BASKAKOV - Стор 10
Питома ентальпія, кДж/кг (ккал/кг)
Мал. 63. Основні криві діаграми Мольє (рис. 65) лінії, спрямовані з точки критичного стану газу вниз, відображають кількість
частин газу та рідини у фазі переходу. Іншими словами, 0,1 означає, що суміш містить 1 частину парів газу та 9 частин рідини. У точці перетину тиску насиченої пари і цих кривих визначимо склад суміші (її сухість або вологість). Температура переходу стала протягом всього процесу конденсації або пароутворення. Якщо пропан знаходиться в замкнутій системі (у вантажному танку), в ній є і рідка і газоподібна фази вантажу. Можна визначити температуру рідини, знаючи тиск пари, а тиск пари - за температурою рідини. Тиск і температура пов'язані між собою, якщо рідина та пара знаходяться у рівноважному стані в замкнутій системі. Зауважимо, що криві температури, розташовані в лівій частині діаграми, опускаються майже вертикально вниз, перетинають фазу пароутворення в горизонтальному напрямку і праворуч діаграми знову опускаються вниз майже вертикально.
П р і м е р 2: Припустимо, що є 1 кг пропану у стадії зміни фаз (частина пропана рідина, а частина
- Пар). Тиск насиченої пари становить 7,5 бар, а ентальпія суміші дорівнює 635 кДж/кг.
Необхідно визначити, яка частина пропану знаходиться у рідкій фазі, а яка у газоподібній. Відкладемо на діаграмі насамперед відомі величини: тиск пари (7,5 бар) та ентальпію (635 кДж/кг). Далі визначимо точку перетину тиску та ентальпії - вона лежить на кривій, яка позначена 0,2. А це, у свою чергу, означає, що ми маємо пропан у стадії кипіння, причому 2 (20%) частини пропану знаходяться в газоподібному стані, а 8 (80%) знаходяться врідкому.
Також можна визначити манометричний тиск рідини в танку, температура якої 60 ° F, або 15,5 ° С (для переведення температури використовуватимемо таблицю термодинамічних характеристик пропану з Додатку).
При цьому необхідно пам'ятати, що цей тиск менший за тиск насиченої пари (абсолютного тиску) на величину атмосферного тиску, що дорівнює 1,013 мбару. Надалі для спрощення розрахунків ми використовуватимемо значення атмосферного тиску, що дорівнює 1 бару. У нашому випадку тиск насиченої пари, або абсолютний тиск, дорівнює 7,5 бар, тому манометричний тиск в танку складе 6,5 бар.
Раніше згадувалося, що рідина і пари в рівноважному стані знаходяться в замкнутій системі при одній і тій же температурі. Це вірно, проте на практиці можна помітити, що пари, що знаходяться у верхній частині танка (в куполі), мають температуру значно вищу, ніж температура рідини. Це зумовлено нагріванням танка. Однак такий нагрівання не впливає на тиск у танку, який відповідає температурі рідини (точніше, температурі на поверхні рідини). Пари безпосередньо над поверхнею рідини мають ту саму температуру, що і сама рідина на поверхні, де саме відбувається зміна фаз речовини.
Як видно із рис. на діаграмі Молье криві густини спрямовані з лівого нижнього кута
Мал. 66. Наприклад 3 діаграми «сачка» у правий верхній кут. Значення густини на діаграмі
може бути дано в Ib/ft 3 . Для перерахунку у СІ використовується перекладний
коефіцієнт 16,02 (1,0 Ib/ft 3 = 16,02
Приклад 3: У цьому прикладі використовуватимемо криві щільності. Потрібно визначити щільність перегрітої пари пропану при абсолютному тиску 0,95 бар і температурі 49 ° С (120 °F). Також визначимо питому ентальпію цих парів.
Рішення прикладу видно з рис 66. У прикладах використовуються термодинамічні характеристики.
одного газу – пропану.
У подібних розрахунках для будь-якого газу змінюватимуться лише абсолютні величини термодинамічних параметрів, принцип же залишається той самий для всіх газів. Надалі для спрощення, більшої точності розрахунків і скорочення часу будемо використовувати таблиці термодинамічних властивостей газів.
Практично всю інформацію, закладену в діаграму Молье, наведено у табличній формі.
За допомогою таблиць можна знайти значення параметрів вантажу, але важко
. Мал. 67. Наприклад 4 уявити, як іде процес .
. охолодження, якщо не використовувати хоча б схематичне відображення діаграми
Приклад 4: У вантажному танку при температурі знаходиться пропан. Необхідно визначити якомога точніше тиск газу в танку при даній температурі. Далі необхідно визначити щільність і ентальпію парів і рідини, а також різниця ентальпії між рідиною і парами. Пари над поверхнею рідини перебувають у стані насичення за тієї ж температурі, як і сама рідина. Атмосферний тиск становить 980 млбар. Потрібно побудувати спрощену діаграму Молье та відобразити всі параметри на ній.
