Thermodynamik Der Gemische

ISBN-13: 9783642623561 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 394 str.

Andreas Pfennig

Opis

In Thermodynamik der Gemische werden die Grundlagen der Gemisch-Thermodynamik vorgestellt, wie sie der Verfahrensingenieur und andere Ingenieurdisziplinen heute verwenden. Neben grundlegenden Gleichungen, die das Grundgerust der Thermodynamik bilden, werden als Materialgleichungen sowohl Zustandsgleichungen als auch G^E-Modelle vorgestellt und die Gemisch-Thermodynamik schrittweise und konsequent hergeleitet. Den Modellen werden Experiment und reales Stoffverhalten gegenubergestellt. Kapitel zu Messmethoden, Stoffverhalten, Phasengrenzen und chemischen Reaktionen runden das Werk ab. Das Buch wendet sich an Studenten der Verfahrenstechnik und Physikalischen Chemie ebenso wie an Verfahrens- und andere Ingenieure, die ein solides thermodynamisches Rustzeug fur die Charakterisierung von Gemischen benotigen. Durch den konsequenten Aufbau eignet sich das Buch auch zum Selbststudium. Beispielhafte Aufgaben mit skizzierten Losungen im Anhang unterstutzen das Erarbeiten des Stoffs. Eine Formelsammlung als schnelle Referenz fur Anwender vervollstandigt das Werk."

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Das pVT-Verhalten reiner Stoffe.- 2.1 Das System.- 2.2 Grafische Darstellung des pVT-Verhaltens.- 2.3 Das ideale Gas.- 2.4 Die Virialgleichung.- 2.5 Die Van-der-Waals-Gleichung.- 2.6 Das Korrespondenzprinzip.- 2.7 Zusammenfassung.- 2.8 Aufgaben.- 3 Grundlegende Beziehungen der Gemisch-Thermodynamik.- 3.1 Zustandsänderungen im offenen System.- 3.2 U, A, H und G als Fundamentalgleichungen.- 3.3 Differentielle Beziehungen zwischen den Zustandsgrößen.- 3.4 Gleichgewichte zwischen koexistierenden Phasen.- 3.5 Phasengleichgewichte von reinen Stoffen.- 3.6 Alternative Formulierungen für das Gleichgewicht.- 3.7 Stabilität.- 3.8 Zusammenfassung.- 3.9 Aufgaben.- 4 Zustandsgleichungen.- 4.1 Die Fundamentalgleichung A(T, V, xi).- 4.1.1 Reine ideale Gase bei T und V.- 4.1.2 Reine ideale Gase bei T0 und p0.- 4.1.3 Die Mischung idealer Gase.- 4.1.4 Die reale Mischung.- 4.1.5 Die Terme der Fundamentalgleichung A(T, V, xi).- 4.1.6 Das chemische Potential.- 4.1.7 Fugazität und Fugazitätskoeffizient.- 4.1.8 Algorithmen zur Bestimmung ausgewählter Phasengleichgewichte.- 4.1.9 Darstellung des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtes.- 4.2 Modellgleichungen für Gemische.- 4.2.1 Mischungs- und Kombinationsregeln.- 4.2.2 Die Virialgleichung und ihre Modifikationen.- 4.2.3 Kubische Modifikationen der Van-der-Waals-Gleichung.- 4.2.4 Nicht-kubische Modifikationen der vdW-Gleichung.- 4.3 Zum Lösen nicht-kubischer Zustandsgleichungen.- 4.4 Diskussion.- 4.5 Zusammenfassung.- 4.6 Aufgaben.- 5 GE-Modelle.- 5.1 Partielle molare Größen.- 5.2 Die Schritte in Abb. 5.1.- 5.3 Phasengleichgewichte mit G(T, p, xi).- 5.3.1 Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte mit GE.- 5.3.2 Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte.- 5.3.3 Fest-Flüssig-Gleichgewichte.- 5.4 Modellgleichungen zur Beschreibung von GE.- 5.5 Algorithmen zur Berechnung von Phasengleichgewichten.- 5.6 Vergleich zwischen Zustandsgleichungen und GE-Modellen.- 5.7 Zusammenfassung.- 5.8 Aufgaben.- 6 Die Messung thermodynamischer Größen.- 6.1 Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte.- 6.2 Konsistenztest.- 6.3 Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte.- 6.4 Mischungsenthalpien.- 6.5 pVT-Verhalten.- 6.6 Zusammenfassung.- 6.7 Aufgaben.- 7 Thermodynamisches Verhalten von Gemischen.- 7.1 Darstellung der Phasengleichgewichte von Mehrkomponentensystemen.- 7.1.1 Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte binärer Systeme.- 7.1.2 Kritisches VLE-Verhalten.- 7.1.3 Binäre azeotrope Gemische.- 7.1.4 Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte binärer Systeme.- 7.1.5 Heteroazeotrope Gemische.- 7.1.6 Dreiecks-Diagramme zur Darstellung ternärer Systeme.- 7.1.7 Ternäre Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte.- 7.2 Makroskopische Auswirkungen molekularer Wechselwirkungen.- 7.2.1 Molekülgeometrie.- 7.2.2 Van-der-Waals-Wechselwirkungen.- 7.2.3 Polare Komponenten.- 7.2.4 Wasserstoffbrückenbindungen.- 7.2.5 Ionen.- 7.2.6 Reinstoffe.- 7.2.7 Flüssige Mischungen.- 7.3 Polymere.- 7.3.1 Die ideale Mischung.- 7.3.2 Die Flory-Huggins-Mischungsentropie.- 7.3.3 Der osmotische Druck.- 7.4 Elektrolyte.- 7.4.1 Elektroneutralität und ionengemittelte Größen.- 7.4.2 Das Debye-Hückel-Modell.- 7.5 Zusammenfassung.- 7.6 Aufgaben.- 8 Phasengrenzen.- 8.1 Grenzflächenspannung.- 8.2 Benetzung.- 8.3 Thermodynamik der Phasengrenze.- 8.4 Elektrostatische Eigenschaften einer Phasengrenze.- 8.5 Wechselwirkung zwischen Phasen und Phasengrenzen.- 8.6 Adsorption an Phasengrenzen.- 8.7 Zusammenfassung.- 8.8 Aufgaben.- 9 Chemische Reaktionen.- 9.1 Das chemische Gleichgewicht.- 9.2 Gibbs’sche Phasenregel.- 9.3 Chemisches Gleichgewicht realer Komponenten.- 9.3.1 Auswertung mit Zustandsgleichungen.- 9.3.2 Auswertung mit GE-Modellen.- 9.4 Chemisches Gleichgewicht idealer Gase.- 9.5 p- und T-Abhängigkeit des Gleichgewichts.- 9.6 Gesetz der konstanten Energiesummen.- 9.7 Heterogene Reaktionen.- 9.8 Simultane Reaktionen.- 9.9 Kinetik chemischer Reaktionen.- 9.10 Zusammenfassung.- 9.11 Aufgaben.- A Konzentrationsmaße zur Beschreibung der Gemisch-Zusammensetzung.- B Differentiale: Grundlagen und Rechenregeln.- C Der Euler’sche Satz über homogene Funktionen.- E Lösungen zu den Übungen.- F Zusammenstellung der wichtigsten Formeln.- F.1 Grundlagen.- F.2 Realanteile.- F.3 Partiell molare Größen.- F.4 Mischungsgrößen.- F.5 Exzessgrößen.- F.6 Zustandsgleichungen.- F.7 Fugazität.- F.8 Aktivität.- F.9 Elektrolyte.- F.10 Phasengleichgewichte.- F.11 Chemische Reaktionen.

