Technische Thermodynamik Teil II

ISBN-13: 9783642648557 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 674 str.

F. Bosnjakovic; Karl F. Knoche

Opis

Mit diesem II. Teil des umfassenden, auf zwei Teile angelegten Lehrbuches steht der "Bosnjakovic" - der Klassiker der Technischen Thermodynamik - wieder vollstandig zur Verfugung. Gegenuber den vorangegangenen Auflagen beider Teile wurde jetzt auch dieser Teil des Werkes grundlegend uberarbeitet und erganzt. Dem bewahrten didaktischen Konzept der fruheren Auflagen folgend, bietet das Buch - eine Einfuhrung in den Warme- und Stoffaustausch - eine ausfuhrliche Darstellung der Gemische, darauf aufbauend die technischen Prozesse, insbesondere diejenigen zur Trennung von Gemischen, - charakteristische graphische Darstellungen zum besseren Verstandnis der komplexen Zusammenhange - die Grundlagen des chemischen Gleichgewichts und der"

Spis treści

1 Einführung in die Lehre von der Wärme- und Stoffübertragung.- 1.1 Anwendungsbereich.- 1.2 Grundformen.- 1.3 Stationäre Wärmeleitung.- 1.3.1 Stationäre Wärmeleitung durch eine ebene Wand.- 1.3.2 Wrmewiderstand.- 1.3.3 Reihen- und Parallelschaltung von Wärmeleitern.- 1.3.4 Wärmedurchgangskoeffizient k.- 1.3.5 Rohrwand.- 1.3.6 Zylinder mit inneren Wärmequellen.- 1.4 Instationäre Wärmeleitung.- 1.4.1 Fouriersche Wärmeleitungsgleichung für den instationären Fall.- 1.4.2 Gleichung von Fourier in dimensionsloser Schreibweise.- 1.4.3 Typische Lösungsmethoden bei Wärmeleitung.- Lösungen von Grüber.- a)Ebene Platte.- b)Der unendlich lange Zylinder und die Kugel.- Abkühlungsgeschwindigkeit.- Instationäres Aufheizen in einer Heizpresse.- Binder-Schmidt-Verfahren.- Implizites Verfahren.- 1.5 Konvektiver Wärmeübergang.- 1.5.1 Grenzschicht und Wärmeübertragung.- 1.5.2 Ausgebildete laminare Rohrströmung.- Konstante Wärmestromdichte als Randbedingung.- Konstante Wandtemperatur als Randbedingung.- 1.5.3 Differentialgleichungen der Strömung und des Wärmeöbergangs..- Kontinuitätsgleichung.- Stofferhaltungsgleichung.- Impulsgleichung.- Energiegleichung.- 1.5.4 Die laminar überströmte ebene Platte.- Grenzschichtgleichungen.- Eine Näherungslösung der Grenzschichtgleichung.- Exakte Lösung der Grenzschichtgleichung.- Wandschubspannung.- Temperaturverteilung und Dicke der Temperaturgrenzschicht.- Wärmeübertragung.- Konzentrationsverteilung und Stoffübergang.- 1.5.5 Freie Konvektion.- Numerische Integration der Differentialgleichungen für die freie Konvektion.- Geschwindigkeits- und Temperaturprofile sowie Wärmeübergang bei freier Konvektion.- 1.5.6 Turbulente Strömung.- Kontinuitätsgleichung.- Stofferhaltungsgleichung.- Impulsgleichung.- Energiegleichung.- 1.5.7 Türbulenzmodelle.- Prandtlsche Mischungsweghypothese.- Transportgleichungen für die Reynoldsschen Tenne.- 1.5.8 Turbulente Grenzschicht bei längs überströmter ebener Platte.- 1.5.9 Numerische Lösung der Grenzschichtgleichungen: Das Verfahren von Patankar und Spalding.- 1.5.10Ähnlichkeitstheorem der Wärmeübertragung.- Geometrische und physikalische Ähnlichkeit.- 1.6 Wärmeübergang bei Änderung des Aggregatzustandes.- 1.6.1 Kondensation.- 1.6.2 Tropfenkondensation.- 1.6.3 Filmkondensation.- 1.6.4 Verdampfungsvorgang.- 1.6.5 Aufgaben der Heizfläche.- 1.6.6 Bläschenverdampfung und Filmverdampfung.- 1.6.7 Ausbrennbelastung.- 1.6.8 Siedekondensation.- 2 Technische Wärmeübertrager.- 2.1 Wärmedurchgang.- 2.2 Wärmedurchgang durch eine Rohrwand.- 2.3 Gegenseitige Stromführung.- 2.3.1 Gleichströmer.- 2.3.2 Gegenströmer.- 2.3.3 Kreuzstromapparat.- 2.4 Einheitlicher Berechnungsgang für Rekuperatoren.- 2.5 Wärmewirkungsgrad.- 2.6 Gütegrad des Wärmeübertragers.- 2.7 Gekoppelte Wärmeübertrager.- 2.8 Günstigste Größe eines Wärmeübertragers.- 2.8.1 Einsparung von Energieträgern durch Wärmerückgewinnung.- 2.8.2 Irreversibilität der Wärmeübertragung und Kosten der Wärme-übertrager.- 2.8.3 Pinch-Technologie.- 3 Wärmeübertragung durch Strahlung.- 3.1 Strahlungsaustausch zwischen festen Körpern.- 3.1.1 Emissionsverhältnis.- Abhängigkeit des Emissionsverhältnisses von der Wellenlänge 190.- Abhängigkeit dos Emissionsverhältnisses von der Richtung.- Hemisphärisches Emissionsverhältnis.- 3.1.2 Absorptions- und Reflexionsverhältnis.- 3.1.3 Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen.- 3.1.4 Winkelverhältnis oder Einstrahlzahl.- 3.1.5 Strahlungsaustausch zwischen Oberflächen bei strahlungsdurchlässi-gem Zwischenraum.- 3.2 Gasstrahlung.- 3.2.1 Spektrum des atomaren Wasserstoffs, Bohrsches Atommodell.- 3.2.2 Spektren der Alkaliatome.- 3-2.3 Absorption, spontane und erzwungene Emission; Übergangs Wahr-scheinlichkeiten.- 3.2.4 Molekülspektren.- Rotations-Schwingungsbanden von CO.- Rotations-Schwingungsspekt.ren von CO2.- Rotations-Schwingungsspektren von H2O.- 3.2.5 Profilfunktionen.- Natürliche Linienbreite.- Lorentz-Verbreiterung.- Doppler-Verbreiterung.- Kombinierte Doppler- und Stoßverbreiterung.- 3.2.6Volumenbezogene Strahlungseigenschaften von Gasen.- Spektraler Emissionskoeffizient.- Spektraler Absorptionskoeffizient.- 3.2.7Strahlungstransportgleichung.- 3.2.8Strahlungstransport in isothermer Schicht.- Isolierte Linien; Äquivalentbreite.- Gesamtemissionsgrad bei sich nicht überlappenden Spekt rallinien 226.- Rotations-Schwingungsbanden mit sich überlappenden Spektral- linien.- Überlagerung der Molekülspektren von Kohlendioxid und Wasserdampf.- Strahlungsaustausch mit absorbierenden und emittierenden Gasen.- 4 Stoffgemische.- 4.1Grundbegriffe.- 4.2Feuchte Luft als Zweistoffgemisch.- 4.2.1Zustandseigenschaften feuchter Luft.- h,x-Diagramm von Mollier.- Dichte feuchter Luft.- 4.2.2Zustandsänderungen feuchter Luft.- Abkühlung feuchter Luft.- Mischen von Luftströmen.- Mischen mit Wärmezufuhr.- Zumischung von Wasser oder Wasserdampf.- Nichtumkehrbarkeit des Mischungsvorgangs.- 4.2.3Grundlagen der Klimatechnik.- 4.2.4Verdunstung.- Adiabater Verdunstungsvorgang.- Lewisscher Faktor ?cp/?.- Psychrometerproblem.- Richtungsänderung des Luftzustandes.- Psychometrische Kühlgrenze.- Wärmeumsatz an der Phasengrenze.- Adiabate Verdunstung im Gleichstrom.- Irreversibilität des Verdunstungsvorganges.- Adiabate Verdunstung im Gegenstrom.- Entropieproduktion bei Gegenstromverdunstung.- Der Pinch.- Bemessung der Austauschfläche.- Kühlturmberechnung nach Sherwood.- Nichtadiabate Verdunstung.- Berieselungskühluiig.- Luftkühlung durch Berieselungsverdampfer.- 4.2.5Grundzüge der Trocknungstechnik.- Stufentrocknung.- Umlufttrocknung.- Wärmerückgewinnung.- Trocknungsgeschwindigkeit.- Nichtumkehrbarkeit des Trocknungsvorganges.- 4.2.6Feuchte Luft bei verschiedenen Drücken.- Aufsteigende Luftmassen und Wolkenbildung.- Kompressorkühlung durch Wassereinspritzung.- Luft Verdichtung im Dampfstrahlgebläse.- 4.3 Eigenschaften von Zweistoffgemischen.- 4.3.1 Phänomene beim Mischen.- Volumenänderung beim Vermischen.- Temperaturänderung beim Vermischen, Mischungswärme 325.- Mischregel und Mischungstemperatur.- Mischung mit Wärmeumsatz.- Integrale und partielle Mischungswärme.- Spezifische Wärmekapazität eines Gemisches.- 4.3.2 Gemische mit mehreren Phasen.- Mischbarkeit, Ausbildung von Phasen.- Mischungswärme und Mischungslücke.- Verdampfung und Kondensation von Zweistoffgemischen.- Maximum- und Minimum-Gemische.- Verdampfen heterogener Flüssigkeitsgemische.- Wärmeerscheinungen beim Verdampfen.- Mischungslücke im h, ?-Diagramm.- h, ?-Diagramm für Gemische mit azeotropischem Punkt.- Schmelzen und Gefrieren.- h, ?-Diagramm des Schmelzgebietes.- Chemische Bindungen im Bodenkörper.- Kältemischungen.- 4.4 Eigenschaften von Dreistoffgemischen.- 4.4.1Dreiecksdiagramm.- Mischungsregel im Dreiecksdiagramm.- 4.4.2Phasengleichgewicht bei Dreistoffgemischen.- 5 Trennung von Gemischen.- 5.1Destillation von Zweistoffgemischen.- 5.1.1Wärmebedarf beim Destillieren.- 5.1.2Rückflußkühlung (Dephlegmation).- Gegenstromdephlegmator.- Gleichstroindephlegmator.- Dephlegmation und Heizbedarf.- 5.1.3Kontinuierliche Destillation.- 5.2 Rektifikation (Läuterung) von Zweistoffgemischen.- 5.2.1Verstärkungssäule.- 5.2.2Läuterung und der Zweite Hauptsatz.- 5.2.3Wärmeverbrauch.- 5.2.4Wärmeverbrauch und Nichtumkehrbarkeit des Zerlegungsvorganges.- Entropieproduktion im adiabaten Teil der Rektifiziersäule.- Entropieproduktion im Rückflußkühler.- Entropieproduktion in der Blase.- Heizwärme qrev.- 5.2.5Abtriebssäule.- Vorwärmung des Zulaufs.- Beispiel eines Trennverfahrens mit Abtriebssäulc: Die Konzentration von Schwefelsäure nach Pauling-Plinke.- 5.2.6Gekoppelte Läuterungssäule.- Mindestwärmebedarf der Trennsäule und die Lage der Polo.- Erforderliche Bodenzahl der Säule.- Günstigste Einspeisung des Zulaufs.- Entropieproduktion auf dem Zulaufboden.- Dephleginatorkühlung mit dem Zulauf.- Wärmeaustausch auf den Böden der Kolonne.- Rektifikationskolonne mit Seitenabzug.- 5.2.7Adiabate Rektifikation und Dampfkompression.- Verdichtung des dampfförmigen Kopfprodukts.- Entspannung und Verdampfung des Blasenprodukts.- Mindestarbeit bei reversibel-adiabaten Trennprozesses.- Nichtumkehrbarkeit und Verdichterleistung bei adiabaten Trennprozessen.- 5.2.8Luftzerlegung.- Luftzerlegung mit reiner Abtriebssäule.- Mindestarbeit bei reversibler Luftzerlegung und Irreversibilitätsverluste.- Luftzerlegung nach Linde.- Luftzerlegung nach Claude.- 5.2.9McCabe-Thiele-Diagramm.- Näherungsweise Bestimmung des Wärmebedarfs.- Der Pinch.- Bemessung von Füllkörperkolonnen.- 5.3 Rektifikation von Drei- und Mehrstoffgemischen.- 5.3.1Mengen- und Energiebilanzen.- Verstärkungssäule.- Abtriebssäule.- Gesamtbilanz.- 5.3.2Entropieproduktion bei der Trennung von Mehrstoffgemischen.- 5.3.3Trennung eines Dreistoff-Gemisches aus Benzol, Toluol und m-Xylol.- Günstigste Einspeisung des Zulaufs.- Minimales Rücklaufverhältnis.- Günstigste Verschaltung von Trennkolonnen.- 5.3.4Kolonne mit Seitenabzug.- 5.4 Trennung azeotroper Gemische.- 5.5 Extraktion und Absorption.- Extraktion von Essigsäure aus Essigsäure-Wassergemischen mit Benzol.- Adiabate Absorption von Chlorwasserstoff.- 5.6Kristallisation und Verdampfung.- 5.6.1Auflösen und Kristallisation von Salzen.- 5.6.2Eindampfen von Salzlösungen.- Mehrfachverdampfung im h, (_)-Diagramm.- 5.6.3Eindampfen von Zuckerlösungen.- Schmelzgebiet.- Naßdampfgebiet.- Eindampfen.- Mehrfachverdampfung im h, x-Diagramm.- Eindampfen im Schmelzgebiet.- Kristallkochen.- 6Absorptionskältemaschinen und Absorptionswärmepumpen.- 6.1Einfache (einstufige) Absorptionsmaschine.- 6.1.1Stoffbilanzen.- 6.1.2Energiebilanzen.- Gesamtbilanz.- Wärmebilanz des Austreibers (Generators).