СХЕМА СЕМЕНОВА ТЕПЛОУПАКОВКИ ДО СТІЙКОЇ ЕКОНОМІКИ - Завантажити PDF
СХЕМА СЕМЕНОВА: ВІД ТЕРМІЧНОГО ДІАПАЗОНУ ДО СТІЙКОЇ ЕКОНОМІКИ С. ВОЛТЕР, А. ХАДЖ МЕБАРЕК, С. ФРЕЙТАГ та З. ГАБЕЛІКА Інтегрована чиста лабораторія, Група хімічної безпеки та екології Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Mulhouse, 3 Rue Alfred Werer F-68093 MULHOUSE Cedex тел: 03 89 33 68 22, електронна пошта: [email protected] JIREC 2010 Монпельє
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота довго ігнорувала Ніколаса Миколаївича СЕМЕНОВА * Нобелівська премія з хімії в 1956 р. Народившись у Саратові 3 квітня 1896 р., Він одружився з Наталією Миколаївною Семеновою, яка подарувала йому сина та дочку. Ніколас Семенов помер 25 вересня 1986 р. Чудова робота Семенова над механізмом хімічних перетворень включає дуже повний аналіз застосувань теорії ланцюгів до багатьох реакцій і, зокрема, до процесів, що характеризують горіння, [] шляхом прив'язки їх до часу індукції, пов'язаного до процесів окислення. * після: Нобелівські лекції, хімія 1942-1962, видавнича компанія Elsevier, Амстердам, 1964
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота, яку довго ігнорували Ніколас Миколаївич СЕМЕНОВ: У 1928 році він опублікував діаграму *, яка стане відомою в галузі теплової безпеки Діаграма Семенова. Але в 1928 році його публікація так і залишилася мертвим листом: Семенов помилявся, маючи теж причини незабаром * СЕМЕНОВ, Н.Н., Zur Theorie des Verbrennungsprozesses, Zeitschrift für Physik, 48, 571-82 (1928)
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна праця, яку довго ігнорували, і він проповідує в пустелі
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота довгий час ігнорується. Тим часом все більше аварій трапляється несподівано у виробничих цехах з незрозумілих причин Документ, люб’язно наданий доктором Дж. Віссом, Новартіс, Базель, курс: Безпека в хімічній промисловості, SERFA, UHA, Мюлуз
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота, яку давно ігнорували, але в Базелі (Швейцарія) хімічна промисловість почала втомлюватись. Документ, люб’язно наданий д-ром J. WISS, Новартіс, Базель, курс: Безпека в хімічній промисловості, SERFA, UHA, Мюлуз
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота, яку довго ігнорували. Швейцарський інженер-хімік, д-р Р. ГІГАКС, розкриває схему СЕМЕНОВА, розуміє її інтерес і черпає з неї надзвичайно корисні практичні програми з точки зору безпеки роботи хімічних реакцій, які він резюмує на новій діаграмі, відомій як діаграма GYGAX. Діаграма GYGAX * * GYGAX, R., Оцінка даних теплової безпеки, Критерії, Заходи, том 8 (під ред. ESCIS Suisse), ESCIS Lucerne, (1993)
СХЕМА СЕМЕНОВА: Фундаментальна робота, яку довго ігнорували. Як тільки наслідки відкриття СЕМЕНОВА були застосовані на практиці в хімічній промисловості, що перетворилося на наслідки для теплової безпеки процесів, частота аварій через втрату теплового контролю зазнала крапля запаморочлива
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна ТЕПЛОВА ПОТУЖНІСТЬ, що виробляється На тепловій діаграмі ми представляємо теплову потужність, що виробляється як функція температури реакційного середовища
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна ТЕПЛОВА ЕНЕРГЕТИКА Виділяється теплова потужність часто помітно пропорційна похідній ступеня прогресу реакції, ентальпія якої може бути виражена стосовно одного із використаних продуктів і стандартизовано за кг матеріалу, присутнього в реакційному середовищі.
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна ТЕПЛОВА ПОТУЖНІСТЬ Вироблена теплова потужність часто описується суттєво ЕКСПОНЕНТАЛЬНОЮ функцією температури.
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ ЕВАКУАЦІЯ На іншій тепловій діаграмі ми представляємо теплову потужність, евакуйовану як функцію різниці температур між реакційним середовищем та джерелом холоду
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але непроста ЕВАКУИРОВАНА ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ Евакуйована теплова потужність часто описується ЛІНІЙНОЮ функцією різниці між температурою охолоджуваного середовища та температури охолоджуючої рідини, температура подачі якої є постійною.
СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ ЕВАКУАЦІЯ Шкала на абсцисі є подвійною шкалою: вона представляє температуру на вході охолоджуючої рідини (перетин лінії охолодження з віссю абсцис), а також температуру охолодженої середній для будь-якої іншої точки на прямій.
Блискучою ідеєю СЕМЕНОВА було накладання двох діаграм Арреніуса (вироблення тепла) та Фур'є (відведення тепла) на одній, щоб термічно описати поведінку хімічного реактора. СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але непроста Виробництво тепла Відведення тепла
Система перебуває в стаціонарному стані, коли вироблена теплова потужність дорівнює відведеній тепловій потужності: СХЕМА СЕМЕНОВА Геніальна ідея, але не очевидна. Це стосується двох точок перетину між лінією Фур'є та експоненцією Арреніуса, одна стабільний, але з низькою продуктивністю, інший нестабільний, але з високою продуктивністю
СХЕМА СЕМЕНОВА Перевірка регулятора потужності ХІМІЧНА ТЕМПЕРАТУРА ХОЛОДИЛЬНИКА Завдяки зміні температури подачі охолоджуючої рідини система стає безпечнішою, чим більше вона холодна. Зміна температури рідини може бути наслідком різних кліматичних умов.
СХЕМА СЕМЕНОВА Контроль ХІМІЧНОГО регулювання потужності МОДИФІКАЦІЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРМІЧНОГО ПЕРЕДАЧА Змінюючи швидкість потоку рідини для холодоагенту, можна контролювати коефіцієнт тепловіддачі (нахил ліній охолодження). Іноді така зміна може трапитися випадково під час реакції.
СХЕМА СЕМЕНОВА ТЕРМІЧНИЙ КОНТРОЛЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ ТЕМПЕРАТУРА: ПОТЕНЦІАЛ, тобто відношення енергії E до кількості речовини m, виміряної його ентропією S, однорідною при (m.cp) Контрольній температурі: T = Введення/виведення - непрямий, регулюючи тепловий потік (потужність в Js -1), що діє на ЕНТРОПІЮ (тепловий простір S, виражений у Клаузіусі або JK -1, однорідний при mcp). Чим нижча ентропія реактора, тим ефективніше дія теплового потоку буде регулювати температуру.
СХЕМА СЕМЕНОВА Керування регулюванням потужності ЗА ПОРОГОМ ЗЛІТУ ХАРАКТЕРИСТИКОЮ ЗЛІМУ: ЯДЕРНА: Ядерна: Температура подачі охолоджуючої рідини Коефіцієнт перенесення коефіцієнта захоплення Поверхня обміну, перемішування Щільність потоку нейтронів
ХІМІЯ ТА ЇЇ ПРОМИСЛОВІСТЬ: ЗАДАЧІ Цілі хімічної реакції в людському контексті: - покращити щось у суспільстві Цілі в технічному контексті: - перетворити матеріал - забезпечити достатню продуктивність - валоризувати побічні продукти Хімічні продукти: - теплова (енергія ) витрата (енергія): робота Змінна регулювання: - температура (потенціал), а не тепло (енергія)!
