Химическая эксергия элементов и соединений. Химическая эксергия элементов и соединений включает

e_Хим = e_r + e_C .

Данные по химической эксергии элементов представлены в приложении 18 уче­бника. Например, для сложного вещества A_aB_bC_c (A , B , C – элементы, a , b , c – стехиометрические коэффициенты) расчет ведется по уравнению

e_Хим(A_aB_bC_c) = – G + ae_A + be_B + ce_C ,

где G – энергия Гиббса образования вещества A_aB_bC_c при p_ОС и T_ОС , e_A–C – эксергии соответствующих элементов.

Условия протекания рассчитываемых процессов определяют локальную ОС. В нее должны входить те вещества отсчета, до которых могут девальвироваться участвующие в процессе элементы. Например, если очищенную воду получают из морской воды, то ЛОС – морская вода, если из речной воды, то ЛОС – речная вода.

Изменения химической эксергии при химических превращениях.

Уравнение реакции

Входящие A_i и выходящие B_i вещества состоят из одних и тех же элементов, поэтому в расчете их эксергии сокращаются, т. е.

G = H – T_ОСS – для любого вещества при его образовании когда T = T_OC = const . Тогда имеем

Здесь Q – тепловой эффект химической реакции при данных условиях. В ориентировочных расчетах часто полагают E_хим  Q .

Эксергия теплового потока.

При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок во многих случаях приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Эксергия теплового потока – максимальная работа, которую можно получить в цикле за счет теплового потока q от источника с температурой T , если приемник теплоты ОС имеет температуру T_ОС .

Рис. 1.

Площадь фигуры на T , s диаграмме равна теплоте выделяемой в циклическом процессе, и в силу равенства, вытекающего из интегрирования дифференциального соотношения первого начала термодинамики

равна также работе за цикл, поскольку интеграл по замкнутому контуру от полного дифференциала du равен нулю. Поэтому для эксергии имеем (величину заштрихованной площади на рис. 1 , поскольку теплоту, численно равную площади T_ОС(s₂ – s₁) невозможно использовать)

e_q = q – T_ОС(s₂ – s₁)  e_q = q – T_ОСds .

Для обратимого процесса q = Tds . Отсюда следует

e_q = q(1 – T_ОС/T) = q_e , (1)

где _e = 1 – T_ОС/T – эксергетическая температурная функция, равная КПД цикла Карно при данных температурах, который обсудим в дальнейшем. Она меняется в пределах _e  (– , 1) . График функции _e(T) представлен на рис. 2.

Рис. 2.

Для всего процесса, эксергия определяется интегралом

лучше

от текущего состояния РТ , помеченного в нижнем пределе соответствующей температурой T , до состояния ОС при температуре T_ОС . Заметим, что в данном случае эксергия не является функцией состояния (зависит от пути процесса).

В частности для изобарного процесса, когда q_p = dh , имеем

(1*)

Таким образом изменение эксергии потока РТ при p = const равно эксергии, связанного с этим процессом теплового потока, что часто упрощает расчеты при T ≠ const .

Классификация основных процессов с преобразованием энергии.

Выделяются четыре группы:

1. Сжатие и расширение РТ.

2. Теплообмен между рабочими телами.

3. Смешение и разделение веществ, происходящее без образования новых веществ.

4. Химические реакции.

Целесообразно выявить и исключить из рассмотрения транзитные эксергетические потоки. Напомним, что транзитная эксергия – часть потока эксергии, проходящая через ТС и не участвующая в процессах преобразования.

В случае 1 и 2 транзитными являются концентрационный e_C и реакционный e_r потоки эксергии; 3 – транзитным является реакционный e_r поток эксергии; 4 – нет транзитных потоков.