Параграф 20. Классификация потерь эксергии.

При термодинамическом анализе все виды потерь эксергии удобно условно разделить на внешние и внутренние потери.

К внешним потерям относятся потери, зависящие от степени использования продуктов в ходе процесса. Примером может служить производство метанола, в ходе которого затрачивается природный газ (Е_МЕТАН), электроэнергия (Е_ЭЛ), водяной пар (Е_П), а производятся метанол (Е_{МЕТАНОЛ}), продувочные газы (Е_{ПР. Г}) и вторичный пар (Е_{ВТ. П}). Тогда

. (20.1)

Если по каким-либо причинам водяной пар и продувочные газы не используются, то потери их эксергии относят к внешним потерям. Тогда

. (20.2)

К внутренним потерям эксергии относятся потери, зависящие от термодинамической необратимости процессов внутри системы.

Для уменьшения внешних потерь эксергии не нужно усовершенствовать технологию, но необходимо рационально организовать производство, правильно комбинировать различные процессы для полного использования ВЭР и побочных продуктов химической переработки сырья.

Для уменьшения внутренних потерь эксергии необходимо изменять технологию и аппаратурное оформление процесса.

В ходе термодинамического анализа все виды потерь эксергии часто условно делят «технические» и «собственные». К «собственным» потерям относят такие, которые неизбежны при существующем состоянии техники, а к «техническим» потерям ‒ те, которые могут быть устранены.

Простейшим примером «технических» потерь эксергии могут служить те потери эксергии тепла в теплообменнике, которые возникают вследствие того, что поверхность его является конечной величиной. Увеличивая поверхность теплообменника, эти потери можно уменьшить.

Примером «собственных» потерь являются потери при смешении газов, устранить которые можно в результате применения полупроницаемых мембран, и часть потерь при химических реакциях, устранить которые можно при проведении их в топливных элементах установок.

Целесообразна следующая классификация потерь эксергии, основанная на способах их устранения или уменьшения.

1. «Эксплуатационные» потери, т. е. потери, для устранения или уменьшения которых достаточно только изменить технологический режим, улучшить эксплуатацию оборудования и более тщательно вести процесс. К таким способам экономии энергии относятся, например, снижение избытка воздуха при сжигании топлива и вообще избытка реагентов, улучшение тепловой изоляции, любая оптимизация технологического режима на действующем оборудовании и т. д.

2. «Аппаратные» потери, т. е. потери, для устранения или уменьшения которых наряду с приемами, указанными выше, необходимо также увеличить поверхности тепло- и массообмена, время протекания реакции, либо использовать эффективные аппараты, имеющие более высокие коэффициенты тепло- и массопередачи, насосы и компрессоры с более высокими КПД, более активные катализаторы.

3. «Технологические» потери, т. е. потери, которые можно устранить или уменьшить, изменив технологическую схему процесса. Эти потери неизбежны даже при бесконечно больших поверхностях аппаратов, и часто зависят также от физико-химических свойств веществ и физико-химических особенностей процесса.

4. «Физико-химические» потери, т. е. потери, которые зависят от свойств веществ, используемых в процессе (теплоемкости, теплоты химических реакций, фазовых переходов и т. д.). Некоторые из этих потерь можно снизить, заменяя рабочее тело на другое с заданными свойствами, например, если заменить один теплоноситель на другой. Аналогично можно заменить абсорбенты, экстрагенты, катализаторы.

5. Потери, которые можно устранить только принципиальным изменением технологии, заменой самого метода производства. Например, переход к другому методу синтеза вещества, который не сопровождается образованием такого большого количества побочных продуктов, как в данном способе.

По своей сути потери, описанные в пунктах 4 и 5, можно отнести к «собственным» потерям.

Приведенная выше классификация и терминология условны, так как многие виды потерь эксергии взаимосвязаны между собой.