ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение бинарных (двухкомпонентных) смесей из "Энергетика и экономика комплексного разделения воздуха" Всякий раствор, в том числе и газовая смесь, может быть разделен на входящие в него составные части при затрате определенного количества работы. Чем совершеннее процесс разделения, чем ниже в нем потери, тем меньше необходимая работа. Однако для каждой смеси сушествует предел, дальше которого затрату работы в данных условиях нельзя уменьшить. [c.11] Такой предельный случай соответствует обратимому процессу разделения, в котором потери работы полностью отсутствуют. Работа, необходимая для обратимого разделения смеси, называется минимальной работой. Минимальная работа любого процесса, происходяшего в условиях взаимодействия системы с окружающей средой постоянных параметров ро и То, определяется разностью значений для двух состояний системы специальной термодинамической функции — эксергии (работоспособности), обозначаемой буквой Е (е — удельная эксергия). [c.11] Таким образом, минимальная работа разделения Ь равна приращению эксергии (работоспособности) АЕобр продуктов разделения по сравнению с исходной смесью. При обратном процессе — смешении компонентов смеси — уменьшение эксергии равно по абсолютной величине этому приращению. Если смешение проводить обратимо, так же как и разделение, то может быть получена работа, равная Ь = АЕдбр, если смешение проводить необратимо, то эксергия будет потеряна. [c.12] При смешении газов, в частности компонентов воздуха, в условиях, когда свойства их близки к идеальным, тепло смешения может быть принято равным нулю [5]. [c.12] Величина Дхо определится изменением энтропии в обратимых процессах изотермического расширения (при Го) чистых компонентов смеси от данного давления ро до парциальных их давлений в смеси р1, р2, Рз, рг и т. д. Естественно, что в идеальном случае работа изотермического расширения при изменении давления от ро до Рг равна изотермической работе сжатия компонента от р, до Ро. [c.12] В технике разделения воздуха затраты работы или электрической энергии на разделение обычно измеряют в квт-ч на 1 газа. [c.13] Пользуясь формулой (5), найдем величину Ь применительно к воздуху по данным табл. 1. Смесь элементов 7—11 будем рассматривать как один газ, поскольку необходимости в их разделении нет. Общая доля этих элементов в смеси составляет 7,72 10-6. [c.13] Элемент 12 (двуокись углерода) обычно, так же как и влага, удаляется из воздуха до процесса разделения поэтому при расчете его можно не учитывать. [c.13] Следовательно, если инертные газы не извлекать, а оставить в виде примесей. в кислороде и азоте, то в формуле (5 ) останутся только два первых члена, величины которых изменятся незначительно. [c.14] Работа Ь отличается от L на сравнительно небольшую величину. [c.14] Таким образом, при извлечении из воздуха вместе с кислородом и азотом инертных газов (аргона, криптона, ксенона и неона) минимальная работа разделения увеличивается примерно на 10%. [c.14] Относительно малая затрата работы на извлечение инертных газов, как видно из расчета, связана только с величиной N1. Изотермическая работа сжатия, отнесенная к 1 компонента, напротив, для инертных газов намного больше, чем для кислорода и азота. Величина этой работы тем значительнее, чем меньше содержание данного элемента в воздухе. [c.14] На основе второго вывода, пользуясь величиной изотермической работы сжатия каждого компонента от парциального давления в смеси до Ро, можно получить однозначный критерий для оценки затраты работы, необходимой для его выделения. [c.14] Закономерности, связанные с определением минимальной работы разделения бинарных смесей, целесообразно представлять в виде диаграммы в координатах концентрация ( ) эксергия (е) [8]. [c.15] Схема такой диаграммы для воздуха, рассматриваемого как смесь двух компонентов — азота и кислорода, показана на рис. I. [c.15] По оси абсцисс отложено содержание азота в смеси. [c.15] По оси ординат отложена эксергия е. Расстояние по вертикали между двумя любыми точками диаграммы, отражающими соответствующие состояния смеси, равно минимальной работе перехода из одного состояния в другое. При переходе из точек с большей эксергией в точки с меньшей работа может быть получена для перехода на вышележащие точки работа должна быть затрачена. [c.15] Начало отсчета величин е в данном случае совпадает с началом координат, где е = 0. Это объясняется тем, что воздух при I = 0,79, температуре То и давлении ро (точка О) сам является окружающей средой работа, необходимая для его получения и определяющая эксергию е, равна нулю. [c.15] Для других смесей и отдельных компонентов воздуха эксергия при ро и То будет отличаться от О, так как их получение или извлечение требует затраты определенной работы. Эта работа зависит не только от состава смеси или вида компонента, но и связана с их температурой и давлением. Поэтому для оценки эксергии различных компонентов и их смесей любого состава в сопоставимых условиях введено понятие нулевой эксергии. Нулевой эксергией данного вещества или смеси называется их эксергия при температуре и давлении окружающей среды (ро и Го)- Следовательно, величина нулевой эксергии во отражает в чистом виде минимальную работу получения данного компонента или сме- си, связанную с их выделением, для условий, когда давление и температура разделяемой смеси и продуктов разделения одинаковы (ро и Го). [c.15] Гйи чистого кислорода ( = 0), ордината точки й — нулевой эксергии чистого азота ( = 1). [c.16] Вернуться к основной статье