- Pumpenleistung.- Wärmebilanz des Absorbers.- Wärmebilanzen für Kondensator und Verdampfer.- 6.2Absorptionsprozeß im h, ?-Diagramm.- 6.2.1 Läuterung dos Austreiberdampfes.- 6.2.2 Temperaturwechsler.- 6.3 Heizbedarf von Absorptionsmaschinen.- 6.3.1Absorptionskältemaschine.- 6.3.2Absorptionswärmepumpe.- 6.4Nichtumkehrbarkeiten in den Anlageteilen.- 6.4.1Entropieproduktion in Generator und Absorber.- 6.4.2Entropieproduktion in Temperaturwechsler und Drosselventil.- 6.4.3Entropieproduktion in Verdampfer und Kondensator.- 6.4.4Entropieproduktion der Absorptionsmaschine im Vergleich.- 6.5Mehrstufige Absorptionsmaschinen.- 6.5.1Zweistufige Absorptionsmaschine mit vergrößertem Temperaturhub (Doppelhub-Anlage).- 6.5.2Zweistufige Absorptionsanlage mit vergrößerter Kälteleistung (Doppeleffekt-Anlage).- 7 Thermodynamische Grundlagen chemischer Reaktionen.- 7.1Das chemische Gleichgewicht.- 7.2Reaktionswärme, Energietönung.- 7.3Gleichgewichtskonstante der chemischen Reaktion.- Einfluß des Druckes und der Temperatur auf die Gleichgewichtskonstante K.- Gleichgewichtskonstante zusammengesetzter Reaktionen.- Absolute kalorische Daten und Gleichgewichtskonstante.- 7.4Das Wärmetheorem von Nernst.- Erreichbarkeit dos Nullpunktes und der Temperaturbegriff T = 0 K 555.- 7.5 Berechnung der Gleichgewichtszusammensetzung.- 8 Gleichgewichtsbedingungen für Mehrstoffgemische.- Außenbedingung T = konst, V = konst.- Außenbedingung T = konst, p = konst.- 8.1Gleichgewichtsbedingungen bei homogenen Gemischen.- 8.1.1Gibbssche Fundamentalgleichung für homogene Gemische.- 8.1.2Gibbs-Duhem-Beziehung.- 8.1.3Fundamentalgleichung in der Energiedarstellung.- 8.1.4Enthalpie als charakteristische Funktion.- 8.1.5Helmholt z- Potential oder die freie Energie.- 8.1.6Planck-Funktion.- 8.1.7Freie Enthalpie.- 8.1.8Molare und partielle molare Zustandsgrößen.- 8.1.9Legendre-Transformationen.- 8.1.10Ideale Gemische.- 8.1.11Reale Gemische.- Fugazität und Fugazi tätskoeffizient.- Aktivitätskoeftizien.- 8.1.12Empirische Ansätze für die freie Exzeßenthalpie von Flüssigkeitsgemischen.- Ansatz von Porter.- Ansatz von Wohl.- 8.2 Das Gittermodell der Flüssigkeitsgemische.- 8.2.1Näherungslösung von Guggenheim.- Proportionalverteilung gleichgroßer Moleköle.- Proportionalverteilung bei nicht gleich großen Molekülen.- Quasichemische Verteilung nach Guggenheim.- 8.2.2Lückenhafte Gitterbelegung bei Zweistoffgemischen.- Der kombinatorische Term.- Lokale Zusammensetzung und Residuumsterin.- 8.2.3Gittermodell für beliebig viele Komponenten.- Proport ionalverteilung.- Lokale Zusammensetzung.- Der Residuumsterin.- 8.3Phasengleichgewichte.- 8.3.1Mischbarkeit und Mischungslücke.- 8.3.2 Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht in Einkomponentensystemen.- Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht in Einkomponentensystemen mit idealem Dampf.- 8.3.3 Allgemeine Bedingungen für Phasengleichgewichte in Systemen mit mehreren Komponenten.- Gibbssche Phasenregel.- Differentialgleichungen für koexistierende Phasen.- Anwendung auf Zweistoffgemische.- 8.3.4 Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichte in Systemen mit mehreren Komponenten.- Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht bei idealer Flüssigkeit und idealem Dampf.- Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichte bei realer Flüssigkeit und idealem oder schwach realem Dampf.- Duhem-Mftrgules-Gleichung und Grenzgesetze bei unendlich großer Verdünnung.- Dampf-Flüssigkeitsgleichgewichte bei hohen Drücken.