Використовуючи таблицю (див. Додаток 1), визначаємо тиск насиченої пари пропану. Абсолютний тиск парів пропану при температурі дорівнює 2,44526 бар. Тиск у танку дорівнюватиме:
тиску в танку (надлишковий
У колонці, що відповідає щільності рідини, знаходимо, що щільність рідкого пропану при становитиме 554,48 кг/м 3 . Далі знаходимо у відповідній колонці щільність насиченої пари, яка дорівнює 5,60 кг/м 3 . Ентальпія рідинистановитиме 476,2 кДж/кг, а пари - 876,8 кДж/кг. Відповідно різниця ентальпії складе (876,8 - 476,2) = 400,6 кДж/кг.
Дещо пізніше розглянемо використання діаграми Молье в практичних розрахунках для визначення роботи установок повторного зрідження.
ВСТАНОВЛЕННЯ ПОВТОРНОГО СКРАПЛЕННЯ ГАЗІВ
ПРИНЦИПИ ШТУЧНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ
Мимовільна передача теплоти від нагрітого тіла до тіла холоднішого - процес, природний і незворотний. В ізольованій системі природний теплообмін продовжується до встановлення рівноважної температури.
Штучне охолодження - процес відведення або поглинання теплоти, що супроводжується зниженням температури робочого тіла до нижчої температури, ніж температура навколишнього середовища. Такий процес потребує витрат енергії та здійснюється в холодильних установках (рис. 68).
Мал. 68. Принцип роботи холодильної установки
Мал. 69. Зворотний цикл Карно
Зворотній цикл Карно. Реалізацію так званого ідеального зворотного циклу Карно (рис. 69) холодильної установки можна здійснити за допомогою технічного пристрою, що складається з компресора КМ, конденсатора КД, розширювального циліндра РЦ, випарника І за відсутності в них теплових втрат, що практично нереально.
Цикл Карно можливий лише в області вологої пари. У реальних циклах компресорних холодильних установок розширювальний циліндр замінений регулюючим клапаном (пристроєм, що дроселює, в якому відбувається зниження тиску і температури холодоагенту).
Слід додати, що забезпечити нормальну роботу компресора так званого вологого ходу неможливо. Тому в реальних установках пар холодоагенту у випарнику підсушують до насичення і навіть перегрівають. Звичайно, при цьому зростаютьвитрати енергії на привід компресора, які можна компенсувати виграшем у тепловідводі від тіла, що охолоджується, за рахунок переохолодження конденсату в конденсаторі. Як видно із рис. 69 цикл Карно на діаграмі відображається чотирма прямими лініями, а площі між віссю абсцис і ізотермами еквівалентні теплоті Qg і роботі циклу. На практиці ця наочна діаграма широко використовується для розробки
холодильної техніки. Але для практичних розрахунків параметрів газів, що перевозяться на газовозах, застосовують діаграму (діаграму Мольє). Установки призначені для забезпечення температурних режимів зріджених газів називаються установками повторного зрідження газу (УПСГ),
або RELIQUEFACTION PLANT.
Реальні цикли УПСГ. Прагнення підвищити ефективність реальних компресорних установок призвело до створення різних схем триступеневих і каскадних УПСГ з різними комбінаціями додаткових технічних пристроїв.
СХЕМА І ПРИНЦИП РОБОТИ ОДНОСТУПЕННОГО УПСГ
Одноступінчаста УПСГ (рис. 70) включає вантажний танк Т, з якого пари вантажу через відокремлювач рідини ОЖ всмоктуються одноступінчастим компресором К. Далі стислі в компресорі пари направляються в конденсатор, де вони охолоджуються і конденсуються в результаті теплообміну із забортною водою. Рідкий конденсат вантажу, що утворився, накопичується в збірнику рідини СЖ або ресивері, після чого через регулюючий вентиль РВ, дроселюючи до тиску вантажу в танку, скидається назад у вантажний танк.
Мал. 70. Одноступінчасте встановлення повторного зрідження
На діаграмі Молье цикл одноступінчастої УПСГ має такий вигляд, як показано на рис. 71.
Нехай точка 1 характеризує стан насиченої пари над поверхнею вантажу в танку. Тоді лінія відображатимеперегрів парів вантажу в бані танка і в всмоктувальній магістралі компресора, включаючи відділювач рідини. Опір у всмоктувальному трубопроводі в цьому та наступних прикладах для полегшення розрахунків можна знехтувати. Лінія ілюструє стиск пари вантажу в компресорі до кінцевого тиску нагнітання р н і температури нагнітання t н .
У конденсаторі відбувається зняття перегріву парів вантажу, тобто їх охолодження до температури конденсації (лінія і сама конденсація охолодженої пари, яка відбувається при тиску конденсації р K і безпосередньо з ним пов'язаної температури конденсації t K .
Лінія відображає процес дроселювання в дроселі регулюючого клапана.
Таким чином, у вантажний танк повертається суміш, відсоткове співвідношення пари та рідини в якій можна оцінити за кривою постійного парозмісту (крива «сухості» пари) X = const, що проходить через точку 6. Повернена в танк частину рідкого вантажу під впливом теплоти з навколишнього середовища знову закипає (лінія та цикл повторюється.
Розглянемо роботу такої установки на конкретному прикладі.
Приклад 1. Розрахуємо час роботи УПСГ зниження температури вантажу до заданої величини.