Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
конце конденсатора, при осуществлении процесса конденсации за счет испарения холодильного агента (однокомпонентного вещества) получают большие значения разности температур на теплом конце теплообменника-конденсатора. Соответственно высокими будут и энергетические потери при теплообмене. Совершенно аналогичное явление наблюдается при охлаждении чистого (однокомпонентного) газа или жидкости с переменной теплоемкостью испаряющимся п обычном парокомпрессионном цикле холодильным агентом.
На рис. 136 в диаграмме T—S изображен процесс теплообмена
МеЖДу ГаЗЭМ ИЛИ ЖИДКОСТЬЮ С ПереМеННОЙ ТеПЛОеМКОСТЫО Cp = Cp0 -f-
-j- кТ в интервале температур от Ti до Tt и холодильным агептом, кипящим при постоянной температуре Ть = Te. На холодном конце холодильника-испарителя зафиксирована разность температур Л Tx = Ti— Ть.
Рассмотрим потери, вызванные только неравновесным теплообменом при отдаче холода.
Энергозатраты идеального в заданных условиях холодильного цикла, эквивалентные площади 12341, могут быть выражены соотношением:
AL = T0(S1-St)-Q =
Ti
= Т0 f (IV. 39)
т\
Энтропия S
Рис. 136. Теплообмен тела с переменной теплоемкостью.
где Q — тепловая нагрузка цик ла; T0 — постоянная температура внешней среды; T — переменное значение температуры тела в процессе охлаждения.
Энергозатраты на холодильный цикл (с постоянной температурой испарения Тъ= Te), изображенный на рис. 149 в виде цикла Карно площадью 62356, эквивалентны этой площади. Приращение работы, обусловленное неравновесным теплообменом:
A AL = T0 A S = T0 [(S6 - S,) - (S1 - S4)];
іак как
с _ с _ Q - Q
а
Ti
S1-S1= /'
T
то
Л AL = T0
Tt + ATX
"г . J
(IV. 40)
Относительное увеличение затрат энергии в результате неравновесного теплообмена при отдаче холода может быть выражено следующим образом:
fdQ___Q__
Jt Tt + atx дл -Г4 —. (IV. 41)
AL
0_ Tn
Ti
S
Ti
dQ_
На рис. 137 приведен график потерь, вызванных неравновесным теплообменом при охлаждении этилена. Из рис. 137 видно, что увеличение разности температур (Ti—Ti) приводит к резкому увеличению энергозатрат цикла.
ASA
/7Z
І5
0,5
-10 -ио -ZO О +ZO +4Ot10C' Рис. 137. Потери при неравновесном теплообмене.
Для проектирования новых установок и анализа работы действующих особенное значение имеет метод, при помощи которого можно оценить не только общую эффективность цикла, но и влияние на эту эффективность потерь в отдельных элементах цикла.
Холодильные циклы обычно складываются из одних и тех же процессов: компримирования газа, его охлаждения и конденсации, расширения газа или жидкости с совершением внешней работы или изоэнтальпического расширения, испарения жидкости и нагрева газа, абсорбции и десорбции газов, смешения отдельных потоков и некоторых других (например, сжатия жидкостей насосами и пр.). В различных схемах холодильных циклов могут отсутствовать один или несколько из перечисленных выше процессов; так, например, простой парокомпрессионный цикл без регенерации состоит из процессов компримирования, охлаждения и конденсации, изоэнтальпического расширения жидкости и испарения этой жидкости.
Обычно даже в замкнутом холодильном цикле количества холодиль-
ного агента, участвующего в данном процессе, в различных точках цикла не одинаковы; так, например, количество паров, образующихся в единицу времени в испарителе, всегда меньше количества полученной в конденсаторе жидкости, так как часть жидкости испаряется при дросселировании и т. д.
Энергозатраты в отдельных элементах холодильного цикла могут быть определены путем нахождения необратимости процесса в этих элементах и суммирования ее с работой для обратимого процесса в соответствии с уравнением:
5=ro1/A(GiA5/+№op, (IV. 42)
где T0— температура окружающей среды в °К; А =
= -~ ккал/кгм — тепловой эквивалент механической работы; Gi — 427
количество вещества, проходящего через рассматриваемый элемент, в кг; AS — изменение энтропии в процессе в ккал/кг 0K; L0Op — работа в обратимом процессе в кгм/к.
Вещество В v. Вещество Л
і
Рис. 138. Определение необратимости отдельных элементов холодильного цикла по диаграмме р—і.
Для определения потерь в результате необратимости отдельных процессов удобно пользоваться диаграммами состояния холодильного агента, особенно диаграммами, построенными в P — і координатах.
Ниже рассматриваются эти методики в приложении к процессам с реальными газами.
Политропическое сжатие в одной ступени компрессора можно рассматривать как совокупность двух процессов (рис. 138): обратимого процесса (адиабатическое сжатие от точки О до точки А) и необратимого (изобарический нагрев от точки А до точьи В). Соответственно работа обратимого процесса составит
Ln0p = Gi (»А - i0) = Giha, (IV. 43)
а работа необратимого процесса
?необр = бч(ів-іА). (IV. 44)
Полная работа цикла
^пол = Loop + ?необр = Gi(iB — ?д) = Gi (Jj-^j , (IV. 45)
где Над — адиабатический к. п. д. процесса сжатия.
