Обратимые потоки тепла

Процесс обратимого взаимодействия потока тепла с окружающей средой может быть представлен в Т, s-диаграмме посредством цикла Карно. В том случае, когда температура подвода тепла выше температуры окружающей среды (Г>. >7 о.с), необходим прямой цикл, а при Т<То.с, — обратный. [c.22]

Как видно из уравнения (1.7), при Т о.с/7 >1 коэффициент Те<0. Отрицательное значение этого коэффициента здесь указывает на то. что при обратимом переносе тепла от Т до То.с>Т работа не получается, а затрачивается. Таким образом, при Т>То.с знаки Те и Q одинаковы, а при Т<То.с различны поток эксергии тепла направлен в сторону, противоположную направлению теплового потока. При 7 —Го.с Те= =0. В том случае, когда Т<С То i абсолютное значение коэффициента работоспособности тепла может значительно превысить единицу [Тс]>1. При Г->0 Te->—00. [c.23]

При описании процесса (3.2) предполагается, что реакция идет без изменения объема коэффициенты обмена Р3 для всех компонентов одинаковы эффектов, связанных с процессами переноса в многокомпонентной неизотермической реагирующей среде не возникает. Для получения описания процесса на внешней поверхности в многокомпонентной смеси воспользуемся определением термодинамики обратимых процессов, устанавливающей феноменологическую связь потоков тепла и вещества с градиентом температур и концентрацией [c.89]

Рассмотрим процесс разделения, содержащий все основные элементы действительного процесса, но представим себе в то же время, что эти элементы работают обратимым способом, например без трения и без необратимых потоков тепла, за исключением неизбежных, органически присущих данной части процесса. Далее, вводя те или иные реальные условия, можно выявить связанные с этим потери. [c.104]

Все указанные методы разделения требуют очень больших затрат энергии по сравнению с работой разделения при обратимом процессе. Это связано с тем, что для осуш,ествления разделения используется необратимый поток тепла или вещества. [c.515]

ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ И ПОТОК ТЕПЛА В ОБРАТИМОМ ПРОЦЕССЕ [c.321]

Решение. Заметим прежде всего, что при рассмотрении вопроса на простейшем примере протекания в потоке необратимой реакции первого порядка основные выводы можно распространить и на обратимые реакции первого порядка. Далее, уравнения тепло- и массопередачи аналогичны уравнению обратимой реакции первого порядка (а при абсорбции, когда равновесное давление компонента равно нулю, — уравнению необратимой реакции первого порядка)з скорость реакции [c.171]

Аналогично можно определить минимальную работу процесса, когда давление хладоагента уменьшается по мере охлаждения. Если отведение тепла из потока происходит обратимо (холодильными машинами Карно), то будет действительным уравнение (111-170). Последний интеграл этого уравнения равен теплу, отданному потоком. Хотя сам поток и необратим, но по зависимости (1-64) теплота проточного процесса приближенно тоже равна приращению энтальпии Аг. Следовательно, в этом случае также [c.264]

К числу термоэлектрических явлений относят обычно три обратимых эффекта Зеебека, Пельтье и Томсона. Эти эффекты связаны с взаимным превращением тепловой энергии в энергию электрического тока. Наличие указанной взаимосвязи между потоками электричества и тепла видно из общих уравнений (385). [c.231]

