5.5. Поділ газових сумішей
Витрати роботи при розподілі газової суміші на складові залежать від застосовуваного способу. Однак і в цьому випадку існує мінімальна теоретична межа витрат роботи.
Склад суміші, що розділяється зазвичай виражають через об'ємні, масові або мольні частки.
Молярна частка компонента 1 у суміші визначається за формулою:
Молярні частки компонентів у суміші пов'язані рівністю:
Розглянемо процес поділу ідеальної газової суміші. Приймемо бінарну суміш, що складається з компонентів1і2.
У циліндрі розташовані два напівпроникні поршні, що переміщаються без тертя, причомуП1проникаємо для газу1, аП2- для газу2.
Повільно переміщуючи поршні таким чином, щоб тиск і температура у всіх частинах системи не змінювалися, досягнемо положенняII. Коли обидва поршні зійдуться, тоді в
Мал. 18. Схема процесу
поділу в циліндрі
лівої частини циліндра збереться чистий компонент1, тиск якого будер0, а у правій - чистий компонент2, тиск якого також будер0. Таким чином, якщо процес ізотермічний, то витрати роботи дорівнюють сумі робіт ізотермічного стиснення складових газових сумішей від їх парціальних тисків до загального тиску>.
Відповідно до закону Дальтона
Як приклад обчислимо мінімальну роботу поділу повітря на азот та кисень.
Реальні витрати роботи значно більші. Ступіньтермодинамічної досконалості установки поділу газової суміші визначаються за формулою:
деl- сумарні витрати.
У повітророзподільчих установках часто доводиться поєднувати процеси поділу сумішей і зрідження одного з продуктів, що отримуються. При визначенні мінімальної роботи для отримання зрідженого кисню та газоподібного азоту з повітря процес можна представити у вигляді двох послідовних процесів: поділ повітря на газоподібний азот та кисень та зрідження кисню, тоді мінімальна робота, віднесена до одного молю, визначається наступним чином:
При поділі повітря (прир0= 0,1 МПа) на азот і кисень та одержання з нього рідких кисню або азоту для визначення мінімальної роботиlтiпможна використовувати дані, наведені у табл. 2.
Мінімальна робота,кДж/моль, одержання 1-го моля рідких кисню