Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 262
Текст из файла (страница 262)
1 гг ~внеееее»»еьз» Дж; эксергия потока в-ва — в Вт, потока теплоты — в Дж/с. Таким образом, зксерпи, харыггеризув качество энергии иром. системы, т. е. способность быть превращенной в полезную рабату, яюыется универсальной мерой эне гетнч.
ресурсов. К ' - р араметры окружающей среды не зависят от параметров рассматриваемой скстемы, обычно предполапиотсв постоянными и, согласно указанному определению зхсергии, должны находитыж в термодинамич. равновесии с параметрами системы. Однако, стропа пзворя, это условие невыполнимо, поскольку в среде всеща существуют градиенты т-р, давлений и хим, потенциалов (что в практич.
расчетах можно не учитывать). Для полной характеристики среды достаточно знать не более трех параметров (кэк правило, т-ру, давление, хим. состав). До тех пор пока зсе параметры системы не сразнюотса с соответствующими параметрами среды, равновесие не будет достигнуто и система может производить определенную работу, т.е. обладает эксергией. При Э.а.
работы ором, установок в качестве окружающей среды принимают атм. воздух. Из самого понатия «зксергия» след)ют, что эксерпы окружающей среды равна нулю. Видьс н составляющие эксерпзи. Различает два гл. ее вида: эксеугию таких форм энергии, к-рые не определюотся энтропнеи, и зхсергкю потоков в-ва и энергии, характеризуемых энтропией. К первым относятся мех., элехтрич., электромагн. и иные виды энергии; в данном случае зксергия равна энергии системы и ннкыих спец. расчетов для определения Е не требуется.
Ко вторым принадлежат формы энергии (напр., внутр. энергия в-ва, »нерпы хим. сызей, теплового потока), для каждой из к-рых эксерпею вычисляют индивидуально в зависимости от наличия и вида ее материального носителя— рззл. тел (эксерпы в-ва (массы) в обьеме либо потоке] или обьехтов, не сызанных с массой в кол-вах, подлежащих учету (эксерпи теплового потока). Эксерпю потока в-ва включает термомех. и хим.
состаюгзющие, обусловленные различием термич. и мех. параметров в-ва и окружающей среды и ссютвегствуюших хим. состава к хим. потенциалов. Расчет эксергни. Эксерпы в-за в замкнутом обьеме с термодинамич. параметрами (Т, 5, Т, р и (е определяется соотношением: ее=((Г-и ) — т ~5-.У+р (Г- и), (1) ще е„— удельная (на единицу масси) ысергия в-ва; (1», Яэ Те, Рь (еа внугр »нерпы, энтропия, т-ра, давление и обьем в-ва при полном равновесии анализируемой системы с окружающей средой. Ф-ла (1) выражает зксергию в-аа в замкнутом обьеме в процессе, завершающимся выравниванием соответствующих параметров системы и среды. При расчетах эксерпш рабочего тела (носнтеы эксергии) в замкнутой системе в двух разных состояниях ур-ние (1) приводится к виду: Ь ее= Ь(1 — Т»55+рэзц (2) где Ь(Т, ЬЯ, Ь(е — изменения параметров в-ва при переходе из одного состояния в другое.
Необходимость определения эксергки в замкнутом обьеме возникает чаще всего при расчетах периодич. процессов и установок периодич. действия, в к-рых рабочее тело не 805 ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ 407 выходит за пределы данной системы. Однако на практике большинство хим;технол. процессов непрерывны, стацис нарны и сопровождаются перемещениями материальных и энергетич. потоков. Поэтому такие задачи связаны с определением зксергии в-ва в потоке, Бе термомех. составляющую находят по ф-ле: , = я — т,(5 —.Г,), П) 9 — переносимый в-аом уд. тепловой поток; 5 — энтропия з-ва в потоке.
Для идеальных газов термомех. зксергня определяетеж выражением: е = Се(Т- Те) -Те(С)а(ТЛе)1 — йзэ(рlре), (4) где С вЂ” уд. теплоемкосгь в-ва; р и Т- давление и т-ра в-ва в потоке; Я вЂ” газовая постоянная. Хим. составляющую зксергии (хим. эксергию), связанную с термодннамич. параметрами хим. р-ции, рассчитывают, используя разл. полуэмпирич. соотношения. Тж, для газов и жидкостей установлены соотношения между их хим.
зксерпеей и высшей теплотой со»ранив О,; напр., в процессах выпаривания, ректифихации и сушки хим. эксергию топлива находят по ф-ле: е„= К(7 (5) ще коэф. К равен 0,975 (шзы) и 0,95 (жидкости), если в молекуле в-ва содержится более одного атома С, Для др. в-в, напр. газов, можно припать след.
значения К: 0,97 (генераторный газ), 0,98 (колошниковый пп), 1,0 (коксовый газ), 1,04 (прир. гы). В случае твердмх топлив с учетом влзгосодержания В' хнм. эксергию можно с достаточной для практич. целей точностью принять равнои их (4, т. е, е*=(1 К)(ее (6) Т-ра топлив обычно близка к т-ре окружающей среды, поэ1ому необходимость принимать во внимание в расчетах их термомех. эксерпяо не возникает; исключение составляет тяжелое жидкое топливо (мазут), к-рое ддя снижения епз ызкост, кзк правило, подогревают до 70-100 'С. Эксергия теплового потока. Функционирование ХТС в той или иной степени обусловлено обменом энерпюй с окружающей средой. При передаче ат одного тела к другому и к среде энергии в форме теплового потока (теплопроводносгь) вместе с ним сообщается и определенное кол-во зксергии, Если приемником теплоты служит окружающая среда с т-рой Те, уд, эксергия теплового потока, имеющепз т-ру Т, состаыиет; е = 1(1 — Т»ГТ) (7) Величина ( 1 - Т /Т) = Т, нзз.
зк с е р ге т и ч е с к о й т е мператур ой. ()ри Т«Т» направления потоков противоположны: тепловой движется от окружюощей среды (отрицателен), эксергетический — всегда к среде (положзпелен), Во мн. хим;технол. системах, особенно высокотемпературных, существ, роль играет обмен знерпеей в форме излучения с др. обьектами и средой. Эксергию излучения находят по ф-ле: е =ея(3(374+ Тее — 4тдя)1, (8) где е, — уд, зксергия, приходящаяся на единицу площади излучающей пов-сги; з и Т вЂ” степень ее черноты и т-ра; Т— т-ра окружающей среды; /с — постоянная Больцмана. Эксергия влажного воздуха. В практич. приложениях Э.
а. важное значение имеет вычисление зксерпеи влюкного воздуха, что обусловлено его применением в качестве рабочего тела во мн. процессах хим. технологии (напр., прн сушке). В данном случае особенность определения эксерпен состоит в том, что началом отсчета служит переменное состояние вол1уха в окружающей среде. Для удобства расчетов влажный возвух принято условно рассматриыть как смесь 1 кг абсолютно сухого воздуха и Х кг водяных паров, Соотв. эксерпгя такой смеси е„г отнесенная к 1 кг абсолютно 806 Е" Е,' 408 ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ сухого вол(уха будег равна сумме зксергий воздуха и паров и рассчитывается по ф-ле: Т Р ЭРдд(О 1 о,,х С,(г-го>-То~С,>э — -Д,!п 1+ 2 о Ро Чор, Ро>э +х(т -(до-т,(х.-х,о>), (9) где С, и Е, — теплоемхасть и газами постоянная сухого воздуха; г й го, Т и То — т-ры анализируемого потока и окружающей среды соотв. в 'С и К; ~р и <ро, р и ро — относит.
влажности воздуха и полные давления в потоке и арапе; р,(1) и р,(го) — давления насыщенных воданых паров при т-рах потока и среды; Т, и Я 1до н адо — знтапьпии н энтропии паров при параметрах патока и среды. Изменение соспиния окружващей среды впиют на аеаичину аллергии, поэтому, чтобы избежать ошибок в ее расчете, нужно учитывать не фиксированные, а ревэьные параметры среды.
Расчет по ф-ле (9) эксерпш впекного воздуха при рпи. парэметрах требует значит. затрат времени. Для их сохращения часто применяют графоаналит. способ на основе спец. номограммы. Найденные по ней параметры подсгавлвют в уприщипгую ф-лу: оэ ох= Т То (Топ Того> + '>Г)до ПХТоудэ (1О> где ЬХ= Х- Хо (Хо — влягосадержанне среды). Рвсхаэщение в результатах расчета этим способом и по ф-ле (9) не преаышаег 3-5%.
Эксергеэический бадане. С помощью основных соотногпений (ф-лы (1)-(10)) для определение эксергетич. показателей эффективности рабатйХТС сосгавиют их эксергетич. балансы. Дла любой реальной системы такой баланс прсдставиет собой сопоставление всех зхсерштич. потоков на входе (Е') и выходе (Е") из нее с учетом затрат эксергии на компенсацию внугр. и внеш. потерь и м. б. выражен в виде: Хс Хе +Хео (11) где ХЕд — потери эхсергии в системе. Внугр. потери обусловлены необратимостью протекюощих в ХТС процессах (пщрэвлич. сопротивленна, тепло- и массо- обмен и др.); внешние — потерями эксергии через тепловую изолацио, с выходящими из системы патохвми (напр., нагретая вода, отработанные гази).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
