Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Эксергетйческий анализ

ЭКСЕРГЕТЙЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, метод термодинамич. анализа пром. систем (в т. ч. хим.-технол. систем, ХТС), рассматриваемых во взаимод. с окружающей средой.
Связи, устанавливаемые при Э. а. между термодинамич. характеристиками и техн.-экономич. показателями анализируемой системы, дают возможность оценить эффективность ее работы, а также определить пути и способы совершенствования. Объективность получаемых при таком анализе оценок обусловлена прежде всего тем, что они основаны на расчете минимально необходимых материальных и энергетич. затрат на реализацию исследуемого технол. процесса. В большинстве др. методов для этих целей используют нек-рые операции сравнения (напр., изменения энтропии системы), по отношению к к-рым и оцениваются показатели изучаемого объекта; результаты подобного анализа, естественно, зависят от удачного выбора операций сравнения. Э. а. избавляет исследователя от необходимости

подбора указанных операций для действующих установок, а для новых (проектируемых) позволяет сразу выявить возможность их внедрения в произ-во путем сопоставления минимально требуемых затрат с имеющимися в наличии ресурсами. Э. а. успешно используют в отраслях хим.-лесного комплекса (напр., в произ-вах метанола, HNO3), металлургии, криогенной технике и др., причем все шире для повышения экономичности высокоэнергоемких процессов и произ-в.

Некоторые основные понятия. В основе Э. а. лежит понятие эксергии (от греч. ех- - приставка, означающая здесь высокую степень, и ergon - работа). Существует неск. ее формулировок. По одной из них (3. Рант, 1956) эксергия суть работоспособность- термин, применяемый для обозначения макс. работы, к-рую может совершить система при переходе из данного состояния в состояние равновесия со всеми компонентами окружающей среды, рассматриваемой как источник и приемник любых потоков энергоносителей (вода, пар, сырье, напр. нефть, хим. продукты) и энергии (электрическая, тепловая).
Поясним данное определение. Во-первых, макс. работу можно получить только в обратимом (равновесном) процессе, к-рый теоретически возможен при бесконечно малой движущей силе (напр., разности т-р, давлений, хим. потенциалов). Все реальные процессы происходят с возрастанием энтропии (см., напр., Второе начало термодинамики)при конечной разности т-р и, следовательно, необратимы. Поэтому полученная в них работа всегда будет меньше максимально возможной; для оценки этой работы ее надо сравнивать с максимально возможной в данном процессе, т. е. с эксергией. Во-вторых, макс. работа м. б. получена только при взаимод. системы с окружающей средой. Напр., для получения эксергии топлива его сжигают в определенном кол-ве О2, взятом из окружающей среды; при использовании для горения чистого кислорода будет получено больше теплоты, но суммарная эксергия окажется меньше, т. к. для получения О2 из воздуха необходимо затратить нек-рую работу, а значит, эксергию. Аналогично при нагревании к.-л. тела теплоту нужно подводить только для повышения его т-ры выше т-ры окружающей среды, а до этой т-ры подогрев происходит за счет теплоты, отбираемой от среды.
В основе одной из иных формулировок эксергии (З. Рант, 1962) лежит (для случаев, когда начальная т-ра тела выше т-ры окружающей среды) допущение о том, что энергию тела можно представить суммой двух составляющих: Э = Е + А. В соответствии с этим равенством эксергия Е определяется как часть энергии, к-рая в данных условиях окружающей среды м. б. превращена в любую др. ее форму (см. ниже). Вторую составляющую А, наз. анергией (от греч. "а" - отрицат. частица и ergon - работа), ни в какую иную форму энергии, включая мех. работу, превратить нельзя; между анергией и энтропией существует связь: анергия - энергия полностью неорганизов. движения молекул, энтропия - мера этого движения.
Наиб. наглядно эксергию (и анергию) можно представить графически. На рис. 1 изображен произвольный процесс 1-2, в к-ром теплота сообщается нек-рому рабочему телу. Эксер-гия теплоты Ет измеряется заштрихованной площадью. Неработоспособной части теплоты, т. е. анергии, отвечает площадь под линией Т0 = const, равная произведению T0(S1- S2), где Т0 - т-ра окружающей среды; Slи S2 - энтропия системы в начале и конце процесса.
Эксергия измеряется в тех же единицах, что и энергия и работа,- в Дж, эксергия потока в-ва - в Вт, потока теплоты - в Дж/с. Таким образом, эксергия, характеризуя качество энергии пром. системы, т. е. способность быть превращенной в полезную работу, является универсальной мерой энергетич. ресурсов.

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/2/18022.jpeg

Рис. 1. Графическое изображение эксергии.

Параметры окружающей среды не зависят от параметров рассматриваемой системы, обычно предполагаются постоянными и, согласно указанному определению эксергии, должны находиться в термодинамич. равновесии с параметрами системы. Однако, строго говоря, это условие невыполнимо, поскольку в среде всегда существуют градиенты т-р, давлений и хим. потенциалов (что в практич. расчетах можно не учитывать). Для полной характеристики среды достаточно знать не более трех параметров (как правило, т-ру, давление, хим. состав). До тех пор пока все параметры системы не сравняются с соответствующими параметрами среды, равновесие не будет достигнуто и система может производить определенную работу, т. е. обладает эксергией. При Э. а. работы пром. установок в качестве окружающей среды принимают атм. воздух. Из самого понятия "эксергия" следует, что эксергия окружающей среды равна нулю.

Виды и составляющие эксергии. Различают два гл. ее вида: эксергию таких форм энергии, к-рые не определяются энтропией, и эксергию потоков в-ва и энергии, характеризуемых энтропией. К первым относятся мех., электрич., электромагн. и иные виды энергии; в данном случае эксергия равна энергии системы и никаких спец. расчетов для определения Е не требуется. Ко вторым принадлежат формы энергии (напр., внутр. энергия в-ва, энергия хим. связей, теплового потока), для каждой из к-рых эксергию вычисляют индивидуально в зависимости от наличия и вида ее материального носителя -разл. тел [эксергия в-ва (массы) в объеме либо потоке] или объектов, не связанных с массой в кол-вах, подлежащих учету (эксергия теплового потока). Эксергия потока в-ва включает термомех. и хим. составляющие, обусловленные различием термич. и мех. параметров в-ва и окружающей среды и соответствующих хим. состава и хим. потенциалов.

Расчет эксергии. Эксергия в-ва в замкнутом объеме с термодинамич. параметрами U, S, Т, р и V определяется соотношением:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/3/18023.jpeg

где eV - удельная (на единицу массы) эксергия в-ва; Uc, S0, T0, p0, V0 - внутр. энергия, энтропия, т-ра, давление и объем в-ва при полном равновесии анализируемой системы с окружающей средой. Ф-ла (1) выражает эксергию в-ва в замкнутом объеме в процессе, завершающимся выравниванием соответствующих параметров системы и среды. При расчетах эксергии рабочего тела (носителя эксергии) в замкнутой системе в двух разных состояниях ур-ние (1) приводится к виду:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/4/18024.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/5/18025.jpeg - изменения параметров в-ва при переходе из одного состояния в другое.
Необходимость определения эксергии в замкнутом объеме возникает чаще всего при расчетах периодич. процессов и установок периодич. действия, в к-рых рабочее тело не выходит за пределы данной системы. Однако на практике большинство хим.-технол. процессов непрерывны, стационарны и сопровождаются перемещениями материальных и энергетич. потоков. Поэтому такие задачи связаны с определением эксергии в-ва в потоке. Ее термомех. составляющую находят по ф-ле:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/6/18026.jpeg

q - переносимый в-вом уд. тепловой поток; S - энтропия в-ва в потоке.
Для идеальных газов термомех. эксергия определяется выражением:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/7/18027.jpeg

где Ср - уд. теплоемкость в-ва; р и Т - давление и т-ра в-ва в потоке; R - газовая постоянная.
Хим. составляющую эксергии (хим. эксергию), связанную с термодинамич. параметрами хим. р-ции, рассчитывают, используя разл. полуэмпирич. соотношения. Так, для газов и жидкостей установлены соотношения между их хим. эксергией и высшей теплотой сгоранияhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/8/18028.jpeg напр., в процессах выпаривания, ректификации и сушки хим. эксергию топлива находят по ф-ле:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/2/9/18029.jpeg

где коэф. К равен 0,975 (газы) и 0,95 (жидкости), если в молекуле в-ва содержится более одного атома С. Для др. в-в, напр. газов, можно принять след. значения К: 0,97 (генераторный газ), 0,98 (колошниковый газ), 1,0 (коксовый газ), 1,04 (прир. газ).
В случае твердых топлив с учетом влагосодержания W хим. эксергию можно с достаточной для практич. целей точностью принять равной ихhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/0/18030.jpeg т. е.

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/1/18031.jpeg

Т-ра топлив обычно близка к т-ре окружающей среды, поэтому необходимость принимать во внимание в расчетах их термомех. эксергию не возникает; исключение составляет тяжелое жидкое топливо (мазут), к-рое для снижения его вязкости, как правило, подогревают до 70-100 °С.
Эксергия теплового потока. Функционирование ХТС в той или иной степени обусловлено обменом энергией с окружающей средой. При передаче от одного тела к другому и к среде Энергии в форме теплового потока (теплопроводность) вместе с ним сообщается и определенное кол-во эксергии. Если приемником теплоты служит окружающая среда с т-рой T0, уд. эксергия теплового потока, имеющего т-ру Т, составляет:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/2/18032.jpeg

Величина (1 - T0/T) = Тв наз. эксергетической температурой. При Т<Т0направления потоков противоположны: тепловой движется от окружающей среды (отрицателен), эксергетический - всегда к среде (положителен).
Во мн. хим.-технол. системах, особенно высокотемпературных, существ. роль играет обмен энергией в форме излучения с др. объектами и средой. Эксергию излучения находят по ф-ле:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/3/18033.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/4/18034.jpeg- уд. эксергия, приходящаяся на единицу площади излучающей пов-сти;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/5/18035.jpeg и Т - степень ее черноты и т-ра; Т0 -т-ра окружающей среды; k - постоянная Больцмана.
Эксергия влажного воздуха. В практич. приложениях Э. а. важное значение имеет вычисление эксергии влажного воздуха, что обусловлено его применением в качестве рабочего тела во мн. процессах хим. технологии (напр., при сушке). В данном случае особенность определения эксергии состоит в том, что началом отсчета служит переменное состояние воздуха в окружающей среде. Для удобства расчетов влажный воздух принято условно рассматривать как смесь 1 кг абсолютно сухого воздуха и X кг водяных паров. Соотв. эксергия такой смеси е1+X, отнесенная к 1 кг абсолютно сухого воздуха, будет равна сумме эксергий воздуха и паров и рассчитывается по ф-ле:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/6/18036.jpeg

где Св и RB - теплоемкость и газовая постоянная сухого воздуха; t и t0, Т и Т0 - т-ры анализируемого потока и окружающей среды соотв. в °С и К;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/7/18037.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/8/18038.jpeg р и р0 - относит. влажности воздуха и полные давления в потоке и среде; pнаc(t) и pнаc(t0) - давления насыщенных водяных паров при т-рах потока и среды; Iп и Sп, Iп,0 и Sп,0 - энтальпии и энтропии паров при параметрах потока и среды. Изменения состояния окружающей среды влияют на величину зксергии, поэтому, чтобы избежать ошибок в ее расчете, нужно учитывать не фиксированные, а реальные параметры среды.
Расчет по ф-ле (9) эксергий влажного воздуха при разл. параметрах требует значит. затрат времени. Для их сокращения часто применяют графоаналит. способ на основе спец. номограммы. Найденные по ней параметры подставляют в упрощенную ф-лу:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/3/9/18039.jpeg

где дельтаХ= X— Х00 - влагосодержание среды). Расхождение в результатах расчета этим способом и по ф-ле (9) не превышает 3-5%.

Эксергетический баланс. С помощью основных соотношений [ф-лы (1)-(10)] для определения эксергетич. показателей эффективности работы ХТС составляют их эксергетич. балансы. Для любой реальной системы такой баланс представляет собой сопоставление всех эксергетич. потоков на входе (Е') и выходе (E") из нее с учетом затрат эксергий на компенсацию внутр. и внеш. потерь и м. б. выражен в виде:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/0/18040.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/1/18041.jpeg- потери эксергий в системе.
Внутр. потери обусловлены необратимостью протекающих в ХТС процессах (гидравлич. сопротивления, тепло- и массообмен и др.); внешние - потерями эксергий через тепловую изоляцию, с выходящими из системы потоками (напр., нагретая вода, отработанные газы). Если выполненные на основе эксергетич. баланса системы или ее отдельных элементов расчеты показывают отсутствие Eп в них, это свидетельствует об ошибках в определении параметров действующих ХТС либо о невозможности ее реализации для проектируемых произ-в. Эксергетич. потери находят по ф-ле Гюи - Стодоли:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/2/18042.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/3/18043.jpeg- изменение энтропии системы.
Эксергетические диаграммы. Весьма полезны и достаточно информативны для анализа эффективности функционирования ХТС эксергетич. диаграммы, или диаграммы Грассмана, на к-рых потоки эксергий в системе изображены в определенном масштабе по "ширине", пропорциональной их численным значениям. Диаграммы наглядно показывают потери эксэргии в системе, места их появления и перераспределения между элементами данного объекта. На рис. 2 приведена такая диаграмма для ХТС с двумя входными материальными потоками, к-рым отвечают эксергий Е'1 и Е'2. В результате взаимод. этих потоков на выходе из системы получают целевые продукты с эксергиямиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/4/18044.jpegиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/5/18045.jpegи побочный продукт с эксергиейhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/6/18046.jpeg . Суммаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/7/18047.jpeg +http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/8/18048.jpeg меньше суммарной эксергий входных потоков на величинуhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/4/9/18049.jpeg(обусловлены необратимостью тепло- и массообмена в системе) и внеш. потерьhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/0/18050.jpeg в окружающую среду.

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/1/18051.jpeg

Рис. 2. Диаграмма Грассмана для ХТС с двумя входными материальными потоками.

Эксергетический кпд системы. Диаграммы Грассмана и непосредственно эксергетич. баланс в форме ур-ния позволяют найти количеств, показатели эффективности работы анализируемой ХТС. Среди этих показателей наиб. распространен эксергетич. кпдhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/2/18052.jpeg определяемый соотношением:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/3/18053.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/4/18054.jpeg - сумма потоков эксергий, отражающая полезный эффект от функционирования системы;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/5/18055.jpeg- полные затраты эксергий на достижение заданного эффекта.
Для идеального, полностью обратимого процесса, в к-ром потериhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/6/18056.jpeg отсутствуют,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/7/18057.jpeg= 1; если подведенная эксергия полностью теряется в процессе, тоhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/8/18058.jpeg= 0. В реальных процессах всегда соблюдается неравенство: 0 <http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/5/9/18059.jpeg< 1; при этом чем выше численное значениеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/0/18060.jpeg тем термодинамически совершеннее система. Из ф-лы (13) следует также, что разность между эксергиями, обусловливающими полезный эффект и эксергетич. затраты, всегда равна суммарной потере эксергий от необратимости протекающих в системе процессов.
Т. обр., эксергетич. кпд носит обобщенный характер. Конкретное выражение дляhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/1/18061.jpeg зависит от назначения и особенностей анализируемого процесса и видов взаимод. потоков. Напр., с использованием понятия "транзитной" эксергий Eтр (количественно в системе не изменяется) ур-ние дляhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/2/18062.jpeg принимает форму:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/3/18063.jpeg

где ниж. индексы обозначают: i - все виды эксергии, кроме химической; х - хим. эксергия; j - компоненты в-ва, одновременно присутствующие во входном и выходном потоках; l - новые в-ва, образующиеся в системе; f - в-ва, полностью превращающиеся в др. в-ва.
Объем, качество и ценность информации, получаемой на основе эксергетич. баланса ХТС, проиллюстрируем двумя примерами из опыта использования Э. а. в хим. технологии.
I. Анализ узла синтеза NH3 в технол. схеме его произ-ва показал, что макс. потери эксергий происходят в колонне синтеза и уменьшить их можно: 1) на 15-18% без значит. изменения технол. процесса; 2) с принципиальным изменением режима синтеза NH3 (напр., повышением т-ры в одной из зон колонны), что позволило бы квалифицированнее использовать теплоту р-ции и выдавать на сторону пар более высоких параметров.
II. Для оценки эффективности работы типовой пневматич. сушилки (трубы-сушилки) применительно к сушке конкретного продукта наряду с обычным анализом на основе материального и теплового балансов установки (рис. 3) проведен ее Э. а. В соответствии со схемой материальных (G), тепловых (Q) и эксергетич. (Е)потоков был составлен эксергетич. баланс:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/4/18064.jpeg

где N - мощность двигателя вентилятора; Еп - эксергия пара; Ек - эксергия образующегося в калорифере конденсата;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/5/18065.jpeghttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/6/18066.jpeg - эксергия влажного материала на входе в установку и высушенного материала;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/7/18067.jpeg- эксергия сушильного агента на выходе из установки; Евл - эксергия испаренной влаги; Еп -суммарные потери эксергии в установке. Остальные обозначения эксергетич. потоков на схеме: Ев - эксергия воздуха, поступающего в вентилятор и калорифер;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/8/18068.jpeg- эксергия сушильного агента на входе в сушилку; Епод - эксергия подсасываемого наружного воздуха;http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/6/9/18069.jpeg- потери эксергии в окружающую среду с отработанным сушильным агентом.

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/0/18070.jpeg

Рис. 3. Схема потоков в сушильной установке: 1 - вентилятор; 2 - калорифер; 3 - сушилка.

Эксергии материальных потоков в составе эксергетич. баланса рассчитаны по представленным ранее ф-лам. Потери эксергии выражены суммой потерь в отдельных аппаратах и вычислены по ф-ле Гюи-Стодоли (определение возможно также по разности эксергии материальных и энергетич. потоков на входе и выходе из соответствующих аппаратов, если нет необходимости в детализации этих потерь). Результаты расчетов показали, что полезные затраты эксергии на испарение влаги из материала незначительны по сравнению с располагаемой эксергией греющего пара; основные потери эксергии выявлены в калорифере.
Сопоставлением эксергетич. баланса с тепловым балансом этой установки найдено, что в последнем уд. вес аналогичных статей расхода существенно отличается от полученных при эксергетич. расчете значений. Так, потери в окружающую среду в тепловом балансе составили 60,4%, а в эксергетическом - 15,9% (суммарные потери в калорифере и сушилке, из к-рых отработанный сушильный агент выбрасывается в атмосферу). Это объясняется низким энергетич. потенциалом уходящих газов, что, естественно, сказалось на численном значении их эксергии. Что касается таких статей расхода, как потери в калорифере, при смешении паров влаги с сушильным агентом, от гидравлич. сопротивления установки и от необратимости тепло- и массообмена, то они вообще не нашли отражения в тепловом балансе. Т. обр., в сопоставлении с ним эксергетич. баланс полнее и объективнее отразил все энергетич. затраты на реализацию сушильного процесса и позволил выявить "узкие" места в нем. В данном случае повышение эффективности работы установки в первую очередь было связано с совершенствованием функционирования калорифера (изменены конструкция и параметры работы, в частности, снижено давление греющего пара).

Структурные коэффициенты. При Э. а. ХТС существенна связь их общих показателей с характеристиками отдельных элементов (аппаратов). Меру влияния отдельного элемента на эффективность работы системы в целом принято оценивать с помощью т. наз. структурного коэф.http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/1/18071.jpeg Он представляет собой отношение изменения к.-л. эксергетич. параметра всей системы (кпд, потери, входные и выходные потоки) к его изменению в одном из элементов; при этом все остальные параметры системы считаются неизменными.
Оптим. оценки функционирования ХТС получены при вычисленииhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/2/18072.jpeg через эксергетич. кпд. Расчетные соотношения для этого коэф. зависят от структурных связей в системе, т. е. от наличия последовательно, параллельно или смешанно соединенных между собой ее элементов. Анализ показывает, что в ХТС с последоват. соединением аппаратов одинаковые измененияhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/3/18073.jpeg к.-л. элемента в равной степени отражаются на величине данного коэф. для всей системы независимо от места расположения в ней аппарата. В то же время изменение потерь эксергии зависит от размещения элемента: чем дальше от входа в систему он находится, тем сильнее влияние указанных потерь на работу системы. Поэтому необходимо обращать особое внимание на уменьшение эксергетич. потерь на заключит. стадиях процесса, протекающего в ХТС с таким соединением элементов.
В системах с параллельным соединением элементов изменение потерь эксергии в любом аппарате вызывает эквивалентные изменения потерь во всей ХТС. Э. а. с помощью структурных коэф. реальных пром. систем требует их предварит. преобразования в схемы, состоящие из параллельно соединенных участков, в к-рых аппараты связаны последовательно.

Оптимизация работы ХТС на основе Э. а. осуществляется с помощью целевых ф-ций (см. Оптимизация);обычно применяютhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/4/18074.jpeg приведенные денежные затраты на единицу эксергии продукта, сумму уд. затрат эксергии. На практике широко используют вторую из перечисленных ф-ций. В общем виде показатель, служащий для нахождения оптим. параметров ХТС на основе данной целевой ф-ции, имеет вид:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/5/18075.jpeg

где Се,i и Спр - стоимость единицы эксергии сырья и продукции; Ei и Eпрj - их эксергии; К - капитальные затраты; {т} -совокупность параметров, по к-рым оптимизируется работа системы. Выражение (16) конкретизируется в зависимости от особенностей структуры ХТС и условий ее функционирования.
Весьма нагляден и эффективен графич. метод представления изменений оптимальных затрат на работу ХТС с помощью термоэкономич. диаграмм материальных и энергетич. потоков. На рис. 4 изображены такие диаграммы для выпарной установки, включающей ряд последовательно соединенных аппаратов (1,2, ..., N). При построении диаграмм затраты делятся на энергетические и неэнергетические. Энергетич. составляющие (потоки эксергии на входе в каждый аппарат и выходе из него; рис. 4, а)вычисляются через термодинамич. характеристики системы. По мере движения от ее входа к выходу из-за потерь эксергии в аппаратах общий эксергетич. поток уменьшается. Стоимость энергетич. затрат, полученную умножением "ширины" потока (рис. 4, а) на стоимость единицы эксергии, откладывают в выбранном масштабе на "стоимостной" диаграмме (рис. 4, б)ниже оси О-О' (http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/6/18076.jpeghttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/7/18077.jpeg ...,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/8/18078.jpeg

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/0/7/9/18079.jpeg

Рис. 4. Термоэкономические диаграммы для системы из последовательно соединенных аппаратов.

На той же диаграмме выше линии О-О' откладывают стоимость неэнергетич. затрат, складывающихся из отчислений капиталовложений и трудовых затрат (на эксплуатацию аппаратов); эти затраты косвенно (через размеры аппаратов) также связаны с термодинамич. характеристиками системы.
В каждом аппарате неэнергетич. затраты растут скачком (h1 h2, ..., hN) из-за дополнит. трудовых затрат.
Диаграмма на рис. 4, в - результирующая; она получается делением ширины потока на рис. 4, б на соответствующую ширину потока на диаграмме 4, а. Из рис. 4, в следует, что по мере движения потоков от входа системы к ее выходу неэнергетич. затраты увеличиваются быстрее, чем энергетические. Подобные ХТС довольно широко распространены в пром-сти.
В более общем случае энергетич. затраты, обусловленные промежут. вводами материальных или энергетич. потоков, приводят к количеств, изменению уд. затрат. Однако преимущественное возрастание неэнергетич. затрат типично и для таких ХТС, поскольку любые преобразования требуют создания соответствующего оборудования и одновременно не всегда связаны с дополнит. трудовыми затратами. Являясь целевой ф-цией при оптимизации работы ХТС, уд. стоимостные затраты позволяют также получить информацию и о тех ее элементах, к-рые в наиб. степени способствуют увеличению указанных затрат.

Лит.: Шаргут Я., Петела Р., Эксергия, пер. с польск., М., 1968; Сажин Б. С., Основы техники сушки, М., 1984, с. 283-309; Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К., Эксергетический метод и его приложения, М., 1988; Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М.Г., Общая химическая технология, 2 изд., М., 1990, с. 27-45; Сажин Б. С., Булеков А. П., Эксергетический анализ в химической технологии, М., 1992.

Б. С. Сажин, А. П. Булеков.


Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео