4 соат “Кимёвий ишлаб чиқариш энерготехнологиялари ” фанининг келиб чиқиши ва ривожланиши

Кайтар жараён – бу идеаллаштирилган жараён булиб, у тескари йуналишга борганида атроф мухитда хеч кандай узгариш содир булмайди. Бошкача килиб айтганда кайтар жараён – бу шундай жараён, у боришида энергиянинг «ишчанлик кобилияти» (ёки «кераклиги» худди шуни узи) пасаймайди.
Кайтар жараёнга бошкача таъриф хам бериш мумкин – бу жараён боришида максимал фойдали (электрик ёки механик) иш бажарилади, ёйинки тескари жараён амалга ошса истеъмол килинадиган иш минимал булади, ёйинки циклик жараён боришида йигиндидан иборат иш нульга тенг булади. «Кайтар жараён» атамасининг қаердан келиб чиккани шундан равшан булади. Уни яъни жараённинг тугри йуналишида бажарилган фойдали иш хисобига «сарфиетсиз» тескари, йуналишда амалга ошириш мумкин.

1. 
   расмда келтирилган мисолдан куриниб туриблики Т₂ температурада олинган буғларни конденсация килиб, Т₁ температурада суюкликни буғлантириш керак булар эди. Бу мумкин эмас, чунки Т₂<Т₁^. Демак, биз мухокама килган жараён, барча реал жараёнлар сингари термодинамик кайтмас.
   

Кайтмас жараённи ифодалаш даврида фойдаланилган тушунчага кушимча изох бериш керак булади. Бу тугрисида кейинрок тухтаб утамиз. Дастлаб исботсиз максимал фойдали ишни (яъни механик иш ёки электр энергияни) кайтар жараёнда олиш мумкинлигини Т₁ температурада иситгич ва Т₂ температурада совутгичдан энергия манбаи сифатида иссиклигидан фойдаланиб, термодинамиканинг иккинчи конунига мос равишда куйидагини хосил киламиз:
(1.5)
бу ерда А – механик иш (ёки электроэнергия).
Механик иш ва электрик иш энергиянинг «юкори сифатли» турларига киради. Улардан фойдаланилганда йукотмалар мавжудлиги хам кузатилади, бирок улар энтропия ортишига боглик эмас (бу тушунчани бу турдаги энергиялар характеристикаси учун куллаб булмайди. Шундай жараёнда (1-3 расм) фойдали иш хосил килинади, бир кисм исиклик Q₂ эса мукаррар (термодинамиканинг иккинчи конунига мувофик) совутгичга олиб келинади, шу билан бирга термодинамиканинг биринчи конунига мувофик у (бир кисм иссиклик) баравар Q₂-Q₁-A. Биринчидан юкорида келтирилган кайтар жараён тушунчаси анча умумий булиб, кимёвий жараёнларда механик ёки электр энергия доимо истеъмол килинавермайди ва ишлаб чикарилавермайди. «Термодинамик кайтар жараён», «термодинамик кайтмас жараён» каби тушунчалар жуда кенг жараёнлар доирасига кириб, шу жумладан кимёвий реакцияларга хам таалуклидир. Бу тушунчалар «кайтар кимёвий реакция» «кайтмас кимёвий реакция» тушунчалари билан бевосита боглик булмай, улар реакцияларнинг кимёвий мувозанатларини яъни реакция конкрет шароитда охиригача кетадими (кайтмас реакция) ёки реакциянинг мувозанат константаси охирги сонга эгами ва реакция охиригача борадими (кайтар реакция) характерлайдилар.

				А
М

Расм 1-3. Фойдали иш олишда иссикликни айлантириш жараёнининг схемаси

Кайтар кимёвий реакцияни кайтмас термодинамик йул билан олиб бориш мумкин, термодинамик кайтар йул, яъни максимал фойдали ишни хосил килиш билан олиб боришга хам интилиш мумкин.
Кимёвий реакцияларнинг термодинамик кайтарлигини ортириш усуллари кейинрок батафсил куриб чикилади. Жараённининг термодинамик кайтар шароити зарурлиги (жуда етарли эмаслиги) куйидагилардан иборат: жараённинг харакатлантирувчи кучи жараён давомида аппаратнинг барча нукталарида чексиз кичик булиши керак. Бундай шароит юкорида келтирилган мисолдан жуда равшан. Бирок жараённинг термодинамик кайтарлигини таъминлаш учун бу шартларга риоя килмок камлик килади.
Техникада кайтмас термодинамикага хос бирок жуда кичик харакатланувчи куч билан кечадиган жараёнлар маълум. Жумладан купчилик аралаштириш жараёнлари, масалан, каттик моддалар ва газларнинг эритмаларда эриши.
Тула аралаштириш аппаратлари фойдасиз ва хатто харакатлантирувчи кучнинг камайтириб зиен етказишига характерли мисол булаолади. Агарда шундай аппаратда А+В-С+Д реакцияси утаетган булса, у холда улардаги С ва Д реакция махсулотлари дастлабки А ва В махсулотлари билан аппаратнинг чеккаларида тула аралашадилар. Агар кимёвий реакция кайтар булса, у холда жараённинг харакатлантирувчи кучи аралашмай силжийдиган махсулотлар (каттик поршень шундай харакатланади) тула сикиб чикарувчи аппаратнинг харакатлантирувчи кучига караганда эса камаяди. Тула аралаштириш аппаратида реакциянинг утиш даражаси, фойдали махсулотнинг чикиши, хом ашедан фойдаланиши даражаси камаяди, бу эса хеч качон кандайдир фойдали эффектлар билан табиийки компенсацияланмайди. Етарли термодинамик кайтар жараён шароитида максимал фойдали ишни жараён боришида ишлаб чикариш юкорида келтирилган талабдан келиб чикади. «Кайтар термодинамик» жараёнлар (юкорида килинган тушунтиришларга кура) адабиетда кулланадиган «квазистатик жараён» «квазимувозанат жараён», «мувозанат жараён» тушунчаларнинг синонимлари хисобланади. Кисман ёки тула кайтмас жараёнлар мисоллари жуда хам турличадир. Шундай килиб, идеал газ ва суюкликларни аралаштириш жараёни амалда тула кайтмасдир. Ярим утказувчан мембраналарни куллаб хаелий (гипотетик) тузилмадан фойдаланиб, бу холда йукотилган ишни кайтариш мумкин булар эди. Ноидеал аралашмаларни хосил булишида (иссиклик эффекти билан утувчи) бир кисм йукотилган ишни кайтариш мумкин. Турли температурада моддалар окимини аралаштирилганда кайтмасликдан пайдо буладиган йукотмалар каттадир. Купинча газларни дроселлаштиришда (газ утишини тартибга солувчи клапан) куп йукотмалар вужудга келади, криоген областида (доирасида) эса купинча бу жараёнда кайтмаслик даражаси етарлича катта булади.
Кимёвий реакцияларнинг кайтмаслик даражаси реакция утиш шароитига каттик боглик булади. Термодинамик кайтар жараёнга якинлашиш мукаррар сёкинлашишни охирги чегарасига етгангача (в пределе) давом этишини билдиради деб хисоблашади (бу холда мадомики харакатланувчи куч нольга интилади). Бирок бу хулоса охирги чегарага етган холдагина хакконий булади, бу эса амалий ахамиятга эга эмас. Бундай хулоса реал вазиятда яъни кайтарилишига аста –сёкин якинлашиш умумий холда нотугри. Кайтар жараённи купайтириш купинча унинг тезлигини пасайтиришга олиб келмайди. Чексиз сёкин жараён кайтар жараёнга купинча якин эмас. Хакикатан хар кандай жараённинг тезлиги W га тенг:
W=RFΔý
Бу ерда, R – умумлаштирилган кинетик коэффициент; F – жараён кечадиган аппаратнинг сирти (ёки хажми); Δý – умумлаштирилган уртача харакатлантирувчи куч.

