Mövzu 15: Müasir kimya sənayesində termodinamik analiz üsulları

|
Mövzu 15: Müasir kimya sənayesində termodinamik analiz üsulları
|
bet | 28/32 | Sana | 14.05.2024 | Hajmi | 0,58 Mb. | | #230621 |
Bog'liq «AZ rbaycan hava yollari» qsc miLL aviAS ya akademiyasi tullantMövzu 15: Müasir kimya sənayesində termodinamik analiz üsulları
İstehsalda əsas məqsəd enerji məsrəfini azaltmaq, məhsulun maya dəyərində enerjinin payını azaltmaq, istehsalda yaranan enerji ehtiyatlarından təkrar istifadə və ya digər istehsal sahələrinin enerji tullantılarından istifadədir. Bu müasir kimya sənayesinin əsas məsələlərindən biridir. Bütün bu məsələləri həll etmək üçün hər bir müəssisədə, qurğuda, qurğunun hissəsində enerji məsrəfi analiz edilməlidir. Yəni, enerji kimyəvi texnoloji sxemlərin(e.k.t.s.) sisteminin termodinamik analizi 3 cür aparılır.
Enerji üsulu
Entropiya üsulu
Eksergiya üsulu
Enerji üsulu – bu üsul termodinamikanın I qanununa (Q=∆U+A) əsaslanır. Ən sadə analiz üsulu sayılır. Burada aşağıdakı enerji balansı tənliyindən istifadə edilir.
∑W1, i – enerji kimyəvi texnoloji sisteminin hər bir elementinə verilən enerjilərin cəmidir.
∑W2, i – sistemin hər bir komponentindən alınan enerji axınlarıdır;
∆W – sistemin enerjisinin artmasıdır.
Hər bir energetik sistem hesablanarkən sistemə verilən və alınan enerji növləri bir vahidə gətiriir. Bunun üçün xüsusi sorğu kitablarında göstərilən ekvivalentlilik əmsallarından istifadə olunur. Bütün bu əməliyyatlardan sonra sistemin energetik xarakteristikası müəyyən olunur:
η – sistemin energetik xarakteristikası adətən vahiddən kiçik olur.
Xüsusi hallarda sistemə verilən enerji tamamilə faydalı istifadə olunarsa η=1 olar. Bu yalnız elektrik enerjisinin çevrilməsində mümkün olur. Bu üsulun mənfi cəhəti: proseslərin dönməzliyinin nəzərə alınmamasıdır.
Entropiya üsulu (tsiklər metodu) – bu metodda həm termodinamikanın I, həm də II qanunundan istifadə olunur. Bu metodda sistemin istilik balansını analiz edərkən prosesi xarakterizə edən əmsallar, keyfiyyət göstəriciləri hesablanır və onlar ideal termodinamiki dönər proseslərin müvafiq göstəriciləri ilə müqayisə edilir. Beləliklə, hər bir elementdə iş itkisi tapılır. Sonra I və II hal müqayisə edilir və bu elementlərdə entropiya artımları müəyyənləşdirilir.
Qeyd etdiyimiz kimi bütün analizlərdə məqsəd enerji məsrəfini azaltmaqdır. Yəni, sistemin effektivliyi artırmaqdır. Bunun üçün aşağıdakı 3 mühüm məsələyə fikir verilir.
Qurğunun dönən tsiklinin faydalı iş əmsalı müəyyənləşdirilir. Faydalı iş əmsalının asılı olduğu faktorlar müəyyən edilir; faydalı iş əmsalının artırılması üçün tədbirlər toplusu müəyyən edilir.
Real qurğularda dönməzliyə görə itkilər onların ədədi qiymətlərinin böyük, kiçik olması ilə müəyyən edilir. Qurğunun hər bir hissəsində enerji itkisi və onun paylanması müəyyənləşdirilir.
Qurğunun faydalı iş əmsalını artırmaq üçün onun hansı hissəsinin təkmilləşdirilməli olduğu müəyyən edilir.
Bütün bu suallara cavab vermək üçün sistemin termodinamiki analizi 2 mərhələdə aparılır. Əvvəlcə sistemi təşkil edən tsikl analiz edilir. Sonra tsiklin əsas dönməzlik mərhələləri buna səbəb olan mənbələr nəzərə alınaraq real dönməyən tsikl analiz edilir. Dönən tsiklin faydalı iş əmsalı aşağıdakı kimi təyin edilir:
burada η T – termiki faydalı iş əmsalı adlanır.
Real dönməyən prosesin faydalı iş əmsalı aşağıdakı kimi təyin olunur:
burada η i – real dönməyən tsiklin faydalı iş əmsalıdır.
Dönən prosesin faydalı iş əmsalı həmişə dönməyən prosesin faydalı iş əmsalından böyük olur. Bu iki faydalı iş əmsalının nisbəti nisbi faydalı iş əmsalı adlanır.
Daxili faydalı iş əmsalı real dönməyən tsiklin nəzəri dönən tsiklə nisbətən qeyri-mükəmməliyini xarakterizə etmək üçün istifadə edilir.
burada η i – real dönməyən tsiklin faydalı iş əmsalıdır;
η T – dönən tsiklin faydalı iş əmsalıdır çox zaman buna termiki faydalı iş əmsalı da deyilir.
Enerji kimyəvi texnoloji sistemin ümumi faydalı iş əmsalı aşağıdakı düstur ilə hesablanılır:
burada η n-di – sistemin faydalı iş əmsalı;
n П η e (i) – sistemdə olan bütün qurğuların faydalı iş əmsallarının hasili;
n=1
Sistemin gördüyü iş sistemə verilən istilik və onun ümumi faydalı iş əmsalı ilə belə ifadə olunur.
Sistəmə verilən və alınan istilik fərqi aşağıdakı kimi hesablana bilər.
burada ∆ q – istilik itkisidir və bu tsiklik prosesin işi ilə dönməyən prosesin faydalı işinin fərqinə bərabərdir.
İşin qiymətlərini yerinə yazsaq:
η e – real prosesin faydalı iş əmsalıdır.
Sistemdə itirilən iş aşağıdakı kimi təyin olunur;
Düsturlardan göründüyü kimi sistemin işgörmə itkisi sistemdə istilik itkisinə bərabərdir. Buradan göründüyü kimi, η e – e η T – yə yaxınlaşdıqca sistemin işgörmə itkisi azalır. Yəni, sistem daha mükəmməl olur. Beləliklə, işgüzarlıq itkisi ilə ifadə etsək aşağıdakı kimi yaza bilərik;
Enerji kimyəvi-texnoloji sistemdə hesablamalar aparılarkən yalnız energetik qurğular nəzərdə tutulur. Texnoloji reaktorlar, aparatlar belə hesablamalarda iştirak etmir. Lakin bu aparatlarda da dönməzliyə görə istilik itkisi mövcuddur. Bütün bu itkilər analiz olunan sistemin faydalı iş əmsalı hesablanarkən nəzərə alınır. Lakin sistemdə qurğuların çoxluğu onların səthinin müxtəlifliyi bu itkiləri dəqiq hesablamağa imkan vermir. Ona görə də qurğunun hər bir elementinin faydalı iş əmsalını hesablamaq müəyyən çətinliklərlə əlaqədardır. Qrafikada enerji kimyəvi texnoloji sistemdə işgüzarlıq itkisini hesablamaq üçün Qiyi-Stodol düsturundan geniş istifadə olunur:
Burada ∆ SE.K.T.S. – bütövlükdə sistemin entropiyasının dəyişməsi. Bu isə özlüyündə sistemin hər bir elementinin entropiya dəyişikliyinin cəbri cəminə bərabərdir.
Bu ifadənin hər iki tərəfini T0 vursaq, onda aşağıdakı ifadə alınar:
Yəni, sistemdə ümumi işgörmə itkisinin onun hər bir elementində baş verən işgüzarlıq itkisinin cəminə bərabərdir. Ümumi işgüzarlıq itkisi hesablanarkən ümumi qurğuların 70-80%-ni təşkil edən əsas qurğular əsasında aparılır. Əsas qurğu kimi istilik mübadiləsi, izolyasiya sistemi olan qurğular, boru kəmərləri nəzərdə tutulur.
Ekserjiya üsulu. Bu üsul entropiya üsulunda olduğu kimi, hər bir qurğuda baş verən işgüzarlıq itkisinin müəyyən olunmasına əsaslanır. Maddələrin və enerjinin işgörmə qabiliyyətinə daha doğrusu onu xarakterizə edən kəmiyyətə eksergiya deyilir. Eksergiya bir çox parametrlərdən funksional asılıdır. Bu funksiyalara eksergetik funksiyalar deyilir. Finq-Fant tərəfindən 1956-cı ildə qəbul edilib. Mahiyyətcə entropiya anlayışına yaxındır. Eksergiya metodu sistemin termodinamik analizinin ən universal metodudur. Bu universallıq ondan ibarətdir ki, o, sistemdə baş verən proseslərin xarakterindən (dönər, dönməz, qırılan, zəncirvari, dairəvi) asılı deyil. Bu metodda sistemin hər bir elementi müstəqil termodinamik sistem kimi analiz edilir və hər bir elementə daxil olan və xaric olan dönməzlik nəticəsində yaranan eksergetik itkilər nəzərə alınır.
Yəni, sistemin ümumi istilik balansı tərtib edilərkən daxil olan, faydalı istifadə edilən, itən enerji nəzərə alındığı kimi, sistemə daxil olan, xaric olan və s. enerjilər də nəzərə alınır. Eksergetik analiz vahid zaman, xammal, yanacaq və ya məhsulun vahid miqdarı üçün energetik balans şəklində tərtib olunur.
burada ∑ E1, i – sistemə daxil olan eksergiyaların cəmi;
∑ E2, i – sistemdən çıxan eksergiyaların cəmi;
∑ Ai – sistemdə görülən bütün işlərin cəmi;
∑ Di – bütün eksergiya itkilərinin cəmidir.
Sxematik şəkildə bunu aşağıdakı kimi ifadə etmək olar.
Enerjinin ifadə formaları olduğu kimi eksergiyanın da müxtəlif formaları vardır. Bura eyni zamanda xammal, məhsul, yanacaqla əlaqədar eksergiyalar da aiddir. Ümumi şəkildə eksergiya aşağıdakı toplananlardan ibarətdir.
burada Ef – fiziki;
|
| |