PT расслоение#
В этом разделе мы рассмотрим задачу нахождения фазового равновесия в флюиде при заданных давлении \(P\) и температуре \(T\). Мы предположим, что химические превращения веществ и поверхностное натяжение между фазами отсутствуют. Определить фазового равновесие при заданных \(P\) и \(T\) значит ответить на следующие вопросы.
Сколько фаз сосуществует в равновесии?
Сколько вещества содержится в каждой фазе? (Распределение вещества по фазам.)
В каком количестве присутствуют компоненты в каждой фазе? (Составы фаз.)
Максимальное количество сосуществующих фаз определяется правилом фаз Гиббса. Для решения задачи существует два подхода, «адаптивных» по числу фаз (т.е. не требующих явного указания числа фаз расчётчиком): в первом подходе число сосуществующих фаз увеличивается, а во втором, наоборот, уменьшается (начиная с максимально возможного).
Мы рассмотрим первый подход как наиболее распространённый. Идея сводится к следующему. Предположим, что всего одна фаза существует в равновесии и проверим её термодинамическую стабильность. Если фаза устойчива, то фазовое равновесие определено. В противном случае минимизируем энергию Гиббса состояния с двумя сосуществующими фазами. Проверим стабильность каждой из двух фаз. Если обе фазы стабильны, то фазовое равновесие определено. Если хотя бы одна фаза неустойчива, минимизируем энергию Гиббса состояния с тремя сосуществующим фазами… И так далее, пока число фаз допускается правилом фаз Гиббса.
Мы рассмотрим более простую задачу — расчёт двухфазного равновесия типа пар-жидкость. Более сложные равновесия в флюидах включают несколько жидких фаз.
При решении задачи в два этапа, где первый является проверкой стабильности (stability test), второй этап называют фазовым расслоением (phase split). Полный расчёт фазового равновесия в англоязычной литературе носит название flash расчёта.
Материалы
Подробнее с расчётами фазового равновесия можно ознакомиться в следующих работах.