термодинамика фазовых
равновесий
многокомпонентных смесей

Условие равновесия между фазами в
гетерогенной системе
μi
dz
α
 μi
α
α
dni
 μi



β 
 ...  μi
α
dz






β 
ξ 
 μi



β 
dni



β 
α
β
α
α
β
β
dz  dz    dz    μ i dni   μ i dni  ;


β
α
dz  μ i   μi  dni ,
ni – число молей i-го компонента
В равновесных условиях
dz  0
β

μ  μ α 
i
i
Основные термодинамические
принципы
H  f  P, T  ;
 H 
 H 
dH  
dP  
dT ;


 P T
 T  P
P2
 H
H 2  H1   
P1  P
T2

 H
 dP    T
T1
T1 

 dT .
P
2
Основные термодинамические
принципы
Изменение энтальпии
при переходе системы из состояния А в С