Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Термодинамическая оптимизация процессов разделения

                          [pic]
       Рис.6. Схема потоков в процессе тепломассообмена с химическими
                                превращениями

                                    [pic]



      Необходимо определить условия организации процесса на  каждой  из  его
стадий,  когда   при   заданной    интенсивности   процесса   минимизируется
количество   производимой   энтропии,   нахождение   минимально    возможных
значений  производства  энтропии  и  соответствующих  им  функций  изменения
параметров процесса (концентраций, температур, давлений).
             Поскольку производство энтропии обладает свойством
аддитивности, то для процесса,  идущего в несколько стадий, общее
производство энтропии равно сумме производства энтропии на каждой из
стадий. Для каждой стадии находят минимальное производство энтропии при тех
или иных условиях, внешних для данной стадии.  Суммируя найденные значения
и оптимальным образом подбирая условия на границах стадий,  получим
минимально-возможное количество произведённой энтропии [pic] во всём
процессе в целом.

 Определение предельно возможных значений показателей эффективности. Оценка
        степени термодинамического совершенства организации процесса.

      Подставив  в  уравнения  балансов   минимально  возможное   количество
произведённой энтропии [pic], можно найти предельные  значения  традиционных
показателей эффективности.
      Отношение минимально возможного (при заданной  интенсивности процесса)
количества производимой  энтропии  [pic]  к  фактическому  (производимому  в
реальном   процессе)   [pic]   определяет   коэффициент   термодинамического
совершенства организации процесса
                                   [pic].

      Отношение   предельно-возможного    значения    обычного    показателя
эффективности    процесса     (энергетических     и     сырьевых     затрат,
производительности и т.д.) [pic] к фактическому [pic]
                                   [pic],

также может использоваться для оценки степени совершенства организации
процесса. Это позволяет оценить возможность и целесообразность его
дальнейшего улучшения.
      Также можно сравнить изменение температуры, концентрации,  давления  в
режиме, при котором минимизируется производимая энтропия, с  их  фактическим
изменением в реальном процессе. В ряде случаев это позволяет  выявить  новые
способы совершенствования организации процесса (путём изменения  конструкции
аппаратов,  добавления новых точек  подвода или отвода веществ, и т.п.).
      Если  параметры  одной  подсистемы  меняются,  как  следует   изменять
параметры  другой,   чтобы  обеспечить  максимальную  среднюю  интенсивность
целевого потока (если ставится задача о предельной производительности, а  не
о предельной экономичности при заданной производительности)?


                        Постановка задач оптимизации.


                           Термическое разделение.

      Для системы термического разделения (p=0) поток затрачиваемого на
разделения тепла
                                   [pic].
Первое из слагаемых зависит только от параметров внешних потоков и
представляет собой обратимые затраты тепла, а второе отражает кинетику
процесса и связанную с ней диссипацию энергии.
      Используя обозначение идеального цикла Карно [pic], предыдущее
условие можно переписать как
                                   [pic].
Здесь [pic] - эквивалентная обратимая работа, а [pic] - производство
энтропии.

                          Механическое разделение.

      Рассмотрим систему разделения, использующую работу с интенсивностью p
без подвода и отвода тепла ([pic]), при этом входные и выходные потоки
имеют одинаковые температуры и давления.
      Подводимая для разделения мощность
                                   [pic].
Первое слагаемое в этом выражении представляет минимальную мощность
разделения, которая соответствует обратимому процессу ([pic]). Эта работа
равна разности обратимой работы полного разделения исходного потока [pic] и
суммарной обратимой работы полного разделения выходных потоков [pic]и[pic]

      Обратимые оценки сильно занижены, реальная работа разделения может
оказаться существенно большей. Поэтому важно приблизить оценки к реальности
за счет учета конечной продолжительности процесса или заданной
интенсивности потоков. При этом оценки должны включать коэффициенты
массопереноса и зависеть от продолжительности процесса [pic].
      Для получения подобных оценок нужно выбрать такое изменение потоков
массопереноса во времени или по длине аппарата, при котором работа
разделения минимальна. Однако в большинстве аппаратов возможности изменения
профиля концентраций ограничены. Изменять можно лишь краевые условия и
расходы потоков. Схема Вант-Гоффа обладает большими возможностями
управления. Поэтому естественно использовать ее для получения оценки
минимальной работы разделения при конечном времени.
      Во всех рассмотренных примерах из уравнений термодинамических
балансов,
вытекало, что показатель эффективности использования энергии в
термодинамических системах (технический КПД) монотонно уменьшался с ростом
производства энтропии [pic], то есть с ростом необратимых потерь энергии.
Величина [pic]зависит от кинетики тепло- и массообменных процессов, а также
кинетики химических реакций. Уравнения кинетики связывают диссипативные
потоки энергии и вещества с интенсивными переменными
взаимодействующих подсистем.
      Задача оптимальной в термодинамическом смысле организации процесса
состоит
в том, чтобы выбором температур, давлений, химических потенциалов
взаимодействующих подсистем, а также коэффициентов в уравнениях кинетики
добиться минимума производства энтропии при заданной интенсивности потоков.
В распределенных стационарных системах (трубчатых теплообменниках,
реакторах, колонных аппаратах и пр.) интенсивные переменные меняются по
длине, и требуется найти оптимальный закон изменения этих переменных вдоль
аппарата, в нестационарных процессах требуется найти закон изменения
интенсивных переменных во времени.
      Важным свойством производства энтропии в системе является ее
аддитивность, что позволяет на первом этапе разбить сложную систему на
отдельные подсистемы, оптимизировать каждую из подсистем при тех или иных
параметрах поступающих и выходящих из нее потоков. На следующем этапе
требуется так согласовать средние интенсивности потоков, чтобы
удовлетворить системным связям и минимизировать суммарное производство
энтропии.
      Как правило, для реализации найденных законов изменения температур,
давлений, химических потенциалов мы можем изменять объемы подсистем,
коэффициенты тепло- и массообмена. Самым простым и самым распространенным
способом изменения коэффициентов тепло- и массообмена является установление
и разрыв контактов между подсистемами. В тех случаях, когда перечисленные
способы управления не позволяют реализовать оптимального решения, величина
[pic], соответствующая этому решению, дает оценку снизу для производства
энтропии. Таким образом, при заданной интенсивности процесса нельзя
получить производство энтропии меньшее, чем [pic]. Подстановка [pic] в
выражение для термического КПД или другого показателя эффективности,
монотонно зависящего от [pic], позволяет получить верхнюю оценку, которую
при заданной интенсивности нельзя превзойти. Естественно, что эта оценка
ниже обратимой.
      В работе [9] предлагается конструкция ректификационной колонны с
промежуточным подводом и отводом тепла. При  этом предлагается использовать
такой профиль подвода тепла по высоте колонны, который минимизирует
производство энтропии при теплопереносе. Указанный профиль найден при
помощи метода ETD (Equal Thermodynamic Distance) и численного метода.
Полученные профили оказались схожими, и заметно отличаются от
температурного профиля общепринятой колонны.


                                 Заключение.


      Математические методы термодинамики при конечном времени нашли
применение во многих областях, при этом достигнуты высокие результаты.
Например, математические методы термодинамики при конечном времени
используются для оптимизации процессов разделения в ректификационных
колоннах [9]. С другой стороны в ряде областей, например посвященных
проблематике топливных элементов сделано немного. Таким образом,
представляется весьма перспективных использование математических методов
термодинамики при конечном времени для решения задач по созданию и
оптимизации топливных элементов.



                              Список литературы


     1.  В.А.Миронова,  С.А.Амелькин,  А.М.Цирлин.  "Математические  методы
        термодинамики при конечном времени" М.: Химия, 2000
     2. Плановский А.Н., Николаев П.И.  Процессы и  аппараты  химической  и
        нефтехимической технологии: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб.
        и доп. – М.: Химия, 1987. – 496 с.
     3. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник  для
        вузов. Под ред. Е.Г.Дудникова. - М.; Химия, 1987
     4. Амелькин С.А., Андресен Б., Саламон П., Цирлин А.М., Юмагужина В.Н.
        Предельные возможности тепломеханических систем. Процессы  с  одним
        источником. // Известия РАН, Энергетика, - 1998 - №2.
     5. Амелькин С.А., Андресен Б., Саламон П., Цирлин А.М., Юмагужина В.Н.
        Предельные  возможности  тепломеханических  систем  с   несколькими
        источниками // Известия Академии наук. Энергетика, - 1999 - №1.
     6. Балакирев В.С., Володин В.М., Цирлин  А.М.  Оптимальное  управление
        процессами химической технологии. - М.: Химия, - 1978.
     7. Бошнякович Ф. Техническая термодинамика. - М.:ГЭИ, - 1955.
     8. Пригожин И., Дефей Р.  Химическая  термодинамика.  -М.:  Наука,  --
        1966.
     9.  Анисимов  И.В.,  Бодров  В.И.,  Покровский  В.Б.}   Математическое
        моделирование  и  оптимизация  ректификационных  ус
1234
скачать работу

Термодинамическая оптимизация процессов разделения

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