Сжижение метана
Обозначения:
T – температура, P – давление, cp - мольная теплоемкость при постоянном давлении, S – энтропия, H – энтальпия, G – энергия Гиббса,
Рассмотрим в качестве рабочего тела хладагент Метан CH4. Построим цикл в фазовых координатах с учетом гетерогенного равновесия фаз [1]. Ссылаясь на источник [1], можно записать равенство:
Это равенство говорит о том, что изменения в энтропии за счет изменения теплоемкости рабочего тела при dG=0, компенсируются работой газа в цикле.
Это касается каждой кривой на D-сетке (D=rp). Ссылка на давление насыщенных паров Метана CH4, эксперимент [5]
На рисунке приведены данные эксперимента [5]. Согласно теории гетерогенного равновесия фаз [4], D-сетка строится в координатах PDew-TDew, каждая кривая линия соответствует определенному составу рабочего тела. Первая кривая D=0.0001 является кривой росы, точка кипения лежит на ней. Каждая кривая D-сетки является адиабатой по внешнему теплу, так как состав рабочего тела не изменяется на протяжении кривой (D=rp - это доля газа в рабочем теле). При движении по кривой насыщения, см. рисунок, (dG=0) существует некоторое тепло за счет изменения теплоемкости газа, которое компенсируется работой цикла.
Наложим расчетную D-сетку на рисунок, TDew – это температура, PDew – это давление порции газа в рабочем теле. Загрузка CH4газ происходит в точке “a”, далее происходит процесс повышения давления при постоянной температуре “a-b”, далее идет процесс адиабатический к внешней среде по кривой кипения “b-c”. В точке “c” происходит сепарация жидкого CH4. Цикл открытого типа.
Таким образом движение по изобаре требует больше отвода тепловой энергии, чем при движении по изотерме и адиабате.
Список литературы
[1] Максимов А.Л. Новая интерпретация в термодинамике. Lambert Academic Publishing, is an imprint of OmniScriptum GmbH & Co. KGHeinrich-Böcking-Str. 6-8, 66121, Saarbrücken, Germany. www.morebooks.de ключ 978-3-659-62546-6
[2] Теплопроводность, теплоемкость, свойства метана CH4.
[3] Максимов А.Л. Дифференциальное уравнение для удельной теплоемкости индивидуальных веществ. Электронный журнал "Физико-химическая кинетика в газовой динамике", WWW.CHEMPHYS.EDU.RU - М.: Институт механики МГУ, 2006, 0.27 МБ
[4] Максимов А.Л. Выводы по гетерогенному равновесию фаз. Lambert Academic Publishing, is an imprint of OmniScriptum GmbH & Co. KGHeinrich-Böcking-Str. 6-8, 66121, Saarbrücken, Germany. www.morebooks.de ключ 978-620-2-07621-0
[5] e-ecolog.ru Теплофизические свойства метана
Приложение.
Максимов Александр Леонидович – кандидат технических наук,
г. Москва, Российская Федерация, alexmaxim.maximoff@yandex.ru
