ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Законы термодинамики. Минимальная работа Потери эксергии из "Ректификация воздуха" При исследовании и проектировании воздухоразделительных установок широко используют методы термодинамики. Термодинамической системой называют рассматриваемую совокупность тел или объектов. Системы могут быть открытыми (обмен с окружающей средой энергией и веществом), закрытыми (обмен только энергией) и изолированными (нет обмена энергией и веществом). Термодинамическая система будет гомогенной, если в каждой ее точке постоянны все физические макроскопические свойства. В такой системе вещество находится в одной фазе. Гетерогенная система в отличие от гомогенной состоит из двух или более фаз. [c.6] Параметрами состояния или свойствами вещества называют макроскопические величины, характеризующие состояние системы при равновесии. Число параметров состояния или число степеней свободы п, которое может изменяться произвольно без нарушения характера системы, определяется из правила фаз Гиббса п= = К—Ф + 2, где К — число компонентов Ф — число фаз. Для однокомпонентной однофазной системы п=2. [c.6] На основании термических уравнений состояния, а также экспериментальных данных о других свойствах веществ, при использовании соотношений, выводимых из законов термодинамики, определяют внутреннюю энергию и, энтальпию /, энтропию 5 и другие параметры состояния. [c.7] Для расчета термодинамических параметров широко используют таблицы и диаграммы состояния. В криогенной технике наибольшее распространение получили диаграммы р—С, 8—Т, 5—I, Т—I (о расчетах на ЭВМ см. гл. VI). Свойства воздуха, кислорода, азота и аргона (уравнения, таблицы и диаграммы состояния) описаны в работах [11, 12, 55, 59]. [c.7] Трехкомпонентная двухфазная система кислород— аргон—азот рассмотрена в гл. П. [c.7] Величина 1=и+ри называется энтальпией. [c.8] Значения энтальпии на выходе из системы принимают со знаком плюс, а на входе — со знаком минус. Уравнение первого закона термодинамики в виде (5) широко используют при составлении энергетических балансов технических систем. [c.8] Подставив значение Q из уравнений (1) и (4) в выражение (6), получим объединенные математические выражения первого и второго законов термодинамики ТйЗ йи+сИ -, Тй8 с11+сИ. [c.8] Знак равенства относится к обратимым процессам, знак больше — к необратимым. [c.8] Потери от необратимости могут быть определены по уравнению Гюи — Стодолы [13, 21, 29, 59, 70] Я = = 7 oA5ft,Heo6p, где Го — температура окружающей среды А6 й,необр — возрастание энтропии рабочих тел и окружающей среды вследствие необратимости процессов. [c.9] При термодинамическом анализе широко используют понятие эксергии [8, 29, 70]. Под эксергией системы понимают максимальную работу системы при ее переходе из исходного состояния в состояние равновесия с окружающей средой или минимальную работу, необходимую для перевода системы в заданное состояние из состояния равновесия с окружающей средой. [c.9] Эксергия потока рабочего тела Е=1—/о—Го(5—So), где индекс О относится к состоянию, характеризующемуся температурой То и давлением ро окружающей среды. [c.9] Потери от необратимости называют потерями эксергии, а уравнение (7)—эксергетическим балансом. [c.9] Здесь и ниже при обозпачеь пи концентраций первые индексы относятся к продуктам разделения или исходной смеси, а вторые индексы — к компонентам, причем индекс 1 относится к кислороду, 2 — к аргону, 3 — к азоту (при одном индексе имеется в виду произвольное содержание компонента в смеси). [c.10] Данные о минимальной работе разделения воздуха приведены в табл. 2, при этом воздух рассматривается как бинарная смесь. [c.11] Минимальная работа разделения р, где Пр — выход продукта. [c.11] В случае, когда один из продуктов разделения не используется, а выбрасывается в атмосферу, минимальную работу можно рассматривать только как работу выделения других компонентов воздуха, равную их нулевой эксергии. Однако в реальной установке все продукты разделения, независимо от того, поступают ли они к потребителю или выбрасываются в атмосферу, выдаются под давлением не ниже 0,1 МПа. В установках нет элемента, который позволил бы получить полезный эффект от смешения отбросных продуктов с воздухом. По этим причинам в дальнейшем будем присоединять -эти потери к минимальной работе выделения и пользоваться величиной минимальной работы разделения. [c.11] Минимальную работу удобно определять также по диаграммам у—А5о [55] и у—Е [8, 9]. [c.12] Потери эксергии при отсутствии теплообмена с окружающей средой П = Т ЪА 8 где S j — энтропия потока вещества. [c.12] Расчеты с применением энтропии и эксергии приводят, естественно, к одинаковым результатам. Использование понятия эксергии позволяет во многих случаях получить более удобные и наглядные аналитические и графические зависимости для разомкнутых процессов, систем с химическим взаимодействием и др. Эксергети-ческие функции весьма удобны для определения минимальной работы. [c.13] Вернуться к основной статье