Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 263
Текст из файла (страница 263)
Ясли выполненные на основе зхсергетич. баланса системы или се отдельных элементов расчеты показывают отсутствие Е' в них, это свидетельствует об ошибкюг в определении параметров действующих ХТС либо о невозможности се реализации для проектируемых произ-в. Эксергетич. потери находят по ф-ле Гюи — Стодали: Хьи" = т,'Хаз, (12> где ЕŠ— изменение энтропии системы, Эксергетические диаграммы. Весьма полезны и достаточно информативны юи аналюа эффективности функционированив ХТС эксергетич.
диаграммы, или диаграммы Грассмана, на к-рых патоки эксергии в системе изображены в определенном масштабе по дширинеэ, пропорциональной их численным значениям, Диаграымы наглядно показывают потери зксзрпои в системе, места их появления и перераспределения межпу элементами данного обьехта. На рис. 2 приведена такая диаграмма для ХТС с двумя входными материальными патоками, к-рым отвечают эксергии Е; н Е'. В результате взаимод. этих потоков на выходе иэ системы Рэо.
3. доагээоэа Граоомоэо пэо ХТС о поумо оэоэоооо» эоторюаидооо эоюдоээ. 807 получают целевые продукты с эксерпими Еэ и Ез и побочный продукт с эксергией Е, =ЕЕ" г Сумма Е," +Еэ меньше суммарной эксергии входных потоков на величину ЬЕ," (обусловлены необратимостью тепло- и массообмена в системе) и энеш. патера дЕд, в ахружюап(ую среду. Эксергетический хпд системы.
Диаграммы Гроссмана и непосредственно эксергетич. баланс в форме ур-ния позволяют найти количеств. показатели эффективности рабаты анализируемой ХТС. Среди этих показателей наиб. распространен зхсергетич. ющ э>„огэрепеляемый соотношением: П,-ХЕ.,РХЕ, =(ХЕ,— ХПЕ.э»ХЕ„НЗ> ще ХŠ— сумма потоков эксергии, отражающая полезный эффект от функционирования системы; ХЕ, — полные итраты зксерпои на достижение запэнного эффекта, Дпя идеального, полностью обратимого процесса, в к-рам потери ЬЕа огсугствуют, 11,= 1; сали подведенная эксерпи полностью теряется в процессе, та 1>, = О. В реальных процессах всецщ соблюдается неравенство: О ~ г>, < 1; при этом чем выше численное значение э>„тем термодинамически совершеннее система.
Из ф-лы (13) слвгует также, что разность мазду эксерпими, обуславливающими полезный эффект и зхсергетич. затраты, вседа равна суммарной потере эхсергии ог необратимости протекающих в системе процессов. Т. обр., эхсерштич. кпд носит обобщенный харжтер. Конкретное вырикение для г>, зависит от назначения и особенностей анащеируемого процесса н видов взаимод. потоков. Напр., с использованием понятия отранзитнойэ эксергии Е'о (количественно в системе не изменается) ур-ние для 1>, принимает форму: Х(Д1'-Ер> +Х(Е„-,-Е'„Р>+ХЕ„-, э>о = (14> Х щ- етго> о Х (е„'2 - ев> + Х е' г где ниж. игщсксы обозначают: 1 — все виды эксергни, кроме химической; х — хим.
зксерпи; / — компоненты в-ва, одновременно присутствующие во входном и выходном потоках, 1 — новые в-ва, образующиеся в сиатеме; Т вЂ” в-ва полностью прев аюшиеся в др, в-ва, б"."", ем, качество н ценность информации, получаемой на основе экссргетич. баланса ХТС, проиллюстрируем двумя примерами из опыта использования Э.
а в хим. технологии. 1. Анаше узла синтеза >ЧНэ в технол. схеме его произ-ва показал, что макс. потери эксергии происходат в колонне синтеза и уменьшить их можно. 1) на 15-18% без значит. изменениа технал. процесса; 2) с принципиальным изменением режима синтеза МНэ (напр., повышением т-ры в одной из зон колонны), что позволило бы хвалнфицированнее использовать теплоту р-ции н выдавать на сторону пар более высоких параметров, П Для оциии эффективности рабаты типовой пневматич. сушилки (трубы-сушилки) применительно к сушке конкретного продукта наряду с абычнмм анализом на основе мш'ернэльного и теплового балансов установки (рис.
3) проведен ее Гэд 3. Схема потоков о озэооааоа Эотоэоие 1 — оодтэооэор; 2 - зазор»- 4др; Э вЂ” оупегээд 8 Э. а. В соответствии со схемой материальных (0), тепловых Я) и зксергетич. (Е) потоков был составлен жсергетич. баланс; Г)+ Е, + Е„'= Е, + Е„+ Е, + Е + ~~««(15) ц»е Ф вЂ” мощность двигатии вентц»изара; ń— эксергия пара; ń— эксерпи образующегося в калорифере хонденсата; Е„', ń— жсергия вшскного материала на входе в установку и высушенного материала; Е,, — жсерпи сушильного агента на выходе из установки; Š— экссргия испаренной влми; Ь— суммарные погори эксерй»и в установке.
Остальные обозначения жсергетич. потоков на схеме: Е, — эксг)»»хи воздуха, поступэющепз в вентвитор и калорифер; ń— жсерпи сушильного иента на входе в сушилку; Š— жсерпи подсасызасмого наружного воздуха; Е;, — потери жсергии в окружающую среду с отработанным сушильным агентом. Эксергии материавьных потоков в составе жсергетич.
баланса рассчитаны по представленным ранее ф-лэм. Потери эксергии выражены суммой потерь в отдельных аппаратах и вычислены по ф-ле ()ои-Стодали (определение возможно также по разности эксергий материальных и энсргетич. потоков на входе и выходе из соответствующих аппаратов, если нет необходимости в детализации этих потерь). Результаты расчетов показали, что Полезные затраты эксергин на испарение влаги из материала незначительны по сравнению с располагасмой эксергией греющего пара; основные потери эксер)ии вьиалены в калорифере.
Сопоставлением жсергетич. баланса с тепловым балансом этой устаножи найдено, что в последнем уд. вес аналогичных статей расхода существенно отличаетса от полученных при жсергетич. расчете значений. Так, потери в окружающую среду в тепловом балансе составили 60,4%, а в эксергетическом — 15,9% (суммарные потери в калорифере и сушилке, из к-рых отработанный сушильный агент выбрасываетсз в атмосферу). Это объясняется низким энергетич. потенциалом уходящих газов, что, естественно, сказалось на численном значении их эксергии. Что касаетса таких статей расхода, кж потери в калорифере, при смешении паров влаги с сушильным агентом, от»идравлич.
сопротивления установки и ат необратимости тепло- и массообмена, та они вообще не нашли отражения в тепловом балансе, Т. обр., в сопоставлении с ним эксергетич. баланс полнее и объективнее отразил все знергетич. затраты на реализацию сушильного процесса и позволил вьивить «уиже» места в нем. В данном случае повышение эффективности работы установки в первую очередь бьщо связано с совершенствованием функционирования калорифера (изменены конструкция и параметры рабаты, в частности, снижено давление греющио пара). Структурные коэффициенты. При Э. а. ХТС существенна связь их общих показателей с харжтеристиками отдельных элементов (аппаратов).
Меру юпиния отдельного элемента на эффективность работы сисгемм в целом принято оценивать с помощью т. наз. структурного коэф. )) . Он предсгавтяет собой отношение изменения к.-л. зхсергетич, параметра всей системы (кпд, потери, входные и выходные потохи) к епз изменению в одном из элементов; при этом все остальные параметры системы считаются неизменными. з Оптим. оценки функционирования ХТС получены при вычислении») через жсергагич. кцд. Расчетные соотношения Юи этого коэф.
зависят от структурных свазей в системе, т. е. ат наличия последовательно, нарви«льна или смешэнно соединенных между собой се элементов. Анализ показывает, что в ХТС с послсдоват. соединением аппэрэ»ав одинаковые изменения ц, к.-л. элемента в равной степени атрюкаюпж на величине дайного коэф. для всей сисгсмы независимо от места расположения в ней аппарата. В то же время изменение потерь жсергии зависит от размещения элементы чем дальше от входа в систему он находится, тем сильнее влияние указанных потерь на работу системы. Поэтому необходимо обращать особое внимание на уменьшение эксергетич. потерь на заключит.
стадиях процесса, протекающего в ХТС с тжим соединением элементов. 809 ЭКСЕРГЕТИ ЧЕСКИЙ 4х6 В системах с параллельным сощинением элементов изменение потерь жсерп»и в любом аппарате вызывает эквивалентные изменения потерь во всей ХТС. Э.а. с помощыа сгруктурных хоэф. реальных иром. систем требует их предварит. преобразования в схемы, состоящие нз парютлсльно соединенных участков, в к-рых аппараты связаны последовательно. Оптим»юации работы ХТС на основе Э. а. осу»цесгвляется с помощью целевых ф-ций (см.
Ол»ними»лиаз); обычно применяют»)„приведенные денежные затраты на свинину жсерп»и продукта, сумму уд. затрат эксергии. На практике широко используют вторую из перечисленных ф-ций. В общем виде похязатель, слу.кащий ди нахозщения оптим, параметров ХТС на основе данной целевой ф-ции, имеет вид: ааэ С = ааа (( Х СЩ+ ЕК) /ХЕ ~, (! 6) за ю) где С, и С вЂ” стоимость единицы жсергии сырья и продукции; Е» и Е, — их зксергии; К вЂ” капитальные затраты; (»л)— совокупность параметров, по к-рым оптимизируется рабата системы. Выражение (1б) конкретизируетса в зависимости от особенностей структуры ХТС и условий ее функционирования.
Весьма напиден и эффективен графич, метод представления изменений оптимальных затрат на работу ХТС с помощью термоэкономич. диаграмм материальньи и энергетич. потоков. На рис. 4 изобрюкены такие диаграммы для выпарнай устэновхи, включающей ряд последовательно соединенных аппаратов (1, 2, ..., »))). При построении диаграмм затраты делатся на энергетические и неэнергетические. Энергетич. составляющие (патоки эксергии на входе в кажвый аппарат и выходе из непх рис.
4, а) вычиаиются черш термодинамич. хэржтеристихи системы, По мере движения от ее входа к выходу из-за потерь и»сергии в аппаратах общий жсергетич. патж уменьшается. Стоимость знергетич. затрат, полученную умножением «ширины» потока (рис. 4, а) на стоимосп единицы эксергии, а»хлэдывают в выбранном масштабе на «стоимостной» диагрэыме (рис. 4, б) ниже оси О-ГУ (3,'«, 3„, ..., Зи) Рэе К т«рм«эх«э««аз««хэ«диграммм хзз «эст««» ю эе«»е»ова»еяьао ак- эээе»эьи эю«З«««в. На той же диаграмме выше линии Π— О' откладывают стоимость неэнергетнч. затрат, схлэпывающихся из отчислений капитюювложений и трудовых затрат (на жсплуатацию аппаратов); эти затраты косвенно (через размеры аппаратов) также связаны с термодинамич. харжтеристиками системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
