|
Hozirgi kunda oliy ta’lim muassasalarida ta’lim va tarbiya jarayonlarini tashkiliy huquqiy asoslarini o’rganish va tahlil etish o’ta dolzarb vazifalardan biri hisoblanadi
|
| Sana | 20.05.2024 | | Hajmi | 235,97 Kb. | | #245797 |
Bog'liq Ma\'ruza
KIRISh
Respublikamiz o’z mustaqilligini qo’lga kiritgach, turli sonalardagi tub islohotlar jamiyat hayotini qamrab oldi, bozor iqtisodiyotiga asoslangan demokratik-huquqiy davlat, fuqarolik jamiyatini barpo etishga qaratilgan intilishlar ancha kuchaydi. Natijada qisqa davr ichida amalga oshirilgan islohotlar o’z Camarasini bera boshladi, O’zbekiston dunyoning barqaror rivojlanayotgan davlatiga aylandi.
Dunyo shiddat bilan o’zgarib, barqarorlik va xalqlarning mustahkam rivojlanishiga rahna soladigan turli yangi tahdid va xavflar paydo bo’layotgan bugungi kunda ma’naviyat va ma’rifatga, axloqiy tarbiya, yoshlarning bilim olish, kamolga etishga intilishiga e’tibor qaratish har qachongidan ham muhumdir.
Hozirgi kunda oliy ta’lim muassasalarida ta’lim va tarbiya jarayonlarini tashkiliy - huquqiy asoslarini o’rganish va tahlil etish o’ta dolzarb vazifalardan biri hisoblanadi. Jamiyatimizda qanday yutuq va marralarga erishgan bo`lsak, ularning zamirida biz tanlagan va butun dunyo e’tirof etgan, “O’zbek modeli” deb nom olgan taraqqiyot yo’li turibdi. Ana shu yo’lning ajralmas qismi bo’lgan, yoshlarimizning ongu tafakko`rini, hayotga bo’lgan munosabatini tubdan o’zgartirgan Kadrlar tayyorlash Milliy Dasturi ta’lim-tarbiya sonasi rivoji, har tomonlama etuk avlodni tarbiyalash, yuqori malakali kadrlar tayyorlashda muhim ahamiyat kasb etmoqda. “Bizning eng katta tayanchimiz va suyanchimiz, hal qiluvchi kuchimiz yoshlar” degan shior hayotimizda tobora o’zining yaqqol o’z ifodasini topmoqda.
Oliy ta’lim muassasalarining ta’lim va tarbiya jarayonlarini tashkil etishda quyidagi: ta’lim to’g`risidagi qonun hujjatlari, qonun osti hujjatlari jumladan farmonlar, farmoyishlar, qarorlar va buyruqlar kabi tashkiliy huquqiy hujjatlar qo’llanilmoqda.
Albatta, ta’lim-tarbiya ong maxsuli, lekin ayni vaqitda ong darajasi va uning rivojini ham belgilaydigan, ya’ni, xalq ma’naviyatini shakllantiradigan va boyitadigan eng muhim omildir. Binobarin, ta’lim-tarbiya tizimini va shu asosda ongni o’zgartirmasdan turib, ma’naviyatni rivojlantirib bo’lmaydi.
Ayniqsa, “Ta’lim to’g`risida”gi Qonun va “Kadrlar tayyorlash milliy dasturi”qabul qilingach, bu boradagi ishlar keng ko’lamga erishdi. Ushbu hujjatlarning talablari asosida bilim va kasb-hunar egallashga bo’lgan e’tibor kuchayib ketdi. Shu tufayli ta’lim-tarbiya tizimiga yangicha ilmiy-uslubiy yondashuvlar kirib kela boshladi. Hozirgi kunda O’zbekistonda ta’lim tizimidagi islohotlarning asosini shakllantiruvchi qator me’yoriy hujjatlar qabul qilingan va amalga oshirilib kelinmoqda. Bo`lar orasida “Ta’lim to’g`risida”gi va “Kadrlar tayyorlash milliy dasturi” to’g`risidagi qonunlar alohida o’rin to`tadi. Bu qonunlardan kelib chiqadigan vazifa ta’lim dasturlari mazmunining yuqori sifatiga erishish va yangi pedagogik texnologiyalarni joriy qilishdir.O’zbek modelining mantiqiy davomi sifatida Prezidentimiz Shavkat Miromonovich Mirziyoev tomonidan 2017-2021 yillarda O’zbekiston Respublikasini yanada rivojlantirish maqsadida aniq ko`rsatmalarga asoslanga beshta ustuvor harakatlar strategiyasi ishlab chiqildi.
Bu harakatlar strategiyasida ta’lim tizimini tubdan ishloh qilish va sifatini yaxshilash ko’zda tutilgan bo’lib uni amalga oshirish uchun O’zbekiston Respublikasi Prezidentining “Oliy ta’lim tizimini yanada rivojlantirish chora-tadbirlari to’g`risi” 2017 yil 20 aprelda PQ-2909-sonli qarorielon qilindi.
Ta’kidlash joizki, 2011 - 2016 yillarda Oliy ta’lim muassasalarining moddiy-texnika bazasini mustahkamlash va yuqori malakali mutaxassislar tayyorlash sifatini tubdan yaxshilash chora-tadbirlari dasturini amalga oshirish doirasida 25 ta oliy ta’lim muassasasining 202 ta ob’ektida yangi qurilish, kapital ta’mirlash va rekonstruksiya ishlari bajarildi.
Iqtisodiyotning real sektori talablaridan kelib chiqib, muhandislik, ishlab chiqarish va qurilish yo’nalishlari va ixtisosliklari bo’yicha o’qishga qabul qilish, uning umumiy soniga nisbatan 23 foizdan 33,2 foizga oshdi. Oliy ta’lim sonasida mutaxassislar tayyorlash, shuningdek, pedagog kadrlarni qayta tayyorlash va malakasini oshirish bo’yicha yangilangan davlat oliy ta’lim standartlari va o’quv dasturlari joriy qilindi.
Shu bilan birga, O’zbekiston Respublikasi Prezidentining 2016 yil 8 oktyabrdagi PF-4724-son farmoyishi bilan tashkil qilingan ishchi guruh tomonidan oliy ta’lim tizimidagi holatni o’rganish natijalariga ko’ra, bir qator oliy ta’lim muassasalarida hali ham ilmiy-pedagogik salohiyatning pastligi, ta’lim jarayonlarini axborot-uslubiy va o’quv adabiyotlari bilan ta’minlash zamonaviy talablarga javob bermasligi, ularning moddiy-texnika bazasini tizimli yangilashga ehtiyoj mavjudligi aniqlandi.
Oliy ta’lim tizimida o’z yo’nalishlari bo’yicha dunyoning etakchi ilmiy-ta’lim muassasalari bilan yaqin hamkorlik aloqalari o’rnatish, o’quv jarayoniga ilg`or xorijiy tajribalarini joriy etish, ayniqsa, istiqbolli pedagog va ilmiy kadrlarni xorijning etakchi ilmiy-ta’lim muassasalarida stajirovkadan o’tkazish va malakasini oshirish borasidagi ishlar etarli darajada olib borilmayapti.
Oliy ta’lim tizimini tubdan takomillashtirish, mamlakatni ijtimoiy-iqtisodiy rivojlantirishning ustuvor vazifalaridan kelib chiqqan holda, kadrlar tayyorlash mazmunini tubdan qayta ko’rish, xalqaro standartlar darajasiga mos oliy ma’lumotli mutaxassislar tayyorlash uchun zarur sharoitlar yaratilishini ta’minlash maqsadida.
Oliy ta’lim tizimini kelgusida yanada takomillashtirish va kompleks rivojlantirish bo’yicha eng muhim vazifalar etib quyidagilar belgilansin.
Har bir oliy ta’lim muassasasi jahonning etakchi ilmiy-ta’lim muassasalari bilan yaqin hamkorlik aloqalari o’rnatish, o’quv jarayoniga xalqaro ta’lim standartlariga asoslangan ilg`or pedagogik texnologiyalar, o’quv dasturlari va o’quv-uslubiy materiallarini keng joriy qilish, o’quv-pedagogik faoliyatga, master-klasslar o’tkazishga, malaka oshirish kurslariga xorijiy hamkor ta’lim muassasalaridan yuqori malakali o’qituvchilar va olimlarni faol jalb qilish, ularning bazasida tizimli asosda respublikamiz oliy ta’lim muassasalari magistrant, yosh o’qituvchi va ilmiy xodimlarining stajirovka o’tashlarini, professor-o’qituvchilarni qayta tayyorlash va malakasini oshirishni tashkil qilish.
Oliy ma’lumotli mutaxassislar tayyorlashning maqsadli parametrlarini shakllantirish, oliy ta’lim muassasalarida o’qitish yo’nalishlari va mutaxassisliklarini istiqbolda mintaqalar va iqtisodiyot tarmoqlarini kompleks rivojlantirish, amalga oshirilayotgan hududiy va tarmoq dasturlarining talablarini inobatga olgan holda optimallashtirish.
Ta’lim jarayonini, oliy ta’limning o’quv reja va dasturlarini yangi pedagogik texnologiyalar va o’qitish usullarini keng joriy etish, magistratura ilmiy-ta’lim jarayonini sifat jihatidan yangilash va zamonaviy tashkiliy shakllarni joriy etish asosida yanada takomillashtirish.
Yangi avlod o’quv adabiyotlarini yaratish va ularni oliy ta’lim muassasalarining ta’lim jarayoniga keng tatbiq etish, oliy ta’lim muassasalarini zamonaviy o’quv, o’quv-metodik va ilmiy adabiyotlar bilan ta’minlash, shu jumladan, eng yangi xorijiy adabiyotlar sotib olish va tarjima qilish, axborot-resurs markazlari fondlarini muntazam yangilab borish.
Pedagog kadrlarning kasb mahorati sifati va saviyasini uzluksiz yo`qsaltirish, xorijda pedagog va ilmiy xodimlarning malakasini oshirish va stajirovkasini o’tkazish, oliy ta’lim muassasalari bitiruvchilarini PhD va magistratura dasturlari bo’yicha o’qitish, oliy ta’lim muassasalari va qayta tayyorlash va malaka oshirish markazlari o’quv jarayonlariga yuqori malakali xorijiy olimlar, o’qituvchi va mutaxassislarni keng jalb qilish.
Oliy ta’lim muassasalari ilmiy salohiyatini mustahkamlash, oliy ta’limda ilm-fanni yanada rivojlantirish, uning akademik ilm-fan bilan integrastiyalashuvini kuchaytirish, Oliy ta’lim muassasalari professor-o’qituvchilarining ilmiy tadqiqot faoliyati samaradorligi va natijadorligini oshirish, iqtidorli talaba-yoshlarni ilmiy faoliyat bilan shug`ullanishga keng jalb etish.
Hozirgi kunda dunyoda terrorizm tahdidlari ayniqsa, so’nggi yillarda kuchayib borayotgani ularga qarshi asosan kuch ishlatish yo’li bilan ko`rashish usuli o’zini oqlamayotganidan dalolat beradi.
Bu borada ko’p hollarda tahdidlarni keltirib chiqarayotgan asosiy sabablar bilan emas, balki ularning oqibatlariga qarshi ko`rashish bilangina cheklanib qolinmoqda. Xalqaro terrorizm va ekstremizmning ildizini boshqa omillar bilan birga, jaholat va murosasizlik tashkil etadi, deb hisoblayman.
Shu munosabat bilan odamlar, birinchi navbatda, yoshlarning ongu tafakko`rini ma’rifat asosida shakllantirish va tarbiyalash eng muhim vazifadir.
O’zbekiston Respublikasi Prezidenti Shavkat Miromonovich Mirziyoevning Tanqidiy tahlil qatiy “Tartib-intizom va shaxsiy javobgarlik har bir rahbar faoliyatining kundalik qoidasi bo’lishi kerak” nomli kitobida ta’lim tizimini tubdan isloh qilish uchun maqsadli fikirlari keltirilgan.
Tajribali pedagog va mutaxassislarni jalb etgan holda, o’quv reja va dasturlarini tubdan ko’rib chiqish zarur.
Yana bir muammoni hal etish ham muhim hisoblanadi: bu - pedagoglar va professor - o’qituvchilar tarkibining professional darajasi, ularning maxsus bilimlaridir.
Bu borada ta’lim olish, ma’naviy - ma’rifiy komolot masalalari va haqiqiy qadriyatlarni shakllantirish jarayonlariga faol ko’mak beradigan muhitni yaratish zarur.
Bozor iqtisodiyoti sharoitida islohotlarni bosqichma-bosqich amalga oshirib, zamonaviy texnika va texnologiyalar bilan jihozlangan yangi korxonalarni nafaqat shaharlarda, balki qishloq joylarida barpo etish va qayta qurish uchun ichki va tashqi xorijiy investistiyalarni jalb qilish, mahalliy xom-ashyo resurslaridan samarali foydalanish, raqobatbardosh mahsulotlar ishlab chiqarish, kichik biznes va xususiy tadbirkorlikni, xizmat ko’rsatish va kasanachilikni rivojlantirish mamlakatimiz iqtisodiyotini yo`qsaltirishning asosiy ustuvor yo’nalishlari hisoblanadi. Bu esa aholi bandligi, uning daromadlarini oshirish va o’sha hudud (shahar, tuman, qishloq) dagi eng muhim ijtimoiy-iqtisodiy muammolarini Yyechish imkonini beradi.
Ma’lumki, texnologik hisoblar jarayonlarini fizik-kimyoviy printsiplariga asoslangan bo’lib, ularni miqdoriy interpretastiyasiga olib keladi.
Ular reaksiyasi natijalari hisobini jarayonlar tezligini, ishlab chiqarish rejimini, jihozlar o’lchami va sonini aniqlashni, hamda hom-ashyo, materiallar, energiya resurslari va boshqa ishlab chiqarish sarflarini o’z ichiga oladi.
Bunday hisoblardan bir qismini masalan reaksiyalar nazariy muvozanatini, tipik apparatlar hisobini talabalar umumtexnik tayyorgarlik jarayonida fizik-kimyo kursini o’rganishdi, kimyoviy texnika jihozlarini jarayonlari bajariladi.
Shuning uchun mazkur qo’llanmaning asosiy mazmuni- ishlab chiqarish jarayonlari va ularning alohida elementlari moddiy va issiqlik balansi hisoblari, hamda tipik kimyoviy apparatlarga taalluqli bo’lmagan ba’zi ishlab chiqarish apparatlari hisoblaridan iborat.
