ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет энергетических затрат при выделении кислорода, азота и инертных газов из воздуха из "Энергетика и экономика комплексного разделения воздуха" Воздух как смесь газов с энергетической точки зрения обладает важной особенностью, отличающей его от других смесей он является окружающей средой и имеется в практичесюи неограниченном количестве. [c.22] Рассмотрим нижнюю часть диаграммы I — е для воздуха (рис. 7). Как уже было показано выще, при понижении давления изотерма То частично или полностью опускается ниже горизонтали е = 0. Это оз- начает, что при соответствую- щем давлении эксергия одного из компонентов может быть равной нулю. Так, изотерма 3—4 соответствует давлению, б при котором эксергия азота равна нулю, а изотерма 5—6— давлению, при котором нулю равна эксергия кислорода. [c.22] Физический смысл нулевого значения эксергии состоит в том, что для получения любого чистого компонента воздуха при парциальном давлении в идеальном случае не нужно никакой затраты работы, так как парциальное давление компонента в смеси и давление чистого компонента равны. [c.23] Если эксергия или равная ей минимальная работа получения одного из компонентов равна нулю, то работа разделения будет определяться только эксергией другого компонента. Так, работа получения кислорода при Го и / = 79 кн м (0,79 ат) из воздуха, находящегося при тех же параметрах, отнесенная к единице расхода кислорода (как видно из рис. 7), равна его нулевой эксергии (бз). Отнесенная к единице расхода воздуха, эта величина равна величине эксергии в точке 7. [c.23] Физическая модель такого процесса применительно к выделению из воздуха кислорода показана на рис. 8. Действие устройства для обратимого разделения воздуха основано на применении классической схемы с полупроницаемыми перегородками. [c.23] В цилиндре 1 без трения может двигаться поршень. 2. [c.23] В крышке цилиндра установлены патрубки 5,7 и 8. Во всасывающем патрубке 5 находится клапан 6, открывающийся при движении поршня 2 вниз и закрывающийся при его движении вверх. [c.23] Выпускные патрубки 7 и 8 отделены от цилиндра полупроницаемыми перегородками 3 к 4. Перегородка 4 пропускает все компоненты воздуха, кроме кислорода перегородка 3 пропускает только кислород. За перегородками установлены выпускные клапаны, открывающиеся при движении поршня вверх и закрывающиеся при его движении вниз. [c.23] Когда поршень 2 двигается вниз, воздух из атмосферы при давлении ро засасывается в цилиндр 1 компрессора через патрубок 5 и клапан 6. Клапаны в патрубках 7 и 8 при этом закрыты. После того как всасывание закончится, поршень 2 начинает двигаться вверх, вытесняя газ через патрубки 7 и 8, клапаны в которых открываются. [c.24] Кислород может выходить только через проницаемую для него перегородку 3 с давлением = / о-0,21. Все остальные составные части воздуха, суммарное парциальное давление которых Ру. = Ро- 0,79, будут проходить в патрубок 8 при этом давлении. [c.24] В результате, когда поршень 2 подойдет к крышке цилиндра /, воздух будет разделен на кислород и сумму других компонентов (азот, аргон и др.), находящихся при своих парциальных давлениях. Работа /ь затрачиваемая на движение поршня, в пределе, как и следует из теории, равна нулю, так как давление в цилиндре при всасывании и нагнетании будет отличаться от Ро на бесконечно малую величину 6р. Проталкивание кислорода через перегородку 3 не требует затраты работы, так как давление кислорода с обеих ее сторон одинаково. Парциальное давление смеси остальных компонентов и каждого из них в атмосфере и связанном с ней патрубке 8 те же, что и в цилиндре. [c.24] Поскольку выделения этих компонентов не требуется, их можно выпустить в атмосферу. [c.24] Суммарная эксергия этих компонентов, как было показано выше, равна нулю потери при их смешении с атмосферой отсутствуют. Состав атмосферы при этом не меняется, так как она является окружающей средой практически бесконечного объема. [c.24] Кислород с помощью компрессора 10 сжимается изотермически обратимо от парциального давления до давления Ро и выталкивается через патрубок 9. [c.24] Для этого необходима минимальная работа /2, равная его нулевой эксергии во в соответствии с формулой (7). [c.24] Таким образом, минимальная работа выделения данного компонента (или смеси компонентов в заданной концентрации) из воздуха, равная его нулевой эксергии, меньше работы разделения, которая равна сумме нулевьГх эксергий выделяемых компонентов или смесей. [c.24] Необходимо иметь в виду, что выделение компонентов или их смесей без получения других продуктов разделения принципиально возможно только в том случае, если сырьем служит атмосферный воздух (или другая смесь, количество которой практически неограниченно по сравнению с количеством извлекаемого продукта). [c.24] Во всех остальных случаях смешение остатка с исходной смесью можно провести обратимо только с получением работы. [c.24] Причина этого в том, что вследствие конечного количества разделяемой смеси добавление в нее остатка приведет к изменению ее концентрации и установившийся процесс, показанный на схеме рис. 8, станет невозможным. [c.25] Для термодинамических и технико-экономических расчетов процессов разделения воздуха необходимо располагать данными по эксергиям продуктов разделения. [c.25] Вернуться к основной статье