Elementar azot ishlab chiqarish texnologiyasi

a -gazning kengayish koeffitsienti;

ß-gazning elastiklik koeffitsienti; (qavsdan keyingi P va V indekslar shu parametrlarning o’zgarmas ekanligini ko’rsatadi).

Ideal gaz uchun

a= ß= _{ }=0,0036608 ga teng (3.5)

Yuqoridagi (3.1)-(3.4) tenglamalar asosida Boyl-Mariott qonunini quyidagicha ifodalash mumkin: ma’lum miqdordagi va o’zgar­mas temperaturadagi gazning bosimini hajmiga ko'paytmasi qiymati o’zgarmasdir; Shari qonuni quyidagicha ta’riflanadi: gaz o’zgarmas bosimda bir gradusga isitilsa, uning hajmi boshlang’ich hajmining

_{ }qismiga kengayadi.

Gey-Lyussak qonuni esa quyidagicha ta’riflanadi: gaz o’zgarmas hajmda bir gradusga isitilsa, uning bosimi boshlang’ich bosimining

_{ } qismiga ortadi.

Bu qonunlar asosida ideal gazning holat tenglamasini turli vaqtda, xususan, Klayperon 1834-yilda va D.I.Mendeleyev 1874-yili kashf etganlar. Mendeleyev-Klayperon tenglamasi bir gramm-molekula gaz uchun quyidagicha:
P∙V = R∙T

yoki n gramm-molekula gaz uchun esa:
P • V = n • R • T (3.7)
ifoda etiladi.
Ammo kritik temperaturaga yaqin past temperatura va yuqori bosim sharoitlarida yuqorida bayon qilingan ideal gaz qonunlari real gazlar holatini aniqlashda katta xatoliklarga olib keladilar. Chunki real gazlar o‘z molekulalari orasida tortish va itarish kuchlarining borligi va molekulalarining xususiy hajmiga ega ekanligi jihatidan ideal gazlardan farq qiladilar. Shuning uchun, real gazlarni holatini belgilovchi asosiy o'lchamlar — bosim, hajm va temperaturasini aniq­lashda eng qulay bo‘lgan Van-der Vaals tenglamasini qo'llash maqsadga muvofiqdir:

(P +_{ })•(V-b)=R•T (3.8)

bu yerda: P, V, T— gaz bosimi, hajmi, temperaturasi, mos ravishda

MPa_{ }, K o‘lchamlarda; mol

R- universal gaz doimiysi, 8.31 kJ/mol/grad;

b - real gazning xususiy hajmi, sm⁵.
b=_{ } V_k (3.9)

_{ }real gaz molekulalarini o‘zaro tortish kuchini e’tiborga oluvchi tuzatish soni (ya’ni, gazning ichki bosimi);

Moddani kritik nuqtadagi holati parametrlari kritik bosim R_k, kritik hajm V_kva kritik temperatura T_k bilan belgilanadi. Bu kritik o'lchamlar Van-der Vaals doimiylari yordamida quyidagi tenglamalar orqali hisoblanishi mumkindir:
Kritik bosim:(P_k +_{ })(3.10)
Kritik hajm:V_k= 3*b (3.11)
Kritik temperatura: T_k+_{ }(3.12)
Agarda, o’zgaruvchi bosim, hajm va temperatura — P, V va T parametrlari o‘rniga ularning keltirilgan miqdorlari: keltirilgan bosim

_{ }(3.13)
Keltirilgan hajm :_{ }(3.14)
Keltirilgantemratura: _{ }(3.15)
ya’ni bosim P, hajm V va temperatura T ni ularni kritik nuqtadagi miqdorlariga (3.10)-(3.12) tenglamalarda ifoda etilgan nisbatlari kiritilsa, Van-der Vaalsning real gazlar uchun keltirilgan holat tenglamasini hosil qilish mumkin:
(_{ })_{ }(3_{ })=8*_{ }(3.16)
Real gazni kritik temperaturadan yuqori temperaturalarda har qanday bosim qo’llanganda ham suyuqlikka o‘tkazib bo‘lmaydi.

Real gazlarning ideal gazlardan yana bir farqi shuki, real gazlar o‘ta qizdirilgan bug' bo’lib, ularning har biri temperaturaning pasayishi bilan kondensatlanib, suyuqlik yoki kristallga aylanishi mumkin.

Past temperatura, ya’ni chuqur sovuqlik olishning hozirgi vaqtda, yuqorida aytib o’tilganidek, ikki xil: siqilgan gazlarni drossellash va tashqi ish bajarish bilan kengaytirish usuli bordir.

Drossellash deb, siqilgan gazlarni izoentalp I=const, ya’ni entalpiyasi doimiy bo'lgan sharoitda tashqi ish bajarmay to'satdan kengayishi natijasida temperaturaning o'zgarishiga aytiladi. Drossellash jarayoni qaytmasdir.

Real gazlarni drossellashda ularning temperaturalari o’zgarishi miqdorlarini deyarli bir vaqtda birinchi bo’lib Joul va Tomson topdilar.

Ideal gazlarni drossellaganda ikki xil, ya’ni differensial va integral effekt sodir bo’lishi mumkin.

Joul-Tomsonning diferensial effekti deb, bosimlarni cheklanmagan juda kichik miqdorda o'zgarishi natijasida gaz temperaturasining o’zgarishiga aytiladi va u quyidagicha ifodalanishi mumkin:
_{ }=(_{ } (3.17)
Amaliyotda differensial effekt deb, bosimni 0,1 MPa (ya’ni, I atmosfera) ga pasaytirganda temperaturaning o’zgarishiga aytiladi.