1-MA’RUZA: FANGA KIRISh. “KIMYOVIY IShLAB ChIQARISh ENERGOTEXNOLOGIYALARI” FANINING PREDMET, VAZIFALARI VA UNING MOHIYATI, RIVOJLANIShI.
KIRISh
Jadallashtirilgan texnologiyaga o`tishda mahsulot sifat ko`rsatkichlarini usishiga e’tibor karatiladi. Olinadigan mahsulotning bir birligiga sarflanadigan issiqlik-energetik resurslar ham bu ko`rsatkichlar qatoriga kiradi. Jarayon jadallashtirish natijasida mahsulotni ishlab chiqarishni «harqancha qiymatga tushsa» ham ko`paytirishga intilish solishtirma energiya sarfiyotini oshib ketishiga olib kelishi mumkin. Shuning uchun jadallashtirilgan jarayonlarni ishlashda jadal ishlaydigan reaktor va massa almashtirgich apparatlar qatorida energiyani tejovchi texnologiyalarni ham qo`llash zarur bo`ladi.
Ma’lumki kimyoviy texnologiya soxasida energoresurslarning 15% yaqini sarflanadi. Ko`pchilik kimyoviy korxonalarda energiya sarfi sarfiyotlarning asosiy qismini tashkil qiladi. Bundan tashqari energiyani ko`p manbalari shu jumladan tabiiy gaz, neft, toshkumirlar bir qator mahsulotlarning kimyoviy sintez yo`li bilan olishda zarur xom ashyo bo`lib xizmat qiladi. Shuning uchun xom ashyodan kompleks foydalanishni ta’minlovchi modda va energiyani birvarakayiga ishlab chiqaruvchi texnologiyani yaratish zaruriyati tugiladi. Bunday masalalar jumladan, yirik tonnali xalq xo`jaligining tarmogi sifatida rivojlanaetgan boglangan azot ishlab chiqarishi korxonalari oldida turibti.
Energotexnologiya fani, uning mazmuni va vazifalari.
Organizm uchun zarur bo’lgan turli xil dori vositalarini kimyo-farmatsevtika korxonalarida ishlab chiqarish juda yuqori miqdorda energiya talab qiladi. Uning asosiy texnologiyalarida turli xil yoqilg’ilar, issiqlik va elektr energiyalar ishlatiladi.
O’zbekiston mustaqillikka erishishi sharofati bilan turli sohalarda ishlab chiqarish, va ayniqsa kimyo-farmatsevtika sanoatini jadal rivojlanishi tufayli mahalliy xom ashyolardan dori vositalarini ishlab chiqarishni yo’lga qo’yish kabi vazifalar kelib chiqmoqda. Bu borada tibbiyot sohasida keng qo’llaniladigan antibiotiklar, vitaminlar, insulinlar, va boshqa biotexnologik usullar yordamida dori vositalarini ishlab chiqarish uchun energiyani tejaydigan yangi texnologiyalarini yaratish shu kunning eng dolzarb muammolari qatoriga kiradi. Shuni aytib o’tish kerakki mustaqillikdan keyingi yillarda tashkil etilgan barcha kimyo-farmatsevtika korxonalari eng zamonaviy texnik jihozlar bilan ta'minlangan, va xozirgi paiytda bu korxonalar sifatli dori-darmonlarni xalq xo’jaligiga yetkazib bermoqda.
Kimyo-farmatsevtika korxonalarini texnik jihozlar bilan loyihalashtirishda eng avvalo bu moslamalarning energetik tejamkorligi o’rganib chiqiladi. Chunki har bir modda yoki dori vositasini olishda bir necha hil apparat yoki moslamalardan foydalanishga to’gri keladi. Va har bir uskuna yoki moslama o’ziga mos ravishda turlicha energiya iste'mol qiladi.
Jihozlarni energiya bilan ta'minlash, energiya bilan ta'minlash jarayonni boshqarish va to’qri yo’lga qo’yish kabi kimyo-farmatsevtika sanoatida uchraydigan masalalarni energotexnologiya fani o’rganadi.
Demak, energotexnologiya fanining asosiy maqsadi – bo’lajak bakalavr mutaxassislariga issiqlik jarayonlarini, issiqlik texnikasini, hamda energotexnologiyaning nazariy asoslarini o’rgatish, kimyo-farmatsevtika sohasida qo’llaniladigan turli xil apparatlarning tuzilishi, ishlash tartibi haqida tushunchalar berish, issiqlik qurilmalarining hisobi va loyihalashtirish asoslarining usullarini yetkazish, yoqilg’ilarni yonish jarayonlari, moddiy va issiqlik balanslarini tuzish, issiqlik almashinuv bo’yicha ma'lumotlar berish, energotexnologik tizimlar va energetik balanslarning tahlili bo’yicha yetarlicha bilim va ko’rsatmalar berish hisoblanadi.
Kimyoviy jarayonlar energotexnologiyasi fanining zimmasiga bo’lajak mutaxassislar texnologik ob'ektlarda issiqlik energiyasini harakatga keltirish, energetik texnologiyani kombinatsiyalash [boshqa usullarda qo’llash], issiqlik sxemalarini tuzish, ikkilamchi issiqklik energoresurslardan to’qri foydalanish, jarayonlarning energetik samaradorligini baholash, issiqlik yo’qolishini kamaytirish kabi kerakli bilim va ko’rsatmalar berish hisoblanadi.
Ushbu fanni o’rganish asosan fizika, amaliy mexaniqa, noorganiq, organiq va fizikaviy kimyo kabi fanlarga tayanadi.
«Kimyoviy energiyatexnologiya» atamasi oxirgi yillarda keng ommalashmokda. Ushbu texnologiya ustida so`z ketganda kimyoviy texnologiyada mahsulotlar va energiyani birgalikda ishlab chiqarish, shuningdek energetik resurslarni tejab sarflashni tushunish kerak. Kimyoviy texnologiyaning rivojlanishi kimyoviy mahsulotlar ishlab chiqarish hajmining usishi, ayrim agregatlar kuvvatining ortishi va shunga mos ravishda energetik sarfiyotlarni ko`payishi natijasida kimyoviy energiya texnologiyasi atamasi paydo bo`lishi tabiiydir.
2-MA’RUZA: KIMYOVIY TEXNOLOGIYADA ENERGIYANI TEJASHNING NAZARIY ASOSLARI VA USULLARI
1. Termodinamika qonun va usullaridan samarali foydalanish. Texnologiya rivojlanishining birinchi bosqichida mahsulotni ishlab chiqarish usullarining ishlanmasini yaratish asosiy masalalardan hisoblanadi. Keyingi bosqichlarda mahsulot sifatini yaxshilash, materiallar sarfini tejash, apparatlar unumini oshirish kabi masalalar hal qilinadi. Bu masalalarni hal qilish borasida energetik resurslar sarfini tejash, va nihoyat yaxlit iqtisodiy kriteriylar bo`yicha jarayonni optimallashtirish muammosi vujudga keladi. Texnologiyaning shu tartibda rivojlanishi kimyoviy texnologiyada energetik jarayonlar masalasiga oxirgi yillargacha ham juda kam e’tibor berilganligidan dalolat beradi.
Shu kungacha kimyoviy texnologiyada maksimal mahsulot ishlab chiqarishni ta’minlovchi sharoitlar vujudga keltirish optimal hisoblanadi. «Qanday qiymat bilan» bu masalaga erishishiga e’tibor berilmaydi. Bunday optimal kriteriyni tanlash mahsulotni «har qancha qiymatga tushsa ham» ishlab chiqarishni ko`paytirish (qo`shimcha sarfiyotlarni hisobga olmasdan), yoki metall sarfini kamaytirish (umuman kapital mablag`larni kamaytirish), boshqa ko`rsatkichlar ortishini hisobga olmasdan (masalan energetik sarfiyotlarni) muljallangan miqdordagi mahsulotni ishlab chiqarishni tashkil qilish bu yechimni to`la oqlaydi. Biroq bu o`sish tashqaridan energiya isteъmolini ko`paytirib, shuningdek kimyoviy reaktsiya energiyasidan foydalanishni yomonlashtirib yuboradi (ya’ni tashqariga beriladigan energiya miqdorining kamayishi yoki sifatini yomonlashuvi sodir bo`ladi). Demak, umumiy sarfiyotlarda energiya sarfi ulushi ko`pincha katta bo`lganligi uchun umuman shunga o`xshash optimizatsiyalash salbiy iqtisodiy samara berishi ham mumkin.
Ko`pchilik hollarda energetika jarayoni tahlili texnologiya ishlanmasi dasturiga kirmaydi. Kimyogar texnologlar kimyoviy va fazoviy muvozanat, jarayon kinetikasini o`rganib, «Mahsulotni maksimal chiqishini», «mahsulotni maksimal ajratib olish»ni, «xom ashyodan maksimal darajada foydalanish»ni ta’minlovchi shartlarni ta’riflaydilar va ko`pincha shu bilan chegaralanadilar. Energetika jarayoni masalasiga kelganda odatda tadqiqot sifatida o`rganmaydilar, yoki bu masala energetika mutaxassislariga tegishli masala deb hisoblaydilar. Biroq, asosan energetik yo`qotmalar ko`pincha bevosita texnologik jarayonlar bilan bog`liq bo`ladi (garchi, shubhasiz, energetik jihozlarning takomillashganligiga ham bog`liq). Bu hollarda asosiy energetik sarfiyotlarni kamaytirish rezervi texnologiya takomillashuvida yashirinib yotadi, kimyoviy mahsulot va energiya ishlab chiqarishidan kompleks foydalanishni hisobga olib texnologiyani optimallashtirish zarurati aniqlanadi. Bunday masalani faqat mutaxassis kimyogar-texnologlar hal qilishi mumkin. Biroq, buning uchun ular bu masalalarni yechish uchun mos keladigan usullar bilan qurollangan bo`lishlari kerak.
Bu kursning maqsadi kimyoviy texnologiyada energiyani tejashning nazariy asoslarini va usullarini yoritib berish, talabalarni bu usullarning qo`llanishini amaliy natijalari bilan tanishtirishdan iborat.
Energiyani tejash masalasini yyechishning ilmiy asoslarini termodinamika (energiyaning aylanishini o`rganadigan fan) aniqrogi termodinamik analiz beradi. Uning mazmuni termodinamikaning ikkala qonunlaridan kelib chiqadi. Tahlil usullari esa texnikaviy termonidamika adabiyotlarida batafsil yeritilgan. Odatda muhandis-texnolog mahsulotni maksimal chiqishini yoki mahsulotni maksimal darajada ajratishi rejimlarini tanlashda, texnologik rejim va texnologik sxemani, energetik sarfiyotlarni hisoblashda fazoviy va kimyoviy muvozanatlardan foydalanadi. Biroq, energetik sarfiyotlarni kamaytirish uchun muljallangan termodinamik tahlil ko`pchilik kimyogar texnologlarga tanish emas. Shuning uchun, tabiiy, energetik sarfiyotlarni kamaytirish usullarini qidirish uchun termodinamik tahlilning imkoniyatalaridan foydalanilmayapti. Haqiqatan ham, muhandislar ko`p ideyalarga (fikrlarga) ichki his bilan sezib yoki katta amaliy tajriba orqali keladilar. Biroq, «termodinamik usul bilan fikrlash»ni bilmaslik energetika nuqtai nazaridan oqilona texnik jarayonlar bilan bir qatorda ma’qul bo`lmagan jarayonlar yaratib quyishlari ham mumkin. Ushbu fanda barpo ettilayotgan jarayonning xoxlagan bosqichida ya’ni loyihalashdan boshlab mavjud ishlab turgan sanoat agregatlarining takomillashuvigacha termodinamika qonun va usullaridan foydalanishning sersamarali ekanligi ko`rsatiladi.
Termodinamikaning birinchi qonuniga asosan klassik energetik balansning o`zi ham energetik yo`qotmalarning bir qator manbalarini ochish va ularni kamaytirishning texnik usullarini yaratishga imkon beradi. Biroq termodinamikaning ikkinchi qonunini ishlatish esa to`laroq va aniqroq, asosan juda ham samarador informatsiya beradi.
Yangi texnologik sxemalar, yangi aralashmalarni ajratish usullari, yangi tipdagi kimyoviy reaktorlar va issiqlik almashtirgich apparatlar, yangi katalizatorlar va absorbentlar, texnologik jarayonlarni jadallashtirish usullari kabilarni yaratish uchun ilmiy-tadqiqot ishlarini yo`nalishini tanlashda termodinamik tahlil asos bo`ladi. Oddiy usullardan tortib, (issiqlik almashtirgichlarning sirtini ko`paytirish singlari) to eng muhim o`zgartirishlarni texnologiyaga kiritishgacha qaytmaslik va aniq kimyoviy, massa almashinuv va issiqlik almashinuv jarayonlarida to`la termodinamik tahlil energetik sarfiyotlarni kamaytirishning turli texnik yo`llarini topishga imkon beradi. Hozirgi kunda past energiya sarfiyotli, ko`p komponentli arlashmalarni tozalash sxemasining nazariyasi va tejamli ishlab chiqarish usullari yaratilgan va turli variantlardan iborat sxemalar ishlab chiqilgan. Gazlarni tozalashda issiqlik sarfini ancha kamaytirishga erishilgan absorbtsion usullar ishlab chiqilgan va sanoatga joriy qilingan. Turli ko`p tonnali kimyoviy texnologiya mahsulotlari ishlab chiqarishning energiya texnologik sxemalari keng ommalasha boshladi. Serenergiyali kimyoviy jarayonlarga ammiak ishlab chiqarish kiradi. Bu ko`p tonnali sanoat bo`lib, juda tez sur’atlarda rivojlanmoqda. Uning tarkibiga kiruvchi bosqichlar boshqa mahsulotlarni ishlab chiqarishda keng qo`llanadi. Birinchi navbatda metan va uglerod oksidi konversiyasi bosqichi (ammiakni sintez qilish uchun vodorod va gazni olishda ishlatiladi) va shuningdek, gazlarni ajratish va olish jarayonlaridir. Zamonaviy ammiak ishlab chiqarish korxonasi energiya texnologiyaga xarakterli na’muna bo`ladi.
2. Issiqlik almashinuv jarayonlarida to’la termodinimik tahlil energetik sarfiyotlarni kamaytirishning turli texnik yo’llari. Kimyo sanoatida energetika muammolari. Suv turmushda hamda xalq xo`jaligining barcha tarmoqlarida katta ahamiyatga ega. Suvning bunday keng miqyosda ishlatilishi uning ko`pligi bilan bog`lik bo`lmay, balki undagi qator qimmatli ijobiy xossaladan kelib chiqadi. Suv sanoatida erituvchi, katalizator (ko`p reaktsiyalar ozroq suv ishtirokida juda katta issiqlik sig`imiga ega bo`ladi), issiqlik tashuvchi sifatida (katta issiqlik sigimiga egaligi), turli mexanizmlarda bosimni tashuvchi (siqilish darajasi kamligi) sifatida, qazilma boyliklarni qazib olishda va ularni yuvish kabi ishlarda juda keng qo`llaniladi.
Ko`p korxonalar juda ko`p suv ishlatilishi bilan bir qatorda suvning tozaligiga ham katta talab qo`yadi. Kimyo korxonalarini u yoki bu iqtisodiy jarayonda joylashtirish masalasida hal qiluvchi faktorlardan biri energetika hamda xom ashyo resurslari hisoblanadi. O`zbekistonda esa juda ko`p har xil mineral va o`simlik xom ashyo manbalari: tabiiy gazlar, neft, g`o`zapoya, paxta, rux (selluloza, spirt, furfurol ozuqa achitqilar, limon hamda olma kislota olishda keng qo`llaniladi) hamda shu bilan birga energetika resurslari mavjuddir.
Suv tarkibida juda ko`p elementlar tuzlar erigan holda va ko`pgina birikmalar mayda zarrachalar holida uchraydi. Shuning uchun ham odatda suvning sifati uning qattiqligi (tarkibida erigan Ca va Mg karbonat hamda Ca, Mg xlorid), sulfat miqdori, umumiy erigan tuzlar miqdori, tiniqligi va hokazolar bilan belgilanadi.
Suv qanday maqsadlarda ishlatilishiga ko`ra ikki turga: sanoat suvlari va ichimlik suvlarga bo`linadi. Ikkala xil suv uchun ham katta talab quyilgan bo`lib, ular shu soxasi bo`yicha belgilangan GOSTlarga amal qilingan holda ishlatiladi.
Turli qozonlar, elektronstantsiyalar va ko`pchilik texnologik jarayonlar uchun ishlatiladigan suvlar alohida ahamiyat berib tayyorlashni talab etadi. Buning uchun turli usullar qo`llaniladi. Bu esa shu sanoat tarmog`ining texnika iqtisodiy ko`rsatkichiga yetarli darajada ta’sir ko`rsatadi. Shuning uchun ham hozirgi vaqtda sanoat suvlarini qayta-qayta ishlatish masalalari alohida ahaiyatga ega bo`lib, bu masala quyidagi yo`llar bilan hal etiladi:
1) ishlab chiqarishdan chiqqan suvlarni tozalab, yana shu jarayon uchun ishlatish;
2) bir operatsiyadan chiqqan suvni ikkinchi operatsiya uchun ishlatish (suv tarkibi jarayonning borishiga hamda ishlab chiqarilgan mahsulotning sifatiga ta’sir ko`rsatmagan holda);
3) ishlab chiqarishda chiqqan suvlar tozalanib, turli texnologik protsesslarda va boshqa maqsadlar uchun ishlatiladi.
Umuman, hozirgi vaqtda texnologik jarayonlarda iloji boricha suvni kam ishlatish, ya’ni chiqindi suvlar hosil qilmaydigan «quruq jarayon»larga o`tish masalasi katta ahamiyatga ega.
Yer satxini o`rab turgan quruq havo (suv bug`ini hisobga olmaganda) 78,093 % azot, 20,95 % kislorod, 0,932 % argon, 0,03 % karbonat angidirid hamda 0,03 % vodorod, geliy, neon, kripton, ksenonlardan iborat. Yer sharini qurshab olgan atmosfera ogirligi 5*10550 t bo`lib, yer yuzidagi har bir kishiga taxminan 2mln.t havo to`g` ri keladi demakdir. Havoning xalq xo`jaligidagi va ayniqsa kimyo sanoatida ishlatilish doirasi juda keng bo`lib, u quyidagi yo`nalishlar bilan belgilanadi:1)issiqlik tashuvchi sifatida; 2)ma’lum ishlarni takomillashtirishda;
3) kimyoviy xom ashyolarnig manbai sifatida hamda turli kimyoviy reaktsiya va jarayonlarda kimyoviy agent sifatida.
Kislorod metallarni qirqishda va payvandlashda (atsetilen bilan birga), o`t yorrdamida parmalashda, raketa yoqilgilarida oksidlovchi sifatida, turli portlovchi birikmalarning asosiy tarkibi sifatida keng qo`llaniladi.
Yuqoridagilar bilan bir qatorda kislorod (toza yoki havo bilan birga) kimyo sanoatida kislorodli turli birikmalar (spirtlar, aldegidlar, kislotalar, fenollar va hokazolar) sintez qilishda asosiy xom ashyo sifatida ishlatiladi. Ba’zi bir kimyoviy mahsulotlarning har bir tonnasini olish uchun sarflangan kislorod miqdori quyidagicha (M530 hisobida):
Etilen oksid ishlab chiqarishda - 3950
Atsetaldegid - 842
Sirka kislota ishalb chiqarishda - 287
Nitrat kislota ishlab chiqarishda- 235,5
Xalq xo`jaligida havo tarkibidagi boshqa gazlar ham xuddi kislorod kabi keng miqiyosda ishlatiladi va bunda har doim shu tarmoqda yuqori texnika-iqtisodiy ko`rsatkichlarga erishiladi.
Kimyo sanoatida energiya kimyoviy - texnologik jarayonlarda kimyoviy reaktsiyalar olib borish uchun va bir qancha qo`shimcha operatsiyalar (materiallarni tashish, maydalash, filtrlash, gazlarni qisish)da ishlatiladi. U yoki bu kimyoviy ishlab chiqarish energiyasi bir birlikda olinayotgan mahsulot uchun sarflangan energiya miqdori bilan belgilanadi. Sanoat miqyosida energiyaning sarflanish miqdori bir birlik og`irlik yoki hajmga ega bo`lgan mahsulotni ishlab chiqarish uchun sarflangan energiya kilovatt-soat, kilokaloriya (kilojoullar) yoki yoqilgi miqdori (tonna, kilogramm, kubmetr) bilan belgilanadi: masalan kvt/soat ,kkal/kg va shunga o`xshash.
Turli kimyoviy mahsulotlar ishlab chiqarishda energiya sarflash miqdori turlicha.
3. Energiya texnologiyaga xarakterli zamonaviy ishlab chiqarish korxonalarining turlari. Energiya turlari. Elektr energiyasi kimyoviy korxonalarda eritmalarni elektroliz qilishda, moddalarni suyultirishda, istishda, murakkab kimyoviy sintezlarda hamda kimyoviy ishlab chiqarishlarni tekshirishda, avtomatlashtirishda ishlatiladi. Bundan tashqari, elektr energiyasi mexanikaviy energiyaga aylantirilgan holda elektrodvigatellarda juda keng qo`llaniladi. Umuman mamlakatda ishlab chiqarilayotgan hamma elektr energiyasining 10-12 % i kimyoviy sanoati uchun sarflanadi. Kimyo sanoatida moddalarni qizdirishda, suyultirishda, quritishda, bug`latishda va distillash jarayonlarida issiqlik energiyasi ishlatiladi.
Ichki yadro energiyasi atom yadrosidagi turli o`zgarishlar natijasida hosil bo`lib, kimyo sanoatida analitik maqsadlar, avtomatik kuzatuvlar, jarayonlarni boshqarish, radiatsion kimyoviy jarayonlarni o`tkazish kabi ishlarda qo`llaniladi.
Kimyoviy energiya galvanik elementlarda va akkumulatorlarda qo`llaniladi, bunda bu energiya elektr energiyasiga aylanadi. Kimyoviy energiya manbalari foydali ish koeffitsenti yo`qoriligi bilan boshqa energiyalardan farq qiladi. Yorug`lik energiyasi kimyo sanoatida fotoqimyoviy reaktsiyalar, elementlardan vodorod xloridni sintez qilish, organik birikmalarni galloidlash va shunga o`xshash jarayonlarda qo`llaniladi.
Kimyo sanoati ko`mir, neft, yonuvchi slanetslar tabiiy gaz, gidro va atom elektrostantsiyalari kabi energiya juda ko`p miqdorda ishlatilganligi sababli bu sanoatning texnika-iqtisodiy ko`rsatkichlariga sarflangan energiya katta ta’sir ko`rsatadi.
Ko`p korxonalarda juda past ko`rsatkichga ega bo`lishi energiyadan tejamsiz foydalanilganligidan darak beradi. Energetika resurslarining cheklanganligi hamda ba’zi bir vaqtda energiyani tejash va undan oqilona foydalanish masalasini qo`yadi.
Tayanch so`zlar va iboralar:
kimyoviy energotexnologiya, mahsulot bilan birga energiya ishlab chiqarish, kimyoviy muvozanat, fazoviy muvozanat, mahsulot va energiyadan kompleks foydalanish, texnologik rejim, texnologik sxema, termodinamik usul fikrlash, jarayon yo`qotma, ser energiyali kimyoviy jarayon.
3-MAVZU. TERMODINAMIKANING BIRINCHI QONUNI.
Reja:
1.Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni, ichki energiya va tashqi ish, 2. 2.Yopiy termodinamik jarayonlar.
3.Karno stikli.
1. Termodinamikaning I qonuni. Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni
Termodinamikaning birinchi qonuni energiyaning o’zgarish va saqlanish qonunlarining ayrim holdagi ifodalanishidir.
Ta'rifi: energiya o’z-o’zidan yo’q bo’lmaydi va paydo bo’lmaydi, u bir ko’rinishdan ikkinchi ko’rinishiga ekvivalent miqdorda o’tadi.
Termodinamikaning 1- qonuni asosida shunday xulosaga kelish mumkinki: Izolirlangan (atrof-muhit bilan hech qanday issiqlik va energiya almashinishi bo’lmaydi) tizimning energiyasi doimiy bo’ladi, bunday holatda esa nazariy jihatdan abadiy dvigatel yaratish mumkin bo’lib qoladi. Bu ko’rinishdagi dvigatel energiya sarflamasdan ish bajarish qobiliyatiga ega bo’ladi, lekin amaliyotda bu abadiy dvigatelni yaratish mumkin emas.
Berilgan termodinamik tizimda jismga issiqlik shaklda uzatilgan energiyaning miqdori uning energiyasini o’zgarish va shu jism tomonidan tashqi ishning bajarilishi uchun sarf bo’ladi:
Q=∆E + L
Q – ishchi jismga berilgan issiqlik shaklidagi energiya.
∆E – ishchi jism ichki energiyasining ko’payishi
L – ishchi jismning bajargan ishi.
Jismning energiyasi Ye uning tashqi va ichki (potentsial va kinetik) energiyalarining yigindisiga teng:
Ye=Et+ui
Jismning tashqi Yet energiyasi uning kinetik va potentsial energiyalarining yig`indisiga teng. Jismning ichki energiyasi ui esa uning zarrachalari harakati va bog’lanish kuchlari bilan o’lchanadi, hamda zarrachalarning kinetik va potentsial energiyalarining yig`indisiga teng.
O’rganilayotgan termodinamik tizimda boshqa tizimlar bilan modda almashinuvi ro’y bermasa, bunday tizim yopiq tizim deb, undagi jism nisbiy tinchlikdagi jism deb ataladi. Bu holda ishchi jism massasining markazi siljimasligi natijasida ishchi jismning tashqi kinetik energiyasi o`zgarmas son bo’lib, termodinamikaning birinchi qonuni orqali ifodalanadi:
Q =∆U + L
L – m kg ishchi jism uchun kengayish sig`imi ishi, Dj.
Termodinamikada ichki energiya bilan birgalikda entalpiya ham ishlatiladi. Entalpiya bu - o’zgarmas bosimdagi sistemaning energiyasi bo’lib, ichki energiya va potentsial energiyalarning yiqindisiga teng:
h=Ui+pV Dj/mol
Entalpiya ichki energiya kabi holat funktsiyasi hisoblanadi, tenglamani o’ng tomonidagi kattaliklar tizimning xossalari hisoblaniladi. Entalpiyaning o’zgarishi jarayonni yo’nalishiga bog’liq bo’lmay, faqatgina holatning boshlang`ich va oxirigi holatiga bog’liq.
Entalpiya ishchi jismning termodinamik holatining funktsiyasi bo’lib u holatning parametri hisoblanadi va h bilan belgilanadi. Unda termodinamikaning I qonuni quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
q = u+ (po)- i p
q = h – i p
Izobarik jarayonda p=const, i p =0,
Ya'ni, izobarik jarayonda ishchi jismga issiqlik shaklida berilgan energiyaning miqdori uning entalpiyasining o’zgarganiga teng.
2. Yopiq sistemalarda termodinamik jarayonlar. Ishchi jismning biron bir parametri o’zgartirilsa termodinamik jarayon sodir bo’ladi. Jarayonlar turlicha bo’ladi: muvozanat holatida, nomuvozanat holatida, qaytar va qaytmas jarayonlar.
Yopiq sistemalar atrof-muhit va boshqa sistemalar bilan modda almashinmaydigan sistemalarga aytiladi. Bunday sistemalar 2 xil bo’ldai: adiabatik va politropik jarayonlar.
Adiabatik jarayon – tashqi muhit bilan issiqlik almashinuvi bo’lmaydigan jarayon.
Politropik jarayon – issiqlik sig’imi o’zgarmaydigan jarayon.
Adiabatik jarayon uchun termodinamikaning I qonuni:
dU=dL yoki ∆U= -L dU+dL=0
Termodinamikaning II qonuniga ko’ra barcha real jarayonlar qaytmas va muvozanatda bo’lmaydi.
Jarayonlarni qaytmas bo’lishiga sabab:
1. Ishchi muhitda bosim, zichlik, harorat va boshqa parametrlar gradienti ishtirok etadi, bu gradientlarga energiya sarflanadi, tizimning entropiyasi ortadi.
2. Ishchi jismni atrof-muhit bilan tashqi ishqalanishi
3. Yuqori haroratli ishchi jismdan kichik haroratli ishchi jismga issiqlik uzatilishi.
Termodinamik sistemning ichki energiyasi.
Јar qanday termodinamik sistema katta sondagi zarralardan tashkil topgan. Uzluksiz harakatlanuvchi va o’zaro ta’sirlanuvchi ana shu zarralar energiyasiga termodinamik sistema energiyasi deyiladi.
Sistema to’la energiyasi tashqi va ichki energiyaga ajraladi. Sistemani bir butun holda harakat energiyasi va tashqi kuch maydonidagi potentsial energiyasiga tashqi energiya deyiladi. Sistemaning qolgan bo’lak energiyalariga ichki energiya deyiladi. Masalan, N ta zarradan tashkil topgan real gaz ichki energiyasi Ye quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:
(1.1.2)
Bu yerda Pi - i- zarra impulsi, va j - zarralarning o’zaro ta’sir energiyasi, zarrani to`tgan o`rni bilan bog`langan potentsial energiya.
Ichki energiya Ye sistema ichki parametri bo’lib hisoblanadi. Demak, ichki energiya sistema muvozanat holatida tashqi parametrlar 1 va temperatura T ga bog`liq bo’ladi:
(1.1.3)
Termodinamik ish. Issiqlik miqdori. Termodinamikada “ish” tushunchasi muhim rol o’ynaydi, chunki sistema holati o’zgargandagina termodinamik ish bajariladi. µaraladigan sistema tashqi jism bilan o’zaro ta’sirda bo’lgandagina, sistema holati o’zgaradi va natijada ishni miqdoriy tomondan aniqlash mumkin bo’ladi. Xaqiqatan ham, sistema noldan farqli ish bajarishi uchun, u albatta tashqi jismlarni siljitishi kerak.
Tajriba shuni ko’rsatadiki, termodinamik sistemani, uni o’rab olgan muhit bilan o’zaro ta’sirida energiya almashinishi yuz beradi. Bu yerda energiyani sistemadan tashqi jismlarga uzatish ikkita har xil usulda bo’lishi mumkin. Sistema tashqi parametrlarining o’zgarishi bilan bog`liq b`lishi va bu parametrlarning o’zgarishsiz bog`liq bo`lishi.
Tashqi parametrlarning o’zgarishi bilan bog`liq bo’lgan energiya uzatishni birinchi usuliga ish deyiladi.
Tashqi parametrlarning o’zgarishisiz, ammo yangi termodinamik parametr (entropiya)ning o’zgarishi bilan bog`liq bo’lgan energiya uzatishni ikkinchi usuliga – issiqlik, energiya uzatish jarayonining bu usuliga – issiqlik almashinish deyiladi.
Tashqi parametrlarning o’zgarishi bilan sistemaga berilgan energiyaga – ish deyilib, A harf bilan belgilanadi. Tashqi parametrlarning o`zgarishisiz sistemaga berilgan energiyaga – issiqlik miqdori deyilib, harfi bilan belgilanadi.
Bajarilgan ish
formula yordamida topiladi.
Bu yerda A -cheksiz kichik bajarilgan ish, ti - umumlashgan kuch, i-umumlashgan parametr.
Termodinamikada bajarilgan ishni ishorasi quyidagicha qabul qilingan. Agar sistema tashqi kuchlarga qarshi ish bajarsa – musbat, agar tashqi sistema ustida tashqi kuchlar ish bajarsa – manfiy yoki sistema kengayish jarayonida bajarilgan ishni ifodalovchi yuza jarayon yo’nalishini ifodalovchi egrilikdan o’ng tomonda yotsa – musbat agar chap tomonda yotsa – manfiy deb ham qabul qilingan. Bu fikrlardan shu narsa kelib chiqadiki, sistema bir holatdan ikkinchi holatga o’tganda bajarilgan kengayish yoki siqilish ishi o’tish yo’liga qarab, o’zgarib turar ekan. Ya’ni, bajarilgan ishni kattaligi o’tish yo’liga bog`liq bo’ladi. Bu esa bajarilgan ish jarayon funktsiyasi bo’lishini ko’rsatadi. Shuning uchun bajarilgan ish Ako’rinishda ya’ni to’liqmas differentsial ko’rinishda yoziladi. Masalan, agar sistema kengayish ishi bajarayotgan bo’lsa A- pdv, agar siqilish ishi bajarilayotgan bo’lsa A- pdv ko’rinishda yoziladi.
Agar tashqi elektr maydon ta’siri ostida izotrop dielektrik ustida qutblash ishi bajarilayotgan bo’lsa: A= dP bo’ladi. Bu yerda - tashqi elektr maydon kuchlanganligi, - qutblanish vektori. Agar tashqi magnit maydon magnitik ustida magnitlash kuchi bajarilayotgan bo’lsa: A = HdM bo’ladi. Bu yerda - magnit maydon kuchlanganligi, - magnitlanish vektori.
Holat funktsiyasi. O`zaro bohlanmagan mikroskopik parametrlar to’plami sistema holatini aniqlaydi. Berilgan vaqtda sistema іolatini to’la holda aniqlovchi va sistemalarga holat funktsiyasi deyiladi.
Holatning termik va kalorik tenglamalari. Termodinamikaning ikkinchi dastlabki fikridan muvozanatli ichki parametrlar va temperaturaning funktsiyasi bo’lishidan sistema holatining termik va kalorik tenglamalarining mavjudligiga olib keladi, ya’ni temperaturada T va tashqi parametrlar 1 qandaydir muvozanatli ichki parametr bk bilan bohlovchi tenglama olib keladi.
(1.1.5)
Agar ichki parametr va ichki energiya E(bk=E) bo’lsa, u holda tenglama
(1.1.6)
Energiya tenglamasi yoki holatning kalorik tenglamasi deyiladi. Shunday nomlanishiga sabab, bu tenglama yordamida kaloriyada ifodalanuvchi issiqlik sig`imi va boshqa shunga o’xshagan kattaliklarni topish mumkin.
Agar ichki parametr va tashqi parametrga i- qo’shma bo’lgan umumlashgan kuch fi bo’lsa, u holda tenglama fi = fi (1, …, n; T) (i = 1, 2, …, n) іolatning termik tenglamasi deb yuritiladi.
Bunday nom bilan yuritilishiga sabab bu tenglamalar yordamida temperaturani hisoblash mumkin.
Јolatning termik va kalorik tenglamalarining umumiy soni uning ozodlik darajalarining soniga teng bo’ladi, ya’ni sistema holatini xarakterlovchi bohlanmagan parametrlar soniga teng bo’ladi.
Agar holatning termik va kalorik tenglamalari ma’lum bo’lsa, u holda termodinamikaning boshlanishlari yordamida sistemaning hamma termodinamik xususiyatlarini aniqlash mumkin. Termodinamikaning boshlanishlariga asoslanib holat tenglamalarini chiqarish mumkin emas. Ular yoki tajribadan tiklanadi yoki statistik fizika metodi yordamida topiladi. Bu hol esa termodinamika va statistik fizikasi bir –birini to’ldirishini va ularni tamoman ajratish mumkin emasligini ko’rsatadi.
Muvozanatli sistemalarning xususiyatini o’rganishda, termodinamika eng avval, oddiy sistema deganda ikkita parametr bilan aniqlanuvchi bir fazali sistemalarga aytiladi.
Oddiy sistema holatining termik va kalorik tenglamalari mos ravishda quyidagi ko’rinishni oladi:
(1.1.7)
(1.1.8)
Agar f = p - bosim, = V - V - sistema hajmi bo’lsa, u holda sistema holatining tenglamalari
p= p ( V, T) (1.1.9)
E=E (V, T ) bo’ladi.
Ideal gaz uchun holatning termik tenglamasi Klapeyron-Mendeleev tenglamasi bo’ladi.
PV = RT - bir mol gaz uchun (1.1.10)
mol gaz uchun: m - gaz massasi, - molyar massa.
O`zgarmas temperaturada ideal gaz ichki energiyasini uning hajmiga bog`liq emasligi to’hrisida Djoul qonunidan foydalansak, ya’ni
(1.1.11)
U holda ideal gaz kalorik tenglamasini olamiz.
(1.1.12)
Bir atomli ideal gaz uchun Ye = Sv T + Ye0 bo’ladi.
Ideal real gazlar uchun empirik holda holatning 150 dan oshiq termik tenglama tiklangan:
Van-der-Vaals tenglamasi
(1.1.13)
b – molekularning xususiy hajmi.
(1.1.14)
- ichki bosim (1.3) tenglamaga real gazlar uchun tuzatma kiritishni birinchi marta M.V.Lomonosov aytadi – (issiqlikning tabiati to’hrisida molekular – kinetik tasavvurga asoslanib).
(1.5) – Diterichening I – tenglamasi (1.1.15)
Diterichening II – tenglamasi (1.1.16)
Bertlo tenglamasi. (1.1.17)
(1.6) – іolatning verial (1.1.18)
formadagi tenglamasi.
Bu yerda V,S,D …. – temperatura funktsiyasi bo’lib, ularga verial koeffitsientlar deb yuritiladi.
Birinchi had ideal gazga mos keladi, qaysiki molekulalar orasida o’zaro ta’sir yo’qdir.
Ikkinchi esa molekulalar orasidagi juft to’qnashishni hisobga oladi va h.k.z.
Real gazlarga molekulalar orasidagi o’zaro ta’sir kuch qisqa ta’sir xarakterdaligini hisobga olib, Mayer va Bogolyubov turli xil metodlar yordamida holat tenglamasini quyidagicha oladi:
(1.1.19)
Bu yerda virial koeffitsientlar Vn gaz zarralari orasida o’zaro ta’sir potentsial orqali ifodalanadi. Masalan, agar molekulalar orasidagi potentsial U faqat molekulalar orasidagi masofa r ning funktsiyasi bo’lsa, u holda N ta zarradan tashkil topgan gazning ikkinchi verial koeffitsienti
(1.1.20)
V(T) ni eksperimentda o’lchab, o’zaro ta’sirning potentsial funktsiyasining parametrlarini topish mumkin.
Sistema holat tenglamalarining mavjudligidan uchta termik koeffitsientlar (kengayish, siqilish, bosim elastiklik) orasida quyidagi bog`lanish borligini olish mumkin:
(1.1.21)
(1.1.22)
V0 va R0 – 00 S da sistema hajmi va bosimi.
3. Karno ta’rifi.
Aylanma jarayonda qizdirgichning issiqligi to‘liq xolda ishga aylanishi mumkin emas.
To‘g‘ri tsiklning termik foydali ish koeffisienti ;
ηt = qu / q1 = 1 – q2 /q1
q1 – ishchi jismga uzatiladigan issiqlik miqdori.
q2 – ishchi jismdan ajratib olingan issiqlik miqdori.
qu – tsikldagi ishga aylangan issiqlik miqdori
Bundan termik foydali ish koiffisienti 1 ga teng bo‘lgan issiqlik mashinasini yaratib bo‘lmasligi kelib chiqadi.
Teskari ttsikl deb, sovutish mashinasining va issiqlik nasosining doiraviy jarayoniga aytiladi. Unda q2 sovutgichdan issiqlik qabul qiluvchiga berish uchun tashqarida ish sarflanadi.Teskari tsiklni tashqaridan ish sarflamasdan amalga oshirib bo‘lmaydi.
Termodinamikaning II qonuniga Klauzius ta’rifi - issiqlik sovuq jismdan undan issiqroq jismga bekordan bekorga o‘ta olmaydi.
Termodinamikani II qonunining analitik ifodasi, Gu-Stodol tenglamasi (dQ∆A=T2∆S qaytmas.
∆A – tizim ish qobiliyatining pasayishi
∆Sqaytmas – entropiyaning o‘zgarishi
T2 – sovutgich temperaturasi.
Nazorat savollari:
Energetik balans nima?
Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq energiya sarflanadimi?
Keltirilgan energiya nima?
Olib ketilgan energiya nima?
Sistemadan olib ketilgan energiya oqimlaridan oldindan foydalanib bo`ladimi?
Issiqlik yo`qotmasi deganda nimani tushunasiz?
Energetik balans jarayon to`g`risida tulik inorfmatsiya beradimi?
Energetik balansga ko`ra jarayon energetik sarfiyotiga nimalarni kiritish mumki?.
4-MAVZU. ISSIQLIK OLISH USULLARI VA SANOATDA ISSIQLIK ENERGIYASI.
Reja:
Yoqilg’ini tasniflash
Yoqilg’ilarga qo’yildaigan talablar, yoqilg’ining yonish issiqligi, shartli yoqilg’i
Yonish jarayonining nazariyasi, yoqilg’i yonish jarayonining hisobi.
Gaz holdagi yoqilg`ilar uchun yonish jarayoning hisobi.
1. Yoqilg`ini tasniflash
Yoqilg`i deb - sanoatda foydalanish uchun qurilmalarda yoqilishi mumkin bo`lgan yonuvchi moddalarga aytiladi. Yoqilg`ilar tabiiy va sun’iy bo`lishi mumkin. Tabiiy yoqilg`i organik va noorganik turlarga bo`linadi.
Ishlatilish turiga qarab energetik va texnologik turga bo`linadi.
Energetik yoqilg`ilar - qurilmalarda issiqlik va elektr energiyasini olish uchun ishlatiladi.
Texnologik yoqilg`i - O`choqlarda, quritgichlarda ishlatilib, hamda ularni kimyoviy qayta ishlatib sun’iy yoqilg`i turi yani, koks, yarimkoks va generator gazlari olinadi.
Atom energiyasidan ham foydalaniladi 235U, 238U, 239Ru
2. Yoqilg`iga qo`yiladigan talablar
-yoqilg`i yonganda massa va hajm birligida ko`p issiqlik ajratib chiqarishi;
-atrof muhitga yoki issiqlik qurilmasi konstrukstiyasi materiallarga tasir etadigan noxush gazlarini chiqarmasligi;
-yoqilg`i arzon bo`lib uzoq vaqt saqlanganda o`zining xususiyatini o`zgartirmasligi kerak.
Yoqilg`i agregat holatiga qarab qattiq, suyuq, gazsimon bo`ladi.
Yoqilg`i yonuvchan va yonmaydigan qismlardan tashkil topadi.
Yonuvchi qismga C,H,O,N,S kiradi.
Yonmaydigan qismga namlik W va kul (A) kiradi.
Qattiq yoqilg`ining alohida tarkibiy qismi uning masssiga nisbatan foizda hisoblanadi. Gazsimon yoqilg`ining tarkibi uning hajmiga nisbatan foizlarda belgilanadi.
Yoqilg`ining issiqlik berish qobiliyati deb - 1kg qattiq yoki suyuq va 1m3 gazsimon modda yonganda ajraladigan issiqlik miqdoriga aytiladi.Turli yoqilg`ilarni sarfini taqqoslash uchun shartli yoqilg`i degan tushuncha kiritilgan.
Shartli yoqilg`i deb - solishtirma issiqlik berish qobilyati qshartli = 29,33 Mdj (7000 kkal/kg) bo`lgan yoqilg`iga aytiladi.
Qattiq yoqilg`i - qatoriga yog`och, shaffof, qo`ng`ir ko`mir, toshko`mir, antrastit, briketlar,. koks kiradi.
Suyuq yoqilg`iga - neft va mazut kiradi.
Gazga - tabiiy gaz kiradi.
3. Yonish jarayoni nazariyasi. Yonish bu - yoqilg`ining oksidlovchi bilan bo`ladigan murakkab fizik kimyoviy tasirlashuv jarayoni bo`lib, uning natijasida jadal suratda issiqlik ajralib chiqib haroratning keskin oshishi kuzatiladi. Agar yoqilgi va oksidlovchi bir xil fazada bo`lsa gomogen yonish deyiladi, agar ular turli fazada bo`lsa geterogen yonish deyiladi.
Gomogen yonishda yonish tezligi har qanday kimyoviy reakstiyadagi singari reakstiyaga kirishayotgan modda konstentrastiyasiga, haroratga va bosimga bog`liqdir. Massalar tasiri qonuniga asosan reakstiya tezligi oksidlovchi va yoqilg`i konstentrastiyasi ko`paytmasiga proporstianaldir. w=kCA CV
Bunda k=tezlik konstantasi, reakstiya tezligi bosimning p darajasiga to`g`ri proporstianaldir. p - reakstiya tartibi bo`lib, reakstiyaga kirishyotgan molekulalar sonini belgilaydi. Hamma molekulalar ham birdan yonmaydi, avvalo molekulalararo bog`ni uzish kuchiga ega energiyali molekulalar yonadi. Bu energiya E aktivlanish energiyasidan katta bo`lishi kerak. Yonish zanjir reakstiya bo`lib O, H va OH faol markazlardir. Zanjir reakstiyaning oddiy reakstiyalardan farqi uning portlash bilan ketishdir. Lekin yonishda reogentlarning aralashish tezligi katta rol O`ynaydi. U esa zanjir reakstiyada ancha sekin sodir bo`ladi. Yoqilg`ining to`la yonish τn vaqti ikki qismdan iborat.
τn = τφ + τx
τφ - yoqilg`i va oksidlovchi molekulalari to`qnashishiga ketgan vaqt (fizik bosqich).
τx - kimyoviy reakstiya sodir bo`lish vaqti (kimyoviy bosqich).
Fizik va kimyoviy yonish.
Ushbu vaqtlar nisbatiga ko`ra diffuziyali va kinetik yonish sohalari mavjud. Agarda τφ +<< τx bo`lsa, unda yonish kinetik soxada, agarda τφ >> τx bo`lsa diffuziya yonish soxasida ro`y beradi. Kinetik yonish gaz va oksidlovchi yonish kamerasiga kirguncha aralashtirilsa yuz beradi. Diffuzial yonish esa uni yonish kamerasida aralashsa yuz beradi.
Geterogen yonishda qattiq yonish chegarasida adsorbstiya xodisasi yuz beradi, u erda tasirlashyotgan moddalar konstentrastiyasi kamayib reakstiya mahsuloti ko`payadi. Reakstiya tezligi temperatura, bosim va moddalar konstentrastiyasidan tashqari balki yoqilg`i O`lchamiga, oksidlovchining diffuziyalanish tezligiga bog`liq.
Suyuq yoqilg`i yonganda uning bug`lanishi katta ahamiyatga ega. Suyuq yoqilg`ining qaynash harorati, alangalanish haroratidan ancha past bo`ladi. Shuning uchun u oldin bug`lanadi so`ng yonadi va u yonish yuzasiga ham bog`liq. Shuning uchun u purkalganda yoki sachratilganda ko`p marta ortib ketadi.
Yoqilg`i yonish jarayonining hisobi. Yoqilg`ining yonish hisobi yonish kerak bo`ladigan havo sarfini, yonish mahsuloti miqdorini, uning tarkibini va yonish temperaturasini aniqlash uchun zarur.
Yonish reakstiyasining aniq stixiometrik nisbatiga to`g`ri kelgan havoning miqdori nazariy havo sarfi deb ataladi. Amalda ko`proq sarflanadi va amaliy sarfni nisbati nazariy sarfga nisbati havoning ortiqlik koeifistenti deb ataladi.
α = Gam/Gnaz
α miqdori O`choq va yoqilg`i turiga bog`liq. Gaz yonganda α = 1,05-1,1; mazut yonganda α =1,1:1,2; changsimon yoqilg`i α -1,2-1,25; qattiq bo`laklar α -1,4-1,8.
Yonilg`ining nazariy va amaliy yonishi. Yonilg`ining nazariy va amaliy yonish temperaturasi bo`ladi.
Nazariy yonish - temperatura yoqilg`i yonganda ajralib chiqqan issiqlikning barchasi tutun gazlarini hosil qilgan haroratidir.
Amaliy yonish - hech qachon nazariyga tenglashmaydi. Bu farqni kalorimetrik koeffistient belgilaydi.
ηk = tA/ tn
Yonish jarayoni. Organik moddalarning yonish jarayonlari qo`yidagi kimyoviy formulalar orqali ifodalanadi:
Uglerodning to`liq yonishi.
1) C + O2 = CO2 + 94050 kkal = CO2 + 393750 kj
O2 etishmaganda ulerodning qisman yonishi
2) C + 0,5O2 = CO + 26410 kkal = CO + 110550 kj
CO ning yonishi
3) CO + 0,5O2 = CO2 + 67340 kkal = CO2 + 283200 kj
Vodorodning suv bug`i hosil qilib yonishi
4) H2 + 0,5O2 = H2O(bo`g`) + 57810 kkal = H2O(bo`g`) + 242000 kj
Vodorodning bo`g` kondensati hosil qilish bilan yonishi
5) H2 + 0,5O2 = H2O(s) + 68360 kkal = H2O(s) + 286200 kj
Reakstiyalar issiqlik effektlari 25oS haroratga tegishli..
N2 ning suv hosil bulish bilan yonish issiqlik effekti suv bug`i hosilbulishdagiga qaraganda kattadir chunki bo`g`ning kondensastiyalanishida bo`g` hosil bulish issiqligi ajralibchiqadi. Darxaqiqat . 1 kmol bo`g` hosil bulish issiqligi quyidagiga teng.
6) 286200 – 242000 = 44200 kj/kmol
yoki 1 kg bo`g`ga 2455 kj/kg
44200
——— = 2455,5 kj/kg
18
Asosiy modda yongandagi yoqilg`i va oksidlvchi o`rtasidagi og`irlik nisbatlari:
C to`liq yonganda 1 kg S ga 8/3 kg O2 sarflanadi va 11/3 kg CO2 hosil bo`ladi;
C to`liq yonmaganda 1 kg S ga 4/3 kg O2 sarflanganda va 8/3 kg CO hosil bo`ladi ;
H2 ning yonishi : 1 kg N2 ga 8 kg O2 sarflanadi va 9 kg H2O hosil bo`ladi..
Qattiq va suyuq yoqilg`ilarni yonishini hisoblash. Yoqilg`ilarni yonish issiqliklari (issiqlik beri sh qolbilyati) (kDj/kg) Mendele emperik formulasi v tajriba yo`li bilan aniqlanadi
Q = 339C + 1256H – 109(O – S) – 25 (9H + W) [1]
C, H, S va O – yoqilg`idagi uglero, vodoro, oltingugurt va kislorodlarning miqdor, %
W – namlik, %
1 kg yoqilg`ining to`liq yonishi uchun nazariy zarur bo`lgan kislorodnrng miqdori (kg/kg) O0 = 0,01 (8/3S + 8N – O)
Nazariy zarur bo`lgan havo miqdori
L0 = O0/0,232 = (8/3S +8N – O)/23,2
Xaqiqatda yonish kamerasi va uchoqlarga havoda, yonish jarayoni bir maromda ketishi uchun nazariy zarur bo`lganidan ko`proq miqdorda beriladi.Amalda ortiqcha havo doimiysi qo`yidagi oraliqda bo`ladi α = 1,05-1,8. Bazi xollarda GTU (gazo-turbinali ustanovka) yonish kameralariga trubina dan chiqayotgan mahsulot hararatini kamaytirish uchun yonish kamerasiga bereladigan ortiqcha havo doimiysi α = 4÷5 bo`ladi.Yoqilg`ining aniq yonish issiqligidan Q nazariy yonish Tg harorati quyidagi formula asosida aniqlanadi.
Q = (1 + αL0) Ctckr.sgtg (Tg – Ts)
Ctckr.sgtg – o`zgarmas bosimdagi o`rtacha og`irlik issiqlik sig`imi, qo`yidagi formula bilan aniqlanadi (kj/(kg∙grad))
C0t2∙t2 – C0t1∙t1
Ct1 t2 = ————————
t2 – t1
Og`irlik issiqlik sig`imi s = ∑gi∙ci
Ts – yonish oxiridagi harorat.
4. Gaz holdagi yoqilg`ilar uchun yonish jarayoning hisobi. Gazoholdagi yoqilg`ilar – turli uglevodorodlar va bazi bir boshqa gazlar arlashmasidir. Ularning asosiy xarakteristikalari xuddi gazlar aralashmasi singaridir.
Murakkab yoqilg`ining yonish issiqligi (kj/m3) quyidagi formula bo`yicha aniqlanadi.
108N2 + 126SO + 358CH4 + 236H2S + 600C2H6 + 712C3H8 = 3
N2, SO va boshqa komponentlarning hajmiy ulushlari, %.
Uglevodorodlar uchun kerakli kislorod miqdorini anmiqlashning umumiy formulasi bor.
CnHm uglevodorolar uchun yonish yonish jarayoni quyidagi formula bilan ifodalanadi
m
CnHm + xO2 = nCO2 + —— H2O
2
m
Darhaqiqat, x = n + ——
4
x qiymatini qo`yib quyidagi umumiy formula olamiz
m m
CnHm + (n + ——) O2 = nCO2 + —— H2O
4 2
Individual uglevodorodlarning yonish issiqliklari:
kkal/m3 kdj/m3
vodorod H2 2580 10800
okis ugleroda CO 3018 12640
metan CH4 8550 35800
etan C2H6 15220 63720
propan C3H8 21800 71270
butan C4H10 28340 118650
propilen C3H6 20540 86000
butilen C4C8 27100 113460
astetilen C2H2 13380 56020
serovodorod H2S 5650 23650
Masalan.
1. Quvvati 20 t/soat bo`g` bo`lgan bug` qozoni tarkabida : S – 84,5%; N – 12,5%; O – 1,5%; W – 1,5% bo`lgan mazut bilan qizdiriladi. Qozonga 1 kg bo`g` olish uchun 3530 kj issiqlik sarflanadi. Mazutni yoqishdagi ortiqcha havo koeffistenti α = 1,15.Qozondan chiqayotgan gaz omillari t = 400ºS, R = 1at.
Hisoblash kerak:
1. yonish jarayonini;
2. mazut sarfini;
3. havo sarfini;
4. 1 kg mazutning yonish mahsulotlari tarkibini;
5. gazlar sarfini ;
6. gazlar tezligi 5 m/sek bo`lgandagi tutun trubasi diametrini.
Yechish.
1.Qozonga 1 soatdagi issiqlik sarfi
Qg = 3530∙20∙1000 = 70,6∙106 kj/soat
2. Mazutning yonish issiqligi D.I. Mendeleev formulasidan topiladi [1]
Q = 339∙84,5 + 1256∙12,5 – 1,5∙109 – 25(9∙12,5 + 1,5) = 28645,5 +15700 – 163,5 – 2850 = 41332 kdj/kg ≈ 41330 kdj/kg
3. Mazut sarfi
70,6∙106 kj/soat
m = ———————— = 1708 kg/soat
41332 kj/kg ≈ 1709 kg/soat
agarda 41330 olsak , unda = 1708,2 kg/soat
4. 1 kg mazutga havoning nazariy sarfi
8/3∙0,845 + 8∙0,125 – 0,015
L0 = ———————————— = 13,97 kg/kg
0,232
5. 1 kg mazutga havoning xaqiqiy sarfi
Lg = 13,97∙1,15 = 16,07 kg/kg
6. 1709 kg mazutga havoning umumy sarfi
mv = 16,07∙1709 = 27463,63 kg/soat ≈ 27464 kg/soat
7. 1 kg mazutni yonish mahsulotlarining og`irlik va hajmiy tarkibi
kg % mass
CO2 11/3∙0,845 3,098 18,17
H2O 9∙0,125 + 0,015 1,140 6,69
N2 0,768∙16,05 12,326 72,31
O2 0,232(16,05 – 13,97) 0,483 2,83
___________________________
17,047 100
8.Aralashmaning gaz doimiysi
R = ∑gi∙Ri
R = 0,1817∙189 + 0,0669∙462 + 0,7231∙297 + 0,0284∙260 = 287,39 ≈ 287,4j/(kg∙grad)
189 – massovoe znachenie dlya CO2 uchun R ning og`irlik qiymati
Ru – universal gaz doimiysi 8,314 j/(mol∙grad)
Ru 8,314j∙1000
RCO2 = ——— = ——————— = 188,95 ≈ 189 j/(kg∙grad)
MCO2 44kg∙grad
H2O, N2, O2 uchun ham xuddi shunday aniqlanadi
9. Trubadan chiqayotgan 1 kg mazut yonish mahsulotlarining hajmi
R∙T∙M 17,047∙287,4∙(400 + 273)
V = ——— = ——————————— = 33,61 m3/kg
P 1∙9,81∙104
10. Trubadan utayotgan gazlar sarfi.
33,61∙1709
Vs = —————— = 15,96 m3/sek
3600
11. Gazlarning chiqish tezligi 5 m/sek ,bo`lgandagi trudaning yuqorigi diametri
______ ________
/ 4∙Vc / 4∙15,96
d = √ ——— = √ ———— = 2,02 m
π∙ω 3,14∙5
Topshiriq
Quyidagi tarkibga ega bo`lgan tabiy gazning yonish issiqligini va α = 1,2 bo`lgandagi yonish mahsulotlari tarkibini hisoblang: metan – 94%, etan – 1,2%, propan – 1,3%, uglekislota – 0,2%, azot – 3,3% .
35800∙94 63720∙1,2 91270∙1,3
Q = ————— + ————— + ————— = 33652 + 764,64 + 11865 = 35603
100 100 100
kj/m3
Yonish formulalari
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O (1)
C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O (2)
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O (3)
1 reakstiya uchun: 1 m3 CH4 ga 2 m3 O2 sarflanadi 1 m3 CO2 va 2 m3 H2O hosilbo`ladi.
