Download miễn phí Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống sấy khô khí thiên nhiên bằng phương pháp hấp phụ sử dụng tác nhân sấy là zeolitA
MỤC LỤC
Phần I: Tổng quan Trang
I. Mở đầu 3
II. Tình hình khai thác, chế biến khí ở Việt Nam, 4
vai trò của khí thiên nhiên trong nền kinh tế quốc dân
III. Giới thiệu chung về chất hấp phụ 6
IV. Cơ sở hóa lý 8
V. Sự tạo thành hydrat 12
VI. Các phương pháp sấy khô khí 16
VII. Lựa chọn dây truyền công nghệ 24
Phần II: Tính toán thiết kế hệ thống sấy khô khí thiên nhiên bằng 27 phương pháp hấp phụ sử dụng tác nhân sấy là zeolitA
A. Tính toán thiết kế tháp hấp phụ 27
I. Yêu cầu thiết kế 27
II. Tính lưu lượng khối lượng khí cần hấp phụ 27
III. Tính hàm lượng ẩm bị hấp phụ trong 1 giờ 28
IV. Tính lượng chất hấp phụ nạp vào thiết bị 28
V. Cân bằng vật liệu cho quá trình sấy 28
VI. Tính cân bằng nhiệt lượng cho tháp hấp phụ 29
VII. Vận tốc tuyến tính của khí ở điều kiện làm việc 32
VIII. Đường kính tháp hấp phụ 32
IX. Xác định tải trọng riêng của lớp theo nước 33
X. Tính chiều dài vùng hấp phụ 33
XI. Dung lượng ẩm cân bằng động của lớp 33
XII. Chiều dài cần thiết của lớp hấp phụ 33
XIII. Tính tổn thất khi khí chuyển động qua lớp hạt 34
chất hấp phụ
XIV. Chiều cao toàn tháp 35
B. Tính toán thiết kế cho tháp nhả hấp phụ 36
I. Các thông số ban đầu của quá trình nhả hấp phụ 36
II. Tính toán cho quá trình tái sinh 36
Phần III : Kết luận 44
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
a sử dụng 2 khái niệm: độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối
+ Độ ẩm tuyệt đối: Là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích hay một đơn vị khối khí (được biểu diễn bằng g/m3 khí hay g/kg khí)
+ Độ ẩm tương đối: Là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong khí và lượng hơi nước tối đa có thể có trong khí ở điều kiện bão hòa (biểu diễn theo phần trăm hay phần đơn vị). Nếu giảm nhiệt độ bão hòa hơi nước còn áp suất thay đổi, thì một phần hơi nước ngưng tụ, nhiệt độ tại đó hơi nước có trong khí bắt đầu ngưng tụ được gọi là điểm sương của khí ẩm tại áp suất đã cho.
Hàm ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ của hệ và thành phần hỗn hợp khí. Có nhiều phương pháp xác định hàm ẩm của khí, trong đó các phương pháp sau phổ biến:
+ Sử dụng áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi
+ Sử dụng các đường cong thực nghiệm phụ thuộc của hàm ẩm vào nhiệt độ và áp suất
+ Hiệu chỉnh các đường cong trên khi có mặt của: H2S, CO2, N2
+ Sử dụng phương trình trạng thái P-V-T
IV.3. Các thông số cơ bản của khí ẩm
1. Độ ẩm tuyệt đối của khí ẩm
Độ ẩm tuyệt đối của khí ẩm là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm, về trị số thì bằng khối lượng riêng của hơi nước ở trong hỗn hợp khí ẩm ký hiệu là φh, thứ nguyên là kg/m3
2. Độ ẩm tương đối của khí ẩm
Độ ẩm tương đối của khí ẩm hay còn gọi là mức độ bão hòa hơi nước là tỷ số của lượng hơi nước chứa trong 1m3 khí, với lượng hơi nước chứa trong 1m3 khí ẩm đó đã bão hòa hơi nước ở cùng nhiệt độ và áp suất, ký hiệu là φ, đơn vị là %
φ =
Gần đúng ta coi hỗn hợp không khí tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = RT hay φ = =
Do đó φh = và φbh =
Vì Rh = Rbh nên φ = : =
φh : Khối lượng riêng của hơi nước trong 1m3 khí ẩm; kg/m3
φbh: Khối lượng riêng của hơi nước trong 1m3 khí ẩm đã bão hòa hơi nước; kg/m3
3. Hàm ẩm của khí ẩm
Hàm ẩm của khí ẩm là lượng hơi nước chứa trong 1kg khí khô (kk), ký hiệu là x; kg/kgkk( kg ẩm/kg khí khô )
x =
Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
x =:=
Pkk: Áp suất riêng phần của khí khô
Rkk: Hằng số khí lý tưởng của khí khô
= 0,622
Theo định luật Đantong, ta có: Pkk= P - Ph (P: Áp suất chung của hỗn hợp khí) mà φ = hay Ph = φPbh
Thay các giá trị Ph, Pkk vào biểu thức x, ta có:
x = = 0,622 ( kg/kgkk )
4. Nhiệt lượng riêng của khí ẩm
Nhiệt lượng của khí ẩm chính là tổng nhiệt lượng của khí khô và của hơi nước trong hỗn hợp :
I = Ckkt + xih Ј/kgkk
Ở đây : + I: là nhiệt lượng riêng của khí ẩm trong đó chứa 1 kg khí khô
+ Ckk: nhiệt dung riêng của khí khô; Ј/kg.độ
+ t: nhiệt độ của khí; oC
+ ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t ; Ј/kg
ih được xác định theo công thức thực nghiệm:
ih = ro + ChI = (2493 +1,97.t)103 Ј/kg
Ở đây : ro = 2493.103 : nhiệt lượ riêng của hơi nước ở 0oC
Ch = 1,97.103 Ј/kg oC là nhiệt lượng riêng của khí khô
Ckk = 1000 Ј/kg oC là nhiệt dung riêng của khí khô
Thay tất cả giá trị này vào biểu thức : I = Ckkt + x.ih ta có
I = 1000t + (2493 + 1,97.t).103.x ; Ј/kgkk
Hay I = (1000 + 1,97.103.x).t + 2493.103.x
Trong biểu thức trên có : (1000 + 1,97.103.x) = Ckk + Ch.x là nhiệt dung riêng của khí ẩm khi hàm ẩm là : x
5. Điểm sương
Giả sử có hỗn hợp khí ẩm chưa bão hòa hơi nước, làm lạnh hỗn hợp này trong điều kiện x = const thì nhiệt độ của khối khí giảm dần, độ ẩm tương đối của khí tăng dần đến trạng thái bão hòa hơi nước (φ = 100%). Kể từ đó nếu tiếp tục giảm nhiệt độ của khí thì trong hỗn hợp khí bắt đầu xuất hiện những giọt sương mù do hơi nước trong hỗn hợp khí ngưng tụ lại khi đó hàm ẩm của hỗn hợp khí bắt đầu giảm. Nhiệt độ của hỗn hợp khí tương ứng với trạng thái bão hòa hơi nước gọi là nhiệt độ điểm sương, ký hiệu là ts. Vậy điểm sương là giới hạn của quá trình làm lạnh khí trong điều kiện hàm ẩm x = const.
Theo phương trình x = 0,622 rút ra được: Pbh =
Biết được giá trị áp suất bão hòa Pbh (tương ứng với áp suất ở trạng thái điểm sương) ta tra bảng “ áp suất hơi bão hòa phụ thuộc nhiệt độ “ sẽ tìm được nhiệt độ của nước, nhiệt độ này chính là nhiệt độ điểm sương.
6.Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ẩm
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ẩm bằng tổng khối lượng riêng của khí khô và khối lượng riêng của hơi nước ở cùng nhiệt độ
φ = φkhí + φh kg/m3
φ = φo(1 - ) ;
Ở đây :
φkk và φh là khối lượng riêng của khí khô và của hơi nước ; kg/m3
φo: khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn ; kg/m3
p : áp suất chung của hỗn hợp khí ẩm
To,T : nhiệt độ của khí ở điều kiện tiêu chuẩn và điều kiên làm việc .
V. SỰ TẠO THÀNH HYDRAT
V.1.Cấu trúc tinh thể hydrat.
Hình.2: ô mạng cơ sở của tinh thể hydrat
Nước có trong hỗn hợp khí luôn tạo thành hydrat với các cấu tử trong thành phần hỗn hợp khí. Các hydrat này có cấu trúc tinh thể và bản chất là các dung dịch rắn còn dung môi là các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hydro.Các phân tử hydrocacbon nhẹ (metan, etan, propan, butan) thâm nhập vào mạng lưới này tạo thành mạng hydrat bền vững. Về cấu trúc tinh thể hydrat có hai loại ô mạng cơ sở như mô tả hình.1.