Atmosfera havosi uchun bu miqdor a₁= _{ }К ga tengdir.

Real gazlarni drossellashdagi integral effekti deb, siqilgan gazlarni to‘satdan katta farqdagi bosim bilan entalpiya doimiyligida tasdiqi ish bajarmay kengayishi natijasida temperaturaning o’zgarishiga aytiladi:
T_{2 -} T_{1= = }
Gazning dastlabki temperaturasi va drossellash jarayonida uning bosimi pasaytirilganda Joul-Tomsonning diferensial effekti ortadi.

Joul-Tomson effekti nolga teng bo'lgan nuqta inversiya nuqtasi deb ataladi, ya’ni

_{ } (3.19)

Ikki inversiya nuqtasi mavjuddir - ya’ni yuqori va pastki inver­siya nuqtalari. Har bir gaz uchun inversiyaning shunday maksimal temperaturasi bordirki, undan yuqori temperaturada drossellash effekti doimo manfiydir, ya’ni drossellash natijasida gaz sovish o’rniga isib ketadi. Shunday qilib, drossellash natijasida uni sovitishga erishish uchun gazni drossellash ventiligacha bo’lgan dastlabki temperaturasi inversiyaning yuqori nuqtasidan past bo’lmog’i kerak.

Shuni ham ta’kidlamoq kerakki, har bir keltirilgan bosim

_{ } (3.20)
uchun inversiyaning ikki nuqtasi mavjuddir: yuqori nuqtasi — gaz sohasi uchun va pastki nuqta — suyuqlik sohasi uchundir.

Amaliyotda suyuq havo olish uchun zarur bo’lgan chuqur so- vuqlik hosil qilishda siqilgan havoni drossellash natijasida uning temperaturasini pasaytirishga erishish alohida ahamiyat kasb etadi. Havoni bizni qiziqtiradigan manfiy temperaturalar sohasida bosh- lang'ich bosimi R₂ = 20—30 MPa dan oxirgi atmosfera bosimi R₁ = 0,1 MPa yoki qandaydir oraliq bosimgacha drossellash natija­sida gazni temperaturasi pasayishini kuzatish mumkindir. Havoni suyuqlikka aylantirish uchun faqat dastlab siqilgan havoni drossellashni qo’llashni o‘zi yetarli emasdir va bu jarayonni texnik jihatdan amalga oshirish deyarli mumkin emasdir. Chunki buning uchun hisob-kitoblarga qaraganda havoni juda yuqori bosim 45000 MPa gacha siqish talab etiladi, shuning uchun texnikada drossellanish jarayoni issiqlik almashish bilan birga amalga oshiriladi. Fikrimizning isboti uchun quyidagi 3.2-jadvalga murojaat etamiz.

3.2-jadval

HAVONI OXIRGI BOSIMI R₁= 0,1 MPa GACHA DROSSELLASH NATIJASIDA UNING TEMPERATURASI (∆t) PASAYISHIGA BOSHLANG'ICH BOSIM (R₂) VA BOSHLANG'ICH TEMPERATURANING TA'SIRI

T/r	Havoning boshlang'ich tempcraturasi, К	Havoning boshlang'ich bosimi (R2), MPa
		5	10	15	20
1.	303	10,3	20,0	27,3	34,0
2.	223	21,9	43,8	61,2	72,7

3.2-jadvaldan havoni drossellanish effekti ∆T drossellanishdan avvalgi R₂ va keyingi R₁ bosimlar ayirmasi (R₂-R₁) ga taxminan proporsional ekanligi ko‘rinib turibdi.

Izotermik sharoitlarda gazni siqish uchun sarflanadigan energiya bosimlar nisbati logarifmiga, ya’ni _{ } ga proporsionaldir.

Havoning boshlang'ich bosim R₂ =0,1 MPa ga drossellagandagi drossellanish effekti xuddi shu havoni R₂ = 10 MPa dan oxirgi bosim R₁ = 0,1 MPa gacha drossellash effektiga qaraganda ikki marotaba ko‘p bo‘lsada, lekin bu jarayondagi energiya sarfi jami bo‘lib 15% gagina oshar ekan, xolos.

Bundan kelib chiqadiki, chuqur sovuqlik olish uchun drossellanishga qadar gazning dastlabki boshlang'ich bosimi iloji boricha yuqori bo'lgani ma’qul ekan. Amaliyotda havoni ajratish uchun kerak bo'ladigan chuqur sovuqlikni drossellash usuli bilan hosil qilish uchun havoning boshlang'ich bosimini R₂ = 20 MPa ga teng qilish qo'llanadi. Undan yuqori bosimlarni qo'llash qo'llanadigan kompressor (gazni siqib, bosimini oshirib beruvchi) agregatlarini murakkablashishiga va qimmatlashishiga, oxir-oqibat ishlab chiqarilayotgan sovuqlikning narxi oshib ketishiga olib keladi. Bu salbiy holatga umuman yo’l qo‘yib bo'lmaydi.

Drossellanish jarayoni oddiy va arzon jihoz - drossellash ventili (3.1-rasm) da amalga oshiriladi.

Chuqur sovuqlik olishning zamonaviy va yuqori samarali usullaridan biri - siqilgan gazlarni izoentrop kengaytirish usulidir. Gazlarning izoentrop kengayishi deb, siqilgan gazlarni entropiya doimiy