Kimyoviy ishlab chiqarishning energetik texnologiyasi texnik termodinamika

KIMYOVIY ISHLAB CHIQARISHNING ENERGETIK TEXNOLOGIYASI

TEXNIK TERMODINAMIKA

1. 
   Asosiy tushuncha va atamalar
   

Energiya deb materiya harakatining barcha shakllarining umumiy o’lchoviga aytilib, ular o’zaro bir –biriga o’tishi mumkin. Termodinamika energiya va uning xossalari haqidagi fandir. U makroskopik sistemalarda kechadigan turli xil jarayonlarda issiqlik ajralishi bilan sodir bo’ladigan znergiya o’zgarishlarini o’rganadi. Texnologik sistemalarga “Makroskopik sistema” tushunchasini qo’llaganimizda, so’z texnik termodinamika to’g’risida borib, u ish va issiqlikni o’zaro o’zgarish qonuniyatlarini, shuningdek bu o’zgarishlarda ishtirok etayotgan jismlar xossalarini va turli apparatlar va texnologik mashinalarda sodir bo’ladigan jarayonlarni o’rganadi.

Avval o’rganilgan fizika va fizikaviy kimyo kurslarida issiqlik va ish bir jismdan ikkinchi jismga eenergiya uzatishi shakli ekanligi ko’rsatilgan. Energiya uzatishini bu ikkita ekvivalent shakllarining o’lchov birligi SI-sistemasida joulь qabul qilingan.Lekin ko’plab kimviy texnologiyalarda modda massasi (kg yoki m³ ) emas, balkim uning oqimi yoki sarfi (kg/soat yoki m3/s) nazarda tutilib, bu ma’lum bir miqdorda energiya kelishiga va bu energiya hisobiga biron-bir ish bajarilishiga olib keladi. SHuning uchun texnologiyada issiqlik va ish emas, balkim issiqlik uzatishdagi joullar miqdori yoki vaqt birligi ichida ish bajarishdagi joullar miqdori, (J/s yoki quvvat) ya’ni quvvat yoki energiya muhim ahamiyatga ega.

Termodinamik sistemalarning quyidagi turlari mavjud:

-ochiq sistemalar,bunda moddalar boshqa sistemalar bilan almashadi(rasm 1.1,b);

-yopiq sistemalar, bularda moddalarni boshqa sistemalar bilan almashinuvchi kuzatilmaydi (rasm1.1.,a);

-izolyatsiyalangan (yopiq) sistemalar; bunday sistemalar boshqa sistemalar bilan o’zaro modda ham, energiya ham almashmaydi;

-adiabatik sistemalar; bunday sistemalarda boshqa sistemalar bilan issiqlik almashinishini amalga oshirmaydi (ochiq va yopiq bo’ladi).

Rasm1.1. Termodinamik sistemalarga misol:

a – yopiq; b-ochiq
Sistema yoki ishchi jismning holatni termodinamik parametrlari deb nomlanuvchi qiymatlari bilan xarakatlanadi. Texnik termodinamikada eng ko’p qo’llaniladigan holatni asosiy termodinamik parametrlari quyidagilar hisoblanadi:

-harakat T,K;

-bosim R,Pa;

-solishtirma hajm v, m3/kg;

-ichki energiya U,J;

-entalьpiya N,J;

-entropiya S,J/K.

Holatni intevsiv va eekstensiv parametrlari farqlanadi. Holatni intevsiv parametrlariga qiymati termodinamik sistemaning o’lchamiga bog’liq bo’lmagan, ekstensivga esa qiymati termodinamik sistemaning o’lchamiga bog’liq bo’lgan parametrlarga aytiladi. Masalan,harorat va bosim holatni intevsiv parametrlari, termodinamik sistemani ichki energiyasi yoki entalьpiyasi-ekstensiv parametr hisoblanadi. SHuni ta’kidlash joizki, ekstensiv parametrlarni solishtirma ichki energiya (u=U/n,J/molь) yoki solishtirma entalьpiya (h=H/n, J/molь) intensiv parametrlar hisoblanadi. SHuning uchun termodinamik jarayonlarni ta’riflashda holatni intensiv parametrlaridan foydalaniladi.

Ko’plab texnologik sistemalarni termodinamik analizi uchun yetarli bo’lgan soddalashtirilgan ko’rinishda ishchi jismning holati holatni uch parametrlari orqali ifodalaniladi. Berilgan holatda esa,ya’ni har qanday ikkita termodinamik parametrlar berilgan bo’lsa, sistema holatini har qanday uchinchi parametri quyidagicha ifodalanishi mumkin:

M endeleev-Klapeyron yoki ideal gaz holat tenglamasi keng qo’llanib, u holatni uchta asosiy parametrlarini (T,R va V) o’zaro bog’laydi.

(1.2.)
Ishchi jismning 1 kg uchun quyidagicha ifodalash mumkin.

(1.2.)

Ishchi jismning 1 kmoli uchun esa tenglama quyidagi ko’rinishda bo’ladi.

(1.3.)

Bu yerda R_µ=8,314 J/kmolь*K); V_µ- standart termodinamik holatlarida (V_µ=22,4 m³/kmolь) ideal gazning molyar hajmi.

Standart sharoitlar, ya’ni sanoatda keng qo’llaniladigan sharoitlar haqida to’xtalar ekanmiz, bularning ichida quyidagi standart sharoitlar keng tarqalgan:

• 
  Termodinamik yoki fizik standart sharoitlar ICO- bo’yicha ( STP – standart temperature end pressure), ularning parametrlari suvning uchlamchi nuqtasiga mos keladi; bosim 760 mm simob ustuni yoki 101,325 KPa, va harorat 0^oS yoki 273,15 K; bu parametrlarda 1 molь gazning hajmi 22,414l ga teng;
  
• 
  Standart sharoitlar(STP) IUPAC bo’yicha:bosim 100,325 KPa (0,9869 atm yoki 1 bar) va harorat 0^oS, yoki 273,15 K;
  
• 
  O’zbekiston Respublikasi gaz xo’jaligidagi standart sharoitlar: bosim 760 mm simob ustuni yoki 101,325 KPa va harorat 20^oS, yoki 293,15 K;
  
• 
  Termodinamik qiymatlarga oid adabiyotlardagi standart sharoitlar: bosim 100 kPa,yoki 1 bar, vaharorat 298K.
  

SHunday qilib, dunyoning turli mamlakatlari sanoatning tarmoqlarida qo’llaniladigan standart sharoitlar bir-birdan farq qilishi mumkin, shuning uchun odatda bu sharoitlar texnologik reglamentda , ishlab chiqarishni loyihalashda yoki ishchi chizmalarda keltirilib, injenerlik hisoblarni bajarishda e’tiborga olinadi.

Holatni r₁^*,v₁^*,T₁^* berilgan parametrlarida muvozanat holatida bo’lgan termodinamik sistemani umumiy ko’rinishini nuqta ko’rinishida ifodalash mumkin (rasm1.2).

Lekin muvozanat holatida bo’lgan termodinamiik sistemaga energiya keltirishda yoki chiqarishda holat parametrlari o’zgaradi, va u r₂^*,v₂^*,T₂^* yangi koordinatalariga ega bo’ladi, ya’ni termodinamik jarayon amalga oshadi (rasm1.3).


Rasm 1.2. Sistemani termodinamik holati.


Rasm1.3. Muvozanatli termodinamik jarayon.
Termodinamik sistemalar qaytar va qaytmas bo’ladi. Qaytar jarayonda ishchi jism yoki sistema o’rab turuvchi termodinamik sistemalarga biron-bir o’zgarishsiz boshlang’ich holatga qaytadi, qaytmas jarayonda esa ishchi jismni boshqa termodinamik sistemalar ta’sirlashuvi, masalan ulardan energiya olish yoki ularg a energiya berish natijasida boshlang’ich holatga qayta olmaydi. Ma’lumki, termodinamik sistemalarni muvozanat holatidaa va muvozanat holatda bo’lmagan turlari farqlanadi. Muvozanat jarayon – bu cheksiz sekin jarayon bo’lib, uning davomida sistema hamma vaqt termodinamik muvozanat holatida bo’ladi, ya’ni sistema tomonidan termodinamik muvozanatga erishishi tezligi uning parametrlarini o’zgarishi tezligidan ( masalan, tsilindrga gazni porshenь yordamida sekin qisish, bunda gazning bosim bo’yicha hajmiga porshenni harakatlanishi tezligiga nisbatan ertaroq erishiladi) ko’p marotaba yuqori bo’ladi. SHunday qilib, muvozanat jarayonni olib borishda sistema ko’plab oraliq muvozanat “ nuqtalaridan” (r₁,v₁,T₁ ),( r₂,v₂,T₂ ),( r_N,v_N,T_N ) o’tib, bu nuqtalar muvozanatdagi termodinamik jarayonning chiziqlarini hosil qiladi (rasm1.3). SHunday qilib, termodinamik koordinatalarida faqatgina muvozanatdagi termodinamik jarayonni ifodalash mumkin holos. Muvozanatsiz jarayonlarga real jarayonlar kirib, ularning kechishida termodinamik sistemaning muvozanat holatiga erishilmaydi, ya’ni parametrlarning o’zgarishi tezligi termodinamik sistemani muvozanatga kelishi tezligidan yuqori bo’ladi.

Ta’kidlash joizki, barcha real jarayonlar muvozanatsiz, qaytmas jaranlar bo’lib, ularni muvozanatdagi qaytar jarayon sifatida qabul qilish fizik holatini idealizatsiya analizini o’tkazdirish uchun zarurdir.

Termodinamik jaranlarni ko’rib chiqishda ko’p uchraydigan yana bir tushuncha “ ideal gaz” tushunchasi bo’lib, bunda gaz molekulalari faqat kinetik energiyaga ega va o’zaro ta’sirlanmaydigan cheksiz kichik moddiy nuqtalar hisoblanadi. Real gazlar ideal gazlardan farq qilib, shuning uchun ushbu farqni sonli qiymatini ( ifodasini) aniqlash uchun qisilish koeffitsienti deb nomlanuvchi parametr kiritiladi. Mazkur parametrni termodinamik hisoblarida qo’llash real gazlarni hossalarini va ularni termodinamik jarayonlardagi o’zgarishni aniqroq hisoblashga imkon beradi.

I deal gaz uchun qisilish koeffitsienti:

(1.4)
Real gazlar uchun qisiluvchanlik koeffitsienti xarorat vaa bosim funktsiyasi bo’lib, uning qiyymati, odatda, yuqori harorat va bosim sohasidan tashqari, birdan kichik bo’ladi.

2.