Ф КГМУ 4/3-04/02С точки зрения возможности практического применения ценность энергии определяется не только ее количеством, но прежде всего тем, насколько она в конкретных условиях может быть использована. Мера пригодности любого вида энергии для получения энергии в обратимом процессе взаимодействия с окружающей средой была названа эксергией[от ех (лат.) - извне, ergon (лат.) - работа]. Эксергия Е равняется величине наибольшей (максимально полезной) работы, которые ее может выполнить энергоноситель в обратимом процессе перехода из неравновесного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Поскольку эксергия характеризует работоспособность энергоносителя относительно окружающей среды, она дает возможность оценить качество энергии. Согласно определению эксергия зависит не только от параметров системы, но и (в противоположность энергии) от параметров окружающей среды. Итак, возможный случай, когда большую тепловую энергию системы нельзя полезно использовать, если и окружающая среда имеет такую самую температуру. Аналогичная ситуация может быть и при одинаковых давлениях (даже высоких) в системе и окружающей среде. В обеих случаях эксергия системы равняется нулю. И наоборот, чем выше температура или давление энергоносителя относительно параметров окружающей среды, тем больше практическая пригодность энергии выполнять работу и превращаться в другие виды. В расчете эксергии все источники энергии разделяют на энтропийные и неэнтропийные. Неэнтропийные источники энергии (электрическая, магнитная, механическая) не имеют энтропии, а потому они полностью превращаются в любые другие виды энергии и такие превращения ограничиваются условиями первого закона термодинамики. Эксергия неэнтропийного источника равняется его энергии Энтропийные источники энергии (энергия излучения, внутренняя энергия вещества, энергия теплового потока, химическая энергия и т.п.) имеют энтропию, поэтому преобразование энергии с одной формы в другую происходят не полностью исопровождаются энергетическими потерями. При этом изменению энтропии ∆Sотвечает появление определенного количества "связанной"" энергии, превращение которой в эксергию в условиях равновесия с окружающей средой принципиально невозможно. Свойства энергии и эксергии отличаются между собой, что можно увидеть из такого сравнения:
При условии стабильного химического состава потока вещества удельную эксергию Е (в расчете на единицу массы) рассчитывают по уравнению
где Н и S - соответственно энтальпия и энтропия вещества в этом состоянии; H0 и S0 то же самое для вещества в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой; Т0 -температура окружающей среды. При этом потери эксергии в адиабатической системе определяются произведением температуры окружающей среды на прирост энтропии вследствие необратимости процесса. Они равны
Если давление системы отличается от давления окружающей среды, то удельную эксергию рассчитывают по такому уравнению:
где Р - давление системы; Ро - давление окружающей среды. Критерием термодинамической эффективности процесса есть эксергетический коэффициент полезного действия ηэкс который в общем виде записывается так:
Где По разности величин Рассмотрим процесс теплообмена между горячим потоком А холодным потоком В в элементарном объеме теплообменника. Горячий поток А передает тепловую энергию холодному потоку В, величину которой для элементарного объема обозначим dQ. Тогда, учитывая, что энтропия S=Q/T, можно записать величину эксергии, которую может передать горячий поток при переходе к состоянию равновесия с окружающей средой
Холодный поток В при теплообмене получает лишь часть этой величины
Разность между этими величинами дает потери эксергии в элементарном объеме
Полученное уравнение (45) показывает, что потери эксергии в системе зависят от конечной разности температур потоков и температурного напора. Потери эксергии при одинаковой разности температур намного меньше в условиях высокой температуры, чем в условиях низкой. Поэтому с точки зрения энергетики выгоднее осуществлять процессы при высокой температуре, поскольку энергия высокотемпературных отходящих потоков может быть использована со значительно меньшими потерями. По величине рассчитанного эксергетического КПД делают вывод о термодинамической эффективности того или другого процесса. Как правило, значение энергетического и эксергетического КПД не совпадают. Последний показатель для большинства химико- технологических процессов, в которых водяной пар или отходящие газы полезно не используются, имеют более низкое значение чем энергетический (энтальпийный) КПД, что служит основанием для возможностей и резервов усовершенствования процесса. Эксергетический анализ разных способов производства одинакового продукта дает возможность выбрать наивыгоднейший с эксергетического точки зрения способ, меньше рассеивать в окружающую среду энергетические запасы Земли и уменьшить затраты энергии на производство того или другого продукта.
Ф КГМУ 4/3-04/02 Поможем в написании учебной работы
|