Дипломдық ЖҰмыс тақырыбы: «Әр түрлі қысымдағы сутегі қоспасының аммиакпен техникалық ылғалды газдарының диффузиясын өлшеу» 5B072300 «Техникалық физика»
АММИАК СИНТЕЗІ КОМПОНЕНТТЕРІ БАР КЕЙБІР ҮШТІК ГАЗ ЖҮЙЕЛЕРІ ҮШІН ТИІМДІ ДИФФУЗИЯЛЫҚ КОЭФФИЦИЕНТТЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ТӘУЕЛДІЛІГІ
жүктеу/скачать 0,76 Mb.
|
| 2 АММИАК СИНТЕЗІ КОМПОНЕНТТЕРІ БАР КЕЙБІР ҮШТІК ГАЗ ЖҮЙЕЛЕРІ ҮШІН ТИІМДІ ДИФФУЗИЯЛЫҚ КОЭФФИЦИЕНТТЕРДІҢ ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ТӘУЕЛДІЛІГІ
Көп компонентті жүйелердегі газдардың диффузиясының тиімді коэффициенттерінің (ДТК) температуралық тәуелділігі бүгінгі күні жалпы анықтамалық әдебиетте көрсетілмеген, ал осы тақырып бойынша жарияланымдар саны өте шектеулі. Алайда, көптеген технологиялық процестер үшін, мысалы, газдан аммиак синтезі, газ тәрізді отынның жануы және басқа да бірқатар процестер үшін мұндай ақпарат қажет және маңызды, өйткені бұл процесс пен өндірістің практикалық циклін нақты сипаттауға мүмкіндік береді. Бұл жұмыста компоненттері аммиак синтезінде белгілі бір дәрежеде қолданылатын екі үштік жүйе үшін газдардың ДТК-нің температураға тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштерін есептеу ұсынылған. Осы жұмыс бойынша негізгі ақпарат көзі КСРО Мемстандартының МВ аттестатталған ӘҒО ДТК бойынша ұсынылатын анықтамалық деректер кестесі және инженерлік-физикалық журналда жариялануы болды. Кестеде келтірілген диффузияның тиімді коэффициенттері 0,2 – 1,0 МПа қысым диапазонында екіколбалық әдіспен және хроматографтағы газ қоспаларын талдай отырып, Т = 298,0 К кезінде изотермиялық жағдайларда 0,3-тен 0,9 моль үлесіне дейінгі екілік қоспалардағы компоненттер концентрациясымен өлшенді. ДТК өлшеудегі қателік 4-тен 9% - ға дейінгі аралықта болды. Осы мақаланың авторлары [33] әдебиеттерде бар ақпаратты ДТК компоненттерінің температураға тәуелділігі туралы мәліметтермен толықтыруды мүмкін деп санады. Алынған нәтижелер температураның өзгеруімен күрделі газ қоспаларындағы диффузиялық процестің механизмін толығырақ ашуға, әр компоненттің берілуін және жалпы масса алмасуды бағалауға мүмкіндік береді. Ұсынылған нәтижелер жаңа анықтамалық материал ретінде қызмет етеді деп сенуге болады. Компьютерлік технологияның қазіргі даму деңгейінде термодинамикалық параметрлердің әсерін ескере отырып, газдар мен олардың қоспаларының тасымалдану және басқа қасиеттерін есептеу міндетін қымбат эксперименттерге жүгінбестен шешуге болады және түпкілікті нәтижені функционалды тәуелділік түрінде ықшам түрде ұсынуға болады. Бұл жұмыста ДТК компоненттерінің температураға тәуелділігі өзара диффузия коэффициентінің (ӨДК) температураға дәрежелік тәуелділігінің формуласына ұқсас жартылай эмпирикалық формула түрінде ұсынылды: (43) мұндағы – дәреже көрсеткіші, ал – i компонентінің бастапқы температурасы үшін ДТК ( (біздің есептеу бойынша ). Бұл идея толығымен негізделген, өйткені тиімді диффузия коэффициенті әдісі көп компонентті масса алмасу процесін ДТК-мен [34] сипаттауға болады деген болжамға негізделген, ол екілік жүйе жағдайында ӨДК-не тең болады. Ресми түрде, бірөлшемді жағдай үшін бұл мәлімдеме Фиктің бірінші заңы түрінде жазылады: (44) мұндағы - диффузиялық ағынның тығыздығы және cәйкесінше, i-ші компоненттің концентрациясы. Осылайша, к-компоненттік газ қоспасындағы i-ші компоненттің ағыны тек осы компоненттің градиентімен және оның ДТК-мен анықталады. Бұл әдісті көптеген тәжірибелерде, соның ішінде ДТК-нің температураға тәуелділігін анықтау кезінде сынақтан өткізу диффузиялық процесті физикалық тұрғыдан дұрыс сипаттайды, сонымен қатар оны қолдану оңай. Әдебиетте ДТК үшін өрнектердің бірқатар жазбалары бар. Біз диффузиялық эксперименттерде оңай тексерілетін [35] жұмыстарынан өрнек қолданамыз. (45) Мұндағы - диффузияның басты және тоғыспалы «практикалық» коэффициенттері (ПКД) немесе көп компонентті диффузияның матрицалық коэффициенттері (МКМД); – j-ші компонент концентрациясының өзгеруін i-ші компонент концентрациясының өзгеруімен байланыстыратын қатынас; – i және j газ буының ӨДК-і; - i және j компоненттерінің моль үлестері. Жергілікті мәндердегі (3) өрнекті қолдану қиын, сондықтан оны і-ші компоненттің интегралды (диффузиялық қабатта орташа) ДТК-ын компоненттік қоспаға ауыстыру арқылы жеңілдетеді. шамалары орташа (арифметикалық орта) моль үлестері үшін есептеледі, ал градиенттердің қатынасы диффузиялық қабат шекарасындағы 0 және L нүктелері арасындағы компоненттер концентрациясының айырмашылығының қатынасымен ауыстырылады: (46) (46)-дан шығатыны, жүйе ішіндегі компоненттердің таралуына байланысты ДТК белгісі оң да, теріс те болуы мүмкін. [36] сәйкес, ДТК-ін өлшеу кезінде екіколбалық диффузиялық құрылғылар қолданылды. Эксперименттік қондырғыға кіретін аппараттың, аспаптардың және тораптардың конструкциясы, сондай-ақ жұмыс әдістемесі егжей-тегжейлі сипатталған. Бірінші аппаратта келесі параметрлер болды: жоғарғы және төменгі колбалардың көлемі – ; диффузиялық арнаның ұзындығы мен диаметрі L =7,055 см және d = 0,4 см, ал екіншісі - Vв = Vн = 62,0 ; арнаның ұзындығы мен диаметрі L = 7,055 см және d = 0,330 см. Құрылғының тұрақты деп аталатын геометриялық өлшемдер кешені , (мұндағы S – каналдың көлденең қимасы, ал – диффузиялық каналдың тиімді ұзындығы), бірінші аппарат үшін 2215 см2, ал екіншісі үшін - 2653 . Ұсынылған есептеулерде тұрақтысы 2500 болатын аппарат қолданылды. Бұл жұмыста сандық эксперимент арқылы жүйелер үшін ДТК компоненттерінің температуралық тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштері анықталды: 1. (2) және 2. (3) (мұнда химиялық таңбадан кейін біз ыңғайлы болу үшін болашақта қолданатын газдардың нөмірленуі көрсетілген), онда екілік қоспалардағы газдардың концентрациясы 298-800 К температура аралығында және 0,101 МПа-ға тең қысым аралығында өзгерді. Осы жүйелермен жұмыс істеу кезінде [1] - де белгіленген шектеулерді біз ескердік. Олар төмендегілерге дейін төмендеді: біріншіден, газдар мен олардың қоспалары белгілі бір қысым диапазонында өте қолайлы, екіншіден, бірінші жүйе үшін екілік қоспадағы сутегі концентрациясы 0,8 моль үлесінен асатын болса, диффузиялық аппараттың колбаларындағы аммиактың тасымалдануы шамалы (ол «құлыпталған» сияқты), дегенмен басқа компоненттер өздерінің концентрациясын айтарлықтай өзгертеді. Бұл құбылыс стационарлы емес диффузияда «диффузиялық жапқыш» деп аталды. (43) сәйкес ТДК компоненттерінің температуралық тәуелділіктерін есептеуді жүргізу үшін = 298 К кезінде қоспаның әрбір компоненті үшін мәндерін және температуралық тәуелділік дәрежесінің көрсеткішін білу қажет. Алайда, белгісіз болғандықтан, олардың анықтамасы келесі дәйекті операциялардан тұрды. Біріншіден, анықтамалық деректерді пайдалану жүйеге кіретін газдар буларының ӨДК-не температуралық тәуелділігі туралы ӨДК 298-ден 800 К-ге дейінгі температурада 100 К аралықпен есептелді. Екілік қоспалардың температураға тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштері келесідей болды: – n = 1,702; – n =1,743; – n = 1,80. Біз әдебиетте азот-аммиак газдарының буы үшін температураға тәуелділік деңгейінің индикаторының мәнін таба алмағанымызды ерекше атап өтеміз. Сондықтан [37] ұсынысты қолдануға тура келді. "Алайда, формуласы D - ның T-ға тәуелділігін көрсетеді, егер 3/2 көрсеткішін ~ 1,80-ге ауыстырсақ, бұл формула жақсы нәтиже береді. жүйесіне жақын екілік жүйелердің ӨДК-нің температураға тәуелділік дәрежесінің көрсеткіштерін параллель талдау жоғарыда ұсынылған нәтижелерді береді. Содан кейін = 298 К және Р = 0,101 МПа ӨДК үшін газ буының мәні: =0,80; =0,79; = 0,230 болды. Осы бастапқы деректерге сәйкес басқа температураларда ӨДК анықталды (9-кестені қараңыз). 9 кесте
Содан кейін ӨДК 9-кестеден берілген температуралар кезінде жұмыстарда ұсынылған әдістеме бойынша концентрацияларды бастапқы бөлу үшін әрбір газдың концентрациясына байланысты анықтау үшін пайдаланылды. Алынған мәліметтерден (46) сәйкес компоненттердің температуралық тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштері анықталды. Есептеу нәтижелері 10-кестеде келтірілген. Іс жүзінде есептелген ДТК мәндері тепе-теңдік қоспасына сәйкес келеді, яғни барлық компоненттердің концентрациясы орташа болған кезде. 10-кестеде бұл жағдайда ЭКД мәндері = 0,5 моль үлесінің сутегі концентрациясында болады және олар тепе-теңдік қоспасына сәйкес келеді . ДТК компоненттерінің температураға тәуелділік дәрежесінің курсивпен белгіленген көрсеткіштері 400 К-нен басталатын әр температура үшін анықталды. Сутегі мен азоттың қуатқа тәуелділік индикаторының шамалы өзгеруі дөңгелектеумен байланысты. Ерекшеліктер аммиак үшін көрінеді. ДТК және осы газдың қуаттық тәуелділік көрсеткішінің өзгерістері «диффузиялық ысырма» көрінісімен түсіндіріледі. Оның әсері диффузиялық процестің бастапқы кезеңіндегі «диффузиялық бароэффект» қарқындылығымен байланысты. Бұл жоғарыда жазылған. Көп компонентті қоспалардағы газдардың температураға тәуелділігін анықтауға байланысты біздің жұмысымызда компонент концентрациясының әсері компоненттің температураға тәуелділік дәрежесінің көрсеткішіне өте әлсіз әсер ететіндігі бірнеше рет айтылған. Алынған нәтижелерді іс жүзінде пайдалану үшін біз 10-кестенің соңғы бағанында осы газ жүйесінің барлық үш компонентінің орташа температуралық тәуелділік көрсеткіштерін келтірген жөн деп таптық. 10 кесте ДТК және 298-800 К температура аралығындағы концентрациялардың бастапқы таралуы үшін екілік қоспадағы сутегі концентрациясына байланысты жүйесі компоненттерінің температуралық тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштері
Берілген жүйе бойынша ДТК компоненттерінің температуралық тәуелділіктерін зерттеуді қорытындылай және қуаттық тәуелділік көрсеткіштерін бағалай отырып, олардың мәндерін = 298 К және Р = 0,101 МПа – ға келтіруге болады: сутегі - n = 1,710 ±0, 003; азот - n = 1,744 ± 0, 015, және осы газдар үшін екілік қоспадағы концентрацияға байланысты анықталады; аммиак - n = 1,90 ± 0,08, осы газ үшін есептеу сутегі концентрациясы 0,6 мольдік үлесінде. Екінші жүйе үшін ұқсас зерттеулер жүргізілді. Алынған нәтижелер 11-кестеде көрсетілген. 11 кесте
11-кестенің жалғасы
Осы кесте нәтижелерінің түсіндірмелері 11-кестедегі түсіндірмелерге ұқсас. Азот пен аммиактың сутекке қатысты бірдей диффузиялық қасиеттері бар екенін ғана атап өтеміз. Іс жүзінде практикалық тапсырмалар үшін олардың қоспасын «бір газ» деп санауға болады. Осы жүйеде = 298 К және Р = 0,101 МПа кезінде ДТК компоненттерінің температуралық тәуелділіктерін зерттеу нәтижесінде олардың барлық газдар үшін мәндері =0.80 тең, ал температуралық тәуелділік дәрежелерінің көрсеткіштері мынадай: сутегі - n = 1,723 ± 0,007; азот - n = 1,712 ± 0,004; аммиак - n = 1,733 ± 0,004. Көп компонентті газ қоспаларында диффузиялық ағындарды есептеу үшін ДТК-ін қолданған кезде, диффузияның қандай жағдайлары үшін ДТК өрнектері алынғанын есте ұстаған жөн, әйтпесе сіз өрескел қателіктер жібере аласыз. Бағалау есептеулерін жүргізу үшін ДТК компоненттерінің температуралық тәуелділік дәрежелері көрсеткіштерінің сандық мәндерін ӨДК үшін дәреже көрсеткіштерінің орташа арифметикалық мәні арқылы табуға болады. Сонымен, аммиак – сутегі және аммиак - азот жүйесінің көрсеткіштерін қосып, жартысына бөліп, Біз n =1,771 аммиак ДТК үшін аламыз. Сол сияқты сутегі ДТК үшін n = 1,728 және азот n = 1,751. Бұл сандық мәндер нақты нәтижелерге қатысты ақылға қонымды шектерде болады. Осылайша, есептелген ДТК және аммиак бар үш компонентті жүйелердегі газдардың температураға тәуелділік дәрежесінің көрсеткіштері практикалық қосымшаларда анықтама ретінде қызмет ете алады. Жүргізілген зерттеулерден күрделі газ қоспаларында олардың диффузиялық қабілеттерін дұрыс бағалау үшін диффузия кезіндегі барлық газдардың әрекеті туралы ақпарат болуы керек. жүктеу/скачать 0,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||