Các chấm tròn chỉ các phân tử nước, các đoạnthẳng chỉ liên kết hydro.Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen đã cho thấy cấu trúc tinh thể hydrat có dạng 12 mặt mỗi mặt là 5 cạnh. Cấu trúc này có thể biến thành các dạng 14 mặt và 16 mặt
Dạng cấu trúc I (14 hedro) có hằng số mạng là 12 Ao,chứa 46 phân tử nước sắp xếp thành hình 8 lỗ trống , trong đó có 2 lỗ trống ở dạng 12 mặt, 6 lỗ trống còn lại có dạng 14 mặt. Các phân tử metan có thể chui vào bất kỳ lỗ trống nào, trong khi các phân tử etan chỉ có thể chui vào các lỗ trống lớn. Nhưng cũng có một vài ô mạng không bị các phân tử hydrocacbon chui vào chiếm chỗ, do các phân tử này có định hướng không phù hợp. Các hydrocacbon có cấu trúc phân tử cồng kềnh hơn như propan và butan không thể chui vào các lỗ trống thuộc loại cấu trúc I này
Dạng ô mạng tinh thể thứ hai, cấu trúc II, 16 mặt, có hằng số mạng là 17Ao.Ô mạng cơ sở chửa 136 phân tử nước. Với cấu trúc 16 lỗ trống nhỏ dạng 12 mặt và 8 lỗ trống lớn dạng 12 mặt (có 4 mặt 6 cạnh và 12 mặt 5 cạnh). Dạng cấu trúc II này có thể bẫy được các phân tử lớn như propan, n-butan, izo-butan
Ngoài yếu tố kích thước phân tử, yếu tố thứ hai có ảnh hưởng đến sự hình thành hydrat là tính hòa tan trong nước của các hydrocacbon. Sự có mặt của các tạp chất như: H2S, CO2, N2 có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành hydrat.
Xét sự hình thành hydrat của CH4, C3H8 và H2S, ở một nhiệt độ đã cho, hydrat metan tinh thể được hình thành ở áp suất lớn hơn so với hydrat propan mặc dù độ hòa tan trong nước của metan lớn hơn propan, nhưng có các phân tử metan có độ linh động lớn hơn, chuyển động tự do, vì vậy khí bị bẫy bởi các ô mạng hydrat. Tương tự như vậy, các phân tử H2S có độ tan trong nước kém hơn metan nhưng tạo thành một loại cấu trúc hydrat dễ dàng hơn
Sự tạo thành hydrat còn phụ thuộc các dạng năng lượng như : lực hút, lực đẩy, lực quay, lực liên kết ở trạng thái cân bằng. Khi một tinh thể hydrat được hình thành thì cấu trúc liên kết hydro sẽ không bị phá vỡ cho đến khi mất cân bằng lực liên kết hydro bị giảm đi và liên kết bị bẻ gẫy
Người ta xác định được một số hydrat điển hình : CH4.5,9H2O; C2H6.8,2H2O; H2S.6,1H2O; CO2.6H2O; N2.6H2O; C3H8.17H2O; izo-C4H10.17H2O.
n-butan có thể tạo thành hydrat nhưng không bền, dễ bị phân hủy. Tất cả các parafin lớn hơn butan không tạo thành hydrat.
Hỗn hợp khí tự nhiên dễ tạo thành hydrat hơn các cấu tử tinh khiết vì có khả năng bị bẫy trong cả ba dạng lỗ trống kể trên, do đó mạng lưới tinh thể hydrat ổn định hơn. Như vậy, hỗn hợp các phân tử có kích thước khác nhau thuận lợi cho sự hình thành hydrat
Các tinh thể hydrat riêng biệt tạo thành trong nước ở trạng thái lỏng. Chỉ trong điều kiện pha lỏng mới có đủ nồng độ và mức năng lượng cần thiết để tạo thành liên kết hydro. Những tinh thể hydrat này rất nhỏ, nhưng chúng có phát triển lên thành những tinh thể lớn hơn.
V.2. Cân bằng quá trình tạo hydrat.
