Тема: Физическая и химическая эксергия.

При вычислении эксергии различают физическую и химическую эксергию.

Физическая- максимальная работа, которую способна совершить система данного состава при переходе от исходного состояния ρ₀ , Т₀ состоянию ρ_с, Т_с, где ρ_с, Т_с –параметры окружающей среды.

Химическая- максимальная работа, которую способна совершить система в состоянии ρ_с, Т_с, приводя химический состав системы к состоянию равновесия с окружающей средой при ρ,Т=const.

Если система содержит те же вещества, что и окружающая среда, определяют работу по переводу этих веществ от их агрегатного состояния парциальных давлений в рассматриваемой системе к их агрегатному состоянию и парциальному давлению в окружающей среде.

Определение физической эксергии.

Согласно I началу термодинамики.

А_Н - немеханическая работа, совершаемая системой. Для ТД-ски равновесных систем: = ТdS; U+ РV = Н, тогда ТdS = dY - VdP + .

Выразим из I начала рабочие функции:

- VdР + = ТdS - dН

Полная работа системы при переходе от исходного состояния «О» к со­стоянию равновесия с окружающей средой «С»:

Т. О. уравнение для открытой системы, характеризующей работу, выво­дится из выражения для закрытой системы. Это допущение справедливо, так как работу производит порция газа с начальными параметрами Р₀ Т₀, которую можно считать закрытой системой.

Для энтропии системы будет справедливо:

Это выражение умножим на Т_с и прибавим к выражению для работы:

Это выражение можно вычислить, выбрав такой путь проведения про­цесса, чтобы работа была максимальна. Наибольшее значение работа примет в том случае, если

При Т>Т_С система отдает тепло в окружающую среду, тогда

Если система отбирает тепло из окружающей среды, то dq≥0, а

Общее значение интеграла для процессов равно 0.

Такой процесс можно составить из адиабатного расширения (сжатия) системы от Р₀Т₀ до Р₀Т_С и изотермического расширения (сжатия) от Р₀Т_С до Р_СТ_С. На участке адиабаты dS = 0, на участке изотермы Т-Т_С = 0, в результате для обоих участков

Таким образом, наибольшее значение работа приобретает при обрати­мом процессе, и эта работа называется физической эксергией (Е₁).

Е₁ = Н₀ — Н_с — Т_с (S₀- S_С)

Если система содержит несколько веществ, то есть j = 1 ... m, и содер­жание этих веществ оценивается мольными долями N_j, то полную энтальпию и энтропию системы оценивают как:

где h_j,S_j , - мольная энтальпия и энтропия веществ,

N_j , - число молей j-го компонента.

Для идеальных газов мольные значения Н и S определяются по формуле:

В процессах, где Р₀Т₀ переходят в Р_сТ_с эти величины можно определить через их разность:

Таким образом для идеальных газов выражение эксергии определяется как:

ех - эксергия каждого компонента.

Определение химической эксергии

Рассмотрим в качестве окружающей среды атмосферу, в которой при­сутствуют О₂ и N₂. Эти вещества называют веществами отсчета: если в рас­сматриваемой системе существуют эти вещества, то их приводят к состоя­нию отсчета, т.е. к состоянию окружающей среды.

Термодинамические основы определения эксергии

Работа открытой системы, полученная в любом изотермическом процес­се равна изменению энергии Гиббса (-ΔG)

G = Н - ТS

ΔG = ΔН - ТΔS- SΔТ

С другой стороны ТΔS = ΔН - VΔР + δА_Н

-VΔР + δА_Н = -ΔG - SΔТ

ΔТ = 0, тогда ΔG= -VΔР + δА_Н

н — немеханическая работа

Y - вещество отсчета, j— > идеальный газ. При общем давлении в системе Р_с парциальное давление j-го компонента в системе Р_cj парциальное давле­ние окружающей среды

Рассмотрим переход при постоянной температуре одного моля вещества j из состояния Р_cj в состояние Р'_cj

В окр. В рассм. Среде системе

Рассмотрим энтропию и энтальпию:

Для неидеальных газов рассматривают не парциальные давления, а фугитивность, таким образом, при переводе 1 моль вещества отсчета j рассмат­риваемой системы к его состоянию равновесия с окружающей средой, со­вершается работа:

Если то А>0

Если то А<0

Величину работы называют мольной химической эксергией вещества отсчета j .

Если в системе содержатся вещества, которых в окружающей среде нет, то согласно методу Шаргута с этими веществами проводят реакции деваль­вации.

Реакции девальвации — это химическая реакция, вследствие которой ве­щество превращается в вещество отсчета. Это превращение возможно осу­ществить с участием другого вещества из окружающей среды, которое назы­вается дополнительным веществом отсчета.

Дополнительное вещество отсчета используется в том состоянии, в ко­тором оно находится в окружающей среде. Окружающая среда рассматрива­ется как бесконечный ресурс вещества и энергии.

Для реакции девальвации ΔG рассматривается как работа девальвации при температуре окружающей среды.

Для веществ системы ΔG берется их парциальных давлениях в системе для дополнительных веществ отсчета, берутся их парциальные давления и агрегатные состояния в окружающей среде.

Эксергический КПД

С точки зрения ТД-ского совершенства технологический процесс дол­жен иметь минимальные эксергические потери и потери способность совер­шать работу. Для совершенных производств суммарная эксергия потоков на выходе близка к эксергии потоков на входе, т.е. работоспособность системы не теряется, а эксергический КПД определяется как:

Т.к. значения эксергии велики, то разность между ними может быть не­значительна и КПД для различных процессов не различаются, поэтому мож­но вычислить КПД с учетом транзитной эксергии:

Однако значение транзитной эксергии сложно вычислить, поэтому в не­которых случаях рассчитывают транзитные КПД, где в числителе учитывает­ся прирост эксергии в результате технологического процесса, а в знаменателе убыль эксергии некоторых видов:

КПД целевые лучше всего отражают уровень организации производства, а предварительный анализ всех составляющих эксергии позволяет избежать формального подхода.

Грамотная интерпретация эксергического КПД позволяет установить не­которые потери работоспособности. Например, использовать эксергию про­дуктов процесса, снизить потери на трение, потери от избытка реагента, по­высить степень термоизолированности системы. Эксергический анализ про­водят с учетом эксергических факторов, что является основой эксерго-экономического анализа.

При эксерго-экономическом анализе определяют стоимость единицы эксергии и рассчитывают эксерго-экономические критерии, затем проводят их оптимизацию ищут их максимум и минимум.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Углеобогатительными фабриками называются промышленные пред­приятия, предназначенные для механического обогащения угля.

Углеобогатительные фабрики классифицируют:

1) по целевому назначению угля:

а) для коксующихся углей (обогащают весь уголь);

б) для энергетических углей (обогащают уголь крупнее 0 и 25 мм и по требованию потребителей отгружают сортированные угли);

в)комбинированные для обогащения коксующихся и энергетических углей;

2) по территориальному расположению по отношению к сырьевой базе:

а) индивидуальные обогатительные фабрики (ОФ), предназначенные для обогащения углей одной шахты и расположенные на территории этой шахты;

б) групповые обогатительные фабрики (ГОФ), предназна­ченные для обогащения углей группы шахт и расположенные на террито­рии одной из шахт;

в) центральные обогатительные фабрики (ЦОФ), предназначенные для обогащения углей группы шахт и территориально не связанные ни с одной из шахт;

г) обогатительные фабрики у потребителей, расположенные территориально у потребителя (на коксохимических заводах и др.).

Выбор строительства того или иного типа углеобогатительной фабрики производят на основании технико-экономических расчетов.