Диаграмма фазовых состояний многокомпонентной системы

Закономерности фазовых переходов сложнее, если вещество представляет собой многокомпонентную сис­тему (рис.2.3).

Рис. 2.3. Диаграмма состояния многокомпонентного газа.

В отличие от чистого вещества для многокомпонентных систем изменение объема в двухфазной области сопровождается и изменением давления (рис. 2.3, о). Для полного испарения жидкости необходимо непрерывно понижать давление и, наоборот, для полной конденсации газа надо непрерывно повышать давление. Поэтому давление точки начала парообразования для многокомпонентной системы выше давления точки начала конденсации и при перестроении диаграммы фазовых состояний в координатах

давление — температура кривые точек начала испарения и точек росы не совпадают. По сравнению с фазовой диа­граммой чистого вещества диаграмма в этих координатах имеет вид петли (рис. 2.3,6). Кривая точек начала паро­образования, являющаяся границей, разделяющей области жидкого и двухфазного состояний вещества, и кривая точек росы, отделяющая двухфазную область от области парообразования, соединяются в критической точке С. В данном случае критическая точка не является точкой максимального давления и температуры, при которых одно­временно могут существовать две фазы, но, как и в случае чистого вещества в критической точке плотность и со­став фаз одинаковы.

Для многокомпонентной системы точка М с максимальной температурой, при которой возможно двухфаз­ное состояние, называется крикондентермой, а точка N с соответствующим давлением — криконденбарой. Между этими точками и критической точкой существуют две области, в которых поведение смеси отличается от поведе­ния чистого вещества. При изотермическом сжатии, например при температуре Г, по линии ЕА, смесь после пере­сечения в точке Е линии точек росы частично конденсируется и переходит в двухфазное состояние. С дальнейшим повышением давления доля жидкой фазы возрастает, но лишь для определенного давления, соответствующего точке Д. Последующее увеличение давления от точки Д до точки В ведет к уменьшению доли жидкой фазы, а затем смесь снова переходит в парообразное состояние. Давление в точке Д, при котором образуется максимальное ко­личество жидкой фазы, называется давлением максимальной конденсации.

Аналогичные явления наблюдаются и при изобарном нагревании жидкости по линии ЛНГБ. Первоначаль­но смесь находится в однофазном жидком состоянии. После пересечения линии точек начала парообразования в точке Л в смеси появляется паровая фаза, количество которой растет до точки Н. Последующее повышение темпе­ратуры ведет к уменьшению объема паровой фазы вплоть до возвращения вещества в жидкое состояние в точке Г.

Области, в которых конденсация и испарение происходят в направлении, обратном фазовым превращени­ям чистого вещества, получили название ретроградных областей (на рис. 2.3,6 они заштрихованы). Явления, про­исходящие в этих областях, называют ретроградным (обратным) испарением и ретроградной (обратной) конденса­цией. Эти явления широко используются в процессах внутрипромысловой подготовки газа для выбора условий, при которых обеспечивается максимальное отделение газового конденсата.

Петлеобразная форма диаграммы фазовых состояний (рис. 2.3, б) характерна для всех многокомпонентных смесей, но форма петли, положение критической точки и ретроградных областей зависят от состава смеси. Если состав пластовой смеси таков, что крикондентерма располагается левее изотермы, соответствующей пластовой температуре (линии ft]), то по мере снижения давления при разработке месторождения эта смесь будет находить­ся только в однофазном газовом состоянии. Смеси углеводородов такого состава образуют газовые месторожде­ния. Если состав смеси таков, что пластовая температура находится между критической температурой и темпера­турой крикондентермы (линия АТ^), то такие углеводородные смеси образуют газоконденсатные месторождения. В процессе снижения давления при пластовой температуре из них будет выделяться жидкая фаза - конденсат.

Для нефтяных месторождений критическая точка располагается правее изотермы пластовой температуры (линия GTi). Если точка G с координатами, соответствующими начальному пластовому давлению и пластовой температуре, расположена выше линии начала парообразования, то нефть находится в однофазном жидком со­стоянии и недонасыщена газом. Только при снижении давления ниже давления насыщения (точка D) из нефти на­чинает выделяться газовая фаза Нефтяные месторождения, состав углеводородной смеси которых таков, что на­чальное пластовое давление (точка К) ниже давления насыщения, имеют газовую шапку, которая представляет со­бой скопившуюся в верхней части залежи газовую фазу.