Проблемы термодинамического анализа в технологиях теплоты процессов химических производств

Лекция 5

Под «технологией теплоты» понимается технология (последовательность операций, способ) создания и последовательность взаимодействия материальных и тепловых потоков в термодинамической системе, а также пути их реализации.

Под термодинамической системой понимается процессы, где осуществляется передача энергии в форме теплоты. Это могут быть процессы химической технологии, процессы генерации теплоты на электростанциях, котельных и др.

Понятие «технология теплоты» не ограничивается лишь оценкой степени термодинамической эффективности процесса и определения путей его совершенствования. Она включает также сопряженные с этим процессом и другие аспекты для реализации тепловой схемы с низкими энергозатратами: разработка высокоинтенсивных технологий и аппаратуры, статическая и динамическая оптимизация их параметров, экологическая безопасность технологических процессов. Другими словами это проблема эффективного потребления или генерирования теплоты при минимальных капитальных затратах.

Первым этапом синтеза высокоэффективной технологии теплоты является термодинамический анализ существующей или проектируемой термодинамической системы. Современный метод термодинамического анализа базируется на первом и втором законах термодинамики. Этот метод называется эксергетическим.

Несмотря на высокий уровень развития теории этого метода и его приложения для практики, следует выделить ряд проблем для его дальнейшего развития.

К основным из них ним следует отнести:

- определение упрощенного способа определения эксергетического КПД для процессов осложненных экзо и эндотермическими эффектами;

- простой и более точный способ установления связи эксергетических потерь в теплоиспользующем процессе с расходом топлива в систему.

На этапе исследований эксергетического анализа определяется эксергетический КПД каждого из теплоиспользующих процессов и его связь с эксергетическим КПД анализируемой системы. Определяется степень термодинамического совершенства каждого теплоиспользующего процесса и его вклад в степень термодинамического совершенства анализируемой системы. На основе анализа эксергетических характеристик формулируются требования к технологии процесса как термодинамической системы. Выбирается структура технологии теплоты максимально отвечающая этим требованиям и составляется программа исследований для реализации этих требований. Далее разрабатываются алгоритмы по определению оптимальных параметров системы. Разработка высокоэффективной технологии теплоты сводится к минимизации эксергетических потерь в системе по технико-экономическому критерию.

Чем меньше эксергетические потери в системе, тем меньше необратимость процессов теплообмена, тем меньшим расходом топлива, характеризуется система. Для достижения максимального эффекта необходимо проведение исследований в области интенсификации теплообмена и конструкторских проработок для обеспечения сформулированных требований на этапе эксергетического анализа термодинамической системы.