2 reakstiya uchun: 1 m3 C2H6 ga 3,5 m3 O2 sarflanadi 2 m3 CO2 va 3 m3 H2O hosilbo`ladi.
3 reakstiya uchun: 1 m3 C3H8 ga 5 m3 O2 sarflanadi 3 m3 CO2 va 4 m3 H2O hosilbo`ladi.
Yonish mahsulotlari:
1 reakstiya CO2 0,94 m3 va 1,88 m3 H2O
2 reakstiya CO2 0,012∙2 = 0,024 va 0,036 m3 H2O
3 reakstiya CO2 0,013∙3 = 0,039 va 0,052 m3 H2O
1 m3 gaz yonganda yonish mahsulotida
CO2 = 0,94 + 0,024 + 0,039 + 0,002 = 1,005 m3
H2O = 0,94∙2 + 0,036 + 0,052 = 1,968 m3 bo`ladi.
α = 1 da
2∙0,94 + 3,5∙0,012 + 5∙0,013 = 1,987 m3 kislorod sarflanadi
Havo hajmi
1,987 – 20,9% 1,987∙100
Vh – 100% Vh = ————— = 9,51 m3/m3
20,9
Havodagi azot hajmi
VH2 = 9,51 – 1,987 = 7,523
Yonishdan keyinga gazdagi azot hajmi
VH2fakt = 7,523 + 0,033 = 7,556 m3
α = 1,2 dagi havo hajmi
Vhavo = 9,51∙1,2 = 11,41 m3
Ortiqcha havo 11,41 – 9,51 = 1,9 m3.
Bu xajimda:
O2 = 1,9∙0,209 = 0,397 m3 i N2 = 1,9∙0,791 = 1,503 m3
Yonish mahsulotlari tarkibi:
m3 %
CO2 1,005 8,09
H2O 1,968 15,83
H2 7,556 + 1,503 = 9,059 72,89
O2 0,397 3,19
Nazorat savollari:
Energetik balans nima?
Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq energiya sarflanadimi?
Keltirilgan energiya nima?
Olib ketilgan energiya nima?
Sistemadan olib ketilgan energiya oqimlaridan oldindan foydalanib bo`ladimi?
Issiqlik yo`qotmasi deganda nimani tushunasiz?
Energetik balans jarayon to`g`risida to`liq inorfmatsiya beradimi?
Energetik balansga ko`ra jarayon energetik sarfiyotiga nimalarni kiritish mumkin?.
5-MAVZU. ENERGETIK BALANS
Reja:
Issiqlik balansi.
Texnologiyada “energiya yo`qotmalari” tushunchasi. Holatning termodinamik ehtimolligi.
Entropiya.
1.Issiqlik balansi. Termodinamikaning asosiy qoidalarining ayrimlarini keng tarqalgan texnologik jarayon-bug`latish (1-1 rasm) misolida izoxlab berish mumkin.
Bug`lanish energiya oqimlari:
|
|
|
|
Rasm.1-1.
- keltirilgan issiqlik;
- olib ketilgan bug`lar issiqligi; - atrof muhitga tarqaladigan issiqlik yo`qotmasi
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Apparatga T1 temperaturada keltirilgan issiqlik miqdori Q1 va bug`lantirilayotgan modda bug`lari bilan olib ketilayotgan T2 temperaturadagi (masalan: suv bug`lari bilan) issiqlik miqdori Q2. Bundan tashqari ma’lum miqdordagi issiqlik atrof muhitda yo`qoladi (Qn – issiqlik yo`qotmasi). Termodinamikaning birinchi qonuniga ko`ra:
(1.1)
tenglamasi – bug`lanishning energetik balansining tenglamasidir.
Agarda issiqlik yo`qotmalarini hisobga olmasak ya’ni QnShunday qilib, yo`qorida keltirilgan misoldagi umum qabul qilingan energetik balans jarayon to`g`risida juda ham muhim informatsiyani beradi. Ammo bu informatsiya to`la emas va jarayon to`g`risida noto`g`ri tassavurga olib kelishi mumkin. Avvalambor energetik balansdan jarayon energetik sarfiyotiga nimalarni kiritish ravshan emas. Keng tarqalgan Qn=0 bo`lganda termodinamikaning birinchi qonunidan foydalanilsa bu masala rasman (formalno) yechimga ega emas.
Agarda Q2 issiqlikdan foydalanilmasa, u holda bu sarfiyotlar Q1 teng bo`ladi deb qabul qilinadi. Agar Q2 issiqlikdan to`la foydalanilsa, u holda energetik sarfiyotlar rasman (formalno) noga teng, bu esa «sog`lom aql» (zdravomu smislu) deb ataluvchi fikrga ziddir. Xakiqatan, birinchidan sarfiyotlar mavjud, ikkinchidan ularni miqdoriy jihatdan aniqlash qiyin. Bu holda yana jarayonni samaradorligini va uning takomillashganlik darajasini baholash qiyin. Ko`pincha jarayonning samaradorligini baholash uchun foydali ish koeffitsientini (FIK) ishlatishadi. FIK foydali samaradorlikning sarfiyotlarga nisbatiga barobardir. Ushbu holda «issiqlik» yoki «termik» FIK barobar bo`ladi.
(1.2)
Demak, issiqlik FIK to`la foydali informatsiya bermaydi, chunki har qanday jarayon, uning texnologik shakllanishiga qaramay barcha oqimlarni to`la hisobga olganda FIK birga va birga yaqin bo`ladi. Agarda olingan natijaga ishonsak jarayonni takomillashtirishga xojat kolmaydi.
Keltirilgan misolga o`xshash misollarni cheksiz davom ettirish mumkin. Barcha kimyoviy ishlab chiqarishda katta miqdordagi issiqlik sistemadan ikkilamchi energetik resurslar (IER) deb ataluvchi ko`rinishda olib ketiladi. Agarda rasm 1-1 ko`rsatilgan sxemada bug`lanish emas, endotermik kimyoviy reaktsiya borayotgangan bo`lsa, u holda Qx keltirilgan issiqlik qismi kimyoviy reaktsiyani borishi uchun sarflanadi, kolgan issiqlik Q2 ikkilamchi energetik resurslar sifatida isigan reaktsiya mahsulotlari bilan olib ketiladi. U holda ikkilamchi issiqlik miqdori (1.3) ga teng bo`ladi. (1.3) tenglamasini tahlil qilganimizda IERdan to`la foydalanganimizda shunday ta’surot tugiladiki, energetik sarfiyotlarni Q1-dan Q1-Q2 gacha kamaytirilishi va shunga mos ravishda keltiriladigan issiq uchun yoqilgi sarfini kamaytirish mumkin. Bu xulosa, umuman noto`g`ri ekanligini pastda ko`rsatamiz, chunki bu energetik oqimlarning –sifati turlichadir. Energetik balansga ko`ra tejash kamroq bo`ladi. Shuning uchun oddiy holatda ham energetik balans energiya – «sifat», «kimmat»lar bilan xarakterlanuvchi boshqa ma’lumot bilan tuldirilgan bo`lishi kerak. Bunday ma’lumotni termodinamikaning ikkinchi qonunidan olish mumkin.
Texnologiyada “energiya yo`qotmalari” tushunchasi. Holatning termodinamik ehtimolligi.
Entropiya. Entropiya usuli bu – usulda tashqi energetik oqim yani issiqlik va ish bilan tizim omili orasidagi bog‘lanish topiladi. Qaytmas tsiklning FIK termik FIK deb ataladi.
ηt = Asq/r i /q1 = 1–q2 / q1
Asq/r i – tsiklning qaytar ishi.
Real FIK ni esa ichki FIK deb ataladi.
ηi = Asq/s i / q1
Asq/s i – tsiklning qaytmas ishi
Ichki FIKning termik FIK ga nisbati qaytar jarayonning qaytmas jaryondan qancha mukammal yekanligini bildiradi.
ηoi = ηi / ηt = Asq/s i / Asq/r i
Samarali FIK deb – tashqi iste’molchiga berilgan issiqlik va ish shaklidagi energiya miqdorini qurilmaga berilgan energiya miqdoriga bo‘lgan nisbatiga aytiladi.
ηf = At.i. / q1
At.i. – qurilmadan tashqi isitmaga o‘tadigan energiya.
q1 – qurilmaga berilgan issiqlik.
ηf – tizimlardin ajratilgan issiqlikning qanday ulushi foydali ishga aylanganligini ko‘rsatadi.
To‘liq sistema ish qobiliyatining yo‘qolishi uning alohida elementlari shu qobiliyatining yo‘qolishlari yig‘indisiga teng.
Σ ∆Aektt = Σ ∆Ai
Ushbu ibora yordamida qaysi elementda energiya yo‘qotish katta bo‘lishini aniqlash mumkin.
6-MAVZU. POTENSTIALLAR. KIMYOVIY POTENSTIAL.
REJA:
Kimyoviy potenstial.
Entropiyaning statistik tabiati.
Shu paytgacha ko'rilgan jarayonlarda moddalar miqdori o'zgarishi haqida so'z yuritilmagan edi. Ma'lumki, ko'pgina jarayonlar davomida sistema tarkibiy qismlarining mollar soni o'zgarib turadi. Masalan, gomogen kimyoviy reakstiyani olsak vaqt o'tgan sari dastlabki moddalar miqdori kamayib, reaksiya maxsulotlari ko'payib boradi.
Fazalar o'tishida (masalan qaynash, suyuqlanish jarayonlarida) modda bir fazadan ikkinchi fazaga o'tadi, binobarin bir fazadagi modda miqdori kamayib ikkinchi fazada ortib boradi. Demak, sistemadagi (yoki fazadagi) tarkibiy qismlar miqdorlari
n1,n2,n3 ni o'zgaruvchan bo'lishi mumkin.
Modda miqdori o'zgarishi bilan boradigan jarayonlarda Gibbs energiyasini bosim va temperatura funkstiyasi bo'libgina qolmay modda miqdorining xam fungsiyasi bo'ladi.
G = f (T,p,n1,n2,n3, . . . . ni)
Gibbs energiyasini xususiy xosilalar orqali to'liq differenstialini quyidagicha yozish mumkin.
bu erda nj - bir moddadan boshqa moddalar miqdori o’zgarmas.
quyidagi nisbatni belgilasak
(G/ni) p,t, nj =
Bu erda - i komponentning (moddaning) kimyoviy potenstiali
Amerikalik olim Dj. Gibbs tomonidan kiritilgan bu termodinamik funkstiya- termodinamik sistemadagi muvozanatlarni o'rganishda muxim axamiyat kasb etadi.
Yuqoridagi tenglamadan foydalanib kimyoviy potensialga ta'rif berish mumkin. Demak i-moddaning (tarkibiy qismning) kimyoviy potensiali boshqa moddalar miqdori, bosim va temperatura o'zgarmas bo'lganda Gibbs energiyasidan i-modda (massasi) miqdori bo'yicha olingan xususiy xosilaga teng. Yoki, boshqacha qilib aytganda katta xajmdagi sistemaga, o'zgarmas bosim va temperaturada, 1 mol i -komponentdan qo'shilganda Gibbs energiyasining ortganiga teng. “Katta xajmdagi sistema” tushunchasi - 1 mol modda qo'shilganda sistemani tarkibi amaliy jixatdan o'zgarmaydi - deb qaraladi. Toza modda kimyoviy potenstiali 1 mol shu moddaning Gibbs energiyasiga teng. i = Gi chunki shu moddadan 1 mol qo'shilganda sistemaning Gibbs energiyasi 1 mol moddaning Gibbs energiyasiga ortadi.
Bosim va temperatura o'zgarmas bo'lgan sharoitda yuqoridagi tenglamadagi birinchi va ikkinchi qo'shiluvchi nolga aylanadi, chunki
dT = 0 va dp= 0
Bunda yuqoridagi tenglamani boshqa ko'rinishda (kimyoviy potensial belgisini kiritib) yozamiz.
dGp,T = 1dn1 + 2dn2 . . . yoki dGp,T = (idni)PT
Ilgari keltirilgan dGP,T < 0 ifodadan foydalanib (idni)PT < 0 xolda yozish mumkin.
Muvozanatdagi sistema uchun (idni)PT = 0 xolda to’g'ri bo'ladi.
Bu so'ngi ifoda bosim va temperatura o'zgarmas bo'lib, tarkibi o'zgarib turadigan sistemalar uchun muvozanatning umumiy sharti bo'lib xisoblanadi.
Ideal va real gazlar kimyoviy potenstiallari
Gazlarning xar qanday muvozanat xossalarini kimyoviy potenstial orqali ifodalash mumkin. Bunda kimyoviy potenstialning bosim va temperatura bilan bo=likligi ma'lum bo'lishi kerak.
Agarda jarayon o'zgarmas temperaturada olib borilsa, ilgari keltirilgan (dG = - SdT + Vdp) tenglama quyidagi ko'rinishda bo'ladi:
dG = Vdp
l mol modda uchun = Gi ekanligini inobatga olib d=Vdp ni xosil qilamiz. Uni integrallasak. =s+Vdp ni xosil qilamiz
Bu erda V - l mol toza modda xajmi.
S - integrallash doimiyligi, bosimga bog'liq emas (temperaturaga bog'liq) chunki
R=const Vdp = 0; =c
Kimyoviy potenstial temperaturaga bog'liq, demak S xam bog'liq. Tenglamani ( =S + Vdp) yechish uchun moddaning bosim va xajmi orasidagi bog'lanishni (o'zgarmas temperaturada) bilish lozim. V ni o'rniga 1 mol ideal gazning xolat tenglamasidagi ifodani (RT/p) qo'ysak.
d =RTdlnP
=*+RTlnP
* - integrallash doimiy va standart kimyoviy potenstial deyilib 0 bilan ifodalanadi.
Ma'lumotnomalarda xamma standart termodinamik kattaliklar T0=298 K va R0= 1atm uchun xisoblangan; R=1 atmni tenglamaga qo'yib =* ni xosil qilamiz.
=0 + RTdlnP
SI sistemasidagi Ro=0,1013 Mpa teng bo'lganidan, 0 = * + RTlnP0 bo'ladi. Yuqoridagi ikki tenglamani bir-biridan ayirib = 0 + RTln(r/r0) ni xosil qilamiz.
R/R0= P deb belgilab, quyidagicha tenglama vujudga keladi
=0 + RTdlnr 0 + r0 = 0,1013 MPa bo'lgandagi standart kimyoviy potenstiali R-nisbiy bosim (o'lchovsiz kattalik).
Agarda bosim atmosferalarda o'lchansa R0=1 atm va R=R ga bo'ladi.