ДО ЕКОНОМІЧНО СТІЙКОГО РОЗВИТКУ ЕКОНОМІКА МАЄ СВОЄ ПОХОДЖЕННЯ: КОНТЕКСТ: ЛЮДИНА ЦІЛЬ: Соціальна: - забезпечити виробництво та обмін необхідних товарів
ДО ЕКОНОМІЧНО СТІЙКОГО РОЗВИТКУ ВИРОБНИЦТВА: Первинний сектор: Сільське господарство (харчова промисловість) та гірничодобувна промисловість (Матеріал: mcp) Вторинний сектор: Переробна промисловість (Матеріал: mcp) Третинний сектор: Послуги, що дозволяють працювати первинному та вторинному секторам з достатньою продуктивністю. (енергетичний сектор: виробництво, відновлення та розподіл) ОБМІН: - Грошова маса: представляє матеріальні блага первинного та вторинного секторів, дозволяючи функціонувати третинному сектору, забезпечуючи належне функціонування первинного та вторинного. (Енергія, Тепло) марно, якщо не має потенціалу (Температура) - Грошова вартість: активізує пропозицію грошей (Потенціал, Температура)
СХЕМА СЕМЕНОВА ТЕРМІЧНИЙ КОНТРОЛЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ ТЕМПЕРАТУРА забезпечує хімічний контроль (не тепло!) Це ПОТЕНЦІАЛ, тобто енергія на кількість речовини. (співвідношення!) T (температура) = E (Енергія)/S (Ентропія) грошова вартість грошова пропозиція послуги + продукти/продукти В економіці виробництво генерує енергію, послуги генерують ентропію. Надлишок послуг по відношенню до виробництва знижує температуру системи за рахунок збільшення її ентропії та нахиляє динаміку у неминучому регресі до нижчої точки, стабільної, але що відповідає крайньому рівню бідності. Будь-яке додаткове відведення тепла (пропозиція грошей) у первинному та вторинному секторах для забезпечення стаціонарного режиму у третинному секторі може лише прискорити падіння до стабільного, але поганого стану.
ДО ЕКОНОМІЧНО СТІЙКОГО РОЗВИТКУ Економічна транспозиція діаграми СЕМЕНОВА Поріг вибірки занадто низький Se Рівень виробництва занадто низький Максимальна частота дискретизації Частота дискретизації занадто висока СКОРОСТЬ ПЕРЕМИВАННЯ ЗВІДНОСУ
ДО ЕКОНОМІЧНО СТІЙКОГО РОЗВИТКУ Економічна транспозиція діаграми СЕМЕНОВА ЗРАЗОК ГРАНИЦЯ: Занадто низький поріг відбору проб може бути піднятий за допомогою безкоштовних послуг або допуску місячного відбору проб. У хімії ми намагаємося знизити цей параметр, щоб мати, якщо це необхідно, значну контрольну силу над втікачем. Але в результаті частота відбору проб знижується (за рахунок зменшення швидкості відкачки), щоб реакція могла досягти бажаного порогу виробництва, на якому рівень регулювання запобігає втечі.
Швидкість виведення: до економічно стійкого розвитку Економічна транспозиція діаграми СЕМЕНОВА У хімії вона відповідає нахилу ліній охолодження, тобто коефіцієнту теплообміну. У хімії ми прагнемо збільшити цей коефіцієнт, щоб мати змогу легко зупинити реакцію, навіть якщо вона вже перебуває у фазі попереднього втечі. Потім ми намагаємося потрапити на зелену частину, яка призводить до колапсу виробництва до стабільно низької точки. В економічній галузі це було б руїною для суспільства. Ставку збору можна знизити за рахунок зменшення податкового збору, а також за рахунок зменшення непотрібного третинного сектору НАДІЙНА ЦІНА Будь-яка операція, що справляється з первинного або вторинного
ВИСНОВКИ ДО ЕКОНОМІЧНО СТІЙКОГО РОЗВИТКУ 1) Мета економіки протилежна хімії: утримувати систему в легкому втечі, керованою 2) Для цього вона повинна, як і хімія, контролювати температуру своєї системи, тобто сказати - сказати вартість його валюти. 3) Вартість грошей забезпечується їх ентропією, яка повинна бути якомога нижчою. Ми зменшуємо ентропію за рахунок виробництва (матеріал, продукція, послуги, що забезпечують два попередні), ми збільшуємо її за рахунок збільшення третинного сектору (послуги без повернення матеріалу або товару. 4) Бажання лише здійснювати операції, що приносять прибуток, склало б позбавити себе ендотермічних реакцій у хімії. 5) Метою повинно бути не забезпечення збалансованого бюджету, а збільшення грошової вартості. В умовах спаду збалансований бюджет збільшує спад. 6) Перехідний стан із зниженим порогом та зниженою частотою дискретизації - єдиний спосіб запобігти повній регресії після початку регресії