8. Расчет химической эксергии топлив.

В качестве химических топлив в промышленности используются, в основном, природные смеси органических веществ. Процессы получения энергии из топлив путем их сжигания являются основным на сегодняшний день. Для проведения эксергетического анализа горения топлив необходимо располагать их значениями химической эксергии. Расчет химических эксергий топлив сложного, но известного состава осуществляется также,как и для смесей органических веществ (раздел 7). В случае предполагаемой химической переработки природных смесей расчет их химических эксергий может быть выполнен на основе методики, описанной в разделе 7.2. В этом случае значение химической эксергии будет содержать вклады энтропии смешения и неидеальности смеси, что важно при анализе химического разделения таких смесей. Однако для анализа большинства процессов горения топлив проведение калориметрических измерений их теплоемкости вряд ли целесообразно, так как в этом случае можно пренебречь неидеальностью смесей и вкладами энтропии смешения. В этом случае химическую эксергию топлива можно оценивать как [38] .

где  удельная топливная эксергия,

 массовые фракции отдельных компонентов топлива,

 удельная эксергия каждого компонента.

Так как основной и относительно легко определяемой характеристикой топлив является их энтальпия сгорания, то существующие методики расчета эксергии топлив [3,38,39,40] базируются на использовании корреляций между эксергией и энтальпией сгорания индивидуальных веществ и переносе этих зависимостей на рассматриваемые топлива. Так, Рантом предложено выражение , основанное на удовлетворительном подчинению этому выражению зависимости между удельными эксергиями и энтальпиями сгорания ряда углеводородов. В дальнейшем, Шаргутом [3] было предложено использовать в качестве корреляционной зависимости между удельными эксергией и энтальпией сго рания выражение вида

(81)

где  весовой процент соответствующего элемента в топливе

или индивидуальном компоненте,

a,b,c,d,…  коэффициенты уравнения корреляции.

Для получения коэффициентов a,b,c,d,… используется базис из углеводородов и элементорганических соединений с известными эксергиями и энтальпиями сгорания. Таким образом, для расчета химической эксергии топлива необходимо знать его удельную энтальпию сгорания и элементный состав смеси. Выражение (81) с вариациями используется различными авторами. Изменения касаются, в основном, учета дополнительных параметров топлива, таких как влажность, зольность, а также специального учета содержания дополнительных элементов в топливе.

На кафедре физической химии БГУ разработаны методы расчета эксергии жидких топлив на основе нефти и ее фракций, содержащих С,H,N,O,S элементы [37]. Для уравнения корреляции (81) были выбраны следующие условия: соответствует удельной топливной эксергии, соответствует удельной энтальпии сгорания в калориметрической бомбе (высшая теплота сгорания), соответствуют числу атомов соответствующего элемента в брутто формуле топливной смеси. Эти условия позволяют использовать для нахождения коэффициентов уравнения корреляции данные по химическим эксергиям веществ,собранные в базе данных стандартных химических эксергии С,H,N,O,S – содержащих органических веществ.

Запишем выражение (81) с учетом принятых условий

(82)

Для нахождения коэффициентов уравнения (82) была составлена система уравнений, в которую входили по одному уравнению для каждого соединения из базы данных стандартных эксергий. Такая система уравнений составлялась при помощи программы, которая извлекала из базы данных необходимые величины и генерировала сводную систему, вид которой представлен в таблице 8.1.

Всего в расчетах были использованы данные по 1179 жидким соединениям, из них алканов 219, алкенов 41, алкинов 43, циклоалканов 50, циклоалкенов 12, алкилбензолов 96, прочих углеводородов 24, спиртов 14, альдегидов 19, кетонов 57, простых эфиров 142, кислот 5, сложных эфиров 271, фенолов 2, N-содержащих соединений 51, NO- содержащих соединений 7, S- содержащих соединений 123.

Таблица 8.1. Значения коэффициентов корреляционного уравнения (82)

Коэффициент	Значение
a	1,020340,00057
b	-0,013810,00029
c	0,033740,00064
d	0,025930,00108
e	-0,084080,00114