Минимальная работа разделения газа

Минимальная работа разделения газов определяется на основании первого начала термодинамики, которое устанавливает связь между приращением внутренней энергии (Ш и количествами работы йА и теплоты йд, т. е. [c.113]

Рассмотрим идеальный процесс разделения исходной смеси на фракции. На рис. 7.2 показана схема идеального устройства для разделения смеси на фракции, включающие соответственно А/ компонентов (А,-ей). В отличие от схемы полного разделения, полупроницаемые мембраны установлены на входе в приемные камеры и обеспечивают обратимое смешение компонентов фракции. Температура во всех элементах системы одинакова. Давления в камерах также одинаковы и равны давлению исходной смеси. Мембранные парциальные давления р, и Ра соответствуют условиям мембранного равновесия чистого вещества и смесей в соответствующих камерах, затраченная извне минимальная работа разделения п молей исходной смеси на фракции с числом молей п,- определится как сумма затраченных работ обратимого изотермического сжатия чистых газов от их мембранных парциальных давлений р,, соответствующих равновесию с исходной смесью, до аналогичных характеристик Ра, равновесных газовым фазам фракций. Для одного моля исходной смеси минимальная работа разделения на фракции определится суммой [c.233]

Минимальная работа разделения смеси идеальных газов равна [c.15]

Для определения в обще.м виде минимальной работы разделения рассмотрим многокомпонентную смесь, имеющую объем Уем. Ее состояние характеризуется термодинамическими параметрами рпи Том, 5см, см, 6см. Примем тзкже вначале, что смесь и ее компоненты—идеальные газы. Каждый нз компонентов находится под своим [c.229]

Итак, минимальную работу разделения идеальной газовой смеси. можно записать тремя формулами для идеальных газов [c.231]

Минимальная работа разделения газовых смесей. Воздух и другие газовые смеси разделяют на составные части разными методами. Промышленное значение для разделения воздуха на кислород, азот, аргон, криптон, ксенон, неон имеет метод низкотемпературной ректификации, основанный на различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей. Если процесс смешения газов протекает без воздействия на него внешних сил, то обратный процесс (разделения газовой смеси на отдельные компоненты) сам совершаться не может и требует затраты энергии. При смешении газов происходит увеличение энтропии (необратимый процесс). [c.40]

Минимальная работа разделения воздуха, равная сумме эксергий продуктов на выходе из установки, составляет примерно 272 кдж/кг (65 ккал/кг) кислорода. Минимальная работа ожижения, равная разности эксергий газа при нулевых параметрах и жидкости, составляет для кислорода 666 кдж/кг (159 ккал/кг) и для азота 806 кдж/кг (193 ккал/кг). Из сопоставления этих цифр видно, что затраты энергии [c.239]

Минимальная работа разделения при абсорбции не зависит от растворимости газа в масле, точно так же как минимальное возрастание энтропии при ректификации не зависит от скрытой теплоты испарения. Но здесь аналогия с ректификацией кончается. Сравнение с уравнением (21) показывает, что минимальная работа разделения при абсорбции в а/(а—1) раз больше работы, эквивалентной минимальному возрастанию энтропии при ректификации. Работа разделения при абсорбции в случае частично обратимого процесса всегда больше, чем при ректификации, которая является потенциально обратимым процессом. Для величин а, близких к 1, работа разделения при абсорбции обратно пропорциональна а — 1 и может быть во много раз больше, чем работа, эквивалентная возрастанию энтропии при ректификации, которая не зависит от а. [c.33]

Это уравнение показывает, что минимальная работа разделения газовой смеси равна сумме работ сжатия каждого газа от его парциального давления до давления смеси. [c.116]

Минимальная работа, которую нужно затратить при обратимом разделении газов, определена общим соотношением (1-29). Для идеальных газов и многих реальных смесей теплота смешения Д/ == О и тогда минимальная работа разделения L 3 выражается уравнением [c.45]

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]

Снижение расхода энергии на ректификацию. Смешение газов является необратимым процессом. Поэтому для осуществления обратного процесса разделения газовой смеси на чистые компоненты или фракции необходимо совершить работу. Минимальная работа разделения [10] [c.250]

Для получения чистых продуктов при параметрах исходной смеси необходимо повысить давление каждого проникшего потока от pi до Р в обратимом изотермическом компрессоре. Теплота процесса сжатия отводится в окружающую среду (в данном случае к исходной газовой смеси), а необходимая работа подводится извне. Очевидно, сумма работ, затраченных на изотермическое сжатие проникших потоков чистых газов от их мембранного парциального давления до исходного давления Р, определит минимальную работу полного разделения смеси. Используя термодинамическое тождество [c.231]

Минимальная работа полного разделения смеси идеальных газО В пропорциональна энтропии смешения [c.231]

Последнее уравнение трактует минимальную работу полного разделения как разность изобарно-изотермических потенциалов смеси и продуктов разделения. Эта величина отрицательна,что соответствует затратам работы извне. Уравнения (7.7) —(7.9) для практических расчетов целесообразно преобразовать, используя известные соотношения для изменения энтропии в изотермическом процессе и уравнения для химического потенциала (2.2) и (3.2). Тогда получим для смеси идеальных газов [c.232]

Разделение газа, каким бы методом оно не совершалось, требует минимально необходимой затраты механической работы, связанной с увеличением энтропии системы. Минимально необходимая работа разделения определяется формулой [c.45]

Определенная по этим формулам минимально необходимая работа разделения воздуха с получением чистого кислорода х = 1 и — 0) составляет всего 0,248 МДж на 1 м Оз, в то время как на лучших установках разделения воздуха методом глубокого охлаждения расход энергии составляет 1,8 МДж на 1 м 0 . К. и. д. разделения воздуха методом глубокого холода, таким образом, равен всего 14—20%. Таков же порядок к. и. д. разделения нефтезаводских газов с выделением водорода методом глубокого холода. Выполнение идеального цикла выделения водорода от сопутствующих газов требует технически трудно реализуемых режимных условий. Потери связаны с реальными возможностями технических устройств. [c.46]

Минимальная работа, необходимая для обратимого изотермического разделения 1 моль бинарного идеального раствора на чистые компоненты (считая пары идеальными газами и пренебрегая объемом жидкости), выражается уравнением [c.78]

Действительный расход энергии, затрачиваемой на разделение газа, гораздо выше, чем указанная минимальная работа, вследствие необратимости отдельных процессов и больших тепловых потерь. Дополнительная работа, обусловленная необратимостью процессов, составляет [c.27]

Вообще говоря, вся необходимая для разделения газа при низкой температуре работа подводится к газу, сжимаемому в компрессорах при температуре, которая несколько выше температуры окружающей среды То- Таким образом, тепло сжатия может быть отдано окружающей среде. Исходный газ, продукт и отбросные газы проходят по теплообменникам, в которых их температура изменяется от Го до Т. Основной функцией теплообменников является снижение теплосодержания при охлаждении от То до Г1. В случае отсутствия теплообменников для перекоса этого тепла с уровня Т на уровень Го потребовалась бы дополнительная работа (т. е. для поддержания теплового ба-ланса системы оказалась бы необходимой большая холодопроизводительность). Снижение температурного напора в теплообменниках приводит к пропорциональному уменьшению работы (так как уменьшаются потери на создание дополнительной холодопроизводительности), однако оно сопровождается увеличением объема ( т. е. первоначальной стоимости теплообменника) и гидравлического сопротивления теплообменника (т. е. расхода энергии на преодоление этого сопротивления). Поэтому должен существовать теплообменник оптимальной конструкции, обеспечивающий минимальную стоимость процесса теплообмена. Вопросы экономики теплообменника в принципе могут рассматриваться независимо от термодинамической необратимости других процессов в данной установке (например, независимо от процесса ректификации). [c.248]

ТЕОРЕТИЧЕСКИ МИНИМАЛЬНАЯ РАБОТА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА [c.208]

Анализируя уравнение (4-9), можно видеть, что минимальная работа, необходимая для разделения газовой смеси, равна сумме работ изотермического сжатия каждого газа от его парциального давления до давления смеси. [c.209]

Минимальная работа полного разделения смеси газов при данных условиях окружающей среды / о и Го равна сумме работ обратимого изотермического сжатия всех компонентов смеси от их парциального давления р1 до исходного давления смеси ро. Каждая из этих работ называется работой выделения данного компонента. Для г-того компонента минимальную работу выделения можно подсчитать по формуле для изотермического сжатия [c.46]

