Невозможно правильно распределить затраты энергии на различные продукты при комплексном их производстве.

Поэтому широко распространен способ оценки степени совершенства через «тепловой», или «термический» КПД. Значение энергетического КПД:

где - сумма полезно затраченных энергий; - сумма общих затрат энергии.

2.7. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Анализ на основе только энергетического баланса не полностью и искаженно характеризует процесс в тех случаях, когда в соизмеримых количествах расходуется несколько качественно разных видов энергии (например, тепло, холод на различных уровнях, электроэнергия и т. д.), а также когда производится и полезно используется несколько продуктов и потоков энергии. Объективную оценку эффективности процессов, протекающих в ХТС можно получить на основе эксергетического анализа. Информация, полученная из такого термодинамического подхода, позволяет оценить совершенство анализируемой системы и возможность практического осуществления проектируемой. В эксергетическом подходе для анализа совершенства систем химической технологии положения термодинамики предстают как бы в новых "одеждах", а именно, через понятие или выражение "потоки". Уравнения термодинамики при таком подходе характеризуют изменения состояния не статичной порции вещества, а потока вещества, проходящего через технологическую систему. Аналогичным образом вместо количеств энергии, теплоты или работы, воспринимаемых (отдаваемых) порцией вещества, в термодинамическую модель технологической системы входят потоки теплоты, работы и скорости возникновения энтропии в системе. Эксергетический метод термодинамического анализа основан на использовании первого и второго начал термодинамики. Его особенность заключается в том, что этот метод учитывает реальные условия протекания технических процессов, от которых зависит возможность получения максимальной полезной работы. Величина А^m_п^а_о^х_{л - -} - максимальная полезная работа, полученная в ходе обратимого процесса при использовании в качестве источника тепла рабочее тело при температуре Т ₁ и в качестве приемника тепла — естественную окружающую среду при температуре Т _o. Это понятие и послужило основой эксергетического анализа. Величину А^m_п^а_о^х_л называют либо пригодностью (availability),либо технической работоспособностью, либо эксергией и обозначают чаще всего Е (е — удельная эксергия). Термин эксергия был введен Рантом и означает буквально «работа извне». Этот термин в настоящее время распространен шире, чем другие термины. Сама функция была впервые введена Д.Гиббсом. Основы эксергетического анализа заложены еще в работах Ж.Гюи и А.Стодолы. Однако этот метод термодинамического анализа до 30-х годов в технике не использовался. Его широкому применению способствовали работы Д.Кинана, Ф.Бошняковича, В.М.Бродянского, Я.Шаргута и др.

В общем случае, когда тепло подводится при переменной температуре, максимальная полезная работа равна
А^m_п^а_о^х_л = E = Т о∫ T δQ (1 — T___T_o______) = Q — T _o Т о∫ T δ __________TQ________________ = Q— T_oS.

При Р = const

E = H — T₀S = E — E₀ = H — H₀ — T₀(S—S₀), (1)

где индекс 0 означает состояние системы в условиях окружаю­щей среды.

В эксергетическом анализе принимают, что Е_o = 0. Уравнение (1) является наиболее распространенным уравнением для расчета эксергии. Учитывая, что H=U + PV (где U — внутренняя энергия), можно записать

Е = (U –U_o) + (PV- P_oV_o) –T_o(S –S_o). (2)