O autorze

 

Andreas Pfennig
ist Inhaber des Lehrstuhls für Thermische Verfahrenstechnik der RWTH Aachen. Seine Arbeitsgebiete umfassen einerseits thermische Trennverfahren, insbesondere die Flüssig-Flüssig-Extraktion, die Dispersionstrennung und die Rektifikation. Andererseits beschäftigt er sich mit den für die Auslegung der thermischen Trennverfahren benötigten Grundlagen in den Bereichen Thermodynamik und Stofftransport, insbesondere an und über Phasengrenzen. Ziel der Forschung seiner Gruppe ist es, die Brücke zwischen den Größenskalen von Moleküleigenschaften bis hin zum technischen Verfahren zu schlagen.

Blurb

 

Thermodynamik der Gemische

In diesem Lehrbuch werden die Grundlagen der Gemisch-Thermodynamik vorgestellt, wie sie der Verfahrensingenieur und andere Ingenieurdisziplinen heute verwenden. Neben der schrittweisen und konsequenten Herleitung der mathematischen Beziehungen zwischen thermodynamischen Größen, die das Grundgerüst der Thermodynamik bilden, werden als Materialgleichungen sowohl Zustandsgleichungen als auch G^E-Modelle vorgestellt. Besonderer Wert wird dabei auf eine fundamentale Darstellung der Bezugszustände und ihre sinnvolle Wahl gelegt. Den Modellen werden Experiment und reales Stoffverhalten gegenübergestellt, insbesondere werden auch einfache molekulare Konzepte diskutiert, die eine qualitative Einordnung des Gemischverhaltens ermöglichen. Dabei werden Elektrolyte und Polymere mit berücksichtigt. Kapitel zu Messmethoden, Phasengrenzen und chemischen Reaktionen runden das Buch ab.

Das Buch wendet sich an Studenten der Verfahrenstechnik und der Physikalischen Chemie ebenso wie an andere Ingenieure, die ein solides thermodynamisches Rüstzeug für die Charakterisierung von Gemischen benötigen. Durch den konsequenten Aufbau eignet sich das Buch auch zum Selbststudium. Beispielhafte Aufgaben mit skizzierten Lösungen im Anhang unterstützen das Erarbeiten des Stoffs. Eine Formelsammlung als schnelle Referenz für Anwender vervollständigt die ‚Thermodynamik der Gemische’.