Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

2. Термические процессы разделение (ректификация, выпаривание, сублимация, конденсация);

3. Электрические процессы разделения (некоторые процессы мембранного разделения, осаждение под действием электрического поля);

В установках центрифугирования, мембранного разделения, в циклах адсорбции-десорбции, работающих за счет изменения давления, затрачивается только работа (механическое разделение), в процессах абсорбционно- десорбционных, ректификации и др. - только тепло (термическое разделение).
В некоторых случаях число отводимых и подводимых потоков может быть больше
(равно m), однако в этих случаях можно, как правило, представить систему разделения как соединение отдельных блоков, каждый из которых имеет структуру, представленную на рис. 1.

Термодинамическое описание систем разделения

Типовые задачи и методы ТВК.

Термодинамика при конечном времени (ТВК) используется для анализа, оценки предельных возможностей и выявления направлений совершенствования различных технологических процессов.

К типовым задачам ТВК относится составление балансовых уравнений для вещества, энергии и энтропии внешних по отношению к процессу потоков.

Уравнения термодинамических балансов – материальных, энергетического и энтропийного - связывают между собой параметры входных и выходных потоков в стационарном режиме. Балансовые уравнения позволяют выявить зависимость между параметрами внешних потоков (расходами, концентрациями, температурами, давлениями и т.д.) и количеством производимой в процессе энтропии. В обратимых процессах производство энтропии равно нулю, в необратимых – больше нуля. Отсюда следуют ограничения, накладываемые на входные потоки – выделяется множество достижимости в пространстве параметров входных и выходных потоков. Если же на систему наложить дополнительное условие заданной средней интенсивности или конечной продолжительности, то можно найти минимально возможное при данных ограничениях производство энтропии (рассеяние энергии). В реальных системах производство энтропии меньше минимально возможного, что сужает область достижимости.

Основываясь на балансовых уравнениях, можно исследовать характер зависимостей между традиционными показателями эффективности технологического процесса (производительность, КПД, и т.д.) и термодинамическими – количеством рассеянной (диссипированной) энергии и производимой энтропией. Как правило, эти зависимости монотонно ухудшаются с ростом диссипации и достигают своих предельных значений в обратимом процессе, что позволяет получить оценки, аналогичные КПД Карно для процессов самой разной природы.

Производство энтропии является мерой степени потери полезной энергии при её преобразовании. Поэтому уменьшение производства энтропии приводит к улучшению процесса и повышению показателей его эффективности – повышению
КПД, уменьшению энергетических затрат, повышению производительности и т.д., при сохранении остальных показателей неизменными. Кроме того, при помощи балансовых уравнений может быть исследована чувствительность показателей эффективности процесса к производству энтропии или связь между различными характеристиками процесса.

Составление балансовых уравнений.

В систему могут поступать вещества конвективно (с потоками) и диффузионно (вследствие диффузии). Обозначим мольный расход веществ в конвективных потоках как [pic], а в диффузионных как [pic] где j - номер потока. Кроме того, в системе могут происходить химические реакции со скоростями [pic] ((=1,2,…), совершаться механическая работа мощностью
[pic]. Потоки тепла, поступающего в систему, обозначим как [pic].
Рис. 1. Расчетная схема процесса разделения.

Для определённости будем считать потоки положительными, если они входят в систему и отрицательными, если выходят. Работа считается положительной, если совершается системой над окружающей средой.
Приведём общий вид балансовых уравнений.

Материальный баланс.

Обозначим число молей i-того компонента в системе через [pic].
Изменение числа молей i-того компонента в системе за единицу времени определяется потоками вещества и протекающими в системе химическими реакциями:

[pic]

Здесь [pic] - мольная доля i-того компонента в j-том потоке, [pic]- стехиометрический коэффициент, с которым k-тый компонент входит в уравнение
(-той реакции ([pic] для расходующихся веществ), [pic]- скорость (-той реакции.

Энергетический баланс.

Изменение энергии системы [pic] за единицу времени определяется потоками энергии вносимой и уносимой вместе с конвекционными потоками вещества, изменением энергии за счёт диффузионного обмена веществом, потоками тепла (за счёт теплопроводности, переноса излучением, хим. реакции):

[pic]

Здесь: [pic]- удельная энтальпия j-того материального потока, [pic]- поток энергии, приносимый вместе с молем вещества, поступающего диффузно.

Энтропийный баланс.

Изменение энтропии системы S происходит вследствие притока энтропии вместе с веществами, поступающими конвективно и диффузионно, притока и отвода тепла и производства энтропии [pic]вследствие неравновесности процессов, происходящих внутри самой системы:

[pic], где [pic]- изменение энтропии под влиянием j-того потока тепла с температурой [pic].

Производство энтропии (диссипация энергии) заведомо неотрицательно.
Отметим, что если рассматривается стационарный режим процесса, когда [pic], то эти уравнения из дифференциальных превращаются в алгебраические.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: 7 ответов, сообщения бесплатно, реферат значение.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата