Ўзбекистрн республикаси

Рейтинг назорат саволлари:

1. 
   Эксергетик тахлилнинг айрим коидалари.
   
2. 
   Коинотни ёпик система деб караса буладими?
   
3. 
   Атроф мухит билан термодинамик мувозанат.
   
4. 
   Эксергияни хисоблаш чегераси.
   
5. 
   Атроф мухитга куйиладиган талаблар.
   
6. 
   Эксергиянинг чегаравий хисобини танлашни енгиллаштириш учун турли техник жараёнлар нечта гурухга булинади.
   

15-маъруза (2 соат)
ЭКСЕРГЕЯ ҲИСОБИНИНГ БОШҚА УСУЛЛАРИ
режа:
1. ЭКСЕРГЕТИК ФИКни ХИСОБИ
Камчиликлар кимёвий технология жараёнларини эксергетик тахлилида жуда яккол куриниб колди. Бу камчиликларнинг айримлари кимёвий жараёнлар учун эксергия хисоби чегарасини танлашдаги кийинчиликлари билан боглик. Шундан кейин (II.15) тенгламадан _е киймати эксергия йукотмаларига боглик булмай, балки уларнинг абсолют кийматига, демак эксергия хисобининг чегарасига богликлиги куриниб турибди.
Юкорида курсатилганидек эксергия хисобининг чегараси жараён характерига, жумладан турли реакциялар секинлаштирилган ёки йукми шуларга боглик булади. Шунинг учун (II.15) тенглама буйича хисобланган ФИК кайтмасликнинг бир хил йукотмаларга эга булишига карамай Е ФИК турли кийматларга эга булиши мумкин.
Бундан ташкари, технологик жараённинг боришида эксергия турларининг базибирлари узгаришга учрамайди. Шундай экан, ажралиш жараёнларида (иикинчи гурух жараёнлари) кимёвий эксергия узгармайди. Шу билан бир каторда агарда ажратиш жараёни бевосита кимёвий ишлов билан боглик булса, эксергияни хисоблашда баъзибир холларда уни назарда тутишга тугри келади. Булмаса, юкорида айтганимиздек, ушбу бирдан-бир жараён изолирланган ёки бошка жараёнлар билан богланганлигини назарда тутиб ФИКнинг киймати бир нечта булади.
Натижада, купинча _е1, чунки эксергияни абсолют киймати йукотмалар куп булишига карамай йукотмалардан анча ортик булади. [57] (II.15) тенглама мохияти буйича хисобланган ФИКни «ялпи» иссиклик микдори деб атасак булади. Бу ФИКда хакикий «тоза» ишлаб чикариш унумини ошириб юбориш каби ялпи махсулотларга хос камчиликлар мавжуд булади.
Маълумки, ишлаб чикаришнинг ялпи унумини хисоблашда унинг таркибига корхонада ишлаб чикилган махсулот таннархидан ташкари, корхонага ташкаридан келтирилаётган хом аше ва энергия хам киради. Шунга ухшаш «ялпи» ФИКга системага келтирилган ва ундан олиб кетиладиган барча тур эксергиялар киритилган, ускунанинг хакикий ишлаб чикариш унуми энергиянинг айлантириш каби фойдали «фаолияти» бундай ФИКда аникланмай колади.
Корхона (система) хеч нарса ишлаб чикармаслиги мумкин, махсулот (эксергия) эса ишлаб чикаришдан «трансит» буйича утиши мумкин (58,58). Натижада ялпи махсулот куп булиши, ФИК эса бир бирликга якинлашиши мумкин, ишлаб чикариш унуми эса жуда хам кичик булиши мумкин. Масалан, реакция умуман кетмаетган кимёвий реакторда _е1, модомики унда эксергия йукотмаси нульга якин, чунки у фаол булмаган катализатор билан тулдирилган. Бирок бундай «кайтар» жараён фойдасиздир. Бундай холларда хисоб таркибидан «узгаришларга учрамайдиган» ёки «транзит» билан утиб кетадиган  Е_тр эксергия турларини чикариб ташлашни тавсия киладилар:
Бу ерда Е_тр – «транзит» буйича утиб кетадиган эксергия турлари.
Бирок бу усул хам доимо бир хил натижага олиб келмайди. Масалан, юкори босим остида газ аралашмаларни абсорбциявий ажратиш жараёнида сикилган газ эксергиясига солиштирганда жуда кам, курсатилган усул буйича уни «олиб ташлаш» мумкин эмас, чунки у жараёнда узгаришларга учрайди. Кимёвий реакциялар утишида моддаларнинг кимёвий эксергияси реакция аралашмасини киздириш ва унинг хажмини оширишга сарфланиб, камайиб боради, яъни термомеханик эксергияга утади ва дастлабки махсулотларнинг термомеханик эксергиясига кушилади. Шу билан бирга бир кисм реакция иссиклиги ёки физикавий иссиклик четлантирилади ёки (керак холда) иссиклик келтирилади яъни барча тур эксергиялар узгаради ва кандайдир тур эксергия «транзит» билан утиб кетди деб тасдиклаш кийин. «Айирма» ли [9] ёки «максадли» ФИК [56, 57, 60, 61] деб аталувчи хисоб максадга мувофикдир, уларнинг узига хослиги куйидагидан иборат булиб, суратида системадан четлаштирилмаган эксергия  Е эмас, балки технологик жараён давомида янгидан хосил булган фойдали эксергия  Е_фойд аникроги унинг айрим турларининг усиши туради. Махражида системага келтирилган эксергия эмас, балки сарфланган эксергия Е_сарф яъни унинг айрим турдаги йукотмалари туради:
(II.56)
(II.56) тенгламанинг шакли катта микдорда ФИК ларнинг пайдо булиши мумкинлигини курсатади, шунинг учун тахлил килинаетган жараённинг мохиятини акс эттирувчи ута тула ёзув жараённинг узига хос хусусиятларини батафсил урганиш натижасида топилади. «Максадли» ФИК хисоблаш усулининг «айирма»ли ФИКнинг хисобидан мухим фарки шундан иборат, чунки «максад» ли ФИК усули барча эксергия узгаришларини дастлабки тахлилини талаб килади. Шундай тахлил даврида жараён утишида кандай конкрет эксергия турлари вужудга келади ёки янгидан вужудга келиши (бу кийматлар хисоблаш учун ишлатиладиган тенгламаларнинг суратига езилади), кандайлари эса сарфланади. Агарда хисоб формал олиб борилса, дастлабки тахлилсиз, у холда (II.56) тенгламада ишлаб чикилган Е<0 булганда манфий ФИК пайдо булиши мумкин [57]. Олдиндан белгиланган тахминий самара «фойдали» сифатида кабул килиш холларида ишлатиш мумкин, бу эса конкрет жараёнда салбий булиб чикиб колиши хам мумкин. Аммо хар кандай техник жараён фойдали кандайдир кичик микдори булса хам ижобий ’_e кийматли самарага эга булиши мумкин.
Жараёнда салбий кийматли ФИКни пайдо булиши тенгламада ифодалангандай ёзилгани билан максадга эришиб булмайди. Фойдали самараларнинг турлари ва эксергия сарфиётлари турлича булиши мумкин. Мисол, реакторда иккита модда уртасида экзотермик кимёвий реакция босим остида ва юкори температурада (Т>Т₀) утмокда. Термик эксергия оркали аникланган (яъни Т>Т₀да киздирилган) нуль кимёвий эксергияга ва босим эксергиясига (газ сикилган) эга булган I модда – газ (масалан хаво) реакторга киради. 2-модда (масалан, кумир юкори кимёвий эксергияга ва нульга якин термомеханик эксергияга эга. Реакция давомида реакторда углерод оксиди, водород, сув хосил булади, температура ва газ аралашмаси хажми ортади. Шундай килиб, реакция давомида кумирнинг кимёвий эксергияси сарф булади яъни эксергия сарфи куйидагича булади Е_сарф=Ёки_мёв. Бу холда кизиш ва аралашма хажмининг ортиши натижасида термомеханик эксергия вужудга келади, у

(Ер,3-Ер,1)+(Ет,3-Ет,1-Ет,2)=Ер^++Ет^+
Е1=Ет,1+Ер, 1				Е3=Ет,3+Ер,3
Е2=Ех,2+Ет,2+Ер,2

II – 3 расм кимёвий реакторларда эксергия окимлари (1,2 индекслари дастлабки компонентларга тегишли; 3 – реакция махсулотларига тегишли; реакция махсулотларининг кимёвий эксергияси нульга тенг).
+ индекси эксергияни ташкиловчисига мос келувчисини ортишини курсатади.
Демак,
’_е= (Е⁺_р + Е⁺_т) / Ёки_мёв. (II.57)
Бундай ФИК факат соф термодинамик эффектларни хисобга олади ва кимёвий кайта ишлаш учун тугридан-тугри реакция махсулотларининг фойдалилик даражасини хисобга олмайди. Бирок билвосита бундай хисоб олинади. Агар реакцияни оксидланиш даражасини охирига етказилса (масалан, СО гача эмас балки СО₂ гача), эксергия йуколмаси Ёки_мёв. юкори булиб, ’_е – кичик булади. Бу холда охирги махсулотларнинг оксидланиши (СО₂), коида буйича кейинги ишлатиш учун яроксиздир, у оралик махсулотларига (СО ва бошка) кура кам фойдалидир.
Тугри, тула ёниш вактида реакциянинг иссиклик эффекти ортади, яъни Е_т,аммо бу Ёки_мёв йукотмани кисман коплайди.
Реакция давомида Е_р ёки Е_т ортиши эмас, балки камайиши мумкин. У холда Е_р<0 ёки Е_т<0 булади. Бу холда у ёки бошка киймат тескари ишора билан махражга киради (эксергия йукотмаси).
(II.57) тенгламанинг узига хослиги шундаки, бу тенглама буйича хисобланган ФИК, хеч качон ортик кийматни курсатмайди. Камчилиги шундаки, агар реакция даврида аралашма кизимаса (Е_р0) ва кенгаймаса (Е_р0) хам фойдали кимёвий махсулот ишлаб чикарилган булсада ’_е=0 булади.
Шунинг учун ФИКни куйидаги тенглама билан хисоблаш узини оклайди:
(II.58)
бу ерда Е_х^-, Е⁺_х – мос равишда реакция махсулотлари ва дастлабки махсулотларининг эксергия йигиндисидир;
Е_р^-, Е_т^- - мос равишда реакция даврида хажмнинг кичрайиши ёки совушининг эффектларидир.
Масалан, аммиакни синтез килиш колоннасининг
(N₂+3H₂=2NH₃+Q) ФИКи тенг
(II.59)
Аралашмаларни ажратиш жараёнининг ФИК хисоби учун тенгламани шунга ухшаб ёзиш мумкин.
Куйидаги газни моноэтаноламин эритмаси билан СО₂ тозалайдиган абсорбцион жараённинг шунингдек унинг алохида боскичларида [52, 61] ФИК аниклашнинг усули батафсил мисол тарикасида куриб чикилган. II-4 расмда тозалаш жараённинг принципиал схемаси берилган. Абсорберга углерод диоксиди ва кам эрувчан газ (масалан водород) аралашмаси 30-40⁰С ва атмосфера босимида ёки 3 МПа гача босим остида киради.
1 абсорбер (1 нукта) ювиш учун узатиладиган моноэтаноламин эритмаси СО₂ билан туйинади, сунгра III иссиколмаштиргич иссик регенерирланган эритма билан киздирилади, кейинчалик киздириш ва кайнаш натижасида регенерланади ва яна абсорбцияга (III иссиклик алмаштиргичда ва совутгичда совигандан сунг) келади. Тозаланган водород (2 нукта) абсорбернинг устки кисмидан чикиб кетади, кизиган углерод диоксиди эса – регенераторни (4’ нукта) устки кисмидан ва V конденсатор совуткич оркали чикиб кетади.
Тозалаш системасига тозаланаётган газ Е⁽¹⁾ эксергияси, Е_эл электроэнергия ва Е⁺_Q иссиклик келтиради, системадан эса аралашмаларни ажратишда олинган Е⁽²⁾ ва Е⁽³⁾ газ окимларининг эксергияси ва эритма совитгичларида, буғгаз аралашмаси, конденсаторларида, шунингдек буғ кайнатгичларида конденсатлар билан ёки буғгаз аралашмаси билан иситиладиган кайнатгичлардан олинадиган иссиклик эксергияси Е_Q – олиб кетилишини схематик равишда тасвирлаш мумкин.
Демак, “ялпи” эксергетик ФИК тенгламаси (II.14) тенглама куринишида куйидаги шаклда булади:

Бирок юкорида курсатилган сабабларга кура ФИК хисобини (II.56) тенглама буйича ечиш максадга мувофик булади. Бунинг учун ишлаб чикилган ва сарфланган эксергия турларини аниклаш керак. Ишлабчикилган эксергияга куйидаги фойдали эффектларни киритиш мумкин:

1. 
   Тозаланаетган газ концентрациясини ортишида хосил булган эксергия Е_з,у
   

(II.60)

2. 
   Ажралиб чикаётган аралашмалар концентрацияси ортишида хосил буладиган эксергия Е_2,у (ушбу холда углерод диоксиди ):
   

(II.61)
Тенгламалардаги Е, n, y (II.60, II.61) юкоридаги индекслар (1), (2), (3), (II.4) расмда курсатилган нукталарни билдиради.
Бу ерда ва кейинчалик хам у – газ фазасидаги концентрация, - моль микдори;

3. 
   Е_3,у ва Е_2,у урнига купинча парциал босим Е_3,р ва Е_2,р ортишининг ишини хисоблайдилар:
   

(II.62)
(II.63)
4. Кандайдир газ аралашмаси Е_3,т ва Е_2,т компонентларидан бирининг термик эксергиясини ортиши. Аралашмаларни ажратиш даврида ажратиладиган компонентларнинг концентрацияси одатда ортади, парциал босим эса камайиши мумкин (ажратиш даврида аппаратнинг катта каршилиги хисобига босимни камайиши туфайли).
Хисобни бошида бу кийматларни ишорасини аниклаб олиш керак, шундай булгач агар Е<О кийматларидан бири кандай булса хам, у холда у эксергия сарфи куринишида тенгламанинг махражига (тескари ишора билан) киради. Е_3,у доимо мусбат; факатгина жуда кам холларда Е_3,р киймати Р-Р⁽¹⁾-Р⁽²⁾ жуда катта булганда манфий булиши мумкин. Абсорбернинг каршилиги ва умумий босимнинг камайиши 2 нчи нуктада водород концентрациясининг ортиш эффектини коплайди.
Тахлилни утказишда баъзан бошка ФИКларни хисоблаш максадга мувофик булади. Масалан, максадли махсулотни ишлаб чикаришга кимёвий эксергиянинг кандай улуши сарфланишини «технологик» ФИК хисоблаб (II.15) тенгламанинг суратида факат «максадли» махсулот эксергиясини _е,т колдириб ва шундай килиб аралашмани киздириш «кушимча» эффектини хисобга олмасдан бахолаш мумкин. Бу холда реакция иссиклигидан фойдаланилмагандаги жараён учун ФИКни бахолашга имконият беради.
Мураккаб схемаларни тахлили боришида «ялпи» ФИК схемаси _е=П_е,i (бу ерда _е,i алохида боскичларнинг ФИКи) эканлигини хисобга олиш зарур. Бундай хоссаларга бошка тур ФИК («максадли», «айирмали» ва бошка) эга эмас. Куп боскичли жараёнларни тахлилида факат хар бир боскичнинг ФИКни _i=Е^-/Е⁺=1-Е_i/Е⁺ хисобини бажариш эмас балки технологик занжирнинг барча участкалариникини хисоблаш катта ахамият касб этади.
У холда ФИКнинг биринчи боскичидан то охиригисигача навбатма-навбат камайиши характери хар бир боскичдаги эксергия йукотмаларига мос келади. Бундай ФИКларнинг иккита боскичдаги фарки солиштирма эксергия йукотмаларига (бирламчи эксергия бир бирлигига тенг) тенг.
Таянч сузлар ва иборалар: СО₂дан газларни абсорцион тозалашнинг эксергетик ФИКи, аммиак синтез килувчи коллоннани эксергетик ФИКи, термомеханик эксергия термик ташкил килувчи, термомеханик эксергия.