книги / Эксергетические расчеты технических систем
..pdfДля такого случая формула (5.32) представляется в общем виде как
где нижние индексы «эн» — эксергия потоков энергии; «тм» — термомехани ческая эксергия; х — химическая эксергия; п — индексы различных энерге тических потоков системы; f — номера потоков вещества; i — номера веществ, присутствующих в потоках.
В числителе формулы (5.42) стоят полезные эффекты 2Д Е”, связанные с увеличением (получением) различных видов эксергии в системе, а также с об разованием в ней новых веществ, в знаменателе — затраты эксергии 2V £' за счет которых получаются полезные эффекты *. Эти затраты 2V £' вызваны уменьшением различных видов эксергии и исчезновением некоторых веществ в ходе химических реакций. При этом в формуле (5.42), в отличие от (5.32), все слагаемые однозначно определены.
Алгоритм расчета эксергетического КПД по формуле (5.42) состоит из ше сти этапов:
1.Нахождение на основе материального баланса массовых частей пото ков gf (f = 1, 2, 3, ...) на входе в систему, из которых образованы выходящие потоки.
2.Представление эксергии каждого выходящего из системы потока ве щества, а также эксергии соответствующих массовых частей на входе в систе му, в виде сумм химической и термомеханической эксергии.
3.Установление эксергии различных видов энергии на входе и выходе системы.
4.Выявление транзитной эксергии различных видов.
5.Определение полезных эффектов (т. е. какие виды эксергии увеличи лись и какие новые вещества образовались при работе рассматриваемой систе мы), а также затрат (какие виды эксергии уменьшились и какие вещества прев ратились в другие) с помощью вычитания из каждого вида эксергии потока энергии и каждого вида эксергии потока вещества, относящегося к одному и тому же материальному потоку, соответствующих значений транзитной эк сергии.
6.Расчет эксергетического КПД ч\е делением суммы всех полезных эффек тов на суммарные затраты.
Пр и м е р 1. Расчет эксергетического КПД дросселя низкотемператур
ной установки. |
|
и температурой |
|
V |
В низкотемпературной области вещество с давлением р' |
||
дросселируется до давления р" с целью охлаждения до температуры Т* < |
|||
< |
Г |
|
|
|
Суммарная эксергия £тм на входе и выходе системы составляет |
||
|
= |
ge'ru(p\ Т)\ |
(5.43) |
|
£ т м = |
g£ ТМ ( р t Т ) • |
(5.44) |
* См. примечание на с. 117.
ъ |
( W ) |
(Рг/т) V |
|
|
<\ |
Рис. 5.6. К расчету эксергетического КПД теплообменника:
g, р, Т — расход, давление, температура по тока [соответственно; Е^ — эксергия переда
ваемого теплового потока
Для |
выявления |
транзитной эксер- |
гии |
во входящем |
и выходящем пото |
ках нужно определить наименьшее дав ление и наибольшую температуру, ибо при таких параметрах потоки имеют наименьшую эксергию [38]:
Гтах = |
max {Г, Т"} = Т'\ |
|
pmin _ |
m jn | р > > р "} = |
р \ |
Тогда: |
|
|
E% =geTM(p \T '). |
(5.45) |
|
Вычитая выражение (5.45) из равенств (5.43) и (5.44), можно вывести фор мулу для определения эксергетического КПД
л, = -Щ Г * |
(5-46) |
где АЕт= g [е™ (р\ Т") — еш {р\ Т’)\ — увеличение термической составля ющей эксергии при давлении выхода; VEP = g [етм (р\ Т') — еш {р\ Т')] — уменьшение механической составляющей при температуре входа Т'
Выражение (5.46) совпадает с формулой (4.44) для расчета эксергетическо го КПД г]е дросселя. Использование описанной методики позволяет вывести эту формулу по эксергии на входе, выходе и транзитной непосредственно по алгоритму, не выбирая, что отнести к полезным эффектам, а что к затратам.
П р и м е р 2. Расчет теплообменника.
В теплообменник (рис. 5.6) поступает поток вещества I в количестве g\ с температурой Т\ и давлением р\. В процессе теплообмена с потоком вещества II (входные параметры gu, Т\\ и /?ц, соответетвенно) поток I нагревается до тем пературы Тц. Из-за гидравлического сопротивления его давление снижается до/^.Одновременно поток II охлаждается до Гп, а его давление снижается
до р\\.
Так как в рассматриваемой системе состав потоков не меняется, при ана лизе необходимо учитывать лишь термомеханическую эксергию. Тогда сум
марные энергии на входе |
и выходе Е™ системы составят |
|
|
|
Eru — ^ TMJ "Ь ^тмп» |
(5-47) |
|
|
Етм = Е-Ш] -f- £тм„, |
(5.48) |
|
где |
|
|
|
Е-тщ == ^1^тм| {pi t T^i), |
^ тм ц == ^TlI^TM|| (/^11* Т и У |
|
|
Етм[ = g\^TU\ {pit Т i)» |
£тмп = /^П&гмц {P\\t Еll). |
|
|
Для выявления транзитной эксергии в потоках I и II необходимо опреде лить наименьшие температуру и давление потоков на входе и выходе системы!
7Т|П= |
min [Т\, Т\) = Tv, |
TTin = min (Т\и Ги) = Гп; |
/?Г1п = |
min = {р\, р\) = pv, |
/>п‘п = min {/>ц, />п} = рц. |
Тогда транзитные эксергии потоков I и II составят: |
|
||
£™, = |
g\eтм, (Ри Т\)\ |
|
(5.49> |
^тмц = |
ёпбтмп (ри, тп). |
|
(5.50) |
Вычитая, согласно формуле (5.42), значения |
и £ £ „ |
из уравнений |
|
(5.47) и (5.48), можно получить выражение для расчета эксергетического КПД теплообменника:
|
|
|
|
Д£Т] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л‘ ~ |
+ |
’ |
|
|
|
(5,51> |
||
где |
АЯТ, = gi [егщ (р\, Т\) — етм, (р\, Т |)] — увеличение |
термической |
составля |
||||||||
ющей етэксергии потока I при давлении выхода р\, |
обусловленное нагре |
||||||||||
вом |
этого потока |
от |
температуры |
Т[ до |
T\\ V£rau = |
[е™п {риТ и) — |
|||||
— етмц (Ри, Уи)] — уменьшение термомеханической эксергии |
потока И, |
обу |
|||||||||
словленное снижением температуры и давления этого потока; |
V £P] = |
g t |
х |
||||||||
X [в™, (р1, Т |) — е™, (р\, Т [)) — уменьшение |
механической составляющей |
ер |
|||||||||
эксергии потока I при температуре входа Т\, обусловленное |
снижением дав |
||||||||||
ления этого потока от р\ до р\\. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Такой КПД теплообменника будет всегда положителен независимо от со |
||||||||||
отношения факторов, связанных с теплообменом и потерями давления. |
|
|
|||||||||
|
П р и м е р 3. |
Расчет эксергетического КПД |
химического |
реактора. |
|||||||
В химический реактор |
поступает смесь двух веществ Л и В при температуре |
||||||||||
Т ' и давлении р ' (число молей Л и В в единице массы потока п а |
и п в соответ |
||||||||||
ственно). В результате экзотермической реакции образуется вещество С. При этом температура смеси на выходе системы увеличивается до Т \ а давление снижается до рп из-за гидравлического сопротивления аппарата. Число молей, непрореагировавших веществ Л и В, а также вещества С в единице массы вы
ходящего потока, составляют пд, пв, *%с, соответственно.
Удельная химическая эксергия на входе и выходе системы может быть рас считана по выражениям
е,* = пАрА + пврв\ ех = пАрА + пврв + перс.
Удельные термомеханические эксергии соответственно составляют
Г ) и е™ (р \ Т").
Согласно приведенному выше алгоритму нужно определить наименьшие значения количеств молей и химических потенциалов веществ, одновременно присутствующих на входе и выходе системы, температуры и давления потоков. Если принять, что химические потенциалы веществ Л и Б на выходе меньше, чем на входе, то
п Т п = min {п 'А, п А)
р Т ' = min { р А, Ра )
= |
п а \ |
Лв1п = |
min \ п Ву п в } =* п'в\ |
= |
Ра \ |
р Т п = |
min \ р в , р'в) — Р в\ |
Tmln = min {Г, Г ) = Г ; pmin = min {р', р”) р \
*>bn2‘>P'jT' |
(nlf) n2,l)Pi’ Ь) |
|
|
|
h |
|
(n2jpП1/7>PU7^ |
Рис. 5.7. К расчету эксергетического КПД системы разделения смеси:
п — число молей компонента в смеси; р, Т — давление и температура потока соответствен но; g — расход потока; Еэ — поток электро
энергии; Ед — эксергня теплового потока
В этом случае транзитная химичес кая эксергия рассчитывается по форму ле
е? = пА\СА + nB\iB. |
(5.54) |
Если принять, что ети(р’,Т ') > е т (р") Т'), т. е.
eZ = min {еш (р", Т') и ети(р", Т')) =
= eUp", Г ),
то согласно общей формуле (5.42) можно получить
Кс + Д£т
Т)е“ E ^A + E ^B +VExA + ^ExB + VEp •
(5.55)
где |
Е хс — химическая |
эксергия |
образовавшегося вещества |
С; Д £т = g [еп х |
|
X (р", Тп) — е" (р\ Т')\ — увеличение термической составляющей эксергии |
|||||
потока при давлении |
выхода |
р"\ Ехдд = g(nA— пА) рд и Ех&в = g(nB— |
|||
— пв) М-в— химические |
эксергии части веществ А |
и В, |
израсходованных |
||
на |
образование вещества С; |
VExA = gnA {\iA— цд) |
и VExB = gnB (рв — |
||
— Рв) — затраты химической эксергии, связанные с уменьшением химических потенциалов части веществ А и В, одновременно присутствующих ;на входе
и выходе системы; VEP = g [еш (р\ Т') — еТ1Л{р\ Г")] — снижение механической составляющей эксергии при температуре входа Т \ обусловленное падением давления в системе и изменением теплофизических свойств потока.
П р и м е р 4. Расчет эксергетического КПД системы разделения смесей. В систему (рис. 5.7) для разделения поступает двухкомпонентная смесь (компоненты У, 2) с температурой Т9и давлением р9 Система потребляет пото
ки эксергии теплоты Ед и электроэнергии Еч.
В результате работы системы на выходе получаются два потока вещества: поток I в количестве^, обогащенный компонентом 1 (содержит п\9г и я2.i мо лей 1-го и 2-го компонентов в единице массы потока, соответственно), с парамет
рами рI, Т\\ и поток II в количестве^!, обогащенный компонентом 2 (содер жит П2м и п\,п молей 2-го и 1-го компонентов в единице массы потока), с па раметрами рц, Т\\. Кроме этого, из системы выходит поток эксергии тепла Ед.
На основе материального баланса массовые части потоков на входе в си
стему, из которых образованы выходные потоки, |
составляют g\ и gn, соответ |
||||
ственно. |
|
|
|
|
|
Удельная химическая эксергия обоих потоков на выходе и соответствую |
|||||
щих массовых частей на входе рассчитываются |
по выражениям |
||||
e Kj = |
rtijfii -(- Лглрг.ь |
|
e X u = n ifiip i,ii - f |
^2,11(^2,11; |
|
/ |
/ |
/ |
/ |
9 |
i |
e«i = ЛмЦ 1 + /12,1^2; e Xn = /ii.nm + « 2,I I ^2-
Удельные термомеханические эксергии соответственно составляют: e’TUl х
X (ри Т\), егМП(рп, Т п), еТМ| (р', Т), втыц (р', Г').
Если допустить, что разделение смеси сопровождается повышением тем
пературы выходящих потоков, т. е. Т\ > Т |
и Т"и > Г, то наименьшее значе |
ние химических потенциалов компонентов |
(веществ), одновременно присут |
ствующих на входе и выходе системы, температуры и давления, соответствен но составляют
Н-и" = |
min (рь pu} = |
pi; |
р™!" = |
min {рг, Р2.1} = pii.i; |
||||
Ри" = |
min (pi, pi,»} = |
pi.11; |
р™1" = min {pj, p2.11} = P2; |
|||||
ГГ1" = min [T‘, T"i) = |
T'\ |
рГ‘" = [p\ |
p[) = p,; |
|||||
Гп‘" = min {Г , Тп) = |
Г ; |
р Г |
= |
min {р\ р'„} = р"и. |
||||
Тогда e^l = nuPi + n2.1P2.1I £хп = |
/luiP ui |
+ |
яг.пРг. |
|
||||
Если допустить, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
^тм] = (рь Г ) < |
e-ruj (pi, Г ) |
и бтми (Рп, Г ) <С б-мц (рп> Г ), |
||||||
то |
= min {е™, (pi, Г')}; е™, (рь Г')} = |
е™, (pi, Т')\ |
||||||
£тмц ==min |
(pm Г )}, |
6TMJ] (рп> Г )} = |
бтмц (рп» Г ). |
|||||
По определению |
|
е ? = е ;. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
Согласно общей формуле (5.42) можно получить |
|
|||||||
|
|
ДЕ, 1,1 + |
Д£х2,11 + |
Д£т1 |
(5.56) |
|||
|
= V£„ 4- V£„. |
4- V£„ 4- |
|
|||||
где A£xu = gi«u (pu — pi) и A£X2i11 = |
giin2,n (рг.п — P2) — работа выделе |
|||||||
ния компонентов 1, 2, соответственно, до заданных концентраций из исход
ной смеси; Д£т, — gi [ ^ ( Р ь |
Г1) — е™(pi, |
Г')] и A£T„ = |
gu [етми (Ри, Тп) — |
||
— ета (рп, Г ')]— увеличение |
термической |
составляющей |
эксергии |
потоков |
|
веществ |
I и И, соответственно, при давлениях на выходе рь рп; V£X2>I = |
||||
= |
(Р2 — P2,i); VEx1>n = g2ni,II (pi — Pui) — затраты |
химической |
эксер |
||
гии, связанные с уменьшением химических потенциалов (из-за уменьшения
концентраций) компонентов |
2 ,1 в выходящих потоках I, II, соответственно; |
|||
A£PI — gi [бтм (р7, Г') eTMj (pi, Г )]; V£PII = gu [бтм (р', Т ) |
■ |
(рп, |
Г')] |
|
уменьшение механической |
составляющей эксергии потоков |
вещества |
I и II, |
|
соответственно, при температуре на входе Г'; V£? = Eq — Eq— разность эксергий потоков теплоты на входе и выходе системы (в тех случаях, когда поток
теплоты на выходе системы не используется, его эксергия Е„ представляет со бой внешнюю потерю [38] и VE, = Ед); Е3— поток электроэнергии.
Расчет эксергетического КПД технических систем передачи энергии и вещества (группа 2)
В системах группы 2 (см. с. 138) происходит только пере дача одного и того же вида эксергии от одной подсистемы к другой без ее пре вращения в другой вид. В таких системах форма эксергии остается той же, но изменение какого-либо потенциала (обобщенной силы) сочетается с противо положно направленным изменением обобщенной координаты; при этом какая-то часть эксергии теряется. Например, механический редуктор, в котором меня ются соответственно крутящий момент и число оборотов; трансформатор, в ко тором меняются напряжение и сила тока. К этой же группе относятся системы транспорта энергии и вещества; линии электропередачи, процессы в которых сопровождаются тепловыми потерями; трубопровод, течение в котором связа но с гидравлическими потерями; теплотрасса, в которой имеются потери теп лоты через изоляцию и т. д. Здесь также каждая потеря может быть выражена через эксергию. Такие системы, по-существу, удовлетворяют двум целям: соб ственно транспорту вещества или энергии из одной точки в другую и сведению до минимума потерь, сопровождающих перенос. Первая задача не может быть отражена через термодинамические величины (в том числе и КПД), а вторая — может.
Таким образом, общая особенность систем группы 2 состоит в том, что эксергетический КПД г\е может быть использован лишь для характеристики от носительных потерь, сопровождающих транспорт эксергии. Поэтому для со ставления расчета эксергетических КПД систем этой группы нужно устано вить только те виды эксергии, которые уменьшаются в процессе транспорти рования. Для этого составляются уравнения поступающего Е' и выходящего
Е” эксергетических потоков системы, |
и далее расчет проводится |
по формуле |
т\е= |
Еп/Е'. |
(5.57) |
Например, при транспортировании идеального газа в изотермическом трубопроводе при температуре окружающей среды Т0.с (давление меняется от р' до р") изменяется лишь механическая составляющая эксергии. Поэтому
Е' = RTe.с In (р'/Ро.с)> Е' = RT0,с In {р'/Ро.с).
Следовательно, в соответствии с формулой (5.57)
=In р” — \прос
^е ~ \пр' — \прос
Эффективность технических систем, у которых присутствуют полезные эф фекты систем обеих групп, может быть одновременно охарактеризована эксергетическими КПД, рассчитанными по выражениям (5.32) и (5.57). Пример та кой системы — трубопровод природного газа при его температуре ниже тем пературы окружающей среды. При транспортировании газа в таком трубо проводе происходит снижение температуры в результате дросселирования, приводящее в конечном итоге к экономии эксергии в компрессорах природно го газа. С точки зрения уменьшения потерь при транспорте газа из одного пункта в другой, эффективность трубопровода может быть оценена показате лем, определяемым по формуле (5.57), а с точки зрения использования допол нительного охлаждения, возникающего в результате дросселирования газа,— по формуле (5.32).
ГЛАВА
6
АНАЛИ З И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
§ 1. Общие положения
Процессы преобразования вещества и энергии в хими ческой технологии чрезвычайно разнообразны. Многие из них, такие, как сжа тие и расширение газов и жидкостей, а также теплообмен, анализируются и оцениваются теми же методами, что и в энергетических системах (см. гл. 4 и 5). То же в значительной степени относится и к процессам разделения и смешения. Однако химической технологии присущи свои специфические процессы, пред ставляющие собой различные химические реакции, ректификацию, абсорбцию и десорбцию. Особый класс составляют процессы в электрохимических уста новках, требующие специального рассмотрения.
§ 2. Разделение смесей, смешение
Наиболее распространенные в химической технологии процессы смешения — растворение (абсорбция) газов в жидкостях, твердых: веществ в жидкостях, смешение жидкостей и газов, испарение жидкостей со=
смешением паров с газом. К |
процессам |
разделения относятся процессы де |
||
сорбции |
газов из жидкостей, |
твердых тел, кристаллизации, |
ректификации |
|
и т. д. |
Ряд технологических |
процессов |
носит комплексный |
характер. Так, |
при экстракции сначала смешивают смесь с экстрагентом, затем разделяют полученную новую смесь экстрагента с одним из компонентов первоначаль ной смеси. Аналогично в абсорбционно-десорбционных циклах сначала рас творяют один из компонентов смеси в жидкости, а затем разделяют получен
ный раствор. |
смеси может |
Термодинамическая работа разделения 1 моль идеальной |
|
быть определена по возрастанию эксергии |
|
АЕ = — RTo.cExi In xi, |
(6.1) |
R — газовая постоянная; х — молярная доля компонента. |
|
Для неидеальной смеси эта работа равна |
|
АЕ = АН — RTa.c^Xt In y(xit |
(6.2) |
где yi — коэффициент активности i-ro компонента. |
|
|
|
|
|
|
Величина АЕ равна (с обратным |
|||
|
|
|
|
|
знаком) потерям эксергии при |
сме |
||
|
|
|
|
|
шении. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Доля работы разделения в общих |
|||
|
|
|
|
|
затратах эксергии |
на разделение сме |
||
|
|
|
|
|
си в промышленных установках обыч |
|||
|
|
|
|
|
но невелика. Поэтому КПД процес |
|||
|
|
|
|
|
сов разделения, как правило, |
невы |
||
|
|
|
|
|
сок: от нескольких процентов (иногда |
|||
|
|
|
|
|
даже долей процента) до 18—20 %. |
|||
|
|
|
|
|
Процессы смешения бывают пол |
|||
Рис. 6.1. Принципиальная схема моноэтано- |
ностью необратимыми (например, сме |
|||||||
шение идеальных газов или жидкос |
||||||||
ламиновой (МЭА) очистки газа |
от |
диоксида |
||||||
углерода: |
|
|
|
тей в отсутствии |
полупроницаемой |
|||
I — абсорбер; I I — регенератор; |
I I I |
— теплооб |
перегородки), но |
нередко часть эк |
||||
менник; |
I V — холодильник раствора; |
V — холо |
сергии, теряемой при смешении, мож |
|||||
дильник |
(конденсатор) |
парогазовой смеси; V I — |
||||||
кипятильник |
|
|
|
но использовать. Так, при абсорбции |
||||
теплота, которую |
|
|
|
газов жидкостями обычно выделяется |
||||
иногда частично используют для снижения энергетических |
||||||||
затрат при десорбции. |
|
|
|
|
|
|||
В ходе абсорбции производится полезная работа увеличения концентра |
||||||||
ции (Де3,у) или парциального давления |
(Леэ,р) очищаемого газа, а также мо |
|||||||
жет увеличиваться его термическая составляющая эксергии *. |
|
|||||||
В качестве полезного эффекта при растворении газа можно рассматри вать также ту часть изменения эксергии раствора, которая связана с увели
чением давления р2 растворяемого газа над раствором:
хJ2 |
|
А^2,ж = ЯТо.с j* In P*dx2. |
(6.3) |
Если абсорбция протекает в адиабатных условиях, то полезным эффек том является также увеличение эксергии раствора вследствие его нагрева за счет теплоты абсорбции:
L_ |
, (Тг - T j - |
Т0.сСр1 п - £ ] — £ |
Г(7’1 _ Т2) - |
Г0, In |
|||
А^нагр.ж — ~п* |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
(6.4) |
где L, ср, п1%Ах — соответственно циркуляция |
и теплоемкость |
раствора, |
|||||
число молей растворенного газа'и разность его концентраций в |
насыщенном |
||||||
и регенерированном растворах; Тг и Т2 — температуры |
в |
точках схемы |
|||||
(рис. 6.1). |
|
|
|
|
|
|
|
При адиабатной абсорбции, а также, если температуры исходного Тг, |
|||||||
очищенного Tv газов и исходного раствора Т2 равны между собой |
и равны |
||||||
* Здесь и далее нижними |
индексами обозначены компоненты |
смеси |
(1 — исходная |
||||
смесь; 2 — хорошо растворимый газ; 3— плохо растворимый газ; у — концентрация в газовой фазе; р — парциальное давление компонента в газовой фазе; ж — жидкая фаза), а верхними цифровыми при х и р — точки на схеме (рис. 6.1).
температуре окружающей среды Т0.с, а также, если теплоемкости раствора и газа в ходе абсорбции существенно не изменяются, то
Аб?нагр.ж — А / / 2 — Т |
< |
Ах |
Тох + |
ДЯ2Дх/ср |
|
Тпг |
|
||||
„ д н , _ г „ |
А |
1п(| |
+ ^ а |
- ) , |
(6.5) |
где АН2— интегральная теплота растворения.
Основная затрата эксергии в ходе абсорбции связана с потерями эксергии извлекаемой газообразной примеси (диоксида углерода), равновесное
давление которой над раствором р всегда ниже, чем давление ее в газовой фазе /?2, поскольку движущая сила абсорбции в реальных условиях отлична от нуля. Следовательно, убыль эксергии, связанная с изменением давления С02 при абсорбции,
In p*dx ). |
(6.6) |
Если абсорбция проводится в изотермических условиях (теплота аб сорбции отводится и не используется для получения полезной работы), то эта часть изменения эксергии при растворении теряется полностью. При абсорб ции в адиабатных условиях небольшая часть эксергии используется. Таким образом, потери, связанные с теплотой абсорбции,
ха)
V<?AW.a6c = J |
ДЯа (1 - |
d x — fe- [(7 Х- Т2) - |
Т0.сln - £ ] . (6.7) |
42’ |
|
|
|
В уравнение |
(6.7) входит температура Ттах, равная |
максимальной тем |
|
пературе абсорбции при проведении ее обратимым путем. Максимальная тем пература абсорбции может быть найдена из условия, что если Т = Ттах, то
р2 |
= р2 (рабочая линия совпадает с равновесной линией, |
движущая сила |
|
процесса равна нулю). |
|
(на 1 м3 извле |
|
|
Таким образом, общие потери эксергии при абсорбции |
||
каемого газа): |
|
|
|
|
Vбабе = |
|
|
= |
Vбг.або + VeAtf.aCc =RT, |
|
dx — |
|
Та.цСр 1П11 — |
АЯдАд: \1 |
(6.8) |
|
°»Т0.С jj ‘ |
||
|
В итоге общий полезней эффект при абсорбции |
|
|
|
ДбпОЛ.вбс — Д®3,р "Ь Д^2,ж |
Дбцагр.ж, |
(6.9) |
где величины, входящие в уравнение (6.9), могут быть найдены из уравне-
Таблица 6.1. Термодинамическая эффективность процесса абсорбции С02 раствором моноэтаноламина (МЭА)
ний (6.4), (6.5); Дез.р — полезная работа увеличения парциального давления очищаемого газа (индекс
Параметр |
Обозначе |
Значение |
3 ): |
ние |
|
Дез.р — RTо.с In |
рЪу? |
( 6. 10) |
Произведенная эксергии, |
|
|
|
|
||||
кДж/моль С02 |
|
А^зр |
|
2,34 |
где р — давление газа; у — концен |
|||
|
|
|
|
7,51 |
||||
|
|
|
Д*2.ж |
|
трация компонента в газовой фазе. |
|||
|
|
|
Денагр.ж |
|
1,25 |
|||
|
|
|
|
Таким образом, |
эксергетичес- |
|||
Всего |
произведено |
Де |
Н,1 |
|||||
кий КПД процесса абсорбции |
||||||||
Затраченная эксергия, |
|
|
|
|||||
кДж/моль С02 |
|
Ч е2,абс |
11,80 |
Ае3.р + Ае2,ж + |
Ле,^нагр.ж |
|||
|
|
|
^7^ДЯавс |
11,65 |
V*2,a6c + Д*ДЯ,абс |
|||
Всего |
затрачено |
|
Че |
23,5 |
||||
|
|
(6.11) |
||||||
Эксергетический КПД, |
% |
48,3 |
|
|||||
(уравнение 6.11) |
|
Ле |
В табл. 6.1 приведены результаты |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
П р и м е ч а н и е . |
Процесс проводился при |
|
= |
расчета потерь эксергии и эксерге- |
||||
|
( 2\ |
= 0,2 |
моль СО^моль М3А, |
С |
тического КПД для абсорбции СОа |
|||
= 0,9810е Па, * 2 |
^ « |
раствором моноэтаноламина. Как |
||||||
= 0,45 моль СО^моль МЭА. Концентрация М3А — 20 %. |
||||||||
Тг = г о#с«=303 К. |
|
|
|
|
следует из табл. 6.1, хотя все теп |
|||
грев |
раствора, большая часть его |
|
ло абсорбции используется на на |
|||||
эксергии (около 90 %) теряется. Кроме |
||||||||
того, |
при технологической схеме, показанной на рис. 6.1, чем сильнее на |
|||||||
гревается раствор в абсорбере, тем больше отводится тепла в холодиль нике.
Тем не менее эксергетический КПД процесса абсорбции сравнительно
велик, однако КПД всего процесса |
разделения (рис 6.1) |
составляет лишь |
|||||||
8—9 % вследствие потерь на других стадиях. |
|
|
|||||||
В табл. 6.2 показано распределение потерь эксергии при очистке в рас |
|||||||||
смотренных условиях. Потери эк |
|
|
|
||||||
сергии |
распределяются |
по аппа |
Таблица 6.2. Потери эксергии теплоты в |
||||||
ратам |
сравнительно |
равномерно, |
различных аппаратах при МЭА-очистке газа от |
||||||
хотя в наибольшей мере связаны |
С02 под атмосферным давлением |
|
|||||||
с регенерацией раствора. Однако |
|
Потеря, |
Относи |
||||||
эти потери не являются независи |
Вид потерь |
тельные |
|||||||
кДж/моль |
потери |
||||||||
мыми, и сделать выводы на основа |
|
СО? |
эксергии* |
||||||
нии данных, приведенных в таб |
|
|
% |
||||||
лице, о роли той или другой стадии |
Внешние потери |
14,5 |
20,9 |
||||||
можно лишь после учета их взаимо |
|||||||||
Холодильник |
2,35 |
17,5 |
|||||||
связи. |
Так, |
потери |
в абсорбере |
||||||
Конденсатор |
5,15 |
7,4 |
|||||||
составляют |
лишь |
20 |
%, |
однако |
Внутренние потери |
55.0 |
79,1 |
||
уменьшение их может привести к |
Абсорбер |
12.1 |
17,5 |
||||||
увеличению емкости растворителя |
Стадия регенерации |
18,3 |
26,4 |
||||||
А г, уменьшению |
его |
расхода, что |
теплообменник |
||||||
вызовет падение потерь на всех |
регенератор |
14,2 |
20,4 |
||||||
кипятильник |
10,4 |
15,2 |
|||||||
остальных стадиях. |
внедрены в |
Всего потери на стадии |
42,9 |
61,6 |
|||||
Разработаны |
и |
регенерации |
|
|
|||||
промышленность |
разнообразные |
Общие потери |
69,5 |
100 |
|||||
методы снижения |
термодинамиче- |
|
|
|
|||||