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

4. Термодинамиканинг биринчи қонуни.
Термодинамиканинг биринчи қонуни энергиянинг ўзгариши ва сақланиш қонунининг айрим ифодасидир. Термодинамик техник тизимга иссиқлик шаклида узатиладиган энергиянинг миқдори унинг энергиясини ўзгартириш ва шу жисм томонидан ташқи ишнинг бажариши учун сарф бўлади.

Q = ∆E + L

Q – жисмга берилган иссиқлик шаклидаги энергия.

∆Е – ишчи жисм энергиясининг кўпайиши.
L – ишчи жисмнинг ташқи мухит кучига қарши бажарган иши.
Ишчи жисм ички энергияси Е ташқи ва ички энергияниниг йиғиндисидан иборат.
Е = Е_т + И_ич

Е_т – ишчи жисимнинг ташқи энергияси унинг потенциал ва кинетик энергиясининг йиғиндисига тенг.

И_ич – ишчи жисимнинг ички энергия эса зарраларнинг харакат ва боғланиш кучи билан улчанади хамда заррачаларнинг кинетик ва потенциал энергияларининг йиғиндисига тенг.
Ўрганилаётган термодинамик тизим бошқа тизимлар билан модда алмашмаси ёпиқ тизим дейилади.
Бу холда ишчи жисимнинг массаси силжимаслиги натижасида унинг ташқи кинетик энергияси ўзгармас сон бўлиб, термодинамиканинг биринчи қонуни
Q = ∆U + L

L – m кг ишчи жисим учун кенгайиш сиғими иши,Ж.

Энталпия ишчи жисимнинг термодинамик холатининг функцияси бўлиб Н билан белгиланади. Унда термодинамиканинг биринчи – қонуни;

δQ = δH – vdр

Изобар жараёнда p = const. vdp = 0 у холда

δQ_р = δH

яъни, изобар жараёнда ишчи жисимга иссиқлик шаклида берилган энергиянинг миқдори унинг энтальпиясини ўзгаришига тенг.
Очиқ термодинамик тизим деб – бошқа тизимлар билан модда алмашинуви амалга ошадиган тизимга айтилади.
1.1. Энергетик баланс
Термодинамиканинг асосий коидаларининг айримларини кенг таркалган технологик жараён-буғлатиш (1-1 расм) мисолида изохлаб бериш мумкин.
Бўғланиш энергия оқимлари:

				Расм.1-1. - келтирилган иссиклик; - олиб кетилган бўғлар иссиқлиги; - атроф мухитга таркаладиган иссиқлик йўқотмаси.

Аппаратга Т₁ температурада келтирилган иссиклик микдори Q₁ ва буғлантирилаетган модда буғлари билан олиб кетилаетган Т₂ температурадаги (масалан: сув бўғлари билан) иссиклик микдори Q₂. Бундан ташкари маълум миқдордаги иссиклик атроф мухитда йўқолади (Q_n – иссиклик йўқотмаси). Термодинамиканинг биринчи конунига кура:

(1.1)

1. 
   тенгламаси – бўғланишнинг энергетик балансининг тенгламасидир.
   

Агарда иссиклик йукотмаларини хисобга олмасак яъни Q_n1, у холда микдорини энергия сарфиёти дейилади. Бу атама жиддиймас. Термодинамиканинг биринчи конунига мувофик энергия сарфланмайди, балки бир куринишдан бошкага утади. Ушбу холатда энергия иссиклик олиб келувчи Q₁ келтирилиши натижасида сув буғи энергиясига утди яъни иккиламчи иссиклик Q₂ пайдо булди, уни кандайдир фойдали максадларга ишлатиш мумкин. Шунинг учун Q₁ни «келтирилган энергия», Q₂ни эса «олиб кетилган» (ажратиб чиккан) «энергия» деб аташ тугрирок булади. Купинча шунингдек энергия йукотмаси тушунчасини ишлатишади. Аммо бу юкорида айтилганларга кура аник эмас. Айрим холларда системадан олиб кетилган энергия окимларини олдиндан фойдаланиб булмаслиги маълумлигини белгилашда фойдаланиш мумкин. Ушбу холда иссиклик йукотмасига изоляция оркали атроф мухитга Q_n иссиклиги йукотмаси, шунингдек бир жойдан иккинчи жойга насос оркали газ ва суюкликларни хайдаш билан боглик йукотмалар киради. Охирги холда насосга келтирилган энергия трубапроводни киздиришга сарфланади ва сунгра атроф мухитга таркалади. Агар Q₂ фойдаланилмаса, уни купинча «иссиклик йукотмаси»га киритадилар. Шундай килиб, «энергия йукотмалари» деганда техник системада фойдаланилмайдиган энергияни тушуниш керак (масалан, у ишлатишга ярамайдиган шаклга утади).
Шундай килиб, юкорида келтирилган мисолдаги умум кабул килинган энергетик баланс жараён тугрисида жуда хам мухим информацияни беради. Аммо бу информация тула эмас ва жараён тугрисида нотугри тассавурга олиб келиши мумкин. Авваламбор энергетик балансдан жараён энергетик сарфиетига нималарни киритиш равшан эмас. Кенг таркалган Q_n=0 булганда термодинамиканинг биринчи конунидан фойдаланилса бу масала расман (формально) ечимга эга эмас.
Агарда Q₂ иссикликдан фойдаланилмаса, у холда бу сарфиетлар Q₁ тенг булади деб кабул килинади. Агар Q₂ иссикликдан тула фойдаланилса, у холда энергетик сарфиетлар расман (формально) нульга тенг, бу эса «соглом акл» (здравому смыслу) деб аталувчи фикрга зиддир. Хакикатан, биринчидан сарфиетлар мавжуд, иккинчидан уларни микдорий жихатдан аниклаш кийин. Бу холда яна жараённи самарадорлигини ва унинг такомиллашганлик даражасини бахолаш кийин. Купинча жараённинг самарадорлигини бахолаш учун фойдали иш коэффициентини (ФИК) ишлатишади. ФИК фойдали самарадорликнинг сарфиетларга нисбатига баробардир. Ушбу холда «иссиклик» ёки «термик» ФИК баробар булади.
(1.2)

Демак, иссиклик ФИК тула фойдали информация бермайди, чунки хар кандай жараён, унинг технологик шаклланишига карамай барча окимларни тула хисобга олганда ФИК бирга ва бирга якин булади. Агарда олинган натижага ишонсак жараённи такомиллаштиришга хожат колмайди.

Келтирилган мисолга ухшаш мисолларни чексиз давом эттириш мумкин. Барча кимёвий ишлаб чикаришда катта микдордаги иссиклик системадан иккиламчи энергетик ресурслар (ИЭР) деб аталувчи куринишда олиб кетилади. Энерготехналогия тизимини тўғри яратиш заминида бирламчи энергоресурслардан фойдаланишни мумкин қадар камайтириш ёки ташқаридан бериладиган иссиқлик ва электр энергиясидан бутунлай воз кечиш учун қилинадиган тадбирлар ётади. Бу йўлда энергокимё - техналогия тизимларини ишлаб чиқариш мақсадга мувофиқдир. Унда эса энергетик жихозлар кимё техналогик жихозлар билан тўғридан тўғри боғланиб ягона тизимни хосил қилади. Бунда кимёвий омилларнинг ўзгариши энергетик омилларнинг ўзгаришига ва аксинчага олиб келади. ЭКТТда ишлаб чиқариш техналогик ва энергетик босқичларда мустахкам боғланиш вужудга келади. Бирламчи энергия ресерусларини тежаш мақсадида иккиламчи энергия ресерусларидан кенг фойдаланилади. Иккиламчи энергия ресеруслари (ИЭР).
Барча кимёвий ишлаб чиқаришда энергиянинг талай қисми тизимдан ИЭР сифатида чиқиб кетади. Агар бирор тизимда эндотермик кимёвий реакция кетаётган бўлса, унда тизимга берилган иссиқликнинг бир қисми Q_х кимёвий реакция бориши учун сарф бўлса қолгани эса Q₂ иссиқ холдаги реакция махсулоти билан ИЭР сифатида чиқиб кетади.