Trên hình.2 là các đường cong đặc trưng cho quá trình tạo hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên, cho biết điều kiện hình thành hydrat: miền phía dưới và miền bên phải các đường này không tạo thành hydrat. Ở giá trị nhiệt độ đó được gọi là cực đại của quá trình tạo hydrat của cấu tử đó
Hình.3 mô tả các đặc tính của hệ propan-nước
Ở to < OoC ( 32OF) tồn tại cả hai dạng nước đá và hydrat ở phía trên đường cong cân bằng, còn ở phía dưới chỉ có nước đá và hơi
Ở to > OoC (32oF) hydrat ở pha rắn chỉ có bên trái đường cân bằng tạo hydrat. Nhiệt độ tại ranh giới giữa hai miền là nhiệt độ cực đại tạo hydrat của cấu tử tinh khiết (trong trường hợp này là propan ).
Hình:3 Điều kiện tạo hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên
Hình 4: Điều kiện tạo hydrat của propan
V.3. Các phương pháp ngăn ngừa tạo thành hydrat.
Nhằm ngăn ngừa sự hình thành các hydrat người ta sử dụng rộng rãi phương pháp ức chế tức là phương pháp đưa vào dòng khí các chất khác nhau (gọi là các chất ức chế) làm hạ nhiệt độ tạo thành hydrat như metanol, glucol, và phương pháp sấy khô (tách nước) khí dựa trên cơ sở tách...
+ Độ ẩm tuyệt đối: Là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích hay một đơn vị khối khí (được biểu diễn bằng g/m3 khí hay g/kg khí)
+ Độ ẩm tương đối: Là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong khí và lượng hơi nước tối đa có thể có trong khí ở điều kiện bão hòa (biểu diễn theo phần trăm hay phần đơn vị). Nếu giảm nhiệt độ bão hòa hơi nước còn áp suất thay đổi, thì một phần hơi nước ngưng tụ, nhiệt độ tại đó hơi nước có trong khí bắt đầu ngưng tụ được gọi là điểm sương của khí ẩm tại áp suất đã cho.
Hàm ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ của hệ và thành phần hỗn hợp khí. Có nhiều phương pháp xác định hàm ẩm của khí, trong đó các phương pháp sau phổ biến:
+ Sử dụng áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi
+ Sử dụng các đường cong thực nghiệm phụ thuộc của hàm ẩm vào nhiệt độ và áp suất
+ Hiệu chỉnh các đường cong trên khi có mặt của: H2S, CO2, N2
+ Sử dụng phương trình trạng thái P-V-T
IV.3. Các thông số cơ bản của khí ẩm
1. Độ ẩm tuyệt đối của khí ẩm
Độ ẩm tuyệt đối của khí ẩm là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí ẩm, về trị số thì bằng khối lượng riêng của hơi nước ở trong hỗn hợp khí ẩm ký hiệu là φh, thứ nguyên là kg/m3
2. Độ ẩm tương đối của khí ẩm
Độ ẩm tương đối của khí ẩm hay còn gọi là mức độ bão hòa hơi nước là tỷ số của lượng hơi nước chứa trong 1m3 khí, với lượng hơi nước chứa trong 1m3 khí ẩm đó đã bão hòa hơi nước ở cùng nhiệt độ và áp suất, ký hiệu là φ, đơn vị là %
φ =
Gần đúng ta coi hỗn hợp không khí tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = RT hay φ = =
Do đó φh = và φbh =
Vì Rh = Rbh nên φ = : =
φh : Khối lượng riêng của hơi nước trong 1m3 khí ẩm; kg/m3
φbh: Khối lượng riêng của hơi nước trong 1m3 khí ẩm đã bão hòa hơi nước; kg/m3
3. Hàm ẩm của khí ẩm
Hàm ẩm của khí ẩm là lượng hơi nước chứa trong 1kg khí khô (kk), ký hiệu là x; kg/kgkk( kg ẩm/kg khí khô )
x =
Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
x =:=
Pkk: Áp suất riêng phần của khí khô
Rkk: Hằng số khí lý tưởng của khí khô
= 0,622
Theo định luật Đantong, ta có: Pkk= P - Ph (P: Áp suất chung của hỗn hợp khí) mà φ = hay Ph = φPbh
Thay các giá trị Ph, Pkk vào biểu thức x, ta có:
x = = 0,622 ( kg/kgkk )
4. Nhiệt lượng riêng của khí ẩm
Nhiệt lượng của khí ẩm chính là tổng nhiệt lượng của khí khô và của hơi nước trong hỗn hợp :
I = Ckkt + xih Ј/kgkk
Ở đây : + I: là nhiệt lượng riêng của khí ẩm trong đó chứa 1 kg khí khô
+ Ckk: nhiệt dung riêng của khí khô; Ј/kg.độ
+ t: nhiệt độ của khí; oC
+ ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t ; Ј/kg
ih được xác định theo công thức thực nghiệm:
ih = ro + ChI = (2493 +1,97.t)103 Ј/kg
Ở đây : ro = 2493.103 : nhiệt lượ riêng của hơi nước ở 0oC
Ch = 1,97.103 Ј/kg oC là nhiệt lượng riêng của khí khô
Ckk = 1000 Ј/kg oC là nhiệt dung riêng của khí khô
Thay tất cả giá trị này vào biểu thức : I = Ckkt + x.ih ta có
I = 1000t + (2493 + 1,97.t).103.x ; Ј/kgkk
Hay I = (1000 + 1,97.103.x).t + 2493.103.x
Trong biểu thức trên có : (1000 + 1,97.103.x) = Ckk + Ch.x là nhiệt dung riêng của khí ẩm khi hàm ẩm là : x
5. Điểm sương
Giả sử có hỗn hợp khí ẩm chưa bão hòa hơi nước, làm lạnh hỗn hợp này trong điều kiện x = const thì nhiệt độ của khối khí giảm dần, độ ẩm tương đối của khí tăng dần đến trạng thái bão hòa hơi nước (φ = 100%). Kể từ đó nếu tiếp tục giảm nhiệt độ của khí thì trong hỗn hợp khí bắt đầu xuất hiện những giọt sương mù do hơi nước trong hỗn hợp khí ngưng tụ lại khi đó hàm ẩm của hỗn hợp khí bắt đầu giảm. Nhiệt độ của hỗn hợp khí tương ứng với trạng thái bão hòa hơi nước gọi là nhiệt độ điểm sương, ký hiệu là ts. Vậy điểm sương là giới hạn của quá trình làm lạnh khí trong điều kiện hàm ẩm x = const.
Theo phương trình x = 0,622 rút ra được: Pbh =
Biết được giá trị áp suất bão hòa Pbh (tương ứng với áp suất ở trạng thái điểm sương) ta tra bảng “ áp suất hơi bão hòa phụ thuộc nhiệt độ “ sẽ tìm được nhiệt độ của nước, nhiệt độ này chính là nhiệt độ điểm sương.
6.Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ẩm
Khối lượng riêng của hỗn hợp khí ẩm bằng tổng khối lượng riêng của khí khô và khối lượng riêng của hơi nước ở cùng nhiệt độ
φ = φkhí + φh kg/m3
φ = φo(1 - ) ;
Ở đây :
φkk và φh là khối lượng riêng của khí khô và của hơi nước ; kg/m3
φo: khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn ; kg/m3
p : áp suất chung của hỗn hợp khí ẩm
To,T : nhiệt độ của khí ở điều kiện tiêu chuẩn và điều kiên làm việc .
V. SỰ TẠO THÀNH HYDRAT
V.1.Cấu trúc tinh thể hydrat.
Hình.2: ô mạng cơ sở của tinh thể hydrat
Nước có trong hỗn hợp khí luôn tạo thành hydrat với các cấu tử trong thành phần hỗn hợp khí. Các hydrat này có cấu trúc tinh thể và bản chất là các dung dịch rắn còn dung môi là các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hydro.Các phân tử hydrocacbon nhẹ (metan, etan, propan, butan) thâm nhập vào mạng lưới này tạo thành mạng hydrat bền vững. Về cấu trúc tinh thể hydrat có hai loại ô mạng cơ sở như mô tả hình.1.
Các chấm tròn chỉ các phân tử nước, các đoạnthẳng chỉ liên kết hydro.Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen đã cho thấy cấu trúc tinh thể hydrat có dạng 12 mặt mỗi mặt là 5 cạnh. Cấu trúc này có thể biến thành các dạng 14 mặt và 16 mặt
Dạng cấu trúc I (14 hedro) có hằng số mạng là 12 Ao,chứa 46 phân tử nước sắp xếp thành hình 8 lỗ trống , trong đó có 2 lỗ trống ở dạng 12 mặt, 6 lỗ trống còn lại có dạng 14 mặt. Các phân tử metan có thể chui vào bất kỳ lỗ trống nào, trong khi các phân tử etan chỉ có thể chui vào các lỗ trống lớn. Nhưng cũng có một vài ô mạng không bị các phân tử hydrocacbon chui vào chiếm chỗ, do các phân tử này có định hướng không phù hợp. Các hydrocacbon có cấu trúc phân tử cồng kềnh hơn như propan và butan không thể chui vào các lỗ trống thuộc loại cấu trúc I này
Dạng ô mạng tinh thể thứ hai, cấu trúc II, 16 mặt, có hằng số mạng là 17Ao.Ô mạng cơ sở chửa 136 phân tử nước. Với cấu trúc 16 lỗ trống nhỏ dạng 12 mặt và 8 lỗ trống lớn dạng 12 mặt (có 4 mặt 6 cạnh và 12 mặt 5 cạnh). Dạng cấu trúc II này có thể bẫy được các phân tử lớn như propan, n-butan, izo-butan
Ngoài yếu tố kích thước phân tử, yếu tố thứ hai có ảnh hưởng đến sự hình thành hydrat là tính hòa tan trong nước của các hydrocacbon. Sự có mặt của các tạp chất như: H2S, CO2, N2 có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành hydrat.
