ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Идеальные процессы ожижения газов из "Производство кислорода Издание 2" Явления, происходящие при переходе любого реального газа, в. частности воздуха, в жидкое состояние, наиболее наглядно могут быть представлены в виде диаграмм состояния. [c.15] На рис. 1 схематически изображена диаграмма состояния реального газа в координатах 5—Т (энтропия—температура) . [c.15] Продолжая отвод тепла от жидкости при том же давлении, полу- чим жидкость, охлажденную ниже температуры кипения (процесс 5—6 ). [c.16] При давлении, превышающем критическое, процесс перехода газа в жидкость также происходит при Гкр. Например, в процессе сжатия газа от начальной точки 3 при давлении ркр переход его в жидкость произойдет в точке 9 без постепенной конденсации. При этом не наблю-. дается резкого скачка в плотности между жидкостью и газом. [c.16] Таким образом, если ожижать газ с предварительным сжатием, то часть тепла отводится от газа в процессе сжатия при температуре окру, жающей среды Го. Чем выше давление предварительного сжатия, тем больше доля отводимого тепла. Можно представить и такой процесс ожижения, при котором все тепло отводится только в процессе сжатия. Для этого нужно сжать газ до такого давления рю на рис. 1), чтобы после сжатия можно было охладить газ и перевести его в жидкость без отвода тепла (адиабатно). Так как обратимая адиабата (из-энтропа) на s—Г диаграмме изображается вертикальной линией, то точка 10 должна быть расположена на пересечении изэнтропы, проходящей через конечную точку процесса 6 и изотермы Го. При адиабатном (изэнтропном) расширении от давления рю до давления ро, когда внешняя работа газа совершается за счет его внутренней энергии до температуры Т = 1, в результате получается жидкость, состояние которой отвечает точке 6. [c.17] В технике для ожижения газов применяют холодильные устройства в сочетании с предварительным сжатием. В качестве хладоагента обычно используется часть ожижаемого газа, циркулирующая в аппарате. В некоторых случаях используют вспомогательные холодильные установки с аммиаком, фреоном, метаном и другими хладоагентами. [c.17] При осуществлении процессов сжатия, расширения и теплообмена без потерь (обратимо) суммарная работа во всех трех случаях должна быть одинаковой, так как начальные и конечные параметры процесса совпадают. Эта работа является теоретически минимальной, необходимой для ожижения. [c.17] Знать величину минимальной работы ожижения необходимо для того, чтобы оценивать реальные технические процессы. [c.17] Все процессы в промышленных воздухоразделительных установках за очень небольшим исключением являются непрерывными и стационарными. [c.17] Неизменность показателей процесса расчет установок и управление ими. [c.18] При расчетах, связанных с непрерывными стационарными процессами, в частности, применительно к воздухоразделительным установкам, важное значение имеют две термодинамические функции — энтальпия [i u+pv) и эксергия (e = i-—Tos) потока рабочего тела. [c.18] Энтальпия 20] представляет собой энергию единицы массы вещества в непрерывном потоке, кдж/кг или кдж/кмоль ккал/кг или ккал/моль). Энтальпия характеризуется рядом свойств, которые делают ее незаменимой при многих энергетических расчетах. [c.18] Равенства (1-1) и (1-2) справедливы как для обратимых, так и для необратимых процессов. [c.18] Эксергия потока е [17, 24] представляет собой максимальную работу, которую может произвести единица массы вещества при переходе от любого состояния к состоянию равновесия с окружающей средой (или, что же самое, минимальную работу необходимую для того, чтобы перевести тело из состояния равновесия с окружающей средой в любое заданное состояние). [c.18] Таким образом, в отличие от изменения энтальпии I изменение эксергии е является характеристикой любого процесса, но только в том случае, если его проводят обратимо (т. е. с затратой минимальной работы или с получением максимальной работы). [c.18] Для всех расчетов, связанных как с энтальпией (, так и с эксергией потока е, наиболее удобно использовать диаграммы состояния I—е [24, 25]. [c.18] В дальнейшем для проведения необходимых расчетов, связанных с ожижением аоздуха, будем рассматривать диаграммы з—Т и /—е. Рассмотрим несколько примеров расчетов минимальной работы. [c.19] Пример I. Определить минимальную работу сжатия атмосферного воздуха до давления 112,5 Мн/м (1125 ат) при температуре окружающей -среды Го=293°К- Эксергия воздуха до сжатия (точка 1 совпадает с точкой 0) б1=0 (рис. 2). Точка 2, соответствующая состоянию воздуха после сжатия, находится на пересечении изобары рг= = 12,5 Мн м (125 ат) и изотермы Го=293°К. [c.19] Процесс сжатия изображается на 1—е диаграмме кривой 1-2. [c.19] Точка начала процесса совпадает с точкой 2 предыдущего примера. Точка 3 находится на пересечении изобары /)=12,5 Мн/м (125 ат) и изотермы Гз=170°К вз— =471 кдж/кг ккал/кг). [c.19] Вернуться к основной статье