13.2 Контрольная работа №2

Производитель хочет оценить эффективность компрессора. В процессе эксперимента при подъеме давления водорода от Р₁ = 500 кПа до Р₂ температура газа повышается от t₁ = 20⁰С до t₂. Считается, что компрессор работает без тепловых потерь в окружающую среду, водород ведет себя как идеальный газ, а его изобарная теплоемкость равна

28.62 кДж/(кмоль·К).

Какова эффективность компрессора, если она рассчитывается в соответствии с выражением:

Решение

В любом процессе изменение энтропии 1 моля идеального газа будет равно

s₂ -s₁=С_р·ln(T₂/T₁)-R·ln(Р₂/Р₁).

В обратимом адиабатическом процессе, кроме того, должно выполняться условие s₂=s₁,

откуда можно определить минимально возможную конечную температуру Т₂^обр.

Подведенная в эксперименте мощность (на 1 моль) вычисляется по формуле

w_in=С_р·(Т₂-Т₁).

Минимальная мощность, необходимая для сжатия газа до давления Р₂ в обратимом процессе, равна w_in^обр=С_р·(Т₂^обр-Т₁).

Варианты задания

№ варианта	Буква	Р2, кПа	t2, 0С	№ варианта	Буква	Р2, кПа	t2, 0С
1	А, П	1000	107,6	8	З, Ц	1350	151,1
2	Б, Р	1050	114,4	9	И, Ч	1400	156,6
3	В, С	1100	121,0	10	К, Ш	1450	162,0
4	Г, Т	1150	127,4	11	Л, Щ	1500	167,3
5	Д, У	1200	133,6	12	М, Э	1550	172,4
6	Е, Ф	1250	139,6	13	Н, Ю	1600	177,4
7	Ж, Х	1300	145,4	14	О, Я	1650	182,3

13.3 Контрольная работа №3

Поток водорода с давлением Р₃ > 100кПа и температурой t₃=20⁰C разделяется на два равных потока с давлениями Р₁=Р₂=100кПа, заданной температурой t₁>t₃ и неизвестной t₂<t₃. Процесс адиабатический. Газ считать идеальным, теплоемкость С_р равна 28.6 кДж/(кмоль·К).

а) Показать, что процесс возможен

б) Оценить эксергетическую

эффективность процесса

Решение

Для 1 моля идеального газа h-h₀=С_р·(Т-Т₀), s-s₀=С_р·ln(T/T₀)-R·ln(Р/Р₀).

Параметры окружающей среды принимаем равными Р₀=100 кПа, Т₀=293К (20⁰С).

По условиям задачи процесс адиабатический, поэтому h₁+h₂=2h₃ , откуда находим

T₂=2Т₃ -Т₁.

Вычисляем изменение энтропии s₁+s₂-2s₃ ; если оно положительно, процесс возможен.

Вычисляем эксергии потоков (для 1 моля газа) по формуле ex=h-h₀-T₀·(s-s₀).

Эксергетическую эффективность процесса определяем по формуле (eх₁+eх₂)/(2eх₃).

Варианты задания

№ варианта	Буква	Р3, кПа	t1, 0С	№ варианта	Буква	Р3, кПа	t1, 0С
1	А, П	300	50	8	З, Ц	400	60
2	Б, Р	400	55	9	И, Ч	500	65
3	В, С	500	60	10	К, Ш	600	70
4	Г, Т	600	65	11	Л, Щ	700	50
5	Д, У	700	70	12	М, Э	800	55
6	Е, Ф	800	50	13	Н, Ю	300	60
7	Ж, Х	300	55	14	О, Я	400	65

Литература

1. Лисицын Н.В., Викторов В.К., Кузичкин Н.В. Химико-технологические системы: Оптимизация и ресурсосбережение. – СПб.: Менделеев, 2007. – 312 с.

2. Лейтес И.Л. Второй Закон и его 12 заповедей. Популярная термодинамика и химическая энерготехнология. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – 176 с.

3. Кудинов В.А. Техническая термодинамика: Учеб. пособие для вузов/В.А.Кудинов, Э.М.Карташов – М.: Высш. шк., 2003. – 261 с.

4. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. – М.: Мир, 2002. – 461с.

5. Тимофеев В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие для вузов/В.С. Тимофеев, Л,А, Серафимов, – М.: Высш. шк., 2003. – 536 с.

6. de Swaan Arons, J.; van der Kooi; Sankaranarayanan K. Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries; Marcel Dekker, Inc.: New York – Basel, 2004. – 299p.

7. Szargut J., Morris D. R., Steward F. R. Energy analysis of thermal, chemical, and metallurgical processes: Hemisphere publishing corporation:1988. – 330 p.

8. Szargut J. Energy Method Technical and Ecological Applications: WIT Press: 2005. – 165 p.

9. Dincer I.; Rosen M. Exergy: Energy, Enviroment and Sustainable Development; Elsevier: 2004. – 454 p.

10. HYSYS. Process, version 3.2, documentation: Customization Guide. Cambridge (USA): Aspentech, 2003. – 332 p.