Informácie

2.6.3: Vnútorná energia a Enthaply - Biológia

2.6.3: Vnútorná energia a Enthaply - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Entalpia reakcie meria teplo uvoľnené/absorbované reakciou, ku ktorej dochádza pri konštantnom tlaku.

Učebné ciele

  • Skontrolujte entalpiu reakcie

Kľúčové body

  • Pri konštantnom objeme sa reakčné teplo rovná zmene vnútornej energie systému.
  • Pri konštantnom tlaku sa reakčné teplo rovná zmene entalpie systému.
  • Väčšina chemických reakcií prebieha pri konštantnom tlaku, takže entalpia sa častejšie používa na meranie reakčných teplôt ako vnútornej energie.

Kľúčové pojmy

  • entalpia: V termodynamike miera obsahu tepla v chemickom alebo fyzikálnom systéme.
  • vnútornej energie: Vlastnosť charakteristická pre stav termodynamického systému, ktorej zmena sa rovná absorbovanému teplu mínus práca vykonaná systémom.
  • prvý zákon termodynamiky: Teplo a práca sú formy prenosu energie; vnútorná energia uzavretého systému sa mení pri prenose tepla a práce do neho alebo z neho.

V termodynamike práca (W) je definovaný ako proces prenosu energie z jedného systému do druhého. Prvý zákon termodynamiky hovorí, že energia uzavretého systému sa rovná množstvu tepla dodaného systému mínus množstvo práce, ktorú systém vykonal na svojom okolí. Množstvo energie pre uzavretý systém je napísané takto:

ΔU=Q−WΔU=Q−W

V tejto rovnici U je celková energia systému, Q je teplo a W je práca. V chemických systémoch je najbežnejším typom práce tlak-objem (PV) práca, pri ktorej sa mení objem plynu. Nahradením práce vo vyššie uvedenej rovnici môžeme definovať zmenu vnútornej energie pre chemický systém:

ΔU=Q−PΔVΔU=Q−PΔV

Vnútorná zmena energie pri konštantnom objeme

Pozrime sa na zmenu vnútornej energie, ΔