Kimyoviy ishlab chiqarishning energetik texnologiyasi texnik termodinamika

1.9. Fazoviy o’tishlarni inobatga olgan holda termodinamik tsikllar.

Yuqoridagi bo’limda keltirilgan jarayonlar fazoviy o’zgarishlarni hisobga olgandagi termodinamik tsikllar asosida yetadi va ularning quyidagicha turlari bor:

-to’g’ri, maqsada ishchi moddaning ichki energiyasini oshirish, ya’ni uni biror bir ish bajarishi uchun energiya bilan to’ldirish ( issiqlikni ishga aylantirish);

- teskari, maqsada ishchi moddaning ichki energiyasini kamaytirish orqali issiqlik olish.

To’yingan va qizdirilgan bug’larda to’g’ri va teskari tsikllar farqlanadi. Ularni odatda Renkin tsikllari deb ataladi.

Sanoatda qizdirilgan bug’ uchun issiqlik eelektrostantsiyalari faoliyati asosida yotadigan to’g’ri tsikl keng tarqalgan (1.18 rasm) bo’lib, 1.18 rasmga ko’ra 1 nuqtadagi parametrga ega bo’lgan suyuq agent 2 nuqtagacha qizdirilishidan so’ng (P=canst) qaynashni boshlaydi. Jarayon quruq to’yingan bug’ (3nuqta) hosil bo’lguncha hamda jarayon to’xtamasa 4 nuqtaga qadar qizdirish davom etadi.

Ishchi moddaning 1 nuqtadan 4 nuqtagacha o’tishdagi issiqlik miqdori A-1-2-3-4-V chegaradagi maydon yuzasiga proportsional bo’ladi.

Keyinchalik, parametrlarga mos bo’lgan 4 nuqtadagi ishchi modda ichki energiyasi hisobiga 4-5 jarayonida ish bajariladi, bunda ish elektr energiyasini bajarilishiga sarflanadi.

Ishchi moddaning ichki energiyasi kamayishi hisobiga uning harorati ham pasaya boradi. Ta’kidlash joizki, ko’pchilik hollarda mexanik sabablarga ko’ra mashinadan chiqishda bug’ ham qizdirilgan bug’ parametrlariga ega bo’ladi.

1.18-rasm. Qizdirilgan bug’dagi to’g’ri termodinamik tsikl:

1-2-suyuqlikning qaynash haroratigach qizishi;

2-3-suyuqlikning quruq to’yingan bug’ hosil qilish bilan qaynash;

3-4-bug’ning qizdirilishi;

4-5-bug’ning mashinadagi kondensatsiyasiz ishi;

5-6- R₁ dagi parametrlarga mos keladigan ishlatilayotgan bug’ning sovishi;

6-7- kondensatorda quruq to’yingan bug’ning kondensatlanishi;

7 -1- suyuqlik bosimning R₁ dan R₂ ga ortishi.
Mexanik ishni bajargan bug’ oqimi issiqlik chiqindisi hisoblanadi, shuning uchun odatda bu issiqlik atrofga chiqarilib tashlanadi. Ushbu holatda isitish agentini tanlashda atrof-muhit haroratini ham inobatga olish lozim, chunki R₁ bosimda agent to’liq kondensattsiyalangan bo’lishi kerak. SHu bois,ttsiklni yakunlash uchun krndensatlanib sovitish jarayoni 5-6-7 chiziqda boradi. Ishchi modda parametrlarini 5 dan 7 gacha o’zgarishida olib kelgan issiqlik miqdori A-7-6-5-V chegaradagi maydon yuzasiga proportsional. Bu hol uchun energiyaning saqlash qonuniga asosan 4-5 jarayonida bajarilgan ish 1-2-3-4-5-6-7 chegaradagi maydonlarga proportsional bo’ladi.

