Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 194
Текст из файла (страница 194)
н-Х. с, используют в медицине при остановках дыхание во время операций и в качестве ср-в, облегчающих отвыкание от курения. г. я. шварц. ХОЛОДИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ, обеспечивают непрерывное искусств. охлаждение разл. в-в (тел) путем отвоца от них теплоты. Естеств. охлэзщение с помощью холодной воды или воздуха позволяет охладить в-во до т-ры охлаждающей среды и не требует подвода энергии, Охлаждение до более низких т р происходит в искусств, холодных средах, насоздание к-рых расходуется мех., тепловая или хим. энергия. Охлввгдениедо т-р выше 120 К принято наз. ум ер е н н ы и, ниже — глубоким нли хркогенним.
Искусственные холодные среды. Для их получения необходим перенос теплоты с низкого на более высокий температурный уровень, к-рым, ках правило, валяется т-ра окружающей среды. Зтот перенос осуществляется с использованием т. наз. обратимых крутовых термодинамич. циклов, к-рые в иром-сги обычно реализуются в холодильных устан о в к а х, В последних холодная среца создается с помощью рабочих тел, нш.
холодильными агентами или просто х л ада г е н т ам и (водц ННз, пропан-пропиленовые смеси, клапаны, сжижснные газы — воздух, )з)з, Нз, Не и др.). В лаб. практике колодные среды г(случают, приготовляя т.наз. охлаждающие смеси — системы из двух или песк.
твердых (либо твердых и жидких) в-в, при смешении к-рых вследствие поглощения теплоты при плавлении или растворении происходит понижение т-ры, Наиб. употреби- тельны смеси из льда и )з(аС! (достипюмая т-ра от — 20 до — 21,2 'С), льда и СаС1 бН,О (-40 'С), твердого СОз и этанола (-77 'С) и др. Для достижейия криогенных т-р в лаборшорюх применяют сжиженные газы, напр. Мз (см, также Теллообмеи). Термвдинюкнческие основы получении холода, Согласно второму началу термодинамики, укшанный выше перенос теплоты самопроизвольно не происходит, требуя затрат работы. В термодкнамич. процессах подвод или отвод теплоты 9 описывается через изменение энтропии ае системы: д9 = Таз, где Т вЂ” т-ра. Отсюда следует, что при подводе к телу теплоты его энтропия возрастает, а при отводе теплоты— уменьшается.
В непрерывных Х. п. хладагекг должен пришпь теплоту ог охлазщвемого тела на ниж. температурном уровне, 593 ХОЛОДИЛЬНЫЕ 301 отдать теплоту на верх. уровне к;л. теплоприемншгу и вернугьса в исходное состояние. Поэтому в установившемся у цессе суммарная энтропия хлацагента не изменяется ( е= О). Поскольку при передаче теплоты от охлаждаемого тела энтропия хлацагента повышается, в любой холодильной установке должен проходить иной (компенсирующий) процесс, при к-ром энтропия хладагента уменьшается.
В общем случае энтропия и.б. представлена квк ф-ция т-ры и к.-л. другого параметра тела (напр., давление, фвзовое состояние, степень намагниченности). Поэтому, если имеется юотермич. или близкий к нему процесс, в к-ром наблюдается значит. изменение энтропии при изменении иного параметра, то подобный процесс можно рассматривать квк потенциальную основу для создания холодильных установох. К таким процессам отноштся, напри нзотермич.
процессы сжагю либо эдсорбции газов, намагничивания парамыиетиков и сверхпроводников. При этом низкая т-ра достигается соотв. в вдиабатич. процессах расширеню и десорбции газов, ршмагничивания пврамагнетиков и сверхпроводников (см. ниже). Перечисленные и иные процессы искусств. охлаждения в большинстве случаев осуществляются: 1) путем теплоЗзбмена между охдвждаемыми в-вами и хлацагентами — испаряющимися низкокипящими жидкостями, т-ра к-рых за счет уменьшения энтальпии з понижается до т-ры кипения при давлении испарения; 2) изоэнтальпийным (1= сопвГ) расширением газов, предварительно сжатых в компрессорах, или жидкостей при их прохождении через сужение (вентиль, кран, пористая перегородка), т. е.
их дросселированием (процесс протевиг эдиабатически без совершения внеш, работы) с использованием эффекта Джоуля — Томсона, или дроссельного эффехта,— отрицат. либо положит. изменения т-ры тела при отсутствии подвода к телу или отвода от него теплотм; 3) адиабатическим (изоэнтропийным, Я = сопзГ) расширением газов с совершением внеш. работы в т. наз.
детандерах — машинах, устроенных подобно поршневому хомпрессору или турбокомпрессору (см. Хомлрессариые лиииииы); 4) сочетанием обоих методов расширения. Зги и другие методы получения холода рассмотрены ниже, Прзпшнп работы хвлвдильных установок. Вго удобно иллэзстрировагь с помощью идеального (воображаемого) Х.
п. (цикла) в координатах р — )г (рис. 1; р, )г — давление в системе и ее обьем). При сжатии в компрессоре (процесс ВЬА) рабочего тела его т-ра Т повышается; при этом в окружающую среду с т-рой Тэ передается удельная (на единицу кол-ва хлацагента) тешюта 9з (площадь АЬВдсл) и энтропия рабочего тела понижается; в конце сжатия Т= Тз. При послед. расширении (процесс АаВ) хлццагента еп» т-ра понижаетож Затем к нему от охлэждаемой среды переносится теплота 9, (площадь АаВйА) и энтропия рабочего тела возрастает. Повтори укязвннме процессы, получиот непрерывный круговойхолодильный циклспостояннойхолодопроизводительностью 9„(кол-во теплотм, отнимаемой от с Р гнс. ь Гзизэьвыя ызадювэив вэзз.
зог холодильньи: охлождаемого тела). Расходуемов в цикле мех. работа 1ц (площадь АаВЬА), параметры чо и г)» по закону сохраненю энергии связаны мскду собой выражением: 4о - -4„4- 1ц, Энергетич, показатели цикла харжтерюувпся т.наз. холодильным коэффициентом в»а 411ц. Во всех зщеольных циклах 1ц минимальна, а в максимален. Идеальные холодильные циклы н установки Термодинамич. совершенство реального (необратимого) цикла оценивается сравнением его параметров с параметрами идеальною (обратимого) цикла.
Отношение холодильного коэф. Реального цикла а к холодильному коэф. соответствующего ндеольного циклах ню. термодинамическим коэффициентом цикла г),. Известны схемы и параметры ряда идеальных циклов: охлазщения, теамостатирования, хонденсации, сжиженио и др. Идеальцын цикл охладщения. Схема установки, работающей по этому цжлу, и его изабразгение в координатах Т— Я показаны на рис. 2 (здесь и далее точками 1, 2, 3,..., а обозначены стационарные характерные состояния рабочего тела, а изменения его параметров, отвечающие происходящим в устаноже процессам, изображены линиями 1 — 2 и т.д.).
Хлодогент нзатермичесхи сжимжтся в компрессоре К, ат давления р, до давления рз (процесс 1 — 2), при этом теплота сжатио 9о атдаетсв в окРУжаюшУю сРедУ. Затем пРоисхсциг адиабатич. расширение рабочего тела в детищере (процесс 2 — 3, 5 = сапы), где за счет совершение рабаты 1д хладагентом его т-ра понижжтся до Т,= Т,. В теплообменнике ТО рабочее тело нагревается (процесс 3 — 4) до т-ры Т, путем подвода к нему теплоты э)„ат охлаждаемого тела (процесс 4'-3') и одиабатически сжймоозся (процесс 4 — 1) в компрессоре Кз до начальных параметров (точка 1).
Процесс в ТО характеризуется отсутствием гидрввлич. потерь, а тжже равенством т-р охпаящаемого и рабочего тел ва всех сечениях аппарата. Т-ра охлаждаемого тела уменьшается, а затрачиваемая работа 1ц —— 1ш 4 1хз — 1д — — до — йо ще 1кз и 1зп — рабаты изотермич, и адиабатич. сжатие хлодагента в компрессорах. Ро».
2. Гээаоаюэв опгл ааааа:агапа, В тепловых расчетах холодильных циклов удобно использовать сшзь между изменением энгальпии 211 хлжагента и изменениями его теплоты и рабочих параметров, выражаемую ур-нием: »11 = г)г) Ь )то)з. Отсюда для нвнб. распространенного на практике изобэрного охлозщения имеем: 9 =24-22 и 1п = То(аз аз) (24 зз), где 1з и 24 — энтвзьпии р его тела, Йа рис. 2 роботе 1и эквивалентна площадь 12341, кол-ву отведенной теплоты 9о — площадь 12аЫ, кол-ву подведенной к хладогенту или отведенной от охлэзщоемого тела теплоты д„— площадь аЬ43а (здесь и даосе заштрихована). В общем случае обратимый процесс 3-4 м.б. не только изабарным, тогда т„ 1„= Т (хг — 5 ) -/С(П, т)этт, тэ оа»а= (э4 эз)1(тгохэ ~2) (эа эз)) где С вЂ” теплоемкосгь хлодагента.
595 Та . з. Изаышэм э р р ыппа. Зтат цикл принимается в качестве идеального для воздушных холсцильных, а также криогенных газовых и рефрижераторных установок (см. ниже). Идеальный цикл термостатираваиия (рис. 3). Установка отличается от описанной выше тем, что вместо ТО имеется второй детющер, в к-ром рабочее тело юатермически расширяется при т-ре т, с совершением работы 12п и подводом теплоты г), от термосгатируемого обьекта. Холодопроизводительность установки: 4„= т (54 — 5) = Т„(гэ — уз).
Кал-во теплоты, отводимой в окружающую среду; 40=Та(яэ -52) =То(44-Зз) Работа цикла: гц = 1кэ 4 1хз гдэ гдз = (То Т»)(пэ Зз) Зтат цикл, часто наз. тжже обратным циклом Карно, принимается как идеальный для большинства холодильных и криогенных установок (включоя газовые), а тжзю установок кристаллизации. Холодильный хоэф. цикла в„не зависит от св-в хлжагента и определяется тольхо т-рами окружающей срцзы (Т,) и термостатированнз (Т„), т. е. Га =(Т»(ка 5З)И()О Та)(52 Ъ)) = Т»1(ТО Т») В идеальных условиях для получения холода на разя. температурных уроших примерный минни. Расход энерпзи составляет: для доспакения э),= 1 Вт на уровне 1 К вЂ” ах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
