4. Обработка результатов измерений
При обработке результатов измерений рассчитываются:
характеристики идеальной машины
холодопродуктиність - по формуле (6);
количество тепла, отведенного в холодильнике - по формуле (7);
мощность привода - по формуле (8);
параметры испытанной ГКМ
холодопродуктивність
QE =Gв(i1 – i0), кВт, где Gв – масса сжиженного воздуха, кг/с;
i1, i0 – ентальпіі газообразного воздуха при условиях окружающей среды и жидкого воздуха, соответственно, кДж/кг;
количество тепла, отведенного в холодильнике
QE =Gwc (T2– T1), кВт, где с – теплоемкость воды, кДж/(кгК);
мощность привода N = NA + NB + NC, кВт
теплоприпливи из окружающей среды Qпр = Qс - QE - N , кВт
удельная затрата энергии на сжижение воздуха Nуд = N / GВ, кДж
термодинамический ккд т =
min/Nуд,
где
min
– минимальная работа сжижения воздуха,
кДж/кг.
Литература
Техника низких температур. Под ред. Э.И. Микулина, И.В. Марфениной,
А.М. Архарова. М.: Энергия, 1975, с.159 - 172.
2. Микулин Э.И. Криогенная техника. М.: Машиностроение, 1969, с.71 - 81 .
Архаров А.М., Марфенина И.В. Микулин Э.И. Теория и расчет криогенных систем. М.: Машиностроение, 1978, с. 282 - 308.
Архаров А.М. Низкотемпературные газовые машины. М.: Машиностроение, 1969, с. 17-21, 24 - 38, 184 - 209.
Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Под ред. В. И. Епифановой, Л.С. Аксельрода. М.: Машиностроение, 1973. т.2, с. 160 - 197.
Вассерман А.А., Казавчинский Я.З., Рабинович В.А. Теплофизические свойства
воздуха и его компонентов. М., Наука, 1966.
Лабораторная работа №6 «типы газоанализаторов. Определение концентрации кислорода в смесях»
1. Общие положения|
Продукты разделения|поділу| воздуха (кислород, азот, аргон, криптон, ксенон, неон и гелий) широко применяются в таких важнейших областях промышленности, как химическая промышленность, металлургия, машиностроение, энергетика. С|із| развитием производства продуктов разделения|поділу| воздуха возрастают требования к контролю технологического процесса, состава конечной|скінченної| продукции. Своевременный контроль при производстве этих продуктов дает возможность|спроможність| предупредить возможные отклонения от установленного|установленого| технологического режима и связанные с ним потери, обеспечивает высокое качество продукции, которая выпускается.
В техническом перевооружении промышленности важная|поважна| роль принадлежит автоматизации технологических процессов на базе применения|вживання| вычислительной техники, робототехнічних систем, автоматизированных машин и аппаратов разного назначения. С|із| ростом|зростом| промышленного производства увеличивается потребность в газоанализаторах, необходимых для автоматического контроля технологическими процессами. Они функционируют не только|не лише| в режиме контроля, но и в режиме управления.
Процессы разделения|поділу| воздуха для получения|здобуття| кислорода и других газов есть|з'являються,являються| в основному поточными и беспрерывными, что требует применения|вживання| приборов, предназначенных для периодического контроля состава смесей, которые содержат|утримують| кислород, в разных местах повітрероздільної | установки. В связи с расширением областей применения|вживання| кислорода возникает необходимость определения концентрации|вмісту,утримання| его в газовых смесях, используемых
в химической промышленности;
в энергетике (при контроле газов котлоагрегатов|, которые отходят);
в металлургии (в доменном и конверторном производствах, производстве никеля, алюминия, меди, процессе термической обработки металлов);
в нефтехимической промышленности (в производствах синтетического каучука, синтетических спиртов, битума);
в авиационной промышленности;
для хранения овощей, фруктов, ягод, хлебных злаков и ценного|коштовного| семян;
в системах обеспечения жизнедеятельности при высотных и космических полетах, глубоководных погружениях;
в медицине и др.
Известные следующие|слідуючі| методы определения концентрации кислорода: химический, электрохимический, с использованием топливных элементов, термокондуктометрічний|, акустический, пневматический, ионизационный, масс‑ спектрометрический|, магнитный, хроматографічний|.
Химические методы определения содержания|вмісту,утримання| кислорода основаны на изменении объема|обсягу| пробы анализируемой смеси в связи с реакцией между кислородом и реактивом.
Электрохимические методы основаны на изменении электропроводности растворов при избирательном поглощении ими кислорода из|із| пробы анализируемой смеси. Недостатками|нестачами| метода есть|з'являються,являються| его малая избирательность, а также большая зависимость результатов измерений|вимірів| от температуры.
Определение концентрации кислорода с использованием топливных элементов основано на реакции окисления водорода кислородом. Основными составными топливного элемента есть|з'являються,являються|: анод, катод и електроліт, т.е. те же составу, который и в любом электрохимическом анализаторе. При определении концентрации газов и пары с помощью топливных элементов электролитом могут служить как жидкие електроліти, так и твердые. При использовании твердого носителя ионов, например, синтетической полимерной іонообмінної мембраны, устраняются недостатки|нестачі|, присущий каморкам|чарункам,вічкам,коміркам| с|із| жидким электролитом. Наличие в полимерной структуре мембраны недвижимых ионных групп и что одновременно находятся|перебувають| в равновесии с|із| ними и способных к обмену подвижных|жвавих,рухливих| ионов, используемых для перенесения|переносу| тока|току|, оказывают содействие потому, что концентрация ионов в отмытой мембране и ее проводимость не изменяются в процессе работы каморки |чарунки,вічка,комірки| продолжительное время.
При одновременной подаче с|із| постоянными скоростями пробы анализируемой смеси с одного стороны и чистого газа (окислителя|окисника| или відновника) с другой стороны на границе|кордоні| раздела мембрана – активированные электроды возникает электрохимическая реакция «холодного горения» (реакция происходит|походить| при комнатной температуре), что сопровождается появлением разности потенциалов между электродами. Эта разность потенциалов и является|з'являється,являється| функцией концентрации кислорода в пробе.
Определение концентрации кислорода термокондуктометрічним| методом основано на изменении теплопроводности смеси в зависимости от концентрации в ней кислорода и сводится к измерению|виміру| теплового потока при заданном распределении температуры или к определению температуры в той или другой точке (на поверхности) исследуемого объема|обсягу| при заданном значении теплового потока. Преимущества метода: малая погрешность измерения|виміру|; простота аппаратурного оформления; высокая надежность газоанализаторов в эксплуатации и их относительно невысокая стоимость. Недостатки|нестачі| метода: определение концентрации кислорода ограничивается кисневоводневою| и геліевокисневою| смесями; на показание приборов влияют температура и давление|тиснення|, как окружающей среды, так и анализируемой смеси, а также ее влажность|вогкість|.
Определение кислорода в смеси акустическим методом основано на зависимости скорости распространения|поширення| звука в смеси от свойств последней. Продолжительность анализа этим методом не больше 30 с|із|, абсолютная погрешность не превышает 0,3 .
Пневматический метод анализа состава смеси основан на зависимости между газодинамічними параметрами определяемого компоненту (кислорода) и его концентрацией. Особенность газоаналітичних приборов, в которых используются элементы и узлы пневмоавтоматики, заключается в том, что проточное сопротивление пневматического резистора зависит не столько от свойств самого резистора, сколько от свойств, протікаючого в нем газа. Измеренными физическими величинами есть|з'являються,являються| газодинамічні параметры: вязкость, плотность или их комбинация, а также показатель адиабаты.
Суть|сутність,єство| ионизационного метода анализа состава при любом способе ионизации пробы анализируемой смеси состоит в функциональной зависимости силы ионного тока от концентрации определяемого компоненту (кислорода). Данный метод анализа владеет высокой чувствительностью. Ионизационный метод анализа – один из наиболее распространенных методов для определения концентрации компонентов газовых сред|середи|, особенно в хроматографии.
Суть|сутність,єство| масс‑ спектрометрического| метода заключается в том, что ионизированные атомы или молекулы вещества разделяются по значениям отношения|ставлення| m/е (m - масса, е – заряд иона) и раздельно регистрируются. С|із| полученного|отриманого,набутого| масс‑ спектру| определяются значение масс и концентраций компонентов в пробе анализируемой смеси. Масс‑ спектрометрический | метод – один из важнейших и универсальных методов анализа состава, в котором используется основная характеристика вещества – масса молекулы или атома. Основные преимущества метода следующие|слідуючі|: непрерывность и одновременность анализа всех компонентов; относительно одинаковое влияние внешних условий на погрешность измерений|вимірів|; дешевизна|дешевина| изготовления и эксплуатации прибора. Особым преимуществом масс‑ спектрометрического | метода, вместе с|поряд з,поряд із| достаточно|досить| высокой чувствительностью, есть|з'являється,являється| небольшая затрата пробы анализируемой смеси.
Определение концентрации|вмісту,утримання| кислорода в смеси магнитными методами основано на потому, что кислород в сравнении с другими газами владеет заметными парамагнитными свойствами – наибольшей магнитной восприимчивостью (в 150 раз большей, чем в|в,біля| азоте, водорода и других газов), что обеспечивает возможность|спроможність| избирательного определения его во многих смесях. Эта особенность магнитных свойств кислорода положена в основу работы термомагнитных| кислородных газоанализаторов, с помощью которых концентрация кислорода беспрерывно контролируется и регистрируется, что обеспечивает автоматизацию управления и контроля процессов в повітрероздільних| установках. Анализаторы такого рода могут применяться не только|не лише| для анализа технологического кислорода, но и для определения концентрации|вмісту,утримання| |вмісту,утримання| кислорода кубовой жидкости и техническом азоте. Чувствительность таких приборов равняется 0,1 О2.
Хроматографічні| методы анализа есть|з'являються,являються| наиболее универсальными, чувствительными и надежными и основанные на разделении|поділі| пробы газа (реагірувальна| смесь и газ‑ носитель|). При прохождении через пласта сорбента, который заполняет колонку, проба разделяется на компоненты. Разделенная проба поступает|надходить| на вход детектора – измерительный преобразователь состава в хроматографии, который превратит концентрацию компонентов в пропорциональный|пропорціональний| электрический сигнал. О концентрациях компонентов судят по высотам «пиков» или за их площадями. Точность и надежность результатов хроматографічного| анализа определяется полнотой разделения|поділу| компонентов, которая, в свою очередь|своєю чергою|, зависит от избирательности сорбента и эффективности колонки. Как материал для колонок применяют неіржавіючу сталь, медь, стекло, фторопласт и ряд|лаву,низку| других материалов. Для разделения|поділу| кислородосодержащих газов наибольшее распространение приобрели цеолиты| (молекулярные сита) 5А і 13Х, а также алюмосиликаты|. Хроматографічні| методы широко применяются в газовом анализе, благодаря простоте и универсальности аппаратуры, а также возможности|спроможності| автоматизации.