Эксергетический

Потери эксергии обычно подразделяют на внутренние, связанные с производством энтропии в контрольном объеме за счет необратимости процессов, и внешние, которые определяются эксергиями массовых и тепловых потоков, полезно не используемых вне контрольного объема (например, сбросного потока). Эксергетический к. п. д. можно, используя уравнение (7.36), представить как функцию потерь в отдельных стадиях процесса [c.240]

Можно допустить, что термодинамическое совершенство процесса разделения в реакционно-диффузионных мембранах также окажется функцией величин Ф,, а,/, х и 1Х Аг. Если использовать значения ац и Л1 = Ф,Л,-, то потери эксергии в мембранах такого типа можно вычислить по уравнениям (7.47) и (7.52), эксергетический к. п. д. проницания по соотношениям (7.54) —(7.56), (7.64) и (7.66), приведенные плотности проникшего целевого и суммарного потоков — по уравнениям (7.58), (7.59) и (7.67), состав проникшего потока по выражениям (7.62) и (7.65). Применимость соотношений несопряженного массопереноса для расчета эффективности разделения в реак-ционно-диффузионных мембранах основано на общности подхода, трактующего мембрану в сечении как точечную систему с конечным значением движущей силы на границах, т. е. как черный ящик . При этом предполагается, что перенос компонентов смеси сопряжен только с химической реакцией, взаимно их потоки независимы. [c.249]

Подсистема технологического проектирования реализует собственно расчет агрегата в требуемой постановке. Она осуществляет стыковку между отдельными моделирующими блоками, организует при необходимости итерационные циклы между ними в зависимости от заданного режима работы включает различные функциональные подсистемы — поиск локального и глобального экстремума, расчет технико-экономических, эксергетических показателей и т. п. [c.276]

В главе 7 изложен метод эксергетического анализа применительно к мембранным газоразделительным процессам. [c.7]

Очевидно, мембранный модуль должен обеспечить необходимую производительность по целевому компоненту при заданных технологических условиях. Обычно заданы составы питающей смеси и пермеата (или коэффициент извлечения) и производительность модуля по целевому компоненту ( pt/J нужно определить тип и площадь поверхности мембраны, давления в каналах, температуру процесса и ряд конструктивных параметров. Разумеется, результаты расчета должны соответствовать критерию оптимизации — обычно минимуму приведенных затрат, включающих капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Последние определяются прежде всего расходом энергии и учитываются эксергетическим к. п. д. процесса. Капитальные затраты зависят, в первую очередь, от стоимости мембраны. [c.158]

Энергетическое совершенство процессов в этом основном элементе во многом определяет эксплуатационные затраты и экономическую эффективность технологической системы разделения в целом. Проведем анализ в следующей последовательности вначале введем понятие эксергетического к. п. д. как меры термодинамического совершенства процесса и далее используем это представление для анализа селективного проницания газов через мембрану и оценки потерь от необратимости в напорных и дренажных каналах и в мембранном модуле в целом. [c.239]

Термодинамическое совершенство процесса проницания оценивает эксергетический к. п. д. по уравнению (7.37), причем в качестве затрат эксергии целесообразно использовать убыль эксергии энтальпии проникшего потока, равную располагаемой работе процесса проницания [c.243]

Рис. 7.6. Зависимость эксергетического к. п. д. проницания от состава смеси Хш при различных значениях фактора разделения а и фиксированном отношении давлений е = 5

Исследуем влияние газоразделительных характеристик мембраны и внешних параметров на энергетическое совершенство селективного проницания, используя локальное значение эксергетического к. п. д. [c.244]

Анализ соотношений для эксергетического к. п. д. и приведенных массообменных характеристик показывает, что эти величины оказываются функцией отношения (а не разности) давлений в напорном и дренажном каналах. Однако масштабный поток, согласно (7.59), непосредственно зависит именно от разности давлений (Р —Р"), коэффициента проницаемости и толщины диффузионного слоя мембраны. Следовательно, производительность мембранного модуля также окажется функцией этих характеристик мембраны и технологического режима. Повышение разности давлений при сохранении оптимального их отношения (е е ) позволит интенсифицировать мембранное разделение при сохранении максимума энергетической эффективности. Разумеется, этот путь интенсификации ограничен возрастающим негативным влиянием внешнедиффузионного сопротивления массообмену (см. гл. 4). Далее будет дана оценка потерь эксергии в результате этого влияния. [c.248]

На рис. 7.6 и 7.7 показана зависимость предельного эксергетического к. п. д. от состава разделяемой смеси Х ,т и отношения давлений е. На рис. 7.8 и 7.9 линии, соответствующие условию характеризуют изменение Ппр" " как функцию [c.244]

При разделении неидеальных смесей качественно выявленные закономерности изменения эксергетического к. п. д. сохраняют силу, аппарат анализа остается неизменным, однако расчетные соотношения для т)пр усложнены необходимостью учета коэффициента активности. [c.248]

Интегрально потери доступной энергии (эксергии) в напорном канале можно определить из эксергетического баланса для контрольного объема, включающего напорный канал н мембрану [c.257]

Рис. 7.8. Зависимость эксергетического к. п. д. проницания от приведенной движущей силы i при различных значениях Хш и а

Верхний предел изменения эксергетического к. п. д. определяется условием равновесия на мембране (см. рис. 7.6—7.9) [c.245]

Эксергетический к. п. д. проницания идеальной газовой смеси с учетом (7.62) запишем для многокомпонентной сМеси [c.246]

Это соответствует следующей области изменения параметров у. и Z(p,[ —ixi")Mr и эксергетического к. п. д. [c.252]

Эксергетический к. п. д. сопряженного процесса обращается в нуль при / = 0 и [р,/—p,i"]=0, т. е. в предельных состояниях с фиксированной силой и потоком. Максимальное значение к. п, д. оказывается только функцией степени сопряжения [7] [c.252]

Уравнение (7.76) можно использовать для оценки степени сопряжения процессов в мембране, если найден режим, соответствующий максимальному значению к. п. д. Заметим, что формально соотношения сопряженного процесса можно применить для описания эксергетического к. п.д. проницания в обычных [c.252]

Эксергетический к. п. д. и оптимизация процесса разделения в плоскокамерном мембранном модуле [c.260]

Тогда выражение (7.35) для эксергетического к. п.д. преобразуется к виду [c.260]

Если разделяемая смесь находится в идеальном газовом состоянии, выражение для эксергетического к. п.д. имеет вид [c.261]

Из рис. 7.6 и 7.7 следует, что для мембраны с фактором разделения а=13 оптимальное значение состава газовой смеси равно Хи = 0,32 при е = Р 1Р" = Ь и оптимальное значение отношения давлений е = 2,5—3 при Хи = 0,5. Следовательно, состояние входного потока состава Xf = 0,5 соответствует максимальному локальному значению эксергетического к. п.д. проницания при давлении Р/ = 0,3 МПа и смешено от точки максимума в область больших значений состава при Pf 0,5. [c.262]

Варьирование состава исходной смеси Xf от 0,2 до 0,5 приводит к монотонному возрастанию доли проникшего потока (0 = = 0,08—0,22) и его состава (ур = 0,53—0,87), при этом четко фиксируется максимум эксергетического к. п.д. процесса разделения [c.262]

Рис. 7.14. Зависимость эксергетического к. п. д. от состава исходной газовой смеси

Рис. 7.15. Зависимость эксергетического к. п. д. от коэффициента деления потока

ДВ — электродвигатель д — действительный ж — жидкий е — эксергетический из — изоляция к — конденсация н — наружный о. с — окружающая среда ст — стенка т — теоретический т. р — теплообменник растворов т. п — теплообменник паровой [c.173]

Рис. 7.7. Зависимость эксергетического к. п. д. проницания от отношения давлений при различных значениях фактора разделения и фиксир9ванном составе разделяемой смеси Хш = 0,5

Если мембрана проницаема только для целевогсЗ компонента, эксергетический к. п. д. проницания стремится к предельному значению [c.244]

Для бинарной идеальной газовой смеси состав проникшего потока и эксергетический к. п. д. селективного проницания [уравнения (7.62) и (7.63)] можно представить как функцию фактора разделения и приведенной движущей силы легкопроникающего компонента [c.246]

Зависимость irinp=Ti( i) при фиксированных значениях г или лгш также указывает на существование энергетически оптимального режима разделения (см. рис. 7.8 и 7.9). Значения Ли, е и Pi, соответствующие максимальному значению эксергетического к. п. д., находят по условию [c.247]

Анализ функции т1пр(Р1) и отыскание оптимальных значений Р), и е, соответствующих максимуму эксергетического к. п. д., является одной из важных стадий технико-экономической оптимизации мембранных разделительных систем. Наиболее существенно влияние этих параметров в схемах с рециклом, где варьируется состав разделяемой смеси на входе в мембранный модуль и необходимо определить степень рециркуляции, которая позволит улучшить массообменные показатели разделительной ступени с наименьшими энергетическими издержками. [c.248]

При анализе следует учесть, что коэффициент ускорения Фг является сильной функцией движущей силы гХу/Аг, поэтому изменение состава разделяемой смеси и отношения давлений е резко меняет а и Л, следовательно и все прочие характеристики разделения. Напомним, что результаты анализа проницания, представленные на рис. 7.6—7.9, получены при условии а12 = соп51 и Л1 = С0 П51 и поэтому непригодны для сопряженного мембранного процесса. Можно лишь утверждать, что увеличение степени сопряжения диффузии -го компонента с химической реакцией (Ф/>Ф,) будет всегда приводить к росту фактора разделения а,, и эксергетического к. п. д. т пр, причем этот эффект наиболее заметен при малых значениях 1X1 Ат, т. е. при и 1. При Ф,>Ф/ и а,7>1 область значений х , [c.249]

Термодинамическое соверщенство такого мембранного процесса при Т = Тср определяется эксергетическим к. п. д. [c.251]

Подставив выражения для химического сродства Аг, скорости реакции Vrr и перекрестного коэффициента г в уравнение диссипативной функции (7.77) и интегрируя ifo по объему мембраны (см. 7.45), можно получить уравнение для расчета и анализа потерь эксергии в процессе селективного проницания через реакционно-диффузионную мембрану. Необходимое значение степени сопряжения массопереноса и химического превращения находят по уравнению (1.18) на основе опытных значений коэффициента ускорения Фь Предполагается также, что известно распределение концентраций всех компонентов разделяемой газовой смеои и веществ матрицы мембраны, участвующих в реакциях, как решение системы нелинейных дифференциальных уравнений (1.26). Энергетическая эффективность процесса при 7 = Гер оценивает эксергетический к. п.д., вычисляемый по уравнению (7.71). [c.255]

С ростом давления Pf при Яр=сопз1 и сс = сопз1 также наблюдается падение локальных к. п.д. проницания, причем чем больше ос, тем резче падает эксергетический к. п. д. при отклонении отношений давлений от оптимальных значений. [c.262]

Эти выводы можно качественно использовать при анализе интегральных потерь эксергии в стадии проницания для всего модуля, если оценить усредненные значения параметров газовой фазы вблизи поверхности мембраны. В частности, для условий процесса, при которых проведен расчет эксергетических характеристик, общее давление вдоль напорного канала меняется крайне незначительно, поэтому основным переменным параметром является состав газовой фазы х вблизи поверхности мембраны. Очевидно, по мере истощения разделяемой смеси и вследствие внешнедиффузионного сопротивления концентрация легкопроникающего компонента падает, причем чем выше давление и чем больше доля проникшего потока 0, тем заметнее отличается усредненный состав газа Хи от исходного Х(. [c.262]

Сравнивая интегральные и локальные эксергетические характеристики процесса селективного проницания, показанные соответственно на рис. 7.6, 7.9 и 7.14, можно заметить, что положения максимумов функции т]пр = т1(л /) и т]пр = п(д с,) примерно совпадают, однако функция Ппр = Г1(л ) при убывает быстрее, а при медленнее, чем т]пр = г (Хш) для локального процесса проницания. Это вызвано смещением усредненного состава (х ) газовой смеси в напорном канале в сторону максимума к. п. д. при Xf Xf и, напротив, удалением величины Хш в область низких значений Т1пр при Xf [c.263]

Вид функции т]мд = т)(0) при Р/ = соп5( определяется одновременным воздействием двух факторов — снижением относительной доли потерь в процессе проницания за счет смещения усредненного значения состава газовой фазы на мембране в сторону максимума "Ппр и нарастанием потерь эксергии в диссипативных процессах в напорном и дренажном каналах. Для равнения заметим, что при фиксированном значении Рр эксергетический к.п.д. процесса разделения слабо меняется с ростом доли проникшего потока — обе тенденции компенсированы (кривые 36 и 46 на рис. 7.15). [c.265]

Выражение (7.105) можно представить в форме соотношения ir/iFmin= (т]нз Пмд )" , где 11мд — эксергетический к. п. д. мембранного модуля, в котором, помимо внутренних потерь эксергии при проницании ц вследствие диссипативных процессов в. напорном и дренажном каналах, имеются внешние потери, равные эксергии сбросного потока [см. уравнение (7.99)] [c.266]

Сравнивая выражения (7.104) и (7.105) с учетом (7.107) и при условии Рр = Ро и PrTtiPf, можно заметить, что отношение WlWmin равно обратной величине эксергетического к, п. д. мембранной ступени разделения, включающей, помимо модуля, компрессорную установку т1 ст = г1 ндт1из. Величина (1—ri a) характеризует долю потерь эксергии в охлаждаемом компрессоре и приводе, при этом предполагается, что сжатый газ поступает в мембранный модуль при температуре T = Tq, т. е. охлажденным до исходной температуры среды, а отведенное тепло полезно не используется. [c.266]

Критерием энергетического совершенства сложной мембранной установюи также принят эксергетический к. п. д., который оказывается функцией эксергетических к. п. д. г г и доли затраченной эксергии у1 всех стадий сложного процесса. Общим соотношением для анализа является уравнение (7.38), где 1/, и 11, в свою очередь зависят от выбора термодинамических, гидродинамических параметров и конструктивных особенностей аппаратов, схем организации газовых потоков и т. д. [c.268]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология