ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамические оснйвы получения холода из "Основные процессы и аппараты Изд10" К числу процессов, осуществляемых при искусственном охлаждении, относятся некоторые процессы абсорбции, процессы кристаллизации, разделения газов, сублимационной сушки и др. Искусственное охлаждение также широко применяется в различных других областях народного хозяйства, например для хранения пищевых продуктов, замораживания грунтов, кондиционирования воздуха и т. д. Большое значение приобретают холодильные процессы в металлургии, электротехнике, электронике, ядерной, ракетной, вакуумной и других отраслях техники. [c.646] В связи с совершенствованием процесса получения холода и резкого снижения его стоимости за последнее время сфера использования холода значительно расширилась. Современные химические комбинаты потребляют большие количества холода, достигающие приблизительно 20— 63 Гдж ч (5—15 Гкал ч). [c.646] Искусственное охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Такой перенос, согласно второму закону термодинамики, требует затраты энергии. Поэтому введение энергии в систему является необходимым условием-получения холода. [c.646] Способы производства искусственного холода в значительной степени определяются требуемой температурой охлаждения и масштабом установки. [c.646] Условно различают 1) умеренное охлаждение (диапазон температур от комнатных до —100 °С) и 2) глубокое охлаждение (до температур ниже —100 °С). [c.646] В свою очередь, получение температур ниже —100 °С условно классифицируется следующим образом а) техника глубокого охлаждения (от —100 до —218 °С) б) криогенная техника (от 40 до 0,3 °К) в) техника ультранизких температур (до 0,00002 °К). Способы получения температур выше 2 °К нашли техническое применение. Получение более низких температур относится к сфере лабораторной техники. [c.646] Использование температур, соответствующих глубокому охлаждению, позволяет разделять газовые смеси путем их частичного или полного сжижения и получать многие технически важные газы, например азот, кислород и другие газы (при разделении воздуха), водород из коксового газа, этилен из газов крекинга нефти и т. д. Эти газы широко используются в различных отраслях промышленности. Так, современная холодильная техника обеспечивает значительную интенсификацию доменных процессов черной металлургии путем широкого внедрения в них кислорода. Весьма перспективно применение дешевого кислорода для интенсификации многих химико-технологических процессов (производство минеральных кислот и др.). [c.646] Основные положения. Как известно из термодинамики, перенос тепла с низшего температурного уровня на высший сопровождается уменьшением энтропии S и поэтому не может происходить самопроизвольно. Для того чтобы осуш,ествить такой процесс, его необходимо сочетать с другим процессом, идущим с возрастанием энтропии (т. е. с затратой энергии) и к о м -пенсирующим ее убыль в процессе отнятия т епла от среды с более низкой температурой. [c.647] В холодильных установках перенос тепла от среды с более низкой температурой к среде с более высокой температурой осуществляется с помощью рабочего тела, называемого холодильным агентом, или хладоагентом. [c.647] Получение холода происходит по круговому процессу, или циклу, в котором процесс отнятия тепла от охлаждаемой среды сопровождается компенсирующим процессом—подводом энергии (например, при сжатии паров хладоагента в компрессоре). [c.647] Такой цикл осуществим - лишь при условии постоянства энтропии системы. Поэтому если при испарении хладоагента энтропия охлаждаемой среды уменьшается на QJTo, то на такое же значение должна возрасти энтропия более нагретой среды (воды), которой передается тепло Q , отнятое от охлаждаемой среды, и тепло, эквивалентное работе Lr, затраченной на сжатие хладоагента. В результате возрастание энтропии более нагретой среды составляет (Qo + LJ/T. [c.647] Холодильный коэффициент показывает, какое количество тепла воспринимается холодильным агентом от охлаждаемой среды на одну единицу затраченной работы. [c.648] Холодильный коэффициент, характеризующий степень использования механической работы на получение искусственного холода, как видно йз выражения (ХУП,4), не зависит от свойств холодильного агента или схемы действия холодильной установки, а является только функцией температур То и Т. При этом степень использования механической работы будет тем выше, чем меньше разность между температурами холодильного агента при отдаче Т и восприятии Тд тепла. [c.648] Холодильный коэффициент нельзя рассматривать как к. п. д. холодильной машины. Коэффициент полезного действия характеризует долю тепла, которое может быть превращено в работу, и поэтому заведомо меньшей единицы. В данном случае затрачиваемая работа не превращается в тепло, а служит лишь средством, обеспечивающим перенос ( подъем ) данного количества тепла с низшего тел пературного уровня на высший. Поэтому Qo обычно больше , а е — больше единицы. [c.648] Идеальный цикл сжижения газа. Определим, пользуясь Т—5-диа-граммой (рис. XVI1-2), минимальную затрату работы при идеальном обратимом процессе сжижения газа. Начальное состояние газа характеризуется точкой / Тх, Ч), а его состояние после сжижения — точкой 3. Идеальный процесс осуществляется путем изотермического сжатия газа (линия 1—2) и его адиабатического, или изоэнтропического, расширения (линия 2—3). [c.649] Из этих данных видно, что работа сжижения газов по идеальному циклу меньше работы, которую нужно затратить при сжижении газов по циклу Карно. Практически, однако, идеальный процесс сжижения газа с указанной выше минимальной затратой работы осуществить невозможно, так как при этом потребовалось бы, как показывают расчеты, сжимать газ до давлений приблизительно 49 10 н/ж (500 000 ат). [c.649] В процессах искусственного охлаждения снижение температуры холодильного агента, играющего роль переносчика тепла, производится с помощью 1) испарения низкокипящих жидкостей и 2) расширения различных предварительно сжатых газов. [c.650] Испарение низкокипящих жидкостей. Для производства холода широко используется испарение различных жидкостей,. обладающих низкими, обычно отрицательными, температурами кипения. При испарении такие жидкости охлаждаются за счет уменьшения энтальпии до температуры кипения при давлении испарения. Так, например, если жидкий аммиак испаряется при давлении 1 ат, то его температура снижается до—34 С — температуры кипения аммиака при данном давлении. При этом аммиак можно применять для охлаждения разных сред до температур, равных приблизительно —30 °С. В случае испарения аммиака при повышенных давлениях его температура кипения повышается и он может быть использован для охлаждения до менее низких температур. [c.650] Дросселирование газов. При дросселировании работа, совершаемая газом, затрачивается на преодоление трения в отверстии дросселирующего устройства и переходит в тепло, в результате чего процесс расширения происходит без изменения энтальпии (изоэнтальпически). [c.650] В случае идеального газа при постоянстве энтальпии сохраняется постоянной и температура газа. Дросселирование же реальных газов сопровождается, несмотря на постоянство энтальпии, изменением температуры газа. [c.650] Вернуться к основной статье