Xét sự hình thành hydrat của CH4, C3H8 và H2S, ở một nhiệt độ đã cho, hydrat metan tinh thể được hình thành ở áp suất lớn hơn so với hydrat propan mặc dù độ hòa tan trong nước của metan lớn hơn propan, nhưng có các phân tử metan có độ linh động lớn hơn, chuyển động tự do, vì vậy khí bị bẫy bởi các ô mạng hydrat. Tương tự như vậy, các phân tử H2S có độ tan trong nước kém hơn metan nhưng tạo thành một loại cấu trúc hydrat dễ dàng hơn
Sự tạo thành hydrat còn phụ thuộc các dạng năng lượng như : lực hút, lực đẩy, lực quay, lực liên kết ở trạng thái cân bằng. Khi một tinh thể hydrat được hình thành thì cấu trúc liên kết hydro sẽ không bị phá vỡ cho đến khi mất cân bằng lực liên kết hydro bị giảm đi và liên kết bị bẻ gẫy
Người ta xác định được một số hydrat điển hình : CH4.5,9H2O; C2H6.8,2H2O; H2S.6,1H2O; CO2.6H2O; N2.6H2O; C3H8.17H2O; izo-C4H10.17H2O.
n-butan có thể tạo thành hydrat nhưng không bền, dễ bị phân hủy. Tất cả các parafin lớn hơn butan không tạo thành hydrat.
Hỗn hợp khí tự nhiên dễ tạo thành hydrat hơn các cấu tử tinh khiết vì có khả năng bị bẫy trong cả ba dạng lỗ trống kể trên, do đó mạng lưới tinh thể hydrat ổn định hơn. Như vậy, hỗn hợp các phân tử có kích thước khác nhau thuận lợi cho sự hình thành hydrat
Các tinh thể hydrat riêng biệt tạo thành trong nước ở trạng thái lỏng. Chỉ trong điều kiện pha lỏng mới có đủ nồng độ và mức năng lượng cần thiết để tạo thành liên kết hydro. Những tinh thể hydrat này rất nhỏ, nhưng chúng có phát triển lên thành những tinh thể lớn hơn.
V.2. Cân bằng quá trình tạo hydrat.
Trên hình.2 là các đường cong đặc trưng cho quá trình tạo hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên, cho biết điều kiện hình thành hydrat: miền phía dưới và miền bên phải các đường này không tạo thành hydrat. Ở giá trị nhiệt độ đó được gọi là cực đại của quá trình tạo hydrat của cấu tử đó
Hình.3 mô tả các đặc tính của hệ propan-nước
Ở to < OoC ( 32OF) tồn tại cả hai dạng nước đá và hydrat ở phía trên đường cong cân bằng, còn ở phía dưới chỉ có nước đá và hơi
Ở to > OoC (32oF) hydrat ở pha rắn chỉ có bên trái đường cân bằng tạo hydrat. Nhiệt độ tại ranh giới giữa hai miền là nhiệt độ cực đại tạo hydrat của cấu tử tinh khiết (trong trường hợp này là propan ).
Hình:3 Điều kiện tạo hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên
Hình 4: Điều kiện tạo hydrat của propan
V.3. Các phương pháp ngăn ngừa tạo thành hydrat.
Nhằm ngăn ngừa sự hình thành các hydrat người ta sử dụng rộng rãi phương pháp ức chế tức là phương pháp đưa vào dòng khí các chất khác nhau (gọi là các chất ức chế) làm hạ nhiệt độ tạo thành hydrat như metanol, glucol, và phương pháp sấy khô (tách nước) khí dựa trên cơ sở tách...