Енергетико-магістральний напрямок соціально-економічного
Міністерство освіти і науки України
Дніпродзержинський державний технічний
університет
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
З курсу
„Енерготехнологія хімічних виробництв”
Для студентів за фахом:
6.091603- Хімічна технологія неорганічних речовин
Затверджено
редакційно-видавничою секцією
науково-методичної ради ДДТУ
__________2008р., протокол №__
Дніпродзержинськ
2008
ЛЕКЦІЯ № 1.
ЗНАЧЕННЯ КУРСУ ТА ЙОГО РОЛЬ У СТАНОВЛЕННІ ІНЖЕНЕРА ХІМІКА-ТЕХНОЛОГА.
| 1.1 | Організаційні питання | 10хв |
| 1.2. | Обсяг та задачі курсу | 20хв. |
| 1.3 | Основні позначення величин та їх розмірність | 15хв. |
| 1.4 | Енергетичні проблеми та добробут суспільства | 45хв |
1.1 Ознайомлення з контингентом студентів. Порядок проведення занять, розклад. Відношення до матеріальних цінностей, поведінка на лекціях. Порядок здачі заліків та екзаменів, відвідування лекцій.
1.2 Термін «хімічна енерготехнологія» в останні роки отримує все більше розповсюдження. Під ним слід розуміти сукупність знань про сумісне виробництво продуктів та енергії в хімічній технології, а також про економні витрати енергетичних ресурсів. Поява хімічної енерготехнології є природним слідства розвитку хімічної технології, що викликаний збільшенням обсягів виробництва хімічних продуктів, зростом одиничної потужності агрегатів і, відповідно, енергетичних затрат. На першому етапі розвитку технології головною задачею є розробка методів виробництва продуктів. На подальших етапах вирішуються задачі поліпшення якості продукту, економного витрачання матеріалів, збільшення продуктивності апаратури. По мірі рішення цих задач виникає проблема економного витрачання енергетичних ресурсів і, в кінцевому рахунку, оптимізація процесу в цілому за економічними критеріями.
|
|
|
Головна задача курсу – забезпечити засвоєння основних принципів термодинамічного аналізу та розвити практичні навички його застосування, необхідні при вивченні конкретних хіміко-технологічних схем різного ступеню складності в подальших курсах загальної хімічної технології та спеціальних дисциплін.
Даний курс має велике прикладне значення, так як передбачає вивчення теоретичних основ та методів економії енергії в хімічній технології та ознайомлення студента з практичними результатами застосування цих методів в хімічній та металургійній промисловості.
Наукову основу для рішення задачі економії енергії дає термодинаміка (предметом якої є дослідження перетворення енергії) і, конкретно, термодинамічний аналіз. Суть його витікає з двох законів термодинаміки, а методи аналізу докладно описані у літературі з технічної термодинаміки. Звичайно інженер-технолог використовує термодинаміку фазових та хімічної рівноваги з метою вибору режиму, який відповідає максимальному виходу продукту або максимальної ступені його видобування, для розрахунку технологічного режиму і технологічної схеми, для розрахунку енергетичних затрат. Однак, термодинамічний аналіз, мета якого зниження енергетичних затрат, більшості хіміків-технологів незнайомий. Тому, природно, що його можливості не використовуються для пошуку способів зниження енергозатрат. Дійсно, до багатьох ідей інженери приходять або інтуїтивно, або завдяки великому практичному досвіду. Однак, невміння застосовувати «термодинамічний метод мислення» приводить до того, що поряд з раціональними, з точки зору енергетики, технічними процесами можуть сусідувати нераціональні процеси.
|
|
|
1.3 Основні позначення величин.
| А | механічна (або електрична) робота |
| Аn | Енергія (безповоротно втрачена робота) |
| a | активність |
| С | теплоємність |
| Е, е | ексергія, питома ексергія |
| Е+,Е- | відповідно ексергія на вході в систему та на виході з неї |
| Еа, Еg | ексергія тепла |
| Етр | «транзитна» ексергія |
| ео | ексергія у точці відліку |
| Ет, ер, ех | відповідно «термічна» ексергія, ексергія тиску та ексергія хімічна |
| ēх, і | парціальна мольна ексергія |
| F | поверхня тепло- та масообміну |
| G | ізобарно-ізометричний потенціал (енергія Гіббса) |
| Н | ентальпія |
| К | константа рівноваги |
| Ка, Кf, Кх, Кр | константи рівноваги, виражені відповідно через активності, летючості, концентрації, та парціальний тиск. |
| z | кінетичний коефіцієнт (коефіцієнт масо- та теплопередачі) |
| L | кількість рідини, що подається в одиницю часу |
| N | потужність електроприводів |
| ni | число молей і-го компоненту |
| P | тиск |
| P0 | тиск в точці підрахунку |
| pi | парціальний тиск |
| Q | потік тепла |
| S | ентропія |
| T | абсолютна температура |
| T0 | температура в точці обліку |
| n | внутрішня енергія |
| V, n | об’єм, питомий об’єм |
| w | швидкість процесу |
| x, y | відповідність концентрації речовини у рідкій та газовій фазах |
 D y
| середня рушійна сила процесу |
| h, he | «валовий» енергетичний ККД, що дорівнює відношенню суми ексергія потоків на виході з системи до суми ексергія на вході в неї |
| «цільовий» («від’ємний») ексергетичний ККД |
| hei | ексергійний ККД технологічної частини процесу без урахування термохімічної енергії, що вироблена |
| he, en | ексергійний ККД енергетичної частини |
| he, эт | ексергійний ККД енерготехнічної схеми |
| hа | «тепловий» ККД, що дорівнює відношенню кількості тепла, що відводиться з системі та корисно використовується , до кількості тепла, підведеного до системи. |
| mi | хімічний потенціал і-го компонента |
| s | швидкість наростання ентропії |
| y=DE/DH | відносна працездатність |
| З | приведені затрати |
| П | коефіцієнт проникності мембрани |
| Э, Эу | енергетичні затрати, енергетичні питомі затрати |
|
|
|
|
|
|
1.4 Енергетичні проблеми, які були інтересні до недавнього часу лише для вузької групи технологів та управлінців, в теперішній час приймають значення шкали цінностей та дій для всіх людей.
Зв'язок між добробутом суспільства та розвитком енергетики відомий. Енергетика робить вклад в добробут, забезпечуючи такі області споживання, як теплопостачання, освітлення та приготування їжі, а також забезпечує необхідною енергією виробництво та транспорт.
