Процессы и аппараты упаковочного производства

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Из первого закона термодинамики может быть сформулировано выражение закона сохранения энергии: внутренняя энергия U изоли­рованной от внешней среды системы постоянна, т. е. U = const.

22

I огда

В уравнении (1.10) величины теплоты SQ и производимой рабо-i i»i 8 А характеризуют не систему, а процессы ее взаимодействия i окружающей средой, поэтому они не являются полными диффе­ренциалами. Переход системы из одного энергетического состояния ц другое характеризуется новым значением внутренней энергии I/, sbk как U меняется на определенную величину независимо от пути перехода.

Уравнение (1.10) без большой ошибки может быть использовано н качестве закона сохранения теплоты.

Энергетический баланс. При анализе и расчете химико-техно-югических процессов часто необходимо определить расход энергии па его проведение, и в частности, теплоты. Чтобы определить расход теплоты, составляют тепловой баланс как часть общего щергетического баланса. Тепловой баланс составляют для многих процессов, протекающих в реакторах, теплообменных аппаратах, массообменных аппаратах (перегонка жидкостей, сушка и т. п.).

По аналогии с материальным балансом тепловой баланс в об­щем виде выражается следующим образом:

; ic Q^ теплота, вводимая в аппарат с исходными материалами; ^Qp тепловой >ффект физических и химических превращений; ^бк теплота, выводимая из аппа­рата продуктами; ^бп потери теплоты в окружающую среду.

На рис. 1-3 приведены примеры нагревания жидкости в аппара­тах идеального вытеснения и идеального смешения. В аппарате идеального вытеснения температура жидкости плавно изменяется по длине аппарата / от начальной ^ до конечной ^, так как текущие н аппарате объемы жидкости вытесняют друг друга, не смешиваясь. 1^ аппарате идеального смешения поступающая жидкость прак-гически мгновенно смешивается с находящейся в аппарате, поэтому начальная температура /ц жидкости в таком аппарате мгновенно изменяется до конечной ^.

Средняя разность температур At^p при условии сохранения начальных температур нагреваемой жидкости ^ и греющего пара t^ (средняя движущая сила процесса) в аппарате идеального вытес­нения выше, чем в аппарате идеального смешения. Следовательно, н количество переданной при этом теплоты в аппарате идеального вытеснения больше, т. е. бк. выт > бк. смеш -

Тепловой баланс для обоих случаев идентичен:

Но значения величин, входящих в уравнение (1.12), различны. Поэтому при составлении тепловых балансов часто приходится принимать модель, по которой работает данный аппарат (идеаль­ное вытеснение, идеальное смешение и т. д.-см. гл. 5), что приводит

Рис. 1-3. Изменение температуры при нагревании жидкости в аппаратах идеального вытеснения (а) и идеального смешения (о):

А-двухтрубный теплообменник; б - аппарат с мешалкой (7) и паровой рубашкой (2)

К определенной ошибке, так как работа реального аппарата может отличаться от работы принятой модели.

Помимо расхода теплоты, энергетический баланс позволяет определить расходы кинетической и потенциальной энергии на проведение процесса (перемещение жидкостей, сжатие и транспор­тирование газов и др.).