Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Химическая промышленность — одна из энергоемких отраслей народного хозяйства: на ее долю приходится 4,7% промышленного потребления электроэнергии и 6% всей вырабатываемой теплоты. Из общего расхода топлива в химической промышленности только 27 % используется в качестве сырья, а 73 % — на энергетические нужды, распределяясь практически поровну на выработку электрической энергии и теплоты непосредственно в технологических процессах. В себестоимости производства отдельных видов продукции химической промышленности на долю энергетических затрат приходится от 10 до 60%.
4
В химической промышленности энергетика непосредственно участвует в процессе производства продукции, и нарушение нормального энергоснабжения вызывает прекращение деятельности производственных звеньев или даже предприятия в целом. Энергетическое хозяйство химического предприятия включает собственно энергетические установки (ТЭЦ, котельные, компрессорные и кислородные станции, утилизационные, холодильные и теплонасосные установки и др.), энергетические элементы теплотехнических установок и энергетические элементы комбинированных энергохимико-технологических систем (ЭХТС), производящих технологическую и энергетическую продукцию. Характерной особенностью энергетического хозяйства химических предприятий является наличие в нем установок для использования вторичных энергоресурсов (ВЭР).
Совершенствование энергетики химической отрасли народного хозяйства связано с интенсификацией производства, внедрением агрегатов повышенной единичной мощности, применением наиболее рациональных видов энергии и энергоносителей, повышением коэффициента утилизации вторичных эиергоресурсов (в том числе низкопотенциальных), улучшением системы нормирования энергоресурсов, использованием систем учета и контроля расхода топливно-энергетических ресурсов, внедрением и оптимизацией ЭХТС, созданием безотходной (по энергии и сырью) экономически выдержанной технологии.
Одной из главных целей оптимизации ЭХТС является снижение до возможного минимума потребления энергии при сохранении высокой выработки целевого продукта. Преимущества комбинированного теплоиспользования перед раздельным производством технологической и энергетической продукции отчетливо выявляются при эксергети-ческом анализе. Эксергетический метод термодинамического анализа позволяет, определить предельные возможности процессов, источники потерь и пути их устранения, повысить эффективность рассматриваемых ЭХТС и ее элементов. В настоящее время заложены основы системного подхода к сложным ЭХТС и оценки их совершенства с помощью эксергетического баланса, который учитывает различную ценность энергоресурсов разной физической природы или разного потенциала, в отличие от энергетического баланса, который не учитывает перечисленных факторов и особенностей процессов в связи с различными проявлениями необратимости.
Задача курса теплотехники заключается в подготовке инженера-химика-технолога, владеющего навыками грамотного руководства проектированием и эксплуатацией современного химического производства, представляющего собой совокупность технологических и тепловых процессов и соответствующего технологического и теплоэнергетического оборудования. Эта подготовка будет способствовать успешному выполнению указанных выше задач выпускниками химико-технологических вузов. Значение такой подготовки будет расти по мере вовлечения атомной, термоядерной и возобновляемых видов энергии в ряд практически значимых и эффективных, ибо, по известному выражению, никакой вид энергии не обходится так дорого, как его недостаток.
5
ГЛАВА 1
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
§ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Термодинамика есть феноменологическая теория макроскопических процессов, сопровождающихся превращением энергии. В самом общем смысле она представляет науку об энергии и ее свойствах. Положенные в основу этой науки так называемые начала или законы термодинамики являются обобщением найденных опытным путем макроскопических закономерностей.
Основным содержанием технической термодинамики является изучение закономерностей взаимного превращения теплоты и работы, а также изучение свойств тел, принимающих участие в этом превращении, и процессов, протекающих в различных аппаратах, тепловых и холодильных машинах.
В учении о теплоте русская научная мысль намного опередила западно-европейскую. В середине XVIII в. М. В. Ломоносов создал молекулярно-кинетическую теорию теплоты. Свою теорию он изложил в работе «Размышления о причине теплоты и холода» (1750). Рассматривая всевозможные движения «корпускул», Ломоносов пришел к выводу, что тепловые явления связаны с «коловратным» движением «корпускул». Несмотря на ограниченность этого вывода, важным было утверждение того, что тепловые явления обусловлены движением молекул. Созданная им молекулярно-кинетическая теория теплоты привела его к открытию закона сохранения энергии и к качественным формулировкам законов термодинамики.
До последнего времени словом «теплота» пользуются для обозначения теплового движения, внутренней энергии и молекулярно-кине-тической энергии. Советский физик К. А. Путилов [3] указал, что отождествление теплоты с энергией противоречит первому закону термодинамики, согласно которому теплота равна сумме изменений внутренней энергии и работы. Так как работа зависит от пути процесса, то, следовательно, и теплота также должна зависеть от пути процесса. Основным же свойством энергии является то, что изменение ее не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. Поэтому мысль о теплоте, как и о работе, должна быть ассоциирована с представлением о процессе, сущность которого состоит в передаче энергии от одного тела к другому. Таким образом, теплота и работа представляют две формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому. Действительно, процесс работы возможен при наличии не менее двух тел, из которых одно развивает