Агарда аппаратнинг кандайдир бир кесимида (ёки нуктасида) харакатланувчи куч Δý нольга тенг булса бир томондан, у холда уртача харакатлантирувчи куч Δý хам нольга тенг, демак, уртача жараён тезлиги W=0. Нольли тезликга карамасдан жараён кайтмас чунки харакаланувчи куч бошка кесимларда нольга тенг эмас. Бошка томондан Δý 0 ва F-const булганда юкори кийматли кинетик коэффициентли жараёнларнинг мавжудлигини инкор килиб булмайди яъни Δý кийматини камайтиришни иссиклик ва массаалмашинув (иссиклик – ва массаалмашинув жараёнларида), кимёвий реакцияларда фаолрок (активрок) катализаторлардан фойдаланилганда коэффициент R ортишини компенсация килиш мумкин. Бундай компенсация маълум чегарагача албатта булиши мумкин, чунки, одатда иссиклик – ва массаузатиш коэффициентларининг ортиши кайтмас жараённи усишига олиб келади. Шундай килиб, окимлар тезлигининг ортиши масса – ва иссиклик узатиш коэффициентларини устиради, бирок бирваракайига аппаратларнинг гидродинамик каршилигининг ортиши кузатилади. Жадаллашган аппаратлар, одатда катта каршиликга эга буладилар.
Технологларнинг ишонган кенг таркалган фикрларидан бири агар реакторлардан (масса алмашунув аппаратидан, иссикликалмаштиргичдан) чикишида мувозанат урнатилса у холда жараён такомиллашувга эришди деб хисобланади. Бу юкорида айтилганларга кура нотугри. Энергетика нуктаи назаридан харакатлантирувчи кучнинг (чегарагача) аппаратдан чикишида эмас, балки унинг хохлаган нуктасида йуклиги жараённинг такомиллашувига зарур шароит хисобланади. Агар бу талаб хисобга олинмаса, ортикча харакатлантирувчи куч ёки бевосита ушбу аппаратнинг узида, ёки бошка боскичларида энергетик йукотмаларга олиб келади. Охирги доимо сезиларли булмайди. Шундай килиб, ёкилгини ендирганда уни энергиясини юкори параметрли буғ ва иссик сув олиш учун фойдаланиш мумкин. Купинча кейинчалик кампотенциалли иссиклик истеъмолчилари йуклиги ва бу иссикликдан тула фойдаланилмайди, балки ташлаб юборилади. Бунинг сабаби иккиламчи энергетик ресурсларидан фойдаланиш емон ташкил килинишда эмас, балки олдинги боскичда уларнинг энергия «сифати» йуколганлигидадир. Бундай мисоллар жуда куп кузатилади.
Куп кимёвий реакциялар жуда тез утади ва амалда мувозанатга эришилади. Бирок бу холда жараённинг харакатлантирувчи кучи, реакторнинг бошлангич кесимида жуда катта булиши мумкин. 1-4 расмда кайтар реакциянинг утишида жараённинг харакатлантирувчи кучи узгариши Δу_i=у_i-у_i^* (бу ерда у_i – дастлабки компонентнинг концентрацияси купчилик кимёвий реакторлар учун характерли эканлиги курсатилган.

уi
	уi
О	Уi^*
					1

1-4 расм
Тўғри ўтадиган реакторларда реакция утиши даврида ишчи (у_i) ва мувозанат (ỳ_i) концентрацияларнинг узгариши ( – реакция утиш даражаси).
Расмдан куриниб турибдики у_i ишчи концентрация аста-сёкин йуколиб боради, у_i * мувозанатли концентрация эса ортиб боради. Натижада аппаратдан чикишда бу кийматлар бир-бирига жуда якин, аммо фойдали иш йукотмаларини характерлайдиган эгри чизиклар орасидаги майдон (ва ортикча энергетик сарфиетлар) катта.
Жараённи квазистатик равишда шакллантиришда ишчи чизик мувозанат чизигига мос келади (аппаратдан чикаетганда факатгина чизиклар бир-бирига тегмасдан). Бу масалалар кейинрок батафсил курилади. Бирок юкорида айтилганга кура, энергетик сарфиетларни камайтириш учун яъни жараённи кайтар йул билан амалга ошириш учун жараённинг харакатлантирувчи кучини камайтириш лозим яъни унга амалда халакит бериш керак. Шу билан бирга, юкорида айтганимиздек, бу камайиш зарурдир, аммо бу максадга эришиш учун шароит етарли эмас. Бу холда максимал ишни олиш зарур.
Таянч сузлар ва иборалар: квазистатик, фойдалилик, кераклилик, иккиламчи иссиклик, юкорипотенциалли, пастпотенциалли, энтропия, кайтар жараён, ишчанлик кобилияти, кайтмас жараён, юкори сифатли энергия, харакатлантирувчи куч, квазистатик жараён, квазимувозанат жараён, мувозанат жараён.
Иборалар ва ундаги изохлар.