Moddaning bosimi R1 dan R2 gacha o'zgarganda
2 - 1 = = RTlnR2/R1 = RTlnR2/R1
bu erda Pi = Pi/P0i - gazning nisbiy parstial bosimi va Pi - 0,1013 Mpa - i gazning standart bosimi ifodalangan o'lchov birliklaridagi parstial bosimi (MPa).
Real gazlar ideal gaz qonunlaridan chetlanadi. Shuning uchun bu gazlar uchun T. Lyuis bosim o'rniga (yuqoridagi tenglamalarga) yangi o'zgaruvchi kattalik-uchuvchanlik (fugitivlik) ni kirgazishni taklif etadi. Ya'ni
d RTdlnf =* + RTlnf
Shunday qilib, real gaz uchun kimyoviy potenstial qiymatini topish uchun ideal gazning kimyoviy potenstial tenglamasiga qo'yilishi kerak bo'lgan kattalikka uchuvchanlik deb ataladi.
Real gaz uchuvchanligi o'zgarganda uning kimyoviy potenstialini o'zgarishini qo'yidagi tenglamadan topish mumkin.
2 - 1 = ц = RTln (f2/f1)
Real gazning uchuvchanligini bosimiga nisbatiga uchuvchanlik koeffistienti deyiladi, ya'ni
=f/P yoki f = P
bosim qanday o'lchamda o'lchansa uchuvchanlik xam shu o'lchamda o'lchanadi. Uchuvchanlik koeffistienti o'lchamsiz kattalikdir.
Past bosimlarda (0,5-1 Mpa) parstial uchuvchanlik amaliy jixatdan parstial bosimga teng. Bundan yuqori bosimlarda uchuvchanlikni ishlatish xatoni kamaytiradi.
Entropiyaning statistik tabiati
Asosiy termodinamik parametrlar - temperatura, bosim statistik tabiatga ega, ya'ni ular ko'psonli zarrachalardan iborat sistemalargagina tegishli xususiyatlardir. Gazlarning temperaturasi uni tashqil etuvchi molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi bilan belgilanadi, gazning bosimi - ko'psonli molekulalarning idish devorlariga urishlarining yiFma effektidir. Gazning xajmi va zichligi temperatura va bosimga ega bo'lgan kattaliklarga ya'ni statistik tabiatga boFliq.
Xuddi shuningdek muxim termodinamik funkstiyalar entalpiya, entropiya, Gibbs va Gelmgolst energiyalari va boshqalar temperatura, bosim va xajmlarga ya'ni statistik kattaliklarga boFliq.
Termodinamikaning II - qonuniga binoan izolirlangan sistemada o'z-o'zidan boruvchi jarayonlar entropiya ortish bilan boradi. Entropiyaning bu xossasini statistik fizika asoschisi L.Bolstman izoxlab, izolirlangan sistemalar extimolligi
kam bo'lgan xolatdan extimolligi ko'proq bo'lgan xolatga o'tishiga xarakat qilishini va termodinamikaning ikkinchi qonuni katta aniqlik bilan faqat ko'psonli zarrachalardan (makrosistemalar) iborat sistemalarga tadbiq qilish muximligi ya'ni bu qonunning statistik xarakterini ochib beradi. Ma'lumki ko'psonli
zarrachalardan iborat bo'lgan sistemalar extimollik nazariyasi orqali yaxshi taxlil qilinadi.
Mavzu bo'yicha nazorat savollari.
Modda miqdori o'zgarishi bilan boradigan jarayon mobaynida Gibbs energiyasini o'zgarishi qanday bo'ladi?
Kimyoviy potenstial deb nimaga aytiladi?
Ideal gazlarning kimyoviy potenstiallari xisoblash tenglamasini keltiring.
Real gazlarda kimyoviy potenstial va uning o'zgarishi tenglamalarini keltiring va izoxlang.
Entropiyaning statistik tabiatini izoxlang.
Adabiyotlar:
X.R. Rustamov “Fizik kimyo”, T. , “O'zbekiston”, 2000., 129-135, 146152 betlar.
A.G. Stromberg, D.P. Semchenko “Fizicheskaya ximiya”, M., “Visshaya shkola”, 1988., 100-107, 133-135 betlar.
7-MAVZU. TERMODINAMIKANING IKKINCHI QONUNI.
Reja:
1. Qaytar va qaytmas jarayonlar.
2.Harakatlantiruvchi kuch. Karno ta’rifi. Klauzius ta’rifi.
1. Qaytar va qaytmas jarayonlar. Ko`rib o`tgan (1-1 rasm) misolimizda Q1 va Q2 issiqlik oqimlari miqdor jihatdan teng, muhim parametri – temperatura bilan farklanadi. Jarayon borishi uchun harakatlantiruvchi kuch kerak ya’ni T1 temperatura T2 temperaturadan baland bo`lishi kerak. Agar eritmani qaynash temperaturasi distillyat (bug‘lardan hosil bo`lgan suv) temperaturasidan farklanmasa ham bu fark saklanib koladi. Faqat cheksiz sekin yoki aniqrogi «kvazistatik» yoki qaytar jarayonda, T1=T2 bo`ladi. Bu gipotetik (xayoliy) jarayonda ikkilamchi issiqlikni yana qaytadan suvni bo‘g‘latish uchun so`nggi apparatda foydalanish mumkin (1-2 rasm) yoki issiqlik keltiruvchi sifatida shu apparatni o`zida ishlatishga qaytarish mumkin.
1-2 rasm. Bug‘latishning kvazistatik ko`p korpusli
jarayoni sxemasi (I, II, III – navbatma-navbat urnatilgan bug‘latish apparatlari)
Biroq real sharoitlarda issiqlik sistemadan oddiygina «o`tadi» deb bo`lmaydi, chunki o`tish davrida o`zining «foydalilik», «keraklilik» kabi muhim sifatlarini («potensial», ishchanlik qobiliyatini) foydali ish bajarishida yo`qotadi. Agarda suv bug‘langanda issiqlik tashuvchi T1 temperaturasi suv qaynashi uchun ancha yuqori (ya’ni T1>1000S) issiqlik tashuvchi suv bug‘lari yordamida T2 temperaturada T2=1000S so`nggi apparatda suvni bug‘lantirib bo`lmaydi (agar bug‘lanish bu apparatda atmosfera bosimida amalga oshirilsa). Demak, ikkilamchi issiqlikning sifati ya’ni ikkilamchi issiqlik Q2 issiqlik Q1-ga teng emas. Issiqlikning «foydalilik» «keraklilik»ligi kamaydi. Undan albatta, misol uchun apparat II da vakuum vujudga keltirilgan holda suvni bug‘lantirish uchun foydalanish mumkin, vakuumni vujudga keltirish uchun yana qo`shimcha ish sarflash kerak. Vakkumni vujudga keltirish yoki II apparatda suvni bug‘lantirish uchun qo`shimcha miqdorda T1 temperaturada issiqlik sarflash kerakmi yoki yo`qmi? -–bu savolga termodinamik, so`ngra texnik-iqtisodiy tahlilar javob beradi. Ikkilamchi issiqlikdan boshqacha foydalanish mumkin, masalan suvni emas, balki pastroq temperaturada qaynaydigan boshqa moddani yoki bu issiqlikni xonalarni isitishda va x.k. ishlatish mumkin. Bu ikkilamchi issiqlikni ishlatishning foydali va to`g‘ri yo`lidir. Ammo, yuqorida aytganimizdek «yuqori potensialli» issiqlik albatta «past potensiallikga» aylanadi, ya’ni uning temperaturasi pasayadi (agar T>T0). Shuning uchun «pastpotensialli» issiqlik doimo ortiqcha paydo bo`ladi va undan rasional foydalanish usullarini axtarishga tug‘ri keladi. Oddiy energiyani tejash (uning miqdorini va termonidamikani birinchi qonunniga muvofiq) emas, balki “yuqori potensialli” energiyani ya’ni uning sifatini saqlash muammodir.
Bunday tahlil sifatli xarakteristikaga ega. T2Umumiy holda issiqlik tashuvchi Q1 issiqlikni o`zgarmas temperaturada emas (masalan, suv bug‘ining kondensatsiyasi davrida), balki o`zgaruvchan temperaturada (issiq gaz yoki suyuqlik yoki bug‘gaz aralashmasini qizdirish davrida kuzatiladi) berishi mumkin. Q2 issiqlikni o`zgaruvchan temperaturada (bug‘ aralashmasining kondensatsiya, gaz va suyuqliklarning sovutilishida va x.k.) yuqoridagi o`xshash olib ketishi mumkin. Nihoyat, Q1 va Q2 issiqlikni bir necha oqimlar bilan turli temperaturalarda keltirishi va olib ketishi mumkin.
U holda (1.4)
d – yoki ∂ differensial (harf belgi);
Q – ishorasi yopiq kontur bo`yicha olingan integralni ifodalaydi Mos ravishda S1Nihoyat, har qanday real jarayonda ΔS=S2-S1>0, bu esa termodinamikaning ikkinchi qonunnining ta’riflaridan biri bo`lib, yopiq sistemadan har qanday real jarayonlarda, ushbu jarayonlarning termodinamik qaytmasligi tufayli entropiya o`sadi.
Shunday qilib, energetika nuqtai nazaridan chinakamiga «seziladigan» «dag`al», «ko`rinadigan» har qanday jarayonning natijasida aslida energiya sarfiyoti emas, balki entropiya o`sadi (entropiyani «ishlab chiqarish»). Energetik sarfiyotlarni pasayishi, entropiya «ishlab chiqarishni» kamayishi umumiy (boshlanishi uchun rasmiy) yo`nalishdan kelib chiqadi. Bunday umumiy qonunndan energetik sarfiyotlarni kamaytirishning cheksiz ko`p usullari kelib chiqadi. Konkret jarayonlarga tegishlilarining ayrimlari ustida keyinchalik to`xtatib o`tamiz. Entropiyani «ishlab chiqarishi»ni kamaytirish uchun jarayonning termodinamik qaytmasligini kamaytirish zarur bo`ladi. Yuqorida aytganimizdek, barcha real termonidamik jarayonlar qaytmas, biroq qaytmaslikni kamaytirib, qaytar jarayonni oxirgi chegarasiga yaqinlashtiradi, ya’ni S2=S1. Shu munosabat bilan qaytmas va qaytar jarayonlar tushunchasi prinsipial ahamiyatga ega. Keyinroq bu tushunchalar batafsil kuriladi.
Qaytar jarayon – bu ideallashtirilgan jarayon bo`lib, u teskari yo`nalishga borganida atrof muhitda hech qanday o`zgarish sodir bo`lmaydi. Boshqacha qilib aytganda qaytar jarayon – bu shunday jarayon, u borishida energiyaning «ishchanlik qobiliyati» (yoki «kerakligi» xuddi shuni uzi) pasaymaydi.
Qaytar jarayonga boshqacha ta’rif ham berish mumkin – bu jarayon borishida maksimal foydali (elektrik yoki mexanik) ish bajariladi, yoyinki teskari jarayon amalga oshsa iste’mol qilinadigan ish minimal bo`ladi, yoyinki tsiklik jarayon borishida yigindidan iborat ish nulga teng bo`ladi. «Qaytar jarayon» atamasining qaerdan kelib chiqkani shundan ravshan bo`ladi. Uni ya’ni jarayonning to`g`ri yo`nalishida bajarilgan foydali ish hisobiga «sarfiyotsiz» teskari, yo`nalishda amalga oshirish mumkin.
rasmda keltirilgan misoldan ko`rinib turibliki T2 temperaturada olingan bug‘larni kondensatsiya qilib, T1 temperaturada suyuqlikni bug‘lantirish kerak bo`lar edi. Bu mumkin emas, chunki T2 Qaytmas jarayonni ifodalash davrida foydalanilgan tushunchaga qo`shimcha izoh berish kerak bo`ladi. Bu to`g`risida keyinroq to`xtab utamiz. Dastlab isbotsiz maksimal foydali ishni (ya’ni mexanik ish yoki elektr energiyani) qaytar jarayonda olish mumkinligini T1 temperaturada isitgich va T2 temperaturada sovutgichdan energiya manbai sifatida issiqligidan foydalanib, termodinamikaning ikkinchi qonunniga mos ravishda quyidagini hosil kilamiz:
(1.5)
bu yerda A – mexanik ish (yoki elektroenergiya).
Mexanik ish va elektrik ish energiyaning «yuqori sifatli» turlariga kiradi. Ulardan foydalanilganda yo`qotmalar mavjudligi ham kuzatiladi, biroq ular entropiya ortishiga bog`liq emas (bu tushunchani bu turdagi energiyalar xarakteristikasi uchun qollab bo`lmaydi. Shunday jarayonda (1-3 rasm) foydali ish hosil qilinadi, bir qism itsiklik Q2 esa muqarrar (termodinamikaning ikkinchi qonunniga muvofiq) sovutgichga olib kelinadi, shu bilan birga termodinamikaning birinchi qonunniga muvofiq u (bir qism issiqlik) baravar Q2-Q1-A. Birinchidan yuqorida keltirilgan qaytar jarayon tushunchasi ancha umumiy bo`lib, kimyoviy jarayonlarda mexanik yoki elektr energiya doimo iste’mol qilinavermaydi va ishlab chiqarilavermaydi. «Termodinamik qaytar jarayon», «termodinamik qaytmas jarayon» kabi tushunchalar juda keng jarayonlar doirasiga kirib, shu jumladan kimyoviy reaksiyalarga ham taaluqlidir. Bu tushunchalar «qaytar kimyoviy reaksiya» «qaytmas kimyoviy reaksiya» tushunchalari bilan bevosita bog`liq bo`lmay, ular reaksiyalarning kimyoviy muvozanatlarini ya’ni reaksiya konkret sharoitda oxirigacha ketadimi (qaytmas reaksiya) yoki reaksiyaning muvozanat konstantasi oxirgi songa egami va reaksiya oxirigacha boradimi (qaytar reaksiya) xarakterlaydilar.
Rasm 1-3. Foydali ish olishda issiqlikni aylantirish jarayonining sxemasi
Qaytar kimyoviy reaksiyani qaytmas termodinamik yo`l bilan olib borish mumkin, termodinamik qaytar yo`l, ya’ni maksimal foydali ishni hosil qilish bilan olib borishga ham intilish mumkin.
Kimyoviy reaksiyalarning termodinamik qaytarligini ortirish usullari keyinroq batafsil ko`rib chiqiladi. Jarayonnining termodinamik qaytar sharoiti zarurligi (juda yetarli emasligi) quyidagilardan iborat: jarayonning harakatlantiruvchi kuchi jarayon davomida apparatning barcha nuqtalarida cheksiz kichik bo`lishi kerak. Bunday sharoit yuqorida keltirilgan misoldan juda ravshan. Biroq jarayonning termodinamik qaytarligini ta’minlash uchun bu shartlarga rioya qilmoq kamlik qiladi.
Texnikada qaytmas termodinamikaga xos biroq juda kichik harakatlanuvchi kuch bilan kechadigan jarayonlar ma’lum. Jumladan ko`pchilik aralashtirish jarayonlari, masalan, qattiq moddalar va gazlarning eritmalarda erishi.
To`la aralashtirish apparatlari foydasiz va hatto harakatlantiruvchi kuchning kamaytirib ziyon yetkazishiga xarakterli misol bo`laoladi. Agarda shunday apparatda A+V-S+D reaksiyasi o`tayotgan bo`lsa, u holda ulardagi S va D reaksiya mahsulotlari dastlabki A va V mahsulotlari bilan apparatning chekkalarida to`la aralashadilar. Agar kimyoviy reaksiya qaytar bo`lsa, u holda jarayonning harakatlantiruvchi kuchi aralashmay siljiydigan mahsulotlar (qattiq porshen shunday harakatlanadi) to`la siqib chiqaruvchi apparatning harakatlantiruvchi kuchiga qaraganda esa kamayadi. To`la aralashtirish apparatida reaksiyaning o`tish darajasi, foydali mahsulotning chiqishi, xom ashyodan foydalanishi darajasi kamayadi, bu esa hech qachon qandaydir foydali effektlar bilan tabiiyki kompensatsiyalanmaydi. Yetarli termodinamik qaytar jarayon sharoitida maksimal foydali ishni jarayon borishida ishlab chiqarish yuqorida keltirilgan talabdan kelib chiqadi. «Qaytar termodinamik» jarayonlar (yuqorida qilingan tushuntirishlarga ko`ra) adabiyotda qo`llanadigan «kvazistatik jarayon» «kvazimuvozanat jarayon», «muvozanat jarayon» tushunchalarning sinonimlari hisoblanadi. Qisman yoki to`la qaytmas jarayonlar misollari juda ham turlichadir. Shunday qilib, ideal gaz va suyuqliklarni aralashtirish jarayoni amalda to`la qaytmasdir. Yarim o`tkazuvchan membranalarni qo`llab xayoliy (gipotetik) tuzilmadan foydalanib, bu holda yo`qotilgan ishni qaytarish mumkin bo`lar edi. Noideal aralashmalarni hosil bo`lishida (issiqlik effekti bilan o`tuvchi) bir qism yo`qotilgan ishni qaytarish mumkin. Turli temperaturada moddalar oqimini aralashtirilganda qaytmaslikdan paydo bo`ladigan yo`qotmalar kattadir. Ko`pincha gazlarni drosellashtirishda (gaz o`tishini tartibga soluvchi klapan) ko`p yo`qotmalar vujudga keladi, kriogen oblastida (doirasida) esa ko`pincha bu jarayonda qaytmaslik darajasi yetarlicha katta bo`ladi.
Kimyoviy reaksiyalarning qaytmaslik darajasi reaksiya o`tish sharoitiga qattiq bog`liq bo`ladi. Termodinamik qaytar jarayonga yaqinlashish muqarrar sekinlashishni oxirgi chegarasiga yetgangacha (v predele) davom etishini bildiradi deb hisoblashadi (bu holda madomiki harakatlanuvchi kuch nolga intiladi). Biroq bu xulosa oxirgi chegaraga yetgan holdagina xaqqoniy bo`ladi, bu esa amaliy ahamiyatga ega emas. Bunday xulosa real vaziyatda ya’ni qaytarilishiga asta –sekin yaqinlashish umumiy holda noto`g`ri. Qaytar jarayonni ko`paytirish ko`pincha uning tezligini pasaytirishga olib kelmaydi. Cheksiz sekin jarayon qaytar jarayonga ko`pincha yaqin emas. Haqiqatan har qanday jarayonning tezligi Wga teng:
W=RFΔý
Bu yerda, R – umumlashtirilgan kinetik koeffisient; F – jarayon kechadigan apparatning sirti (yoki hajmi); Δý – umumlashtirilgan o`rtacha harakatlantiruvchi kuch.
Agarda apparatning qandaydir bir kesimida (yoki nuqtasida) harakatlanuvchi kuch Δý nolga teng bo`lsa bir tomondan, u holda o`rtacha harakatlantiruvchi kuch Δý ham nolga teng, demak, o`rtacha jarayon tezligi W=0. Nolli tezlikga qaramasdan jarayon qaytmas chunki harakalanuvchi kuch boshqa kesimlarda nolga teng emas. Boshqa tomondan Δý 0 va F-const bo`lganda yuqori qiymatli kinetik koeffisientli jarayonlarning mavjudligini inkor qilib bo`lmaydi ya’ni Δý qiymatini kamaytirishni issiqlik va massaalmashinuv (issiqlik – va massaalmashinuv jarayonlarida), kimyoviy reaksiyalarda faolroq (aktivroq) katalizatorlardan foydalanilganda koeffisient R ortishini kompensatsiya qilish mumkin. Bunday kompensatsiya ma’lum chegaragacha albatta bo`lishi mumkin, chunki, odatda issiqlik – va massauzatish koeffisientlarining ortishi qaytmas jarayonni usishiga olib keladi. Shunday qilib, oqimlar tezligining ortishi massa – va issiqlik uzatish koeffisientlarini ustiradi, biroq birvarakayiga apparatlarning gidrodinamik qarshiligining ortishi kuzatiladi. Jadallashgan apparatlar, odatda katta qarshilikga ega bo`ladilar.
Texnologlarning ishongan keng tarqalgan fikrlaridan biri agar reaktorlardan (massa almashunuv apparatidan, issiqlikalmashtirgichdan) chiqishida muvozanat urnatilsa u holda jarayon takomillashuvga erishdi deb hisoblanadi. Bu yuqorida aytilganlarga ko`ra noto`g`ri. Energetika nuqtai nazaridan harakatlantiruvchi kuchning (chegaragacha) apparatdan chiqishida emas, balki uning xoxlagan nuqtasida yo`qligi jarayonning takomillashuviga zarur sharoit hisoblanadi. Agar bu talab hisobga olinmasa, ortiqcha harakatlantiruvchi kuch yoki bevosita ushbu apparatning uzida, yoki boshqa bosqichlarida energetik yo`qotmalarga olib keladi. Oxirgi doimo sezilarli bo`lmaydi. Shunday qilib, yokilgini yendirganda uni energiyasini yuqori parametrli bug‘ va issiq suv olish uchun foydalanish mumkin. Ko`pincha keyinchalik kampotensialli issiqlik iste’molchilari yo`qligi va bu issiqlikdan to`la foydalanilmaydi, balki tashlab yuboriladi. Buning sababi ikkilamchi energetik resurslaridan foydalanish yomon tashkil qilinishda emas, balki oldingi bosqichda ularning energiya «sifati» yo`qolganligidadir. Bunday misollar juda ko`p kuzatiladi.
Ko`p kimyoviy reaksiyalar juda tez o`tadi va amalda muvozanatga erishiladi. Biroq bu holda jarayonning harakatlantiruvchi kuchi, reaktorning boshlangich kesimida juda katta bo`lishi mumkin. 1-4 rasmda qaytar reaksiyaning o`tishida jarayonning harakatlantiruvchi kuchi o`zgarishi Δui=ui-ui* (bu yerda ui – dastlabki komponentning konsentratsiyasi ko`pchilik kimyoviy reaktorlar uchun xarakterli ekanligi ko`rsatilgan.
1-4 rasm. To`g`ri o`tadigan reaktorlarda reaksiya o`tishi davrida ishchi (ui) va muvozanat (ỳi) konsentratsiyalarning o`zgarishi ( – reaksiya o`tish darajasi).
Rasmdan ko`rinib turibdiki ui ishchi konsentratsiya asta-sekin yo`qolib boradi, ui * muvozanatli konsentratsiya esa ortib boradi. Natijada apparatdan chiqishda bu qiymatlar bir-biriga juda yaqin, ammo foydali ish yo`qotmalarini xarakterlaydigan egri chiziklar orasidagi maydon (va ortiqcha energetik sarfiyotlar) katta.
Jarayonni kvazistatik ravishda shakllantirishda ishchi chiziq muvozanat chizig`iga mos keladi (apparatdan chiqaetganda faqatgina chiziklar bir-biriga tegmasdan). Bu masalalar keyinroq batafsil ko`riladi. Biroq yuqorida aytilganga ko`ra, energetik sarfiyotlarni kamaytirish uchun ya’ni jarayonni qaytar yo`l bilan amalga oshirish uchun jarayonning harakatlantiruvchi kuchini kamaytirish lozim ya’ni unga amalda halakit berish kerak. Shu bilan birga, yuqorida aytganimizdek, bu kamayish zarurdir, ammo bu maqsadga erishish uchun sharoit yetarli emas. Bu holda maksimal ishni olish zarur.
2. Harakatlantiruvchi kuch. Karno ta’rifi. Klauzius ta’rifi. Tabiatda yuz beradigan jarayonlardan shu narsa kelib chiqadiki, ixtiyoriy termodinamik tizimni o‘zining boshlang‘ich holatiga qaytishi uchun o‘rab turgan muhitda hech qanday o‘zgarish bo‘lmasdan ro‘y berishi mumkin emas, ya’ni ishchi jismga issiqlik shaklida uzatilgan ichki energiya to‘liq holda ishga aylana olmaydi.
Tabiatda qaytar jarayonlar bo‘lmaganligi uchun ishchi jism boshlang‘ich holatga o‘tish vaqtida tizimda malum o‘zgarishlar yuz beradi, yani energiyaning malum bir qismi qaytmas holatda tizimda vujudga keladigan ∆R/R, ∆T/T, ∆V/ V gradientlar sifatida sarflanadi.
Bunda qaytar jarayondagi gazning kengayish ishi qaytmas jarayondagidan katta bo‘ladi.
Aqay –Aqaytma = ∆A
∆A - qaytmas jarayondagi energiyaning yo‘qolishi.
Energetik yo‘qotmalarni miqdoriy xarakteristikasi kerak. Agarda T2 0, bu termodinamikaning II - qonuni tariflaridan bo‘lib, yopiq sistemadagi har qanday real jarayonda, ushbu jarayonning termodinamik qaytmasligi tufayli entropiya o‘sadi. O‘z o‘zidan ketadigan barcha jarayonlar qaytmasdir.
Karno ta’rifi. Aylanma jarayonda qizdirgichning issiqligi to‘liq holda ishga aylanishi mumkin emas.
To‘g‘ri tsiklning termik foydali ish koiffisienti ;
ηt = qu / q1 = 1 – q2 /q1
q1 – ishchi jismga uzatiladigan issiqlik miqdori.
q2 – ishchi jismdan ajratib olingan issiqlik miqdori.
qu – tsikldagi ishga aylangan issiqlik miqdori
Bundan termik foydali ish koiffisienti 1 ga teng bo‘lgan issiqlik mashinasini yaratib bo‘lmasligi kelib chiqadi.
Teskari tsikl deb, sovo`tish mashinasining va issiqlik nasosining doiraviy jarayoniga aytiladi. Unda q2 sovutgichdan issiqlik qabul qiluvchiga berish uchun tashqarida ish sarflanadi.Teskari tsiklni tashqaridan ish sarflamasdan amalga oshirib bo‘lmaydi.
Termodinamikaning II qonuniga Klauzius ta’rifi - issiqlik sovuq jismdan undan issiqroq jismga bekordan bekorga o‘ta olmaydi.
Termodinamikani II qonunining analitik ifodasi, Gu-Stodol tenglamasi (dQ∆A=T2∆S qaytmas.
∆A – tizim ish qobiliyatining pasayishi
∆Sqaytmas – entropiyaning o‘zgarishi
T2 – sovutgich temperaturasi.
Iboralar va undagi izoxlar.
Termodinamika omili – ishchi jismni yoki tizim holatini ta’riflab beruvchi kattalikdir.
Ideal gaz – bu gazning nazariy modelidir.
Real gaz – molekulalar bir- biri bilan bolanish kuchi asosida tortishib turadigan gaz.
Entalpiya – ish termik holatining funksiyasi.
Izobar jarayon – o‘zgarmas tashqi bosim tizimida ketayotgan jarayon.
Nazorat savollari.
Qaytar va qaytmas jarayonlar
Harakatlantiruvchi kuch nima?
Real sharoitlarda issiqlik sistamadan oddiygina «o`tadimi»?
Issiqlik foydalilik, keraklilik kabi muhim sifatlarini («potensial», ishchanlik qobiliyatini) foydali ish bajarishida yo`qotishiga misol keltiring.
Ikkilamchi issiqlikdan qanday foydalanish mumkin.
«Yuqori potensialli» energiyani ya’ni uning sifatini saqlash mumkinmi?
T2Energetik sarfiyotlarni pasayishi entropiyani «ishlab chiqarishga» qanday ta’sir qiladi.
Entropiyani «ishlab chiqarishi»ni kamaytirish uchun jarayonning termodinamik qaytmasligiga qanday ta’sir utkazish kerak.
Qaytar jarayon borishida nima uchun maksimal foydali ish bajariladi.
Mexanik ish va elektrik ish energiyaning qanday turlariga kiradi?
«Qaytar kimyoviy reaksiya qaytmas kimyoviy reaksiya» tushunchalari «termodinamik qaytar jarayon» va «termodinamik qaytmas jarayon» tushunchalariga bog`liqmi? Yoki yo`qmi.
Texnikada qaytmas termodinamikaga xos biroq kichik harakatlanuvchi kuch bilan kechadigan jarayonlarga misol keltiring?
To`la ishlash apparatlarida harakatlantiruvchi kuchning kamaytirilishining foydasizligini va hatto ziyon ekanligigini missollarda tushuntirib bering?
Har qanday jarayonning tezligi nimaga teng?
Texnologlarning ishongan keng tarqalgan fikrlaridan biri agar reaktorlardan (massa olmashinuv apparatidan, issiqlikalmashtirgichdan) chiqishida muvozanat o`rnatilsa u holda jarayon takomillashuvga erishdi deb hisoblashadi, shu to`g`rimi?
|
|
Bosh sahifa
Aloqalar
Bosh sahifa
Hozirgi kunda oliy ta’lim muassasalarida ta’lim va tarbiya jarayonlarini tashkiliy huquqiy asoslarini o’rganish va tahlil etish o’ta dolzarb vazifalardan biri hisoblanadi
|