Первое уравнение, уравнение неразрывности, выражает условие сохранения массы это скалярное уравнение связывает мгновенную скорость изменения плотности жидкости в некоторой точке поля, выраженную через полную производную В/Ох, с местной скоростью расширения или сжатия Т-У, обусловленной полем скорости. Второе уравнение, векторное, выражает равенство силы, обусловленной местным ускорением, сумме местной объемной силы, силы, обусловленной градиентом давления, и сил вязкости для ньютоновской жидкости (все силы отнесены к единице объема). Третье уравнение, скалярное, выражает закон сохранения энергии. В нем скорость возрастания температуры приравнивается сумме нескольких членов. Первый из них равен потоку энергии, переносимой теплопроводностью в единицу объема согласно закону Фурье. Второй член выражен через давление исходя из полного тензора напряжений это давление определяется приближенно из обычных термодинамических соотношений для термодинамически равновесного процесса. Поток внутренней энергии, выделенной в единице объема от любого распределенного источника, находящегося внутри жидкой среды, обозначен д ", причем величина его может зависеть от координат, температуры и т. д. Диссипативный член гф, описывающий диссипацию энергии из-за влияния вязкости, представляет собой поток энергии в единице объема, равный той части энергии потока, которая в результате диссипации превращается в тепло. Этот член приближенно равен разности между полной механической энергией, обусловленной компонентами тензора напряжений, и меньшей частью полной энергии, которая описывает термодинамически обратимые эффекты, например, возрастание потенциальной и кинетической энергии. Разность представляет собой ту часть полной энергии, которая в результате вязкой диссипации превращается в тепло. Диссипативная функция имеет следующий вид [c.33]

Выполняется соотнощение взаимности кинетических коэффициентов переноса, которое для наиболее, простых молекулярных процессов переноса является следствием их микроскопической обратимости. Для системы линейных уравнений (5.2) соотношение взаимности означает равенство кинетических коэффициентов, имеющих одинаковые индексы, независимо от их порядка = = Lhi. Это соответствует симметрии между влиянием, например, силы, вызывающей диффузионный перенос, на величину теплового потока и влиянием силы, вызывающей перенос тепла, на величину диффузионного потока. [c.237]

Основным недостатком процесса Клауса является низкая степень конверсии сероводорода в элементную серу (94-95 %), ограниченная термодинамическим равновесием обратимой реакции взаимодействия НгЗ и ЗОг. Так, при производительности по сере 200 т/сут со степенью конверсии НгЗ в серу 95% в атмосферу выбрасывается около 3200 т/год диоксида серы. Кроме того, установки Клауса характеризуются низкой степенью использования тепла технологических потоков на них вырабатывается пар низкого давления, который не находит квалифицированного применения, что значительно снижает технико-экономические показатели процесса. [c.3]

Феноменологические соотношения, определенные в подразделе 1.1, играют важную роль в термодинамике необратимых процессов. Общую основу макроскопического описания необратимых процессов составляет неравновесная термодинамика, которая строится как теория сплошной среды и параметры которой, в отличие от равновесной термодинамики, являются функциями пространственных координат и времени. Центральное место в неравновесной термодинамике играет уравнение баланса энтропии [10]. Это уравнение выражает тот факт, что энтропия некоторого элемента объема сплошной среды изменяется со временем за счет потока энтропии в рассматриваемый объем извне и за счет положительного источника энтропии, обусловленного необходимыми процессами внутри объема. При обратимых процессах источники энтропии отсутствуют. В этом состоит локальная формулировка второго закона термодинамики. Поэтому основной задачей в теории необратимых процессов является получение выражения для источника энтропии. Для этого необходимо использовать законы сохранения массы, количества движения и энергии в дифференциальной форме, полученные в разделе 1. В уравнения сохранения входят потоки диффузии, тепла и тензор напряжений, которые характеризуют перенос массы, энергии и импульса. Важную роль играет термодинамическое уравнение Гиббса (5.49), которое связывает скорость изменения энтропии со скоростями изменения энергии и состава смеси. Оказывается, что выражение для интенсивности источника энтропии представляет собой сумму членов, каждый из которых является произведением потока, характеризующего необратимый процесс, и величины, называемой термодинамической силой. Термодинамическая сила связана с неоднородностью системы или с отклонением параметра от его равновесного значения. Потоки, в свою очередь, в первом приближении линейно зависят от термодинамических сил в соответствии с феноменологическими соотношениями. Эти линейные законы отражают зависимость потока от всех термодинамических сил, т. е. учитывают перекрестные эффекты. Так, поток вещества зависит не только от градиента концентрации, но и от градиентов давления, температуры, электрического потенциала и т. д. Неравновесная термодинамика ограничивается в основном изучением линейных феноменологических соотношений. [c.83]

Суммарное количество подводимого тепла в процессе обратимой ректификации пропорционально потоку пара, поднимающемуся из нижней секции [40]. [c.58]

Согласно приведенному выводу полученное выражение определяет изменение энтропии источников и приемников тепла при термодинамически обратимой ректификации, описываемой уравнениями (11.106) — (11.115). С другой стороны изменение энтропии идеальных потоков определяется этим же выражением (11.133) с противоположным знаком. Таким образом, суммарное изменение энтропии в обратимо работающей ректификационной колонне, в источниках и в приемниках тепла равно нулю. [c.64]

Для анализа процесса обратимой ректификации важное значение имеет не только расположение траекторий, но и характер изменения потоков пара и жидкости по высоте, т. е. распределение зон подвода и отвода тепла по высоте колонны. [c.74]

Каждая траектория отпарной секции с исчерпыванием компонента 2 имеет точку максимума потоков по высоте, показанную на рис. 11-21,0. Поскольку для каждой из этих траекторий процесс можно вести в двух различных направлениях, для одного из направлений процесса профиль потоков носит монотонный характер, а процесс требует подвода тепла по всей высоте секции. При противоположном направлении процесса необходимо подводить тепло в нижнюю часть секции и отводить из верхней. На траекториях этого пучка точки максимума потоков являются особыми точками процесса обратимой ректификации, поскольку при совпадении фигуративной точки питания с одной из этих точек процесс может идти в двух различных направлениях при одних и тех же условиях подвода тепла в райо- [c.77]

Еще большие термодинамические преимущества и еще большее приближение к обратимому процессу ректификации можно получить при сочетании комплексов с обратимым смешением потоков и комплексов с неадиабатическим ведением процесса ректификации (промежуточный подвод тепла и холода). [c.198]

Рис. 41. Схема термодинамически обратимой ректификации многокомпонентной смеси с отбором потоков из смежных колонн (направление маленьких стрелок соответствует подводу и отводу тепла).

Уменьшение энергозатрат может быть здесь достигнуто за счет использования комплексов с рекуперацией тепла, комплексов с обратимым смешением потоков, комплексов со связанными и частич- [c.188]

Изменения энтропии системы можно описывать, пользуясь либо статистическими понятиями, либо представлениями о тепловых потоках. При статистическом подходе энтропия любой системы может быть вычислена, исходя из того, что она обусловлена перераспределением частиц по конфигурационным и квантовым состояниям, возможным для данной системы. Так, если система состоит только из молекул, имеющих одинаковые конфигурации и одинаковые энергии, то энтропия такой системы равна нулю. Изменения энтропии могут быть также вычислены как отношение количества тепла, переданного системе обратимым способом, к абсолютной температуре. Оба метода вычислений приводят к одинаковым результатам. [c.329]

Третья группа — обратимые процессы, занимающие промежуточное положение между процессами, относящимися к первым двум группам. Под обратимым понимается такой процесс, в котором переход системы в прямом и обратном направлениях совершается через непрерывную серию состояний равновесия. Подобно тому как температура определяет направление теплового потока, направление процесса может быть определено по значению энтропии 5, являющейся функцией, характеризующей состояние системы. Согласно второму закону термодинамики, все самопроизвольные процессы протекают в направлении увеличения энтропии. Если бесконечно малый процесс сопровождается поглощением системой из среды тепла dQ, то [c.12]

Вывод о том, что в аппарате вытеснения глубина превращения выше, чем в аппарате смешения, и что преимущество этого потока возрастает по мере роста требуемой степени превращения, верен для изотермических необратимых и обратимых реакций любого порядка (кроме нулевого), а также для большинства тепло- и массообменных процессов. Можно показать, что по глубине протекания процесса поток идеального вытеснения — теоретически наилучший для всех процессов, скорость которых падает номере протекания процесса. [c.137]

Если отношение молярных расходов теплого потока к холодному равно (1 4-ф) 1, то величина расхода энергии на покрытие потерь в таком несбалансированном теплообменнике определяется уравнением (21), написанным как для замкнутого цикла, так и для несбалансированного потока ф. К полученной величине нужно прибавить величину минимальной обратимой работы ф М (Л//з — Го-Дб. р), которая необходима для перевода несбалансированного потока из состояния на входе в теплообменник в состояние на выходе из него (т. е. работы, которая необходима для охлаждения несбалансированного потока от [c.250]

Применение ректификационных колонн со связанными тепловыми потоками позволяет не только уменьшить термодинамическую необратимость при смешении потоков, но и значительно снизить общие затраты тепла и холода. Независимо от числа получаемых продуктов технологические схемы с обратимым смешением потоков имеют всего лишь один дефлегматор и один кипятильник. Недостатком указанных схем по сравнению с обычными является увеличение числа тарелок, потребного для заданного разделения. [c.25]

Возьмем другой простой пример из области теплопередачи. Предположим, что веш,ество нагревается от 30 до 90° С путем протекания через противоточный теплообменник, содержащий вещество, охлаждающееся от 120 до 40° С. И нагрев и охлаждение сами по себе можно считать обратимыми изменениями, и обычно так и делается при термодинамических рассуждениях. Чтобы не возникло представление, что тепловой поток при бесконечно малой разности температур может быть только обратимым, достаточно вообразить тепловой источник, температура которого всегда остается на М градусов выше (или ниже) температуры нагреваемого (или охлаждаемого) вещества. С другой стороны, это не создает путаницы относительно процесса в целом. Он бесспорно является необратимым процессом, поскольку тепло передается с конечной разностью М. При некоторых выводах полезным оказывается другой подход к анализу обратимости процесса. Вкратце его можно характеризовать следующим образом. Если представить достижение всех равновесных состояний только как бесконечно малый переход от соседних состояний, то обратимый процесс можно изобразить графически непрерывной линией на диаграммах состояния (рт mpt ИТ. д.). Необратимый же процесс так изобразить нельзя. В случае необратимого процесса можно отметить начальное и конечное состояния и указать общее направление изменения но природе необратимого процесса присуще, чтобы полный путь изменения был неопределенным, и поэтому он не может быть изображен в виде линии на термодинамической диаграмме. [c.83]

Подведем итоги а) эффективность обратимой системы максимальна б) все обратимые системы имеют одинаковую эффективность в) в условиях обратимости количество тепла, переносимого из резервуара 1 в резервуар 2, точно равно количеству тепла, переносимого в обратном направлении, т. е. в этих условиях отсутствует суммарный поток тепла г) в условиях необратимости существует сумхмарный поток тепла от более теплого резервуара 1 к более холодному 2, 11 > <74 д) невозможно полностью превратить тепло в работу ( 2 не может быть равно нулю), но возможно полностью превратить работу в теплоту (что и делает система В, работая обратимо). [c.342]

Развитие современной термодинамики началось с формулировки ряда постулатов, которые не могут быть строго обоснованы в рамках макроскопических представлений и не являются столь же широкими обобщениями, как первые три начала термодинамики. Можно тем не менее утверждать, что выдвинутые положения, которые рассматриваются ниже, справедливы по крайней мере в случае малых отклонений от равновесия. Вместе с известными началами классической термодинамики новые положения, прюдставляющие собой обобщения соответствующих экспериментальных данных, составили теоретическую основу линейной термодинамики неравновесных процессов. В отличие от равновесных статистических ансамблей характеристики неравновесных макроскопических систем изменяются со временем, а термодинамические параметры имеют разные значения в различных точках системы, т.е. зависят от координат. Существование в системе разности величин какого-либо интенсивного параметра (температуры, давления, концентрации) ведет к возникновению потока некоторого экстенсивного параметра (в конечном счете, вещества и энергии). Скорость переноса экстенсивной величины вследствие выравнивания интенсивного фактора в реальных условиях не будет бесконечно малой, как в случае равновесного, обратимого процесса. К типичным примерам неравновесной системы такого рода можно отнести поток газа при наличии градиента плотности поток жидкости, вызванный разностью гидростатических давлений поток тепла (теплообмен) под действием градиента температуры, поток заряженных частиц в электрическом и магнитном полях и т.д. [c.443]

Предложено несколько вариантов пиролиза на твердом теплоносителе. В одних процессах используют движущиеся крупные гранулы теплоносителя. Таков процесс, разработанный Н. А. Бут-ковым, и процесс фирмы Фарбверке Гехст (ФРГ) , схема которого приведена на рис. 43. Характерным для процесса Гехст является способ разогрева теплоносителя вместо непосредственного контакта с воздухом или горячими дымовыми газами, как это практикуется в других системах, поток теплоносителя, частично охладившегося в реакторе 3, пссле пневмоподъемника попадает в трубчатый нагреватель 1. Трубы изготовлены из легированной жароупорной стали и обогреваются потоком дымовых газов, образующихся от сжигания топлива при этом две трети тепла передаются радиацией. Принятая конструкция нагревателя менее эффективна, чем нагревателя контактного типа, но зато в нем исключается возможность неполноты сгорания углерода теплоносителя при высоких температурах. Известно, что в обратимой реакции С + СОз 2СО равновесие сдвигается в сторону образования окиси углерода при высоких температурах. Так, при 600 " С равновесная концентрация СО составляет около 22%, а при 850 С она достигает 93%. Поскольку сам процесс пиролиза протекает при температуре около 700° С, температура теплоносителя должна бЬ(ТЬ не менее 800° С, т. е. вероятность образования окиси углерода очень значительна. [c.134]

Все термодинамические способы повышения степени рекуперации тепловой энергии в узлах теплообмена и ТС в целом определяются вторым законом термодинамики [7,20-24] идельаные обратимые процессы протекают без изменения энтропии, в то время как в реальных, необратимых процессах, она возрастает. Наиболее отчетливо это видно из анализа идеального цикла Карно, в котором возможно максимальное превращение имеющегося тепла в работу. Если обозначить количество тепла при температуре потока Т через Ц, а -температура окружающей среды, то теоретически максимально возможное количество работы А, получаемое в цикле Карно, равно Q (Т -Т )/Т . Величина TQ/TJ - часть тепла, которое рассеивается в атмосферу (рис. I). Зависимость цикла Карно от температуры =(Т]--Тд)/Т представлена на рис. 2. Из изложенного вытекает несколько важных термодинамических предпосылок, учет которых при синтезе оптимальных ресурсосберегающих ТС позволяет обеспечивать их высокую эффективность. [c.38]

По данному алгоритму проведен расчет режима обратимого разделения смеси Оензол-толуол. Относительная летучесть компонентов и теплота испарения-конденсации приняты постоянными и равными 2.6 и 25.1 Мдж/моль соответственно. Расход исходной смеси равен 100 моль/ч, значение тфинято равным 0.95. Результаты расчетов приведены в таблице 4.1. Здесь концентрации бензола и доля отгона в ступенях приведены в мольных долях, расходы потоков в молях, ве-жчины тодвсда и отвода тепла в Мдж/ч. [c.93]

Усовершенствование циклов и квазициклов путем введения регенерации тепла основано на другом принципе — использовании внутреннего теплообмена между потоками рабочего тела. На рис. 1.6 показано несколько циклов, расположенных в одном и том же температурном интервале, с одинаковыми количествами подведенного и отведенного тепла. Первый из них (рис. 1.6,а) — обратный цикл Карно, в котором процессы 1-2 и 3-4 изэнтропы внутренний теплообмен в цикле отсутствует, есть только внешний теплообмен в процессах 2-3 и 4-1. Второй (рис. 1.6,6)—цикл, в котором процессы 1-2 и 3 -4 связаны теплообменом некоторое количество тепла регенерации Qp передается от потока т охлаждаемого рабочего тела к потоку п нагреваемого тела, вследствие этого линии 1-2 и 3 -4 делаются наклонными. В процессе 2 -3 энтропия уменьшается, а в процессе 4-1 возрастает (в пределе, если теплообмен проводится обратимо при АТ->-0, изменения энтропии будут по абсолютному значению равны). В результате при тех [c.18]

Вернемся к фиг. 53, на которой дана схема отгонной колонны, и попробуем установить, какие необходимы соотношения для расчета изменяющихся составов паровых и жидких потоков по тарелкам колонны. За исходную точку при анализе работы колонны принимаем обычно нижний продукт / , уходящий из кипятильника с составом и находящийся при точке начала кипения иначе говоря, отводимый в состоянии насыщения как жидкий остаток процесса однократнога испарения в кипятильнике. Здесь уместно подчеркнуть, чтО кипятильник отгонной колонны является единственной ступенью во всем рассматриваемом колонном аппарате, где имеется не диффузия, а частичное испарение в собственном смысле. Это и понятно, ибо в кипятильнике не контактируют неравновесные потоки жидкости и паров, а имеет место нагрев флегмы стекающей с первой тарелки за счет сообщения ей В ккал тепла. Предполагая процесс однократного испарения флегмы 1 протекающим обратимо, можно заключить, что она разделяется на две равновесно сосуществующие паровую и жидкую фазы. Нижний продукт колонны является жидкой фазой, образующейся в этом процессе, и поскольку его состав Хд нам изве- [c.194]

Отказ от применения в разделительных системах только простых последовательно связанных между собой ректификационных колонн (псевдокомплекс [5]) и переход к более сложным ректификационным комплексам вызван в основном двумя причинами. Для зеотропных смесей — это, как правило, стремление уменьшить энергетические затраты на разделение, являющиеся основной составляющей всех затрат. Уменьшение энергозатрат на разделение может быть достигнуто применением комплексов с рекуперацией тепла, комплексов с обратимым смешением потоков, со связанными и частично связанными тепловыми потоками, а также комплексов с разделяющими агентами. [c.193]

К комплексам с рекуперацией тепла условно относят все ректификационные комплексы, в которых снижение энергозатрат на разделение достигается в результате теплообмена между потоками и подвода тепла или холода на промежуточных между верхней и нижней изотермах, т.е. при температурах, которые находятся между температурами дистиллята и кубового продукта. К комплексам такого типа относятся комплексы с тепловым насосом. Они используются при малой разности температур между верхом и низом колонны (бдизкокипящая смесь), при больших флегмовых потоках и низких температурах верха колонны. Примером использования такого комплекса может служить разделение пропилена и пропана. Если температуры верха одной колонны и низа другой имеют достаточную положительную разность, то возможна организация теплообмена между конденсируюш1шися и испаряющимися потоками, что приводит к комплексам с теплообменом. Комплексы с промежуточным подводом тепла или холода и несколькими вводами сырья приближают процесс ректификации к термодинамически обратимому процессу Дальнейшее развитие этой тенденции связано с использованием комплексов с обратимым смешением потоков, схемы некоторых комплексов такого типа приведены на рис. 4.12,4.13. [c.189]

Электромагнитная реология, т. е. обратимые воздействия внешних электрических и магнитных полей на механическое поведение суспензий при сдвиговом течении. Такие дисперсии (электровязкие, типа керосин + 5102, и магнитовязкие, типа масло + мелкораздробленный ферромагнетик) в поперечных по отношению к ламинарному потоку полях проявляют повышенное сопротивление сдвигу (эффективную вязкость), на 4—5 порядков большее, нежели в отсутствие поля. Исследования подобных воздействий имеют не только научно-познавательное значение, но открывают также широкие возможности для целесообразного управления движением суспензий (например, полная или местная ламинаризация потока за счет гашения его турбулентности электромагнитным полем). Это плодотворное направление в настоящее время получило развитие в Институте тепло- и массо-обмена Академии наук БССР. [c.7]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология