ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Энергетический баланс системы из "Очистка и переработка природных газов" Прежде чем проводить какие-либо расчеты, определим некоторые основные термины. Системой называется то, в чем мы желаем определить изменение энергии окружающей средой — все, с чем граничит система. Например, если мы желаем рассмотреть работу насоса, то ora в данном случае является системой. С другой стороны, если мы рассматриваем процебс подогрева газа в трубопроводе, то системой будет сам газ, а не трубопровод. На первый взгляд может оказаться, что выбранная система и окружающая среда не соответствуют практическим целям. В этом случае необходимо составить баланс, который подтвердит или опровергнет правильность сделанного выбора. [c.104] Энергию можно выразить во многих формах, однако для описания процессов переработки газов достаточно прил енения энтальпии Н, работы W и тепла Q. Этими видами энергии удобно пользоваться, так как их можно легко рассчитать. Все они зависят от давления р, объема V и температуры Т системы, а эти переменные легко измерить или определить другими доступными методами. Кроме того, энтальпия является полным дифференциалом , а это значит, что изменение ее зависит только от исходных и конечных условий и не зависит от способов, благодаря которым изменение достигнуто. Например, если газ поступает на установку переработки при 15° С и давлении 70 кгс/см и выходит из нее при 50° С и давлении 64 кгс/см , то изменение его энтальпии определяется именно этими параметрами и не зависит от превращений, которые газ перетерпел на установке. Это свойство энтальпии избавляет нас от необходимости детального анализа процесса, что особенно важно для описания сложных и неясных до конца процессов. Благодаря этому свойству энтальпии анализ системы с помощью энергетического баланса чрезвычайно полезен. [c.104] Теплоту Q можно определить как энергию, отдаваемую системой окружающей среде из-за разности температур между ними. Тепло, поглощаемое системой, положительно, отдаваемое — отрицательно. Взаимодействие системы и окружающей среды может сопровождаться выполнением работы. Она может выполняться системой или над системой, но никогда не имеет места в самой системе. Работа, выполняемая системой, всегда положительна, совершаемая над системой, — отрицательна. [c.104] Так как Н Н , то энтальпия системы возрастает. [c.105] Этот метод будет применяться нами и в дальнейшем при рассмотрении различных процессов переработки, сопровождающихся нагреванием, охлаждением, дросселированием, компримированием газа. [c.105] В основиом уравнении энергии ДЯ = Q — V/ переменные имеют различную размерность. Поэтому, прежде чем производить с помощью этого уравнения расчеты, необходимо выразить переменные в общих единицах. [c.105] Системы, рассматриваемые в процессах переработки газов, являются движущимися (потоки газа и жидкостей), поэтому при их изучении удобно рассматривать скорость передачи энергии. Например, мы редко измеряем работу, по довольно часто пользуемся эквивалентным ей понятием мощности, которая является нормой времени для выполнения работы. Имея дело с передачей механической мощности и тепла, следует помнить, что они фактически эквиваленты, так как работа может превращаться в тепло и наоборот. Поэтому их можно выразить в эквивалентных единицах. Если тепло выражается, например, в единицах работы или мощности, то буквенные обозначения должны содержать единицу времени. [c.105] При измерениях и расчетах теплоты или работы фактически определяется количество энергии, поглощаемой или отдаваемой системой. Например, при компрнмировании газа можно определить количество лошадиных сил, вырабатываемых двигателем, которые передаются цилиндрам компрессора для совершения работы над газом. Количество энергии, содержащееся в каждом последующем звене общей цепи, меньше, чем в предыдущем, так как часть ее расходуется на преодоление трения и др. [c.105] Составление энергетического баланса процесса — наиболее простая стадия расчетов. Трудности возникают при определении отдельных составляющих этого баланса. Дело в том, что работа и теплота являются неполными дифференциалами и их численное значение зависит не только от начального и конечного состояний системы, но и от процессов, происходящих в системе. Многие процессы, происходящие внутри аппаратуры и оборудования, очень сложны, их трудно измерить и проанализировать. В связи с этим обычно рассчитывается энтальпия и с ее помощью определяется работа или теплота. [c.105] Энтропия. Расчеты энтропии системы необходимы при определении ее энтальпии и основаны на втором законе термодинамики. Энтропия 5р любого реального процесса всегда должна быть больше нуля. Если бы 8 была равна нулю, то это означало бы, что процесс совершается без трепия. Такие процессы называются обратимыми. В расчетах обычно принимают, что в механизмах, совершаюш их работу (насосах, компрессорах, турбинах), процессы являются адиабатическими и обратимыми. В этих случаях, согласно второму закону термодинамики, 52 = 5 , поэтому такие процессы называют также изоэнтропийными. Идеальные, или теоретические, значения работы приводятся к реальным значениям с помош ью к. п. д. [c.106] Пример 8. С помощью парогенератора в промысловых условиях получают пар, который используют для разделения эмульсии вода — нефть. Давление пара равно 1,06 кгс/см , температура 100,6 С. Замеры показали, что температура водяного конденсата на выходе из змеевика равна 93,3° С, а количество его составляет 294,8 кг/ч. Необходимо определить количество тепла, отдаваемого паром на подогрев эмульсии. [c.107] Пример 9. Перегретый пар (давление 7 кгс/см2, температура 204,4° С) расширяется на лопатках турбины до давления 1 кгс/см и температуры 104,4° С. Расход пара составляет 453,6 кг/ч. Определить теоретическую мощность, развиваемую турбиной. [c.107] Из табл. 12 видно, что при одинаковых давлении и температуре энтальпия насыгценного пара и насыгценной жидкости значительно отличается, что является хорошей иллюстрацией основного принципа, который заключается в следующем чтобы испарить всю или часть системы, к ней необходимо подвести энергию, и, наоборот, чтобы сконденсировать систему, от нее необходимо отнять тепло. Это количество энергии известно под названием скрытой теплоты испарения (энтальпии испарения) и обозначается АЯ . [c.107] Любой фазовый переход, происходящий при постоянных температуре и давлении, сопровождается изменением энергии системы. Энергия фазового перехода системы из твердого состояния в жидкое и наоборот называется теплотой плавления АЯ, энергия фазового перехода из парообразного состояния в твердое — теплотой сублимации ДЯ .. Термин теплота в данном случае не совсем правильно отражает существо происходящих явлений, так как изменения энергии могут быть результатом изменений условий системы, которые происходят без подвода или отвода тепла к системе. [c.107] Это приблизительное решение первого члена уравнения (79). Точность его для расчетов процессов переработки газов вполне достаточна. Второй член уравнения (79) более сложен и может быть определен только графическим или численным интегрированием без заметной потери точности. [c.108] Последний член уравнения (79) для жидкостей практически равен нулю, так как их объем при изменении температуры меняется незначительно. Поэтому уравнение (80) действительно также и для жидкостей. Помня об этом, в поэтапных расчетах можно учесть все изменения давления, решив таким образом второй интеграл уравнения (79). На рис. 59 представлены значения удельной теплоемкости природных газов при различных давлениях и температурах. Эти данные вполне пригодны для проектных и поверочных расчетов. [c.108] Другой способ определения удельной теплоемкости природных газов — определение ее при атмосферном давлении и внесение в полученные результаты поправок на давление с помощью общих корреляций, основанных на приведенной температуре и давлении. [c.109] Средняя температура газа равна 57° С. Из графика (см. рис. 59) определяем, что удельная теплоемкость его составляет 0,33 ккал/(кг-°С). [c.109] В общем случае среднее значение Ср можно рассчитать с помощью графиков энтальпии насыщенной жидкости, полагая, что жидкость несжимаема и Ср зависит только от температуры. [c.109] Вернуться к основной статье