Определение химической эксергии
Рассмотрим в качестве окружающей среды атмосферу, в которой присутствуют О2 и N2. Эти вещества называют веществами отсчета: если в рассматриваемой системе существуют эти вещества, то их приводят к состоянию отсчета, т.е. к состоянию окружающей среды.
Термодинамические основы определения эксергии
Работа открытой системы, полученная в любом изотермическом процессе равна изменению энергии Гиббса (-ΔG)
G = Н - ТS
ΔG = ΔН - ТΔS- SΔТ
С другой стороны ТΔS = ΔН - VΔР + δАН
-VΔР + δАН = -ΔG - SΔТ
ΔТ = 0, тогда ΔG= -VΔР + δАН
н — немеханическая работа
Y - вещество отсчета, j— > идеальный газ. При общем давлении в системе Рс парциальное давление j-го компонента в системе Рcj парциальное давление окружающей среды
Рассмотрим переход при постоянной температуре одного моля вещества j из состояния Рcj в состояние Р'cj
![]() |
В окр. В рассм. Среде системе
Рассмотрим энтропию и энтальпию:
Для неидеальных газов рассматривают не парциальные давления, а фугитивность, таким образом, при переводе 1 моль вещества отсчета j рассматриваемой системы к его состоянию равновесия с окружающей средой, совершается работа:
![]() |
Если то А>0
Если то А<0
Величину работы называют мольной химической эксергией вещества отсчета j .
Если в системе содержатся вещества, которых в окружающей среде нет, то согласно методу Шаргута с этими веществами проводят реакции девальвации.
Реакции девальвации — это химическая реакция, вследствие которой вещество превращается в вещество отсчета. Это превращение возможно осуществить с участием другого вещества из окружающей среды, которое называется дополнительным веществом отсчета.
Дополнительное вещество отсчета используется в том состоянии, в котором оно находится в окружающей среде. Окружающая среда рассматривается как бесконечный ресурс вещества и энергии.
Для реакции девальвации ΔG рассматривается как работа девальвации при температуре окружающей среды.
Для веществ системы ΔG берется их парциальных давлениях в системе для дополнительных веществ отсчета, берутся их парциальные давления и агрегатные состояния в окружающей среде.
Эксергический КПД
С точки зрения ТД-ского совершенства технологический процесс должен иметь минимальные эксергические потери и потери способность совершать работу. Для совершенных производств суммарная эксергия потоков на выходе близка к эксергии потоков на входе, т.е. работоспособность системы не теряется, а эксергический КПД определяется как:
Т.к. значения эксергии велики, то разность между ними может быть незначительна и КПД для различных процессов не различаются, поэтому можно вычислить КПД с учетом транзитной эксергии:
![]() |
Однако значение транзитной эксергии сложно вычислить, поэтому в некоторых случаях рассчитывают транзитные КПД, где в числителе учитывается прирост эксергии в результате технологического процесса, а в знаменателе убыль эксергии некоторых видов:
![]() |
КПД целевые лучше всего отражают уровень организации производства, а предварительный анализ всех составляющих эксергии позволяет избежать формального подхода.
Грамотная интерпретация эксергического КПД позволяет установить некоторые потери работоспособности. Например, использовать эксергию продуктов процесса, снизить потери на трение, потери от избытка реагента, повысить степень термоизолированности системы. Эксергический анализ проводят с учетом эксергических факторов, что является основой эксерго-экономического анализа.
При эксерго-экономическом анализе определяют стоимость единицы эксергии и рассчитывают эксерго-экономические критерии, затем проводят их оптимизацию ищут их максимум и минимум.