Минимальная работа для сжижения или разделения газов. Из первого и второго начал термодинамики ясно, что изменение состояния, связанное со сжижением газа или разделением газовой смеси, должно сопровождаться уменьшением энтропии. Так как энтропия изолированной системы самопроизвольно никогда не уменьшается, то для осуществления рассматриваемых процессов должна затрачиваться работа одновременно будет происходить переход тепла в окружающую среду. Таким образом, установившийся процесс сжижения или разделения (поскольку дело касается общих энергетических эффектов) можно представить простой схемой, приведенной на рис. 100. Вся аппаратура для проведения процесса (за единственным исключением, упоминаемым ниже) помещена внутри камеры, изображенной в виде прямоугольника (в данном случае детали не существенны). В камеру входят вал для передачи работы и две трубы (или больше) для подачи веществ в систему и вывода их из нее. Камера расположена в среде с постоянной температурой Т , и единственной связью между аппаратурой и окружающей средой является теплообменник. По первому закону [c.527]

Осуществление разделения раствора посредством перегонки или другого какого-либо процесса требует затраты определенного количества энергии в виде теплоты или работы. В подавляющем большинстве процессов перегонки используется теплота, а не работа, но имеется несколько случаев, именно — низкотемпературное разделение газов и процессы повторного сжатия пара, когда для осуществления перегонки требуется затрата работы. С экономической точки зрения всегда желательно пользоваться возможно меньшим количеством теплоты илн работы, и поэтому важно определить минимальное количество тепла или работы, которое должно быть затрачено для осуществления этого разделения. После того как эта величина будет найдена, ею можно будет пользоваться в качестве меры термодинамической эффективности любого действительного процесса. [c.667]

Выбор подвижной фазы. Выбор подвижной фазу не является столь решающим, как при работе с жидкостями. Большинство постоянных газов в значительной мере не растворяется в жидкостях, так что взаимодействие между двумя фазами минимально. Следовательно, разделение в основном-не зависит от природы газа-носителя. Это уменьшает число переменных, учитываемых при создании новых методов анализа. [c.15]

Выделить ацетилен из газовых смесей довольно трудно. Поэтому очень важно термодинамическое обоснование процесса разделения, позволяющее определить минимальную работу разделения газов. Величина минимальной работы разделения является основным критерием при разработке промышленных процессов разделения газовых смесей. Степень отклонения действительно затраченной работы от минимально необходимой показывает, насколько совершенен данный процесс разделения. Отношение действительно затраченного количества энергии N к теоретически минимальному расходу ]Ут1п носит название энергетического коэффициента разделения 1], который также характеризует совершенство процесса. [c.113]

Минимальная работа разделения газов зависит не от рода разделения газов, а от их количества и температуры разделения. При полном выделении ацетилена из газов термоокисли-тел ьного пиролиза метана она составит [c.117]

Минк.мальная работа сжижения газа ж, min — Ещ. Минимальная работа разделения идеальной газовой смеси на чистые компоненты [c.10]

Причиной того, что работа разделения при абсорбции больше, чем при обычной ректификации, является необратимая загрузка бедного масла вверху колонны. Это масло не нахс) дится в равновесии с газом — легким дестиллатом, и работа, которая могла бы быть произведена обратимым растворениен газа, теряется. Всегда, когда в систему добавляется дополнительный компонент, не находящийся в равновесии с разделяемой смесью, минимальная работа разделения неизбежно увеличивается. [c.33]

Как известно, при добавлении в систему дополнительного компонента, не находящегося в равновесии с разделяемой -смесью, минимальная работа разделения неизбежно увеличивается. В нашем случае расход энергии Для извлечения ацетилена из газов метанолом составляет 0,238 квт-ч[м С2Н2 [59]. Следовательно, энергетический коэффициент разделения составит [c.117]

Минимальная работа разделения газовых смесей. Минимальная работа, которую необходимо затратить при обратимом разделении газов, определена общим соотношением (2.32). Для идеальных смесей и для многих реальных смесей теплота смешения ДЛсм = 0 и тогда минимальная работа разделения [c.48]

Вследствие того, что по условию процесс перемешивания зазнородных газов проводится при Т, Р=сопз1, убыль энергии иббса при обратимом проведении процесса равна максималь-но-полезной работе и просто работе — в необратимых процессах. Следовательно, в прямом процессе преобладает доля самопроизвольного, в обратном процессе — разделение смеси газов на отдельные компоненты, который может проходить только при затрате работы и в таком количестве, которая должна компенсировать уменьшение энергии Гиббса в прямом процессе, преобладает доля несамопроизвольного процесса. В обратимом процессе затраченная работа будет минимальной. Фактически же процесс разделения газов проводят с конечной скоростью, поэтому на него затрачивается гораздо больше работы, чем в обратимом процессе. Однако затрачивая в необратимом процессе избыток энергии на разделение газов, значительно выигрывают время на их разделение. [c.127]

В статье, представленной Людвигом из фирмы Электро-оптикал системз , указывается, что системы топливных элементов с термической регенерацией, по крайней мере как сейчас представляется, не могут конкурировать с другими источниками энергии для космических кораблей. Даже наиболее оптимистически настроенный д-р Агрус из фирмы Дженерал моторе пришел к выводу, что топливный элемент по сравнению с аккумуляторами в настоящее время не обладает существенными преимуществами как устройство аккумулирования энергии для космических кораблей . Эта цитата, конечно, относится к батареям регенеративных топливных элементов. Тем не менее работа над определенными регенеративными системами продолжается. Например, для войск связи фирма Претт энд Уитни исследовала регенеративную часть водородно-кислородного элемента Бэкона мощностью 500 вт. Была предложена система, которая может работать в состоянии невесомости с минимальным расходом энергии на электролиз и разделение газов. Было найдено, что к. п. д. электролиза возрастает с температурой, а Егер как раз установил, что при повышенных температурах элемент обладает лучшей проводимостью. Для разделения газов искусственная сила тяжести создается в двух вихревых камерах, причем газ образует середину вихрей. Элемент весом 13,6 кг и общей мощностью 500 вт должен будет давать дополнительную мощность 100 вт на циркуляцию электролита в системе. Вес всей системы топливного элемента будет колебаться от 50 до 100 кг в зависимости от орбиты спутника. По этой причине такую систему имеет смысл использовать только на спутниках, выходящих на высокие орбиты (порядка 24 000 км). Она должна давать плотность тока 650 ма/см при температуре 240° С и давлении от 25 до 50 атм и иметь к. п.д. по энергии 70%. Работа продолжается при поддержке воздушных сил и войск связи. [c.417]

Для термодинамического усовершенствования ректификации большое значение имеет разработка модели такого рёктифика-ционного процесса, работа разделения которого равна термодинамически минимальной. Впервые такую модель предложил Хаузен °2 для разделения воздуха на чистые кислород и азот. В этой модели к каждой ступени разделения с помощью идеального теплового насоса подводится бесконечно малое количество тепла или холода. Рабочим телом насоса является инертный газ (азот), испаряющийся или конденсирующийся на каждой тарелке при соответствующих давлении и тeмпepaтype . [c.172]

Для глубокого охлаждения пирогаза в схемах его разделения методом низкотемпературной ректификации может быть применен разработанный автором и исследованный в лаборатории сжижения и разделения газов ИГ АН УССР однопоточный каскадный цикл [121, 122]. Обладая термодинамическими преимуществами обычного (многопоточного) каскадного цикла, он конструктивно оформляется как простой дроссельный регенеративный цикл. В качестве холодильного агента цикла служит многокомпонентная смесь предельных углеводородов (могут быть применены также и другие холодильные агенты, образующие идеальные растворы, например фреоны). Комбинированием состава углеводородов и давлений можно получить холод на любом температурном уровне в интервале до —160° С, а нри работе под вакуумом и ниже. Состав смеси и ее давление подбирают так, чтобы удовлетворять условиям теплообмена с минимальными разностями температур. Технологическое и конструктивное оформление одноноточного каскадного цикла таковы, что в нем производится дросселирование только жидкой фазы, что предопределяет высокое значение коэффициента термодинамической обратимости процесса. [c.223]

К примеру, для теплообменника, работающего между комнатной температурой и температурой 80° К, стоимость энергии на порядок выше по сравнению с теплообменником, работающим при тех же температурных напорах, но при температурах выше комнатной. Теплообменники, будучи основным оборудованием низкотемпературных установок для разделения газов, вследствие несовершенства тепловой изоляции являются главными источниками термодинамической необратимости процесса. Работа охлаждения уменьшается пропорционально уменьшению температурного напора на теплом конце аппарата, но при этом увеличивается работа на преодоление гидродинамического сопротивления аппарата, а также его габарит, а значит, и стоимость самого аппарата. Следовательно, очень важно уметь рассчитать оптимальную конструкцию аппарата, которая обеспечит минимальную величину основных эксплуатационных затрат, определяемых энергией, расходуемой на охлаждение, и энергией, расходуемой на преодоление сопротивления в аппарате. Дентон [35] провел экономический анализ работы теплообменников, предназначенных для установок разделения газа методом глубокого холода (например, в процессах получения дейтерия или кислорода и т. д.), и нашел соотношение между основными частями стоимости всех расходов. [c.131]