Скачать презентацию Семинар 5 Первый и второй законы термодинамики Скачать презентацию Семинар 5 Первый и второй законы термодинамики

TS_grassman.ppt

  • Количество слайдов: 46

Семинар № 5 Первый и второй законы термодинамики. Потери тепла и энергии при работе Семинар № 5 Первый и второй законы термодинамики. Потери тепла и энергии при работе электростанций. Энергоэффективность

Семинар № 6 Эквивалентность преобразования форм энергии Семинар № 6 Эквивалентность преобразования форм энергии

Арифметическая эквивалентность различных форм энергии Коэффициенты перевода единиц измерения форм энергии Единица энергии к. Арифметическая эквивалентность различных форм энергии Коэффициенты перевода единиц измерения форм энергии Единица энергии к. Вт* ч Дж 1 к. Вт*ч 1 Дж 1 ккал 1 л. с. * ч(лошадиная сила-час) 1 л нефти 1 л природного газа 1 л бензина 1 2, 78 * 10 -7 1, 16 * 10 -3 7, 46 * 10 -1 10, 69 1, 09 * 10 -2 9, 85 3, 600 * 10* 1 4, 184* 103 2, 690 * 106 3, 848 * 107 3, 912 * 104 3, 514 * 107

Эквивалентность преобразования форм энергии Наиболее распространенные способы преобразования энергии в электрическую форму: • гидротурбина Эквивалентность преобразования форм энергии Наиболее распространенные способы преобразования энергии в электрическую форму: • гидротурбина • тепловая электростанция на ископаемом топливе • атомная электростанция на ядерном топливе • атомная электростанция на реакторе размножителе

Дымовые газы 88% Котел 42% пар турбина конденсат топливо 0, 88*0, 42*0, 98=0, 362 Дымовые газы 88% Котел 42% пар турбина конденсат топливо 0, 88*0, 42*0, 98=0, 362 98% Генератор

Семинар 7 «Цикл Карно» d. U = d. Q - d. A внутренняя энергия Семинар 7 «Цикл Карно» d. U = d. Q - d. A внутренняя энергия системы U является функцией состояния, а ее изменение определяется разностью между количеством тепла d. Q, сообщенным системе, и работой d. A, совершенной системой

Принципиальная схема, отражающая условия работы тепловых двигателей, представлена Принципиальная схема, отражающая условия работы тепловых двигателей, представлена

тепловая энергия, получаемая от нагревателя и преобразуемая в работу А и отходящее тепло Q тепловая энергия, получаемая от нагревателя и преобразуемая в работу А и отходящее тепло Q 1. При циклическом процессе двигатель должен вернуться в начальное состояние, то ∆U = 0 и Q 2 = Q 1 +A, согласно второму началу термодинамики Q 1 не может быть равным 0, следовательно, часть энергии неизбежно передается окружающим телам или поступает в атмосферу.

Предельные соотношения для перехода теплоты в работу вытекают из анализа циклического процесса, совершаемого тепловой Предельные соотношения для перехода теплоты в работу вытекают из анализа циклического процесса, совершаемого тепловой машиной Карно. В этом процессе каждая индивидуальная порция рабочего вещества претерпевает последовательное четырех стадийное изменение состояния.

Т Изотермическое расширение, V объем тела увеличивается Т 2 адиабатическое расширение А адиабатическое сжатие Т Изотермическое расширение, V объем тела увеличивается Т 2 адиабатическое расширение А адиабатическое сжатие Т 1 Изотермическое сжатие S 2 S 1 S ТРАЕКТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА В ЦИКЛЕ КАРНО

Траектория изменения состояния рабочего вещества в цикле наиболее простую форму приобретает на плоскости параметров Траектория изменения состояния рабочего вещества в цикле наиболее простую форму приобретает на плоскости параметров S – Т S энтропия [Дж К 1], Т термодинамическая температура [К]. Работа (А) цикла равна площади прямоугольника, изображающего эту траекторию. Ключевым моментом для замыкания траектории является остановка стадии нетермического сжатия в точке S 1 = S 2.

Необходимым условием производства работы тепловой машины (А>0) является перенос теплоты от «горячего» к «холодному» Необходимым условием производства работы тепловой машины (А>0) является перенос теплоты от «горячего» к «холодному» резервуару, Т 2 > Т 1 Степень преобразования подведенной к машине теплоты в работу характеризуется коэффициентом полезного действия КПД (ηт). ηт = A/ Q 2=1 - (Т 1 / Т 2) = (Т 2 - Т 1) / Т 2

Верхний предел в настоящее время определяется конструктивной прочностью материалов и составляет около 600° С. Верхний предел в настоящее время определяется конструктивной прочностью материалов и составляет около 600° С. Нижний предел это температура окружающего воздуха, воды, грунт, куда отводится отходящее тепло работающей машины, и эта температура не может быть ниже 10 20° С. Следовательно, КПД машины Карно η карно= 0, 67.

Котел Турбина η=88% η=42% конденсатор Генератор η=98% Котел Турбина η=88% η=42% конденсатор Генератор η=98%

х х Котел η=88% х Турбина η=42% Генератор η=98% х конденсатор х х х х Котел η=88% х Турбина η=42% Генератор η=98% х конденсатор х х

Решение: ηт теор. = (950 К 288 К) / 950 К = 0, 697 Решение: ηт теор. = (950 К 288 К) / 950 К = 0, 697 Подробный тепловой баланс выглядит следующим образом: Теплота сгорания угля 7232 ккал/кг , следовательно, 1) в котел поступает: 7232 ккал/кг X 1000000 кг = 7, 232*109 ккал.

Котел η=88% Турбина η=42% конденсатор 7, 232*109 ккал Генератор η=98% Котел η=88% Турбина η=42% конденсатор 7, 232*109 ккал Генератор η=98%

2) к турбине поступает: 7, 232 * 109 ккал X 0, 88 = 6, 2) к турбине поступает: 7, 232 * 109 ккал X 0, 88 = 6, 364* 109 ккал, а теряется: 7, 232 * 109 ккал X 0, 12 = 8, 68 * 108 ккал.

8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% Турбина η=42% конденсатор 7, 8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% Турбина η=42% конденсатор 7, 232*109 ккал Генератор η=98%

3) к генератору поступает: 6, 364* 109 ккал X 0, 42 = 2, 673* 3) к генератору поступает: 6, 364* 109 ккал X 0, 42 = 2, 673* 109 ккал, а теряется в конденсаторе (а затем поступает в окружающую среду с охлаждающей водой): 6, 364* 109 ккал Х 0, 58 = 3, 69 * 109 ккал.

8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% Турбина η=42% Генератор η=98% 8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% Турбина η=42% Генератор η=98% 2, 673* 109 ккал конденсатор 7, 232*109 ккал 3, 691* 109 ккал

4) на выходе генератора получаем : 2, 67 * 109 ккал Х 0, 98 4) на выходе генератора получаем : 2, 67 * 109 ккал Х 0, 98 = 2, 62 * 109 ккал. = 3, 027(3, 04)* 106 к. Вт*ч. Следовательно в электроэнергию преобразуется 2, 62 * 109 ккал / 7, 232*109 ккал = 0, 361. ηт=36%.

8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% 2, 62 * 109 8, 688* 108 ккал 6, 364* 109 ккал Котел η=88% 2, 62 * 109 ккал Турбина η=42% Генератор η=98% 2, 673* 109 ккал конденсатор 7, 232*109 ккал 3, 691* 109 ккал

Семинар № 8 «Тепловой баланс техносистем» Qф + Qэ+Qв =Qф/ +Qп/ • Qф -физическое Семинар № 8 «Тепловой баланс техносистем» Qф + Qэ+Qв =Qф/ +Qп/ • Qф -физическое тепло, введенное в процесс с исходными веществами; • Qэ- тепло экзотермических реакций и физических превращений, выделяемое в процессе; • Qв - тепло, введенное в процесс извне, не принимающее участия в химических реакциях; • Qф/ - физическое тепло, выведенное из процесса с продуктами реакции; • Qп/ - потери тепла в окружающую среду.

Физическое тепло, Qф введенное с исходными веществами или выведенное с продуктами реакции рассчитывается по Физическое тепло, Qф введенное с исходными веществами или выведенное с продуктами реакции рассчитывается по формуле: Qф = cmt. Здесь m количество исходных веществ, с средняя теплоемкость исходных веществ при температуре их поступления, t температура исходных веществ.

Тепло экзотермических реакций и физических превращений исходных веществ из одного агрегатного состояния в другое Тепло экзотермических реакций и физических превращений исходных веществ из одного агрегатного состояния в другое Qэ как при плавлении, так и при испарении жидкости и т. п. , или процессах растворения или кристаллизации, берется из экспериментальных данных или определяется путем термохимических расчетов. Тепло, введенное в аппарат извне, Qв не принимающее участия в химических реакциях, рассчитывается по теплосодержанию газообразного, жидкого или твердого теплоносителя аналогично Qф как произведение Qв = cmt

• Физическое тепло, Qф/ выводимое с продуктами реакции, рассчитывается аналогично. • Потери тепла • Физическое тепло, Qф/ выводимое с продуктами реакции, рассчитывается аналогично. • Потери тепла в окружающую среду, Qп/ обусловленные теплопроводностью наружных стенок аппарата, излучением и конвекцией, рассчитывают на основании законов теплопередачи или берут на основе практических данных.

Семинар № 9 «Энерготехнологический принцип в работе техносистем» Семинар № 9 «Энерготехнологический принцип в работе техносистем»

Семинар № 9 «Энерготехнологический принцип в работе техносистем» Нормальное функционирование систем контроля за загрязнением Семинар № 9 «Энерготехнологический принцип в работе техносистем» Нормальное функционирование систем контроля за загрязнением окружающей среды связано с энергоснабжением. Чтобы определить энергетические требования различных систем охраны среды, необходимо знать энергосодержание различных продуктов, используемых в промышленности.

Энергетический потенциал продуктов химической переработки складывается из энергии технологии переработки и энергии сырьевого продукта. Энергетический потенциал продуктов химической переработки складывается из энергии технологии переработки и энергии сырьевого продукта. Для ряда производств наиболее перспективными являются энерготехнологические схемы, в основу которых положен энерготехнологический принцип

Семинар № 10 «Методы расчета эксергии» Семинар № 10 «Методы расчета эксергии»

Термин «эксергия» был введен 3. Рантом в 1956 г. Он состоит из двух частей Термин «эксергия» был введен 3. Рантом в 1956 г. Он состоит из двух частей греч. Ergon (работа, сила) и первой половины лат. слова exteraus (внешний). Эксергия представляет собой меру потенциальных ресурсов любого вещества и потоков энергии любого вида (в условиях данной окружающей среды) и характеризует их превратимость и, следовательно, возможность их использования.

Он заключается в комплексной переработке всех минеральных составляющих сырья с утилизацией физической теплоты продуктовых Он заключается в комплексной переработке всех минеральных составляющих сырья с утилизацией физической теплоты продуктовых потоков, тепла экзотермических реакций и энергии сжатых газов. В таких схемах энергетические установки и машины (котлы утилизаторы, газовые и паровые турбины, теплоиспользующие холодильники, паронагреватели и т. д. ) являются частью технологической установки, которая производит не только химическую продукцию, но и тепловую энергию.

Каждый природный ресурс (за исключением солнечной энергии, поступающей извне), эксергию которого нужно найти, находится Каждый природный ресурс (за исключением солнечной энергии, поступающей извне), эксергию которого нужно найти, находится внутри окружающей среды и представляет ценность лишь в той степени, в какой он по химическому составу, температуре или давлению отличается от нее.

ΣE ΣE" ΣE' Σ ∆E Диаграмма Грассмана

Диаграмма Грассмана отражает эксергетические балансы. На ней ширина заштрихованной части в условном масштабе соответствует Диаграмма Грассмана отражает эксергетические балансы. На ней ширина заштрихованной части в условном масштабе соответствует потокам эксергии. Потери эксергии вследствие необратимости процессов изображены более темной штриховкой.

Диаграмма Грассмана отражает эксергетические балансы. На ней ширина заштрихованной части в условном масштабе соответствует Диаграмма Грассмана отражает эксергетические балансы. На ней ширина заштрихованной части в условном масштабе соответствует потокам эксергии. Потери эксергии вследствие необратимости процессов изображены более темной штриховкой. Ширина полосы в каждом сечении соответствует относительной величине потока эксергии. Вертикальный катед треугольника – потери эксергии

Во всех случаях эксергетических баланс показывает потери от необратимости процессов, протекающих в системе. При Во всех случаях эксергетических баланс показывает потери от необратимости процессов, протекающих в системе. При этом следует иметь в виду принципиальное отличие понятия «потери энергии» от «потери эксергии» .

Потеря энергии по существу означает не потерю энергии вообще (энергия не исчезает бесследно), а Потеря энергии по существу означает не потерю энергии вообще (энергия не исчезает бесследно), а потерю для данной системы или для данной цепи в случае, если часть энергии непригодна для использования в этой системе по своей форме или параметрам. Потеря эксергии означает ее полное исчезновение вследствие диссипации энергии.

ТЭС ЛЭП 4% 100% 36% 34 % Холоди льник Пример (задача) показывает не только ТЭС ЛЭП 4% 100% 36% 34 % Холоди льник Пример (задача) показывает не только потери на каждом этапе, но и «сколько стоит» единица эксергии в конце технологической цепочки.

Материальные и энергетические балансы имеют большое значение для анализа и оценки правильности и целесообразности Материальные и энергетические балансы имеют большое значение для анализа и оценки правильности и целесообразности осуществления производственного процесса в условиях промышленности. С их помощью устанавливают удельное значение выходов продукции, расходов и потерь сырья: топлива и других материалов, коэффициентов полезного действия энергии. Балансы используют для определения размеров аппаратуры, ее мощности и производительности, интенсивности процессов и ряда других технических и экономических показателей производства при проектно расчетных работах.

Балансы отражают условия эксплуатации и степень совершенства соответствующих процессов — размеры потерь и количество Балансы отражают условия эксплуатации и степень совершенства соответствующих процессов — размеры потерь и количество используемых материалов и энергии, мобилизуя тем самым внимание и усилия на совершенствование процес сов и аппаратов с целью максимального использования материальных и энергетических ресурсов. Балансы весьма важны для составления рациональных схем производства и установления оптимальных размеров аппаратуры при проектировании новых и улучшении работы существующих предприятий.

Сначала составляют материальный, а затем на его основе — энергетический баланс. Показатели материального и Сначала составляют материальный, а затем на его основе — энергетический баланс. Показатели материального и энергетического балансов во многих случаях выражают в денежных эквивалентах, на основе которых с добавлением ряда других показателей могут быть составлены экономические балансы производства.

Аналитические данные используют для стехиометрических расчетов, которые ложатся в основу материальных балансов, а термохимические Аналитические данные используют для стехиометрических расчетов, которые ложатся в основу материальных балансов, а термохимические и теплофизические константы (теплоты образования и разложения, теплоты плавления, растворения, возгонки и других процессов, теплоемкости, электрических параметров и др. ) используют для составления энергетических балансов.