ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамические основы сжижения газов из "Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства " Уравнение состояния реальных газов. Вещества, находящиеся при нормальной температуре и атмосферном давлении в газообразном состоянии, условно делят на пары и газы. Большинство промышленных газов трудно превратить в жидкость, в то время как пары жидкостей легко сжижаются уже при сравнительно небольшом охлаждении или при соответствующем повышении давления. К газам относят, например, воздух, азот, кислород, водород, гелий, аммиак, двуокись углерода, к парам — водяной пар, пары бензина и т. д. [c.6] Основными параметрами газа являются давление, температура, удельный объем, а пара, кроме того, температура сжижения и энтальпия (теплосодержание). Зависимость между давлением, объемом и температурой газа записывают в виде уравнения, называемого характеристическим или состояния газа. [c.6] Для получения уравнения состояния реального газа необходимо в уравнение состояния идеального газа внести поправки, учитывающие отличия реального газа от идеального. Силы межмолекулярного сцепления определяют поправку давления. Согласно данным Лап ласа силы сцепления стремятся удержать газ как единое целое, т. е. действуют от периферии объема к его центру. Межмолекулярпые взаимодействия внутренних частиц взаимно уравновешены в каждый момент времени, и лишь молекулы, находящиеся у поверхности (стенок) на расстоянии, меньшем радиуса действи сил сцепления, испытывают притяжение, направленное внутрь объема. [c.7] Способы получения низких температур. Известны различные способы получения низких температур. Выбор способа зависит от температурного уровня охлаждения, преследуемой цели (сжижение газа или охлаждение какого-либо объекта), масштабов (лабораторная или промышленная установка) и других факторов. Расчет и анализ процессов получения холода, оценку их эффективности производят на основании термодинамических соотношений. [c.7] При переносе теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой необходимо совершить работу. Это требование второго закона термодинамики предусматривает изменение некоторых параметров состояния, приводящее к процессу охлаждения. Для области низких температур под охлаждением подразумевают искусственный отвод теплоты от тела, находящегося при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Такой искусственный отвод теплоты в сущности является процессом, включающим перевод теплоты с одного температурного уровня на другой, более высокий, и это определяет основные элементы любого холодильного цикла. [c.7] Первые четыре способа обычно используют для получения температур до 173 К. Первые три способа являются основными для получения температур 170. .. 70 К. Низких температур 70. .. 0,3 К достигают методами дросселирования, изэнтропного расширения, десорбции газа, адиабатного размагничивания с предварительным охлаждением. [c.8] Дросселированием называют снижение давления потока газа (или жидкости) при прохождении его через суженное отверстие при отсутствии теплообмена с окружающей средой, причем поток не производит внешней работы. [c.8] При расчетах низкотемпературных установок интегральный и изотермный эффекты дросселирования определяют обычно по термодинамическим диаграммам или строят специальные кривые (рис. 1). Так как энтальпия газа i в процессе дросселирования остается постоянной, то на диаграмме Т—S (температура—энтропия) этот процесс изображают линиями, соответствующими i = onst. [c.8] Изэнтропное расширение газа — процесс расширения с совершением работы при отсутствии теплообмена с окружающей средой. [c.9] В действительности чисто адиабатный процесс расширения в детандере не протекает, так как невозможно полностью исключить теплообмен между газом и стенками, трение и т. п. Поэтому расширение происходит фактически не по адиабате 3—4, а по политропе 3—4 , действительный перепад теплоты = з — и- меньше теоретического qs. Вследствие этого температура в конце расширения газа в детандере выше, чем при изэнтропном расшшрении. [c.10] Идеальный цикл и минимальная работа сжижения газов. Криогенные установки можно подразделить на характерные группы по ряду признаков назначение установки, способ получения низких температур, тип расширительного устройства и др. [c.10] При анализе низкотемпературных циклов используют различные характеристики эффективностн цикла. К ним относятся следующие количество производимого холода на единицу циркулирующего рабочего тела (удельная холодопроизводительность), коэффициент сжижения, удельный расход энергии, холодильный коэффициент цикла, термодинамический КПД цикла и др. [c.11] В холодильном цикле работа расходуется на сжатие рабочего тела в компрессоре. Холодильный цикл замкнут, если начальное и конечное состояния рабочего тела (газа) совпадают. Чтобы они совпадали, отдельные составляющие цикла должны протекать в определенном порядке. Наиример, после сжатия газа в компрессоре и охлаждения в холодильнике должно происходить расширение газа, сопровождающееся понижением его температуры, а затем нагревание газа до первоначальной температуры в теплообменнике при постоянном давлении. [c.11] Представим себе цикл, все процессы которого обратимы. Такой цикл называют идеальным. В идеальном холодильном цикле нет потерь теплоты, поэтому расход энергии на сжижение 1 кг газа будет наименьшим. Практически такой цикл осуществить нельзя (рис. 3, 4). [c.11] Таким образом, идеальная (минимальная) удельная работа сжижения газа / = То ( 1 — 5з) — ( 1 — г /). Величина 1 соответствует холодопроизводительности цикла при изменении от То до Г/. [c.12] Действительный расход энергии на сжижение газа значительно выше теоретического вследствие того, что реальные процессы протекают необратимо, т. е. сопровождаются увеличением энтропий участвующих в процессе веществ. Потери энергии в реальных процессах слагаются из потерь при дросселировании, в окружающую среду, на неполный теплообмен вследствие разности температур между входящим в теплообменник и уходящим из него газом и др. Чем ниже эти потери, тем меньше необратимость процесса и расход энергии на сжижение газа, т. е. тем экономичнее процесс. [c.12] Цикл высокого давления с однократным дросселированием. [c.13] Вернуться к основной статье