3.4. Степень термодинамического совершенства технических процессов.

Анализ степени совершенства производства на основе энергетического баланса энергетического к.п.д. может приводить к искаженным результатам. Иногда для характеристики процессов используют понятие относительной работоспособности

Этот параметр наглядно показывает какую долю энтальпии можно превратить в работу.

Объективную оценку степени термодинамического совершенства процессов можно получить на основе эксергетического анализа. Если сумма эксергии, подведенных к системе потоков, а сумма эксергии выходящих-конечных потоков, то эксергатический к.п.д.

Только для обратимых процессов _Е =1. Эксергетический к.п.д. может быть рассчитан для всего производства, отдельной стадии или установки, одного аппарата или технологического узла. Такому выражению _Е присущи определенные недостатки. Например,если поток вещества идет через реактор с неактивным катализатором, степень химического превращения   0, а

_Е  1. Однако, такой процесс бесполезен. В таких случаях обычно исключается часть эксергии, транзитом проходящая в системе-аппарате. Тогда

Однако и этот способ определения _Е не всегда эффективен. Например, при химической реакции часть эксергии затрачивается на нагревание реакционной смеси, увеличение объема, т.е. переходит в термомеханическую эксергию. Применять понятие о транзите эксергии и нужно дополнительно учесть долю эксергии в ее бесполезных преобразованиях. Тогда

где  произведенная полезная эксергия, а  убыль эксергии, связанная с производством полезной эксергии. Такой к.п.д. называют эффективным. Последнее уравнение допускает определенный проивол в расчетах. Поэтому нужно очень тщательно обосновыватьпроцедуру расчета

, . При детальных расчетах может оказаться, что _Е < 0. Появление отрицательных к.п.д. означает, что цель, сформулированная при расчёте  не достигается.

4. Расчёт эксергии физических и химических процессов.

В общем случае, эксергия является функцией T, P, состава-x_i , т. е.

E (T, P, x_i). Тогда

или

где величины , ,  эксергии соответствующие изменению Т, Р и состава соответственно для одного моля вещества. Сумму + называют термомеханической или физической эксергией, а  химической эксергией.

 парциальная мольная эксергия. Для идеальных систем = Е, т.е парциальная мольная эксергия равна эксергии чистого вещества.

4.1. Основное уравнение для расчета термомеханической эксергии. Изменение термомеханической эксергии в процессе

Вещество ( Т, р ) Вещество ( Т₀ , Р₀ )

происходит в результате теплообмена с ОС и совершения веществом или окружающей средой работы. Обозначим через Q₁ количество тепла, отданное веществом, Q₂  количество тепла, поступающее в ОС. Тогда совершаемая работа

А = Q₁ - Q₂.

В силу обратимости всех процессов

Q₂ = Т₀dS_ОС = Т₀dS_в-во.

Эксергия окружающей среды Е_0С = 0. Поэтому работа по изменению объема окружающей среды при Р₀ ( работа проталкивания ) бесполезна, т.е. не может быть превращена в эксергию.

Для Q₁ можно записать

Q₁ = dU_в-во+ Р₀dV_в-во.

Тогда

А = dU_в-во + Р₀dV_в-во + Т₀dS_в-во.

Окончательно для термомеханической эксергии запишем

Е_т ( Т,Р ) = U + Р₀V + T₀S (4-1)

В случае Р = Р₀ уравнение (4-1) примет вид

Е⁰_т(Т) = Н⁰ + Т₀S⁰ (4-2)

где Е⁰_т(Т)  стандартная термомеханическая эксергия при температуре Т.

Уравнение (4-2) можно представить в виде

Е⁰_т (Т) = (4-3)