6.2 Закон кiнетики процесiв

Закон кiнетики протiкання процесiв встановлює, що швидкiсть будь якого процесу прямо пропорцiйна рушiйнiй силi та зворотно пропорцiйна опору. Закон використовується для визначення продуктивностi системи, аналiзу рушiйних сил та опорiв системи.

Наприклад, для розрахунку продуктивності процесу фільтрації користуються рівнянням фільтрації, яке встановлює, що швидкість фільтрації пропорційна перебігу тиску на фільтруючій поверхні та зворотньо пропорційна фільтраційному опору (добуток питомого фільтраційного опору на вязкість рідини та товщину фільтруючого шару):

ω_ф = ∆Р / (r_ф µ δ)

де ω_ф – швидкість фільтрації, м³/м²с;

∆Р – перебіг тиску на фільтруючій поверхні, Па;

r_ф - питомий опір фільтруючого шару, 1/м² ;

µ - динамічна в’язкість фільтрації, Па.с;

δ - товщина фільтруючого шару, м.

Звідси продуктивність процесу фільтрації, кг/с:

G = ω_ф F ρ ,

де F – поверхня фільтрації, м² ;

ρ – густина фільтрату, кг/м³ .

6.3 Закони перетворення

Перетворення з одного виду до iншого, зокрема, енергiї у процесi використання у технологiчних системах, визначають закони термодинамiки.

Перший закон термодинаміки є окремим випадком закону збереження щодо перетворення енергії з одного виду до іншого, який застосовують до процесів, що відбуваються з перероблюваним середовищем у технологічних системах. Перероблюване середовище, яке здійснює перетворення енергії з одного виду до іншого називають робочим тілом. Перший закон стосується періодичного (разового) перетворення енергії та стверджує, що частина енергії, що перетворюється, витрачається на зміну термодинамічного (енергетичного) стану робочого тіла. Наприклад, при розширенні продуктів згоряння у циліндрі двигуна (робочий хід дизельного двигуна внутрішнього згоряння) теплова енергія, що підводиться при вприскуванні палива, перетворюється на механічну роботу, що виконує поршень, при тому частина енергії витрачається на зміну (підвищення) власної енергії продуктів згоряння (її називають внутрішньою енергією робочого тіла). Іншим прикладом перетворення енергії з одного виду до іншого є стиск повітря компресором – при тому механічна робота приводу поршнів підвищує внутрішню енергію повітря, що стискається, а частина роботи витрачається на охолодження стиснутого повітря (теплота, що відводиться при охолодженні). Вказані перетворення називають термодинамічними процесами.

Другий закон термодинаміки також є окремим випадком закону збереження та стосується безперервного перетворення енергії з одного виду до іншого шляхом багатократного повторення замкненого циклу термодинамічних процесів, кожний з яких підпорядковується першому закону термодинаміки. Тобто другий закон стосується циклічного перетворення енергії з одного виду до iншого та стверджує, що для такого перетворення крім джерела енергії та споживача перетвореної енергії потрібен також приймач певної кількості енергії для повертання робочого тіла у початковий стан. Іншими словами енергія, споживана у циклі, не може бути повністю використана на одержання енергії перетвореної (отриманої) – частину споживаної енергії має бути витрачено на повернення робочого тіла в початковий термодинамічний стан. Наприклад, у паросиловій установці теплова енергія, що витрачається на одержання з води та підвищення енергетичного рівня водяної пари, тільки частково передається парою ротору в турбіні, тобто перетворюється у механічну роботу приведення в дію ротором турбіни електрогенератора (одержана корисна енергія), а частина енергії пари, що відпрацювала у турбіні, має бути відведена від пари для того, щоб сконденсувати її та закачати знову до парового котла.

Наука термодинаміка дозволяє кількісно вирахувати вказані складові енергоперетворення та оцінити теоретично ефективність використання енергії у певному пристрої або технології.