高精度深低温汽液相平衡实验装置及天然气组分混合物汽液相平衡的实验研究

【摘要】：天然气是目前一次能源的三大常规能源之一,其主要成分为甲烷,也包括一定量的氮气、乙烷等化合物。由于能源危机和环境的不断恶化,作为优质洁净能源的天然气占一次能源消费的比重越来越大。液化天然气(LNG)在天然气的输送和储存方面具有十分明显的优势。要使天然气液化、分离、储存和运输等过程中能耗最小、费用最小,就需要对液化流程进行模拟计算及优化。而天然气组分的汽液相平衡实验数据为这些过程提供了依据。因此,二元混合物氮气(N2)+甲烷(CH4),甲烷(CH4)+乙烷(C2H6)的汽液相平衡的研究对LNG工业有十分重要的意义。因此本文的主要研究内容包括： 1)设计和搭建了一套深低温汽液相平衡实验装置。本实验装置主要由以下两部分组成：(1)恒温部分；(2)测量部分。恒温控制部分主要包括恒温浴,平衡釜等；测量部分主要包括温度测量系统,压力测量系统和组分测量系统。系统温度测量的总不确定度为±0.01K；压力测量的总不确定度为±0.65kPa,组分测量的总不确定度为±0.004。 2)对二元混合物N2+CH4在110.01K-130.01K范围内的等温汽液相平衡数据进行了测定,并采用PR+MHV1混合法则,结合Wilson模型,对所测的二元混合物N2+CH4的汽液相平衡数据进行了关联,结果与实验数据具有良好的一致性,其中平均压力相对偏差为0.75%,最大压力相对偏差为2.25%,平均组分偏差为0.0057,最大组分偏差为0.0166。 3)对二元混合物CH4+C2H6在126.01K-140.01K范围内的等温汽液相平衡数据进行了测定,并采用PR+MHV1混合法则,结合Wison模型,对所测的二元混合物CH4+C2H6的汽液相平衡数据进行了关联,结果与实验数据具有良好的一致性,平均压力相对偏差为1.45%,最大压力相对偏差为2.18%,平均组分偏差为0.0010,最大组分偏差为0.0120。 【关键词】：天然气 氮气+甲烷 甲烷+乙烷 汽液相平衡 状态方程
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE642
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要符号表7-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1. 课题研究的背景及意义11-14
• 1.2 相平衡测量方法14-19
• 1.2.1 相平衡的概念14
• 1.2.2 相平衡的测量方法14-19
• 1.3 (氮气,甲烷,乙烷)混合物汽液相平衡数据的国内外研究进展19-25
• 1.4 本论文研究内容及总体思路25-26
• 1.4.1 论文的研究内容25
• 1.4.2 论文的总体思路25-26
• 第2章 汽液相平衡理论与计算26-46
• 2.1 汽液相平衡的判据26
• 2.2 逸度与逸度系数26-30
• 2.2.1 逸度与逸度系数的定义26-28
• 2.2.2 纯气体逸度(系数)的计算28-29
• 2.2.3 混合物中组分逸度的计算29-30
• 2.3 活度和活度系数30-32
• 2.3.1 活度和活度系数的定义30-31
• 2.3.2 活度系数模型31-32
• 2.4 汽液相平衡(VLE)的计算32-35
• 2.4.1 汽液相平衡计算类型32-33
• 2.4.2 汽液相平衡计算方法33-35
• 2.5 状态方程计算VLE35-40
• 2.5.1 多参数状态方程36-37
• 2.5.2 立方型状态方程37-40
• 2.6 混合法则40-45
• 2.6.1 van der Waals型混合法则41-42
• 2.6.2 HV型混合法则42-45
• 2.6.2.1 MHV1混合法则43-44
• 2.6.2.2 WS混合法则44-45
• 2.6.3 混合法则小结45
• 2.7 本章小结45-46
• 第3章 汽液相平衡实验研究46-57
• 3.1 实验装置46-54
• 3.1.1 实验方案的确定46
• 3.1.2 实验装置概述46-48
• 3.1.3 恒温控制部分48-51
• 3.1.4 测量控制部分51-54
• 3.2 实验原理及实验步骤54-55
• 3.2.1 实验原理54
• 3.2.2 实验步骤54-55
• 3.3 实验装置测试55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 汽液相平衡实验结果与分析57-69
• 4.1 二元混合物的汽液相平衡实验57-62
• 4.1.1 N_2+CH_4的汽液相平衡实验57-60
• 4.1.2 CH_4+C_2H_6混合物的汽液相平衡实验60-62
• 4.2 二元混合物实验数据的结果与讨论62-68
• 4.2.1 N2+CH4体系汽液相平衡结果与讨论62-65
• 4.2.2 CH_4+C_2H_6体系汽液相平衡结果与讨论65-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第5章 结论与展望69-71
• 5.1 主要结论69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78

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