Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
Система, совершившая какой-либо равновесный процесс, может вернуться в начальное состояние, пройдя в обратном процессе через те же равновесные состояния, через которые она проходила в прямом 'процессе. При этом во внешней среде никаких изменений не останется, т. е. можно сказать, что равновесный процесс обладает свойством обратимости;
б) во время протекания равновесного процесса, силы, действующие на систему, должны быть равны силам, противодействующим со стороны самой системы (точнее они должны отличаться на бесконечно малую величину).
Сказанное относится, например, к внешнему давлению и давлению самой системы;.
в) если система не изолирована от окружающей среды теплонепроницаемой (адиабатной) оболочкой, то температура системы должна быть равна температуре внешней среды (точнее, между ними должна быть бесконечно малая разница);
г) давления1 и температуры в различных частях самой системы должны быть одинаковыми (точнее, должны отличаться на бесконечно малую величину);
д) должны отсутствовать какие-либо необратимые потери (например, связанные с трением, теплопередачей и т. д.);
е) равновесный процесс протекает бесконечно медленно;
ж) если система переходит из состояния А в состояние В и при этом она совершает работу, то эта работа является в случае равновесного процесса, наибольшей; если же при этом работа совершается над системой—при равновесном процессе эта работа является минимальной. Это вытекает хотя бы из того, что при равновесном процессе должны отсутствовать всякие потери.
Следует иметь в виду, что графически можно изображать лишь равновесные процессы, так как всякая точка на диаграммах состояния характеризует равновесное состояние, а всякая кривая—ряд последовательно идущих равновесных состояний,
1 Не считая естественной разницы в давлениях на различных высотах, вызванной наличием сил земного притяжения.
L
45
т. е. изображает равновесный процесс. Изображение же неравновесных систем или неравновесных процессов в значительной степени носит условный характер и не всегда допустимо. Поэтому все термодинамические зависимости, характеризующие процессы изменения состояния системы, относятся только к равновесным процессам.
Все реальные процессы являются необратимыми, так как идут с конечной скоростью, при конечных разностях между силами, действующими на систему и им противодействующими и сопровождаются неустранимыми потерями.
4. ПРАВИЛО ФАЗ
Изменение состояния системы характеризуется изменением ее интенсивных свойств; поэтому, исьользуя математическую-терминологию, интенсивные свойства можно назвать переменными системы.
Опыт показывает, что не все эти переменные являются независимыми, так для перегретого водяного пара принятие значений температуры и давления ьполне достаточно, чтобы значения всех остальных переменных—удельного веса, скрытой теплоты испарения, удельной теплоемкости и т. д., вполне определились.
Чаще всего, в качестве независимых переменных принимаются такие свойства, которые легко доступны непосредственному и точному определению (как, например, температура, давление, удельные объем и вес, концентрации компонентов и т. д.), остальные параметры, обычно рассматриваются как функции независимых переменных.
Число независимых переменных, значения ,которых в определенных границах можно изменять произвольно, б^з нарушения природы и числа фаз системы, называется кислом степеней свободы (L) системы.
Для выявления возможного числа степеней свободы в различных системах важное значение имеет правило фаз, установленное Гиббсом и выражаемое следующей зависимостью
L--n . (II, 1)
И
где !—число степеней свободы; п—число компонентов; N-число разновесных фаз.
Из уравнения (II, 1) видно, что максимальное число сосуществующих фаз будет при Ь=^0У т. е. еозможно лишь при вполне определенных значениях температуры, давления и составов фаз, и ни один из этих параметров не может быть произвольно изменен без нарушения числа фаз системы.
H
46
ґ
f
В случае, например, двухкомпонентной двухфазной системы^' правило фаз указывает, что имеется две степени свободы, т. е.-из переменных свойств системы можно произвольно задаться любыми двумя и тем самым зафиксировать состояние системы.
Следует иметь в виду, что произвольность выбора значений независимых параметров ограничена некоторыми пределами и выход за эти пределы может уже привести к изменению числа сосуществующих фаз, что, в свою очередь, привез-дет к изменению числа степеней свободы.
Более подробные пояснения к правилу фаз см. в литературе, например [8,9]. *
5. НАСЫЩЕННЫЕ И НЕНАСЫЩЕННЫЕ ПАРЫ
В процессах нефтепереработки часто приходится иметь дело с парами различных жидкостей, главным образом с пара-ми углеводородов и воды.
Пары жидкостей могут быть либо в состоянии насыщения, либо в состояниях различной степени ненасыщенности.
Представление о насыщенном и ненасыщенном парах можно получить из щего
мер, имеется сосуд, снабженный, манометром и термометром. Поместим этот сосуд в термостат с таким расчетом, чтобы температура в сосуде в течение всего опыта была