Bug’ fazani to’liq kondensattsiyasidan keyin (7 nuqta) hosil bo’lgan suyuqlik nasoslar yordamida bosim R₁ dan R₂ ga o’zgartirilib yana tsiklga qaytariladi. Suyuqlik siqilmaydigan modda bo’lgani sababli, uning bosimini oshirishga sarflangan ish minimal hisoblanadi.

Sanoatda to’yingan bug’dagi tsikllar nisbatan ham qo’llaniladi, va to’yinish haroratidan yuqori haroratga bug’ni qizdirish ma’lum qiyinchiliklar bilan bog’liq. Bu asosan tsikl intensivlanishini kritik nuqta (k) bilan cheklanishi bilan bog’liq. Bu nuqtaga yaqinlashishi bilan (2-3 chiziq) bug’lanishga sarflanadigan issiqlik miqdori kamayadi, bu esa o’z navbatida ishchi jism oqimi ortib usukunalar o’lchamlarini kattalashtirishni talab eetadi.

Ayrim hollarda,masalan atom elektrostantsiyalarida yoki transportda qizdirilgan bug’ olish imkoniyati yo’q, shuning uchun odatda to’yingan bug’da to’g’ri tsikl qo’llaniladi (1.19).

1.19-rasm. To’yingan bug’dagi to’g’ri termodinamik tsikl: 1-2- suyuqlikni qaynash haroratigacha qizdirish; 2-3- quruq to’yingan bug’ hosil bo’lishi bilan boradigan suyuqlikning qaynashi; 3-4- mashinada bug’ning qisman kondensatlanish bilan bajariladigan ishi; 4-5- kondensatorda nam bug’ning kondensatlanishi; 5-1- bosimni R₁ dan R₂ ga ko’tarish.

Ushbu tsiklda quruq to’yingan bug’ ko’rinishidagi ishchi jism (3 nuqta) ga A-1-2-3-V maydonga proportsional energiya qizdirish uchun emas, balki, mashina ish bajarishi uchun beriladi. Bunda ishchi jism parametrlari ikki fazali “suyuqlikdan bug’” maydoniga o’tadi, ya’ni bir qism bug’ kondensatlanadi. Mexanik ish bajargan oqim issiqlik chiqindisi hisoblanadi, shuning uchun uning issiqlikligi 5 nuqta parametrlari bo’lgan ishchi jism kondensatsiyasi bilan atrofga chiqariladi. Olib chiqilgan issiqlik miqdori A-5-4-V chegaradagi maydon yuzasiga proportsional, bajarilgan ish esa 1-2-3-4-5 ga mos. Keyinchalik suyuqlik bosimi R₁ dan R₂ gacha yetkazilib qaytadan tsiklga yo’naltiriladi.

SHuni ta’kidlash kerakki, to’yingan bug’ tsikliga qaraganda qizdirilgan bug’da olib boriladigan jarayon tezligi yuqori bo’ladi, chunki R1 va R2 ning teng bosimliklarida chegaralari 1-2-3-4-5-6-7 bo’lgan maydon yuzasi (rasm 1.18) chegaralari1-2-3-4-5 bo’lgan maydon yuzasidan ( rasm 1.19) katta bo’lib, qizdirilgan bug’ tsiklida ishchi jismning massa birliggiga ko’proq miqdorda issiqlik keltirish va undan ko’proq miqdorda ish olish mumkin.

Issiqlikdan ish olish uchun mo’ljallangan to’g’ri tsikllardan ham mavjud. Bu tsikllar sovutuvchi mashina tsiklli deyilib, komperession sovutkichlarda yoki binolarni isitishda qo’llaniladigan issiqlik nasoslarining issiqlik nasos tsiklida foydalaniladi. Bunday tsiklga misol 1.20- rasmda keltirilgan.

Rasm 1.20 . qizdirilgan bug’dagi teskari termodinamik tsikl:

1-2- suyuqlikni quruq to’yingan bug’ olish uchun qaynatish;

2-3- qizdirilgan bug’ olish uchun bug’ni kompressorda siqish;

3-4- qizdirilgan bug’ni sovushi;

4-5- to’yingan bug’ni kondensatorda kondensatlash;

5-6- suyuqlikni sovutish;

6-1- bosimni R₂ dan R₁ gacha kamaytirish

Ushbu tsiklni kompression sovutuvchi mashina ishi misolida ko’rib chiqamiz. “ Muzlatkich” deb nomlanuvchi bug’latkichda sovutish agentini past bosimda R₂ ya’ni quyi haroratda bug’lanishi sodir bo’ladi. “Muzlatkichga” joylangan mahsulotdan ajralayotgan issiqlik miqdori sovutish agentini bug’lanishiga sarflanib,A-1-2 V maydon yuzasiga proportsional bo’ladi. So’ngra sovutish agentining 2 nuqta parametrlariga ega quruq to’yingan bug’ kompressorga uzatilib, ish hisobiga 2-3 chiziq bo’ylab R₁ bosimgacha siqiladi, bunda harorat ko’tariladi. Issiq sovutish agenti dastlab quruq to’yingan bug’ 4 parametrlarigacha sovutiladi, so’ngra nuqta 5 parametrlarigacha kondensatlanadi va suyuq sovutish agenti 6 nuqtagacha sovitiladi. Sovutish mashinasida minimal harorat T₂ bo’lganligi uchun suyuqlikni bu haroratga (6 nuqtagacha) sovutishini tezik jihatdan imkoni yo’q, chunki sovutish jarayonining so’ngida haroratlar farqi (issiqlik uzatishini harakatlantiruvchi kuchi) bo’lmaydi. SHu sababli sovutuvchi suyuqlikni 5 nuqtagacha erishilishi uchun uning bosimi R₂ gacha (6 nuqta) adiabatik tashlanadi, suyuqlik qaynab chiqadi va sovuydi, so’ngra ishchi jism (endilikda ikkifazali) qaytadan bug’latkichga yuboriladi. Bosimning pasayishi sovutish mashinasini FIK ni biroz kamaytiradi, chunki A¹-6¹-2-V maydon yuzasi A-1-2-V maydon yuzasidan kichik, lekin texnik jihatdan funktsiyasini yaxshilaydi.

Mantiqan olganda sovutish mashinasi issiqlik nasosi hisoblanib, u mahsulotlarning issiqlik energiyasini “ so’rib” olib, unga kompressorni ishini qo’shadi va issiqlik energiyani sovutish mashinasi joylashgan binoda tarqatadi. Yo’qotishlar bo’lmaganda tarqatilgan issiqlik energiya miqdori mahsulotlarni issiqlik energiyasi va kompressorning ishini yig’indisiga teng bo’ladi.

Binolarni isitish uchun mo’ljallangan issiqlik nasoslari ham huddi shu tarzda ishlaydi. Bunda issiqlikni bepul manbasi sifatida issiqlik tashuvchi agentni, masalan freonni bug’latish uchun sarflangan tuproq, suv yoki havoning issiqligidan foydalaniladi. Issiqlik tashuvchi agentning bug’lari kompressorda qisilib, issiq gaz suvni isitish ( suvli isitish tizimida) yoki havoni isitish uchun (havoli isitish tizimida) foydalaniladi.

Bunda iqtisodiy samaradorlik binoga kelgan issiqlik miqdori kompressorni ishlatishga sarflangan elektroenergiya miqdoridan ko’p bo’lganligi uchun yuqori bo’ladi. Odatda binoga berilgan issiqlik miqdori kompressorni ishi uchun sarflangan elektroenergiya miqdoridan 2-4 marta ortiq bo’ladi ( ishchi jismni bug’latish uchun sarflanayotgan issiqlik energiyasini tabiiy manbasini haroratidan kelib chiqib), ya’ni quvvati 1 kVt bo’lgan kompressorli issiqlik nnasosi quvvati 2-4 kVt bo’lgan isitkichga ekvivalent bo’ladi.