Бродянский В.М., Калинина Е.И.
Разделение газовых смесей

Изменение термодинамических функций в процессе разделения

Для анализа изменения термодинамических функций S, i, e в процессе разделения рассмотрим процесс сжатия компонентов в компрессорах K₁, K₂,…K_i,…K_n (рис. 2-2).

Рис. 2-2.

1. По энергетическому балансу процесса сжатия в компрессоре можно проанализировать изменение энтальпии в процессе: l_i + i₁ = q_{i + i2.}

Для идеального газа в изотермическом процессе сжатия энтальпия остаётся постоянной, т.е. i₁=i₂, l_i = q_i + i₂ - i₁ = q_i; l_i = q_i.(Для реального газа необходимо учесть изотермический дроссель-эффект Δi_т)

Энтальпия компонентов смеси не меняется при разделении, поэтому энтальпия смеси до разделения равна суммарной энтальпии компонентов после него:

  (2-5)

2. Изменение энтропии в процессе разделения можно проиллюстрировать на Т, s диаграмме (рис. 2-3).

Рис. 2-3.

При сжатии газа с Т=idem (процесс 1-2) энтропия его уменьшается. Работу сжатия можно записать через изменение энтропии .(Здесь и в дальнейшем знак Σ будет использоваться для обозначения восходящих разностей, а знак ∇ – для нисходящих.)

Тогда минимальная работа разделения

.

  (2-6)

3. Изменение эксергии в процессе разделения можно проследить, используя эксергетический баланс процесса идеального изотермического сжатия (рис. 2-2):

Эксергия потока в процессе сжатия возрастает.
Суммарная эксергия компонентов смеси после разделения больше эксергии исходной смеси

Минимальная работа разделения может быть определена через изменение эксергии компонентов как сумма изменений эксергии при сжатии каждого компонента от ого парциального давления до давления смеси

  (2-7)

Итак, минимальную работу разделения газовой смеси можно записать в виде трех формул:
для идеальных газов

для реальных газов

Последние две формулы применимы для реального газа в том случае, если величины ∇s и Σe сняты с диаграммы состояния реального газа. Практически, поскольку процессы разделения проходят большей частью при низких давлениях, разница в величинах Lмин по всем трем формулам пренебрежимо мала.

Характер изменения основных термодинамических параметров при разделении показан на рис. 2-4.

Рис. 2-4.

Следующая страница: 2.2. Процесс выделения компонента из смеси