До недавнього часу у співвідношенні «енергетика – добробут» на першому місці стояла переважно ця вигідна сторона. Разом з тим затрати на енергетику, включаючи не тільки грошові та інші ресурси, направлені на отримання та використання енергії, але і витрати, пов’язані з захистом навколишнього середовища та соціально-політичними проблемами, знижує рівень добробуту.
За останній час першочергове значення має саме ці негативні тенденції. По-перше, виникла стійка тенденція до зросту вартості енергії. Так, при енергетичних системах і технологіях, що маються, використання енергії споживача та при схемах її споживання (що склалися) більшість промислово розвинутих країн уже підійшло до тієї межі, коли з подальшим зростом виробництва енергії витрати починають перевищувати прибуток. По-друге, величезна частка тиску на навколишнє середовище, що приходиться на енергопостачання, тепер порушує природні ресурси уже в глобальному масштабі. Серед екологічних проблем, пов’язаних з розвитком енергетики, самою погрожуючою є проблема глобального потеплення. Проблеми забруднення навколишнього середовища та безпеки експлуатації обладнання, що виробляє енергію, які були досі локальними, приймають раціональний або глобальний характер. В теперішній час людство стоїть перед дилемою: з одного боку, без енергії не можна забезпечити матеріальний добробут людини, з другої – збереження існуючих темпів її споживання може призвести до руйнування навколишнього середовища і, як наслідок, до зниження життєвого рівня і навіть до загрози нашого існування.
Для того, що згладити протиріччя між енергетикою, економікою та екологією, необхідно досягти більш правильного розуміння нинішньої ситуації, можливостей та бажаного напряму її розвитку.
В якості рішення проблеми дії енергетики на навколишнє середовище часто пропонують економію енергії. Тут, безумовно, є великі резерви. Так, якщо ККД парових машин в середині пришлого віку складав 3-5%, то сучасні комбіновані системи, що складаються з газової та парової турбін, мають ККД, що сягає 42%, таким чином маємо 10-кратну економію енергії. Поряд з тим практично у всіх країнах світу спостерігається тенденція росту виробництва первісної енергії.
В минулому найбільша доля енергії, яка використовується з промисловими цілями, приходилась на нафту та газ, а їх споживання збільшувалось кожні 15-20років. Якщо така швидкість буде зберігатися в подальшому, то в найближчі 30-40років первісні запаси вичерпаються на 88%. Щодо кам’яного вугілля, то його добича та використання створюють велику кількість екологічних проблем.
Отримання ядерної енергії чи навряд знайде широке застосування, перш ніж будуть створені реактори нового покоління із помітно покращеними характеристиками безпеки і перш, ніж проблема видалення радіоактивних відходів буде вирішена реально, а не на папері.
Для того, щоб піддержувати сучасний рівень добробуту, людству прийдеться перейти на нові системи енергопостачання. Щоб забезпечити економічний розвиток людства без значних витрат, які можуть звести на ньому всі вигоди, треба ще швидше переходити на екологічно більш чисті технології виробництва енергії. Для цього вкрай важливо прискорення досліджень та розробок по використанню перспективних альтернативних джерел енергії.
У світі щорічно спалюється до 10млрд.т. палива в нафтовому еквіваленті (н.е.), з них 50% приходиться на розвинені країни та 50% на інший світ. Якщо б усі країни досягли б рівня життя розвинених країн, то витрати енергії у світі виросли б до 35-40млрд.т. на рік. В цьому випадку виникла би загроза існування всього земного світу з-за надмірного забруднення навколишнього середовища, в тому числі і теплового. В зв’язку з цим розвиток енергетики зараз і в перспективі повинен вирішити дві задачі. Перша – знайти більш ефективні засоби використання існуючих видів палива а друга – розробити нові методи забезпечення людства енергією.
ЛЕКЦІЯ № 2.
Енергетико-магістральний напрямок соціально-економічного
Розвитку суспільства.
| 2.1 | Історія розвитку енергетики і теплової енергії | |
| 2.2. | Джерела енергії. Круговорот енергії на Земній кулі. | |
| 2.3 | Енергетичні запаси палива і структура їхнього використання. |
2.1. Використання вогню – одне з найпоширеніших явищ у людському суспільстві. Почалося воно з простої і природної потреби людини захищати себе від холоду, хижих звірів. Вогонь був першою природною силою, що нею опанувала людина, а сила ця служить йому дотепер.
По думці давньогрецького філософа Аристотеля (384 – 322 р. до н.е.), усі речовини Всесвіту виникли в результаті взаємодії чотирьох властивостей (або принципів): сухості, вологи, холоду і тепла Якщо сухість і волога – так само як холод і тепло – взаємно знищуються, то із сухості і тепла виникає вогонь, з тепла і вологи – повітря, з вологи і холоду – вода, з холоду і сухості – Земля. Вогонь, повітря, вода і Земля суть найпростіші елементи, оскільки виникли вони з основних властивостей. Вчення Аристотеля вважалося вірним майже 2000 років.
Пізніше алхіміки додали до чотирьох Аристотелевих принципів ще два, а саме: властивість «землистості і горючості», що символізується сіркою, і властивість «плинності і летючості», що символізується ртуттю. Сірку і ртуть вважали субстанціями, причому розуміли під цим усі пальні або ті, що мають металеві властивості речовини. Таким чином, передбачалося, що негорючі речовини не містять сірку, а в легко горючих сірки багато. З розвитком алхімії довелося відмовитися від уявлення, що речовини виникають зі своїх властивостей. Найбільша увага в ті часи приділялася вогневі, тому що майже всі робочі процеси хіміків (і алхіміків) були зв'язані з впливом вогню. Георг Ернст Шталь (1660-1734) висловив припущення, що всі речовини, що здатні горіти, містять «вогненний флюїд», або так називаний флогістон (від грецького «флогістос» - що згоряє). Однак виділити і дослідити сам флогістон нікому не вдалося. Багато нових відкриттів уже не можна було пояснити флогістонною теорією, їй суперечили результати кількісного дослідження хімічних реакцій. Вона стала гальмом на шляху подальшого розвитку хімії.
У 1744 році М.В.Ломоносов, міркуючи про причину тепла і холоду, спростував існування флогістону. Нагрівання речовин він пояснив взаємним рухом дрібних часток, так званих «елементів», з яких складаються речовини. Зі своїх досвідів учений зробив висновок, що не флогістон переходить з полум'я в метал, а з металом з'єднуються частки повітря. Через 18 років французький хімік Антуан Лавуазьє (1734-1794) повторив досліди зі спалюванням металом і довів, що зола являє собою з'єднання, тому що вона важить більше, ніж вихідні речовини. Процес горіння він пояснив як з'єднання елемента з киснем повітря ,що у 1774 році відкрив англійський хімік Дж. Прістлі. Це був останній удар по теорії флогістону.
2.2. Викопне паливо (вугілля, нафта, газ) має зараз і збереже в найближче десятиліття життєво важливе значення для людства. Вугілля вперше почали використовувати в Англії приблизно 900 років тому. Промисловий видобуток почався з розвитком виплавки заліза, тобто з кінці 18 століття. Що стосується нафти, важко сказати, коли людина з нею познайомився. У Китаї було відомо нафтове родовище ще в 3 столітті до нашої ери. Перший завод по переробці нафти в Росії був побудований у 18 столітті. Видобуток нафти у великих масштабах почався тільки із середини 19 століття. Видобуток згаданих джерел останнім часом йшов стрімкими темпами (див. табл. 3.1)
Таблиця 3.1.
Ріст видобутку вугілля і нафти у світовому масштабі
| Рік | Видобуток вугілля, млн.т. | Видобуток нафти, млн.т |
| 1870 | 250 | 0,8 |
| 1880 | 400 | 3,0 |
| 1890 | 510 | 10,3 |
| 1900 | 800 | 22,0 |
| 1930 | 1400 | 316,0 |
| 1950 | 1750 | 523,0 |
| 1970 | 3000 | 2326,0 |
| 1975 | 3500 | 2705,0 |
Щоб краще зрозуміти механізм виникнення викопного палива і місце, що йому належить в енергетичній системі Землі, необхідно скористатися схемою кругообігу життя на нашій планеті.
Уся система складається з двох частин: динамічного потоку енергії статичної кількості енергії, тобто викопних палив, геотермальної, ядерної і гравітаційної енергії (на мал. 3.1.)
| 14000ТВт Сонячна | Короткохвильове випромінювання | Довгохвильове випромінювання | ||
| Пряме відбиття 5200ТВт (30%) | Енергія морських припливів | |||
|
| Припливи | |||
| Пряме перетворення в теплоту 82000ТВт (47%) | Морські течії 3ТВт | |||
| Випар опадів 40000ТВТ (23%) | Запаси води і льоду | |||
|
| Вулкани і горючі джерела | |||
| Вітер, атмосферна течія і т.п. 370ТВТ | ||||
|
| Теплопровідність 32 ТВт | |||
| Фотосинтез 40ТВт | Нагромадження рослинної біомаси | Розкладання | ||
|
| Тваринний світ | |||
|
| Земна енергія | |||
| Земна кора | ||||
| Викопне паливо | Ядерна, теплова і гравітаційна енергія. | |||
Рис. 3.1. Діаграма круговороту енергії на земній кулі
1 ТВт (тераватт) = 1012 Вт під поверхнею землі.
На поверхню Землі і її оточення спрямовані три основних потоки енергії:
1) сонячне випромінювання потужністю 174000 ТВт;
2) тепловий потік зсередини Землі потужністю 32 ТВт;
3) енергія морських припливів потужністю 2 ТВт.
Видно, що 30% сонячного випромінювання відбивається в космічний простір, тобто не впливає на енергетичний баланс Землі. Але інші 70% (122000 ТВт) цієї енергії складають вирішальну роль частини припливу енергії у всій системі. Тепловий потік зсередини Землі до її поверхні при нормальних температурах безпосередньо перетворюється в тепло. Енергія припливів – це мізерно мала частина сумарної потенційної і кінетичної енергії системи Земля – Місяць – Сонце. За рахунок перетворення цієї енергії виникають морські припливи і течії; їхня механічна енергія у свою чергу в результаті тертя перетвориться в тепло.
Енергія сонячного випромінювання, що поглинається земною поверхнею й атмосферою щорічно, у 18000 разів перевищує загальне споживання первинної енергії людством у 1970 році і, згідно з прогнозом, у 4000 разів перевищує цю величину в 2000 році.
Одна його частина поглинається атмосферою, океаном і сушею і при низьких температурах перетворюється в теплову енергію. Інша частина викликає випар, циркуляцію і випадання води в її земному круговороті. Третя частина перетвориться в морські й атмосферні течії. Четверту частину в абсолютному вираженні (близько 40 ТВт, тобто ледве більш 0,03% усього сонячного випромінювання, захопленого земною поверхнею й атмосферою) поглинають рослини, і тим самим вона стає джерелом однієї з найважливіших життєдайних реакцій на Землі – фотосинтезу. Механізм реакції дотепер точно не відомий, а приблизно її записують так:
nСО2 + nН2О + сонячне випромінювання ®( СН2О)n + О2
Отже, необхідна для фотосинтезу енергія накопичується хімічним шляхом. Саме цей потік енергії дуже важливий для нас. Це єдине джерело енергії, за рахунок котрого здійснюються фізіологічні процеси у всіх живих організмах.
Зворотну реакцію можна записати так:
Органічні речовини + О2 ® Н2О + СО2 + енергія.
Враховуючи те, що при фотосинтезі в хімічну енергію перетворюється тільки 1 – 2% енергії падаючого сонячного випромінювання, отримуємо, що вона складає 0,0003 – 00005 сонячного випромінювання, що поглинається Землею. І цієї частки досить для благополучного існування усього світу.
Хімічні процеси протікають надзвичайно повільно протягом довгих геологічних періодів. У результаті цих процесів утворюються поклади викопних палив. Нагромадження викопного палива в земній корі відбувалося 300 – 600млн.років тому, причому вік більшості шарів кам'яного вугілля оцінюється в 300 – 700млн.років, а природного газу - 500 – 600млн.років.
Однією з основних ознак, за якими ми класифікуємо викопне паливо, служить його агрегатний стан: тверде, рідке, газоподібне. Тверде – торф, буре вугілля, кам'яне вугілля, антрацит, пальні сланці; рідке – нафта; газоподібне – природний газ.
Найбільш правдоподібною теорією походження палив вважається теорія Генрі Потоні. Відповідно до цієї теорії, вихідним матеріалом для усіх видів сучасних викопних палив були залишки древніх рослинних і тваринних організмів, що у ході тривалих процесів поступово піддавалися хімічним перетворенням. Під процесом обвуглювання варто розуміти, насамперед, поступове збагачення мертвої органічної речовини вуглецем при одночасному зниженні змісту кисню і водню. При цьому значну роль грають температура, тиск, доступ повітря і, природно, час.
З різновидних вихідних матеріалів у різних умовах виникають різні види вугілля. Наймолодшим з вугіль можна вважати торф, у якому найменше вуглецю. Самим древнім вугіллям є графіт, що являє собою майже чистий вуглець. З приводу походження нафти існують дві протилежні гіпотези (теорії).
Органічна теорія, відповідно до якої нафта виникла з органічної речовини, переважно рослинного і тваринного планктону, морських трав і інших водоростей під дією тепла, бактерій і каталізаторів, а можливо, і радіоактивності.
Неорганічна теорія припускає виникнення нафти з неорганічних речовин, насамперед, з карбідів металів і води. На думку деяких дослідників, нафта і супутній їй природний газ утворюються в наш час у процесі різних реакцій на великих глибинах у розпеченій магмі. Останнім часом фахівці допускають, що справедливі обидві гіпотези – перша переважно для нафти дрібного залягання, друга – для глибоких і древніх нафтових родовищ.
Методи видобутку палив: вугілля (наземна і підземна).
Видобуток нафти. Способи підвищення нафтовіддачі шарів.
2.3. Енергетичні запаси палива і їхня структура використання
Таблиця 3.2.
Світове енергоспоживання, млн.т.у.п
| Роки | Споживання енергоресурсів | На душу населення, кг | Частка різних видів палива в загальному балансі, % | |||
| частка рідкого | частка твердого | частка природного газу | частка ядерної енергії | |||
| 1973 | 7438,1 | 1923 | 46,7 | 30,3 | 20,7 | 0,3 |
| 1975 | 7439,7 | 1825 | 45,7 | 30,9 | 20,9 | 0,6 |
| 1980 | 8544,3 | 1919 | 44,2 | 31,2 | 21,9 | 1,0 |
| 1985 | 9077,4 | 1875 | 40,8 | 32,9 | 22,5 | 1,9 |
| 2000 | 13000 | 2167 | 47,7 | 35,1 | 14,1 | 9,2 |
1 т.у.п = 2,93*1010Дж
Таблиця 3.3.
Світовий енергобаланс на перспективу, млрд.т.у.п до підсумку, %
| Первинні енергоресурси | 1985рік | 2000рік | 2020рік | |||
| Тверде паливо | 3,0 | (29,1) | 4,2 | (30,0) | 6,1 | (33,2) |
| Рідке паливо | 4,0 | (38,8) | 4,6 | (32,9) | 3,9 | (21,2) |
| Газ | 2,1 | (20,4) | 3,0 | (21,4) | 3,5 | (19,0) |
| Ядерна енергетика | 0,5 | (4,9) | 1,2 | (8,6) | 2,5 | (13,6) |
| Гідроенергетика і нетрадиц. поновлення джерел енергії | 0,7 | (6,8) | 1,0 | (7,1) | 2,4 | (13,0) |
Таблиця 3.4.
Розвідані запаси і геологічні ресурси палива, млрд. тонн.
| Вид палива | Розвідані ресурси | Геологічні ресурси | Усього |
| Тверде паливо | 1280 | 3860 | 5140 |
| Нафта | 138 | 51 | 189 |
| Нетрадиційні поклади нафти | 19 | 434 | 451 |
| Природний газ | 106 | 223 | 329 |
Основна частина природних палив розміщена до півночі від 300 п.ш., причому 53% усіх геологічних запасів залягають на території колишнього СРСР, 27% на території США і близько 9,0% - на території Китаю. Значні запаси твердого палива зосереджено в європейських країнах, Канаді, Індії, Африці Австралії і Японії (всього 10%).
Дотепер добуто 135млрд.т., що складає приблизно чверть його достовірних запасів, і близько 1% світових геологічних ресурсів. СРСР добуває 1/4 світового видобутку, США – 17%, Китай – 13%.
Нафта. Усього добуто нафти 41 млрд. т. Багаті нафтою райони Перської затоки і Північної Африки. Величезні запаси вуглеводневої сировини були і будуть відкриті в північних областях азіатської частини СРСР і на Алясці. Великі родовища можуть бути в порівняно короткий термін знайдені в тропічній частині Південної Америки.
Газ. У СРСР приблизно 1/3 усіх світових запасів. В основному газ є в Азії, Близькій Схід, Океанії.
Нафтоносні сланці і піски. Маються в Анголі, Албанії, Румунії, Венесуелі, Канаді, США і на острові Мадагаскар. Найбільший зміст вуглецю в пісках Канади, деякі уже використовуються.
Таблиця 3.5.
Світові ресурси викопних палив.
| Вид палива (доступні запаси) | Кількість 1012т.у.п | Споживання в 1972році 106 т.у.п. | Відношення запасів |
| Тверді палива | 1,1 (0,6) | 2984 (2984) | 3686 (197) |
| Нафта | 0,092 | 2408 | 38 |
| Газ природний | 0,037 | 94 | 40 |
| Нафтові піски і сланці | 0,230 | - | - |
ЛЕКЦІЯ № 3
СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ
ПОНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ.
| 3.1. | Поняття поновлюваних та не поновлюваних джерел енергії | |
| 3.2. | Аналіз поновлюваних енергоресурсів. | |
| 3.3. | Соціально-економічні наслідки розвитку енергетики на поновлюваних джерелах енергії. |
3.1. Всі джерела енергії поділяються на два класи: поновлювані та не поновлювані.
Поновлювані джерела енергії – це джерела на основі постійно існуючих або періодично виникаючих в навколишньому середовищі потоків енергії. Типовий приклад такого джерела – сонячне випромінювання з характерним періодом повторення – 24 години. Поновлювана енергія знаходиться в навколишньому середовищі у вигляді енергії, яка не є слідством цілеспрямованої діяльності людини, і це її ознака відмінності.
Не поновлювані джерела енергії – це природні запаси речовин і матеріалів, які можуть бути використані людиною для виробництва енергії. Прикладом може слугувати ядерне паливо, вугілля, нафта, газ. Енергія не поновлюваних джерел, на відміну від поновлюваних, знаходиться у природі у зв’язаному стані і вивільнюється в результаті цілеспрямованих дій людини.
Сенс даних визначень пояснимо малюнком.
| Навколишнє середовище |
| А |
| Джерела поновлюваної енергії | Джерела не поновлюваної енергії | |||
 Г
|
Г | |||||
| Б | Енергоустановка | Енергоустановка | ||||
Д
| 
Д
| |||||
| Споживач | Споживач | |||||
| В | 
| 
Е
| 
Е
| |||
| Навколишнє середовище | Навколишнє середовище | |||||
Мал. Схема процесів використання поновлюваної
та не поновлюваної енергії
АБВ - потік поновлюваної енергії, що не використовується;
ГДЕ - потік енергії, що використовується.
Існує п’ять основних джерел:
· сонячне випромінювання;
· рух та тяжіння Сонця, Місяця, Землі;
· теплова енергія ядра Землі, а також хімічних реакцій та радіоактивного розпаду в її надрах;
· ядерні реакції;
· хімічні реакції різних речовин.
3.2. Перш ніж розвивати енергетику на поновлюваних джерелах необхідно точно визначити їх потужність. Потреби в енергії не постійні в часі. Наприклад, потреба в електроенергії максимальна у вранішній та вечірній час та мінімальна у нічний час. Традиційні теплові електростанції можуть підстроюватися під ці коливання та регулювати витрати палива. При використанні поновлюваних джерел енергії коливається не тільки попит на енергію, а й потужність цих джерел, які часто вступають в протиріччя.
Про якість джерел енергії говорять часто, але, як правило, не пояснюють, що це таке. Під якістю слід розуміти частку енергії джерела, яка може бути перетворена в механічну роботу. Якість теплової енергії, яка виділяється при спалюванні палива на електричних станціях, досить низька, тому що тільки близько 30% теплоти згорання палива перетворюється в механічну роботу. За цією ознакою поновлювані джерела енергії можна розподілити на три групи.
1 група – джерела механічної енергії: гідро-, вітро- джерела хвильові та припливні. В цілому якість цих джерел енергії висока і вони звичайно використовуються для виробництва електроенергії. Якість вітрової енергії звичайно порядку 30%, гідроенергії – 60%, хвильової та припливної – 75%.
2 група – теплові поновлювані джерела енергії: біопаливо, теплова енергія Сонця. На практиці перетворити у роботу вдається приблизно половину тепла, що допускається другим законом. Для сучасних парових турбін ця величина не перевищує 35%.
3 група – джерела енергії на основі фотонних процесів, до яких відносяться джерела, які використовують фотосинтез та фотоелектричні явища. Наприклад, за допомогою фотоелектричних перетворювачів сонячне випромінювання можна перетворити в механічну роботу. Добитися високої ефективності перетворення енергії у всьому спектрі сонячного випромінювання дуже складно, а на практиці ККД фотоперетворювачів дорівнює 15%, що вважається добрим.
3.3. Промислова революція у Європі та Північній Америці та подальший зріст промисловості у всіх країнах дуже сильно змінили соціальні умови та спосіб життя людей. Визначну роль в цьому зіграв розвиток енергетики, особливо на нових джерелах енергії – вугіллі та нафті. Подібні зміни соціальному розвитку слід чекати і при широкому використанні джерел поновлюваної енергії. Невичерпаність поновлюваних джерел енергії обіцяє більшу стабільність енергетики, чим це можливо при використанні традиційних паливних ресурсів, особливо нафти. Великі розбіжності у джерелах поновлюваної енергії, потягнуть таку ж різноманітність соціально-економічних наслідків.
Потоки поновлюваної енергії мають низьку щільність та розсіяння у просторі. Концентрація не поновлюваної енергії висока. Таким чином, широке використання поновлюваної енергії буде сприяти у більшій мірі розосередженню населення та суспільного життя, чим їх концентрації., З урахуванням того, що з кожного м2 земної поверхні можна отримати, використовуючи різні джерела поновлюваної енергії, в середньому 500Вт потужності, щільність населення не буде перевищувати 500чол./км2. Така щільність, що значно перевищує щільність населення сільських регіонів, характерна для більшості невеликих адміністративних центрів та промислових міст.
Енергетика на поновлюваних джерелах використовує потоки енергії, що уже існують у природі (навколишньому середовищі) (див. мал.). В силу цього теплове забруднення навколишнього середовища, що обумовлено викидом у нього якоїсь частини перетвореної енергії, незначне. За цією ж причиною незначні й інші види забруднення повітря та води, а також обсяги відходів. В екологічному відношенні енергія поновлюваних джерел має перевагу перед звичайним паливом або атомною енергією. Виключенням є забруднююча повітря недосконала технологія паління деревини.
Основним, з екологічного боку, недоліком енергоустановок на поновлюваних джерелах є порушення ними природного ландшафту. Це неминуче для установок, робота яких заснована на використанні потоків енергії, що циркулюють у навколишньому просторі, тобто коли навколишнє середовище є необхідним елементом перетворення енергії. Найбільш сильно цей недолік проявляється у великих установок. Наприклад, потужні гідростанції споруджуються там, де легше створити водоймище, тобто у живописній гірській або горбкуватій місцевості, і ця унікальна краса звичайно порушується. Ще більш тяжкі наслідки при споруджені водоймищ на рівнинній місцевості (ерозія ґрунту, погіршення його якості).
Використання поновлюваних джерел енергії ставить нас і нашу діяльність у більшу залежність від навколишнього середовища, ніж використання звичайного та ядерного палива. Орієнтація на упереджуючий розвиток енергетики на поновлюваних джерелах потребує значних витрат на розвиток нових підприємств та технологій, а також визначених змін в області освіти, планування, фінансування, виробництва. Широке використання поновлюваних джерел енергії (наприклад, сонячної) призведе до суттєвих змін в архітектурному вигляді будівель. Це вплине як на вигляд будівель, так і на стиль життя.
Зміни стануться в області освіти і наукових досліджень. При вивченні фізики різко підвищиться значення таких її розділів, як теплоперенесення, механіка, оптика та гідродинаміка. Удосконалювання методів спостереження за навколишнім середовищем буде вимагати подальшого розвитку методів вимірювання і приладобудування. Електронно-оптичні явища у фотоелектронних процесах і фотосинтезі займуть значне місце в учбових програмах і наукових дослідженнях.
Багато хто з фізиків зазнають почуття провини за те, що розвиток ядерної фізики привів до створення ядерної зброї. Широке використання поновлюваної енергії також викликає великі зміни у світі, але і ці зміни будуть на користь усьому людству.
3.4. Енергетика
ЛЕКЦІЯ № 4
ЕНЕРГЕТИКА І НАВКОЛИШНЄ
СЕРЕДОВИЩЕ
| 4.1 | Поняття енергії й енергетики | |
| 4.2 | Форми енергії і їхня загальна характеристика | |
| 4.3 | Поняття теплоти. Характеристика процесу горіння органічного палива. Ядерна енергетика. | |
| 4.4 | Вплив продуктів горіння на навколишнє середовище, методи боротьби з ними. |
4.1. Енергія - загальна міра різних форм руху матерії. У тепловій енергії виявляється швидкий неупорядкований рух атомів і молекул: у формі електричної енергії - рух електронів або розподіл електричного заряду в просторі: механічна енергія являє собою енергію заряду тіла, що рухається; хімічна енергія зв'язана з хімічною структурою речовини; ядерна (атомна) енергія - з визначеною будівлею і складом атомного ядра і т.д. Якісно різні форми енергії можуть взаємно перетворюватися одна в іншу в строго визначених співвідношеннях, причому щораз строго дотримується закон збереження енергії. Відповідно до цього закону, повна енергія ізольованої системи постійна і не залежить від змін, що відбуваються в ній.
Оскільки частина енергії може бути перетворена в роботу, енергію можна розглядати як здатність зробити роботу. Тоді енергія визначає кількість "схованої роботи" і служить мірою усіляких фізичних змін. Абсолютну величину енергії не можна установити зовсім точно, і найчастіше говорять про збільшення енергії або збиток енергії системи відповідно до величини прикладеної до системи і зробленої нею роботи.
Під енергетикою в широкому змісті слова ми розуміємо галузь народного господарства, що займається одержанням, перетворенням, доставкою і використанням усіх видів енергії. У більш вузькому змісті, в енергетику не включають видобуток, доставку і переробку органічних палив. У такому розумінні вона розділяється по видах енергії: на електроенергетику, теплоенергетику, газову енергетику, гідроенергетику, атомну енергетику і т.д.
Енергетика складає одну з фундаментальних основ розвитку економіки сучасного людського суспільства. Її станом значною мірою визначаються темпи наукового і технічного прогресу, інтенсифікація суспільного виробництва, підвищення його технічного рівня і поліпшення умов праці.
4.2. Існує кілька форм енергії ( теплова, електрична, водна, сонячна, приливна, геотермальна, атомна, термоядерна, вітрова, хімічна ).
Усі ці форми енергії можна звести до двох видів: до енергії положення (потенційна) і енергії руху (кінетична). Механічна потенційна енергія зв'язана з положенням матеріальної точки (або тіла) у гравітаційному полі. Її мірою служить робота, що тіло може зробити при переході з даного положення в положення, прийняте за нульове. Кінетична енергія зв'язана зі станом руху тіла і виміряється максимальною величиною роботи, що тіло, що рухається, може зробити до своєї повної зупинки.
Якщо система переходить зі стану спокою в рух або навпаки, причому вона не робить ніякої роботи, то сума обох видів енергії (потенційній і кінетичної) у системі залишається постійною. Будь-які енергетичні процеси, що можуть викликати інтерес, зводяться до перетворення однієї форми енергії в іншу, котре протікає в строгому підпорядкуванні законові збереження енергії. Найчастіше ми використовуємо енергію в електричній, тепловій, хімічній і механічній формах. В даний час до цих форм додається атомна, а в перспективі - і термоядерна енергія. У кожнім процесі одержання енергії беруть участь паливо (її первинний носій), процес перетворення й енергетичний продукт: наприклад, у двигуні внутрішнього згоряння це бензин (разом з повітрям), спалювання і рух поршня.
Теплова енергія зв'язана з горінням органічного палива. Горіння є хімічний процес, при якому частини палаючої речовини з'єднуються з киснем.
Енергія води, що рухається. Ріки і хвилі океану, припливи, відливи.
Вітрова енергія - рух потоків повітряних мас. Середня потужність вітру на Землі - понад 44 трлн. кВт, тобто, у 500 разів більше, ніж споживання енергії.
Геотермальна енергія - магма Землі. Приблизно 50 м глибини дають ріст температури на 1о. Це значить, що на глибині близько 3 км кипить вода, на 11 км - плавиться свинець (327оС), на двадцятому - алюміній (659оС), а на глибині 60 км температура досягає 1800о С і плавиться навіть платина (1773оС).
Існують дві гіпотези походження тепла Землі. Одна стоїть на тім, що це тепло отримане в момент її зародження. Інша вважає, що ймовірними джерелами тепла є: падаюче на поверхню сонячне випромінювання, енергія розпаду деяких радіоактивних елементів, енергія сейсмічних хвиль, що поглинаються, енергія обертання Землі, тепло, що виділяється при стиску нижче лежачих шарів під тиском вище лежачих, що перетворюється в тепло, енергія падаючих на Землю метеоритів. Питомий тепловий потік з середини Землі до її поверхні складає близько 5*10-2 ТДж/м2с. Полный тепловой поток с учётом общей поверхности Земли составит 26 ТДж/с. Повний тепловий потік з урахуванням загальної поверхні Землі складе 26 ТДж/с. Це означає, що планета з початку нашого літочислення повинна була втратити близько 1,6*1012 ТДж тепла. Ця цифра в 10 разів перевищує енергію, яку можна було б залучити з усіх пропонованих запасів викопного палива.
Сонячна енергія - випромінювання планети Сонце, енергія, що приходиться на поверхню Землі.
Сонце за 3 дні посилає стільки енергії на Землю, скільки її знаходиться в розвіданих запасах органічного палива
За 1 с. - 170 млрд. Дж.
Ядерна енергія - розпад атомних ядер. Збиток 1 г маси ядра еквівалентний спалюванню 300 вагонів кам'яного вугілля.
Термоядерна енергія - виходить при термоядерній реакції. Злиття ядер легких елементів. 4 водневі ядра поєднуються в одне ядро атома гелію, що на 0,7% легше всіх чотирьох вихідних ядер водню. Плазма.
С + 02 = 12 кг + 32 кг = 44 кг. Масі речовини в 1 г відповідає енергія 0,000004 г. Теорія відносності Ейнштейна.
21,5 млрд. ккал. ( А.Проценко. Энергия будущего. М.: Молодая гвардия, 1985, 222с., ил.).
4.3. Теплота являє собою визначений вид енергії і тому можливий перехід між двома дотичними системами з різною температурою. Те, що ми називаємо теплотою, є кінетична енергія молекул. Енергія руху.
Оскільки теплота є вид енергії, її виражають в одиницях роботи. У системі СІ основною одиницею теплоти служить джоуль (Дж). При теплових вимірах як зразкову речовину часто використовують воду, і тому ще вживають третю одиницю кількості тепла - кілокалорію (ккал).
1 ккал = 4186,8 Дж
Повільне і швидке горіння. Вибух. Схема розподілу температур полум'я.
2С + О2 → 2СО
2СО + О2 → 2СО2
Самозаймистість палива.
Гіпотеза Лавуазьє швидко одержала загальне визнання: "горіння є хімічний процес, при якому частини палаючої речовини з'єднуються з киснем".
Незабаром виявилося, що процеси з'єднання з хлором, сіркою, бромом і іншими, так називаними, кислотоутворюючими елементами в багатьох відносинах дуже схожі на процес з'єднання з киснем. Сучасна атомна теорія пояснила і головні принципи, що лежать в основі хімічних процесів. Так установлено, що з окислюванням подібні всі реакції, у яких атоми або молекули втрачають негативний заряд. Тому сьогодні окислюванням прийнято називати будь-як процес з'єднання з киснем або іншим елементом, що приєднує електрони. Коли якась речовина в системі окисляється, то інша речовина в тій же системі відновлюється. Окислювання і відновлення - взаємозалежні хімічні перетворення. Речовина, здатна приєднати електрони, називається окисним реагентом, а речовина, здатна віддавати електрони, - відбудовним реагентом.
Основним джерелом енергії донині служать хімічні реакції горіння палива і при звичайних вибухах. У хімічних реакціях змінюються тільки зовнішні оболонки атомів, а ядра залишаються незмінними. Щоб вивільнилася хімічна енергія деревини, вугілля, нафти або іншого палива, це паливо необхідно запалити, іншими словами, викликати в ньому хімічні реакції, при яких змінюються електронні оболонки атомів.
Горіння вугілля С + О2 → СО2. При утворенні молекули СО2 електрони в оболонці атома вуглецю й обох атомах кисню зміщаються трохи ближче до ядер. Оболонки атомів перебудовуються так, що обсяг молекул виявляється менше, ніж сумарний обсяг трьох окремих, що ввійшли в неї атомів. "Стиснуті" електронні оболонки втрачають свою стійкість і здобувають її знову тільки тоді, коли випромінюють у навколишній простір фотони - кванти тепла і світла: вогонь світить і гріє. Фотони несуть з атомів частину маси разом з енергією, що атоми втратили при "перегрупуванні" електронів в оболонках. Подібно вуглецеві деревини або вугілля в печі, але трохи швидше, згоряє бензин або дизельне паливо в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння. Від згоряння речовини залишається вже один крок до вибуху. По суті, вибух не що інше, як дуже швидке горіння.
Енергія, що виділяється у виді тепла і світла, утримується у вихідних речовинах у формі хімічної енергії, тобто енергії хімічних зв'язків.
Теоретично можна було б у відповідному пристрої перетворювати в корисну роботу велику частину хімічної енергії, якщо виключити проміжне перетворення її в теплоту. На сучасному етапі ми вміємо у великих масштабах одержувати корисну роботу при хімічних процесах тільки непрямим шляхом: через перетворення в теплоту.
4.4. У реальних умовах вплив теплових викидів в окремі водойми, озера, ділянки рік може виявлятися різним образом у залежності від біологічної, гідрологічної і фізико-хімічної обстановки в даній водоймі, від діапазону, швидкості і частоти зміни температури і їхніх зв'язків із природними циклами.
Теплові викиди в атмосферу.
Будь-яке місцеве джерело теплоти достатньої інтенсивності сприяє утворенню термічної циркуляції, що чітко виявляється при безвітрі. Цей ефект спостерігається на висотах до декількох сотень метрів. У круглого "острова теплоти" діаметром 10 км при швидкості вітру близько 1 м/с вертикальна швидкість виникаючих рухів у шарі товщиною до 500 м досягає 10 м/с. Спостереження з літака за градирнями трьох вугільних ТЕС великої потужності привели до висновку про слабкий вплив теплових викидів на утворення хмарності і туманів.
Кількісні оцінки ролі енергетики серед інших видів антропогенних впливів, наприклад, домішкових викидів, неоднозначні. За деякими оцінками вчених, частка ТЕС у всіх сумарних домішкових викидах в атмосферу складає 27%. Викиди інших галузей н/г складають у %:
чорна металургія - 24,3
кольорова металургія - 10,5
нафтовидобуток і нафтохімія - 15,5
автотранспорт - 13,3
вир-во будівельних матеріалів - 8,1
хімічна промисловість - 1,3
Склад сумарних антропогенних викидів істотно відрізняється від складу викидів ТЕС і характеризується наступними цифрами, у %:
окис вуглецю - 31,9
тв. частки (пил) - 28,3
окис сірки - 27,0
окис азоту - 1,1
вуглеводні - 10,7
ін. речовини - 1,0
Зниження викидів з'єднань сірки.
1) Очищення від з'єднань сірки продуктів згоряння (димових газів).
2) Видалення сірки з палива до його спалювання.
Зниження викидів з'єднань азоту.
Серйозну увагу до цієї проблеми було звернено енергетиками практично лише наприкінці 60-х років ХХ століття.
Застосовують ряд режимних і конструктивних заходів:
- організація двоступінчастого процесу горіння (удається знизити рівень NOx у димових газах з 1,42 * 10-3% до 0,27 * 10-3% ( в І ступіні процес йде з браком О2 a =0,81, а в ІІ - при невеликому надлишку).
- зниження коефіцієнта надлишку повітря (зменшення a до 1,03 концентрація NOx може бути знижена на 25 - 30%.
- зниження температури газів у зоні горіння.
- уловлювання окислів азоту з наступною переробкою їх у товарні продукти (HNO3). Як поглиначі використовують: Na2CO3, Ca(OH)2, розчини NH3, силікагелі Sі2 * nН2O, торфолужні сорбенти.
- зниження викидів твердих часток
інерційні золоуловлювачі, мокрого типу, тканинні фільтри, електрофільтри, комбіновані золоуловлювачі.
- зниження забруднюючих викидів АЕС
склад радіоактивних відходів і їхню активність залежать від типу і конструкції реактора, від виду ядерного пального.
- очищення стічних вод електростанцій
відповідно до норм ГДК.
- удосконалювання теплових схем установок.
- зниження втрат при виробництві і транспортуванні енергії.
- удосконалювання процесів споживання енергії.
ЛЕКЦІЯ 5
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТЕРМОДИНАМІКИ
| 5.1. | І закон термодинаміки | |
| 5.2. | Енергетичний баланс і його використання при розрахунках теплових процесів |
І закон термодинаміки є окремим випадком закону збереження і перетворення енергії.
Сума усіх видів енергії ізольованої системи є величина постійна, тобто S dE = 0 або S Ei = const, Ei - види енергії.
Енергія передається від навколишнього середовища до робочого тіла
DE = Q + L (І)
Роботу навколишнього середовища над робочим тілом можна замінити роботою подолання робочим тілом сил навколишнього середовища, що буде чисельно дорівнювати L, але протилежні по напрямку, тобто зі знаком мінус (позначимо L* ). Тоді рівняння (І) перепишеться
Q = DE + L*
Це рівняння і є математичне вираження І закону термодинаміки. Кількість енергії, підведеної до тіла в даній термодинамічній системі у формі теплоти, йде на зміну його енергії і на здійснення цим тілом зовнішньої роботи.
Енергія тіла складається з зовнішньої Ез и внутрішньої енергії.
Е = Ез + U
Зовнішня енергія тіла Ез являє собою суму кінетичної і потенційної енергій цього тіла. Перша з них, якщо зневажити кінетичною енергією обертання тіла навколо центра інерції, дорівнює mc2 , де с - швидкість центра інерції тіла, м/с; m - маса тіла, кг.
Друга складова зовнішньої енергії тіла - зовнішня потенційна енергія дорівнює mgН, де g - прискорення вільного падіння, м/с2; H - висота, м. Отже, зміна зовнішньої енергії тіла
Внутрішня енергія тіла являє собою енергію, обумовлену рухом і силами взаємодії часток робочого тіла (молекул, атомів, електронів, атомних ядер) і, отже, дорівнює сумі кінетичної і потенційної енергій цих часток. Внутрішня енергія є функцією основних термодинамічних параметрів стану. Для ідеальних газів потенційна енергія дрібних часток робочого тіла дорівнює нулеві, і, отже, їхня внутрішня енергія дорівнює кінетичній енергії, що, у свою чергу, є функцією тільки температури.
5.2. Деякі основні поняття термодинаміки можна проілюструвати на прикладі розповсюдженого технологічного процесу - випарки (мал.1). До апарата підводиться тепло в кількості Q1 при температурі Т1, і відводиться тепло з парами речовини, що випарюється, (наприклад, з парами води) у кількості Q2 при температурі Т2. Крім того, деяка кількість тепла губиться в навколишнє середовище (теплові втрати Qn). З першого закону термодинаміки випливає, що
Q1 = Q2 + Qn
Рівняння (І) - це рівняння енергетичного балансу випарки. Якщо тепловими втратами можна зневажити, тобто при Qn Q1, то Q1 = Q2. Величину Q1 часто називають витратами енергії. Цей термін не строгий. Відповідно до першого закону термодинаміки, енергія не затрачається, а лише переходить з однієї форми в іншу. У даному випадку енергія у формі тепла, підведена теплоносієм Q1, перейшла в енергію водяної пари, тобто з'явилося вторинне тепло Q2, яке можна використовувати для якої-небудь корисної мети. Тому правильно називати величину Q1 "підведена енергія", а Q2 - "відведена енергія". Нерідко застосовують також поняття втрати енергії, що, однак, у відповідності зі сказаним вище, неточно. У деякій мірі їм можна скористатися для позначення тих відведених від системи потоків енергії, що свідомо не можуть бути корисно використані. До таких втрат у даному випадку відносяться втрати тепла Qn через ізоляцію в навколишнє середовище, а також утрати, зв'язані з перекачуванням газів і рідин. У цьому випадку енергія, підведена до насоса, витрачається на нагрівання трубопроводів і потім розсіюється в навколишнє середовище. Якщо тепло Q2 не використовується, його часто відносять до "утрат тепла". Таким чином, під "втратами енергії" варто розуміти енергію, що не використовується в технічній системі (наприклад тому, що переходить у форму, непридатну для застосування). З приведеного вище приклада видно, що загальноприйнятий енергетичний баланс дає досить важливу інформацію про процес.
Однак ця інформація неповна і може привести до перекрученого уявлення про процес. Насамперед з енергетичного балансу неясно, що варто віднести до енергетичних витрат на процес. У розповсюдженому випадку, коли Qn = 0, ця задача при використанні тільки першого закону термодинаміки формально нерозв'язна. Якщо прийняти, що тепло Q2 не використовується, тоді ці витрати рівні Q1. Якщо ж тепло Q2 цілком використовується, то енергетичні витрати формально дорівнюють нулеві, що суперечить так званому "здоровому глуздові". Дійсно, з одного боку, витрати існують, з іншого боку - їх неможливо кількісно оцінити. Неясно також, як у цьому випадку оцінити ефективність процесу, ступінь його досконалості. Часто для оцінки ефективності процесу застосовують коефіцієнт корисної дії, дорівнюючий відношенню корисного ефекту до витрат. У даному випадку "тепловий", або термічний ККД дорівнює
hQ = Q2/Q1 = 1 (2)
Отже, розрахунок "теплового" ККД не дає корисної інформації, тому що будь-який процес, незалежно від його технологічного оформлення, при повному обліку всіх потоків має ККД, рівний або близький до одиниці. Тоді, якщо довіряти отриманому результатові, удосконалювати процеси немає необхідності.
Приклади, аналогічні розглянутому, можна продовжити. У будь-якому хімічному виробництві значна кількість тепла приділяється від системи у виді так званих вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР). Якщо в схемі, показаній на мал.1, протікає не випарка, а ендотермічна хімічна реакція, то частина підведеного тепла Qx витрачається на проведення хімічної реакції, а інше тепло Q2 відводиться у вигляді ВЕР з нагрітими продуктами реакції. Тоді кількість вторинного тепла буде дорівнювати
Q2 = Q1 - Qx (3)
При аналізі рівняння (3) може створитися враження, що при повному використанні ВЕР енергетичні витрати можна знизити з Q1 до Q1 - Q2 і відповідно зменшити витрату палива для підведення тепла. Цей висновок, як буде показано нижче, у загальному випадку невірний, тому що кількість і якість цих потоків неоднакові. Економія буде менше, ніж випливає з енергетичного балансу. Тому навіть у найпростішому випадку енергетичний баланс повинний бути доповнений іншою інформацією, що характеризує "якість", "цінність" енергії. Таку інформацію можна одержати з другого закону термодинаміки.
Мал.1
 |
Qn
 |
Q1(T1) Q2(T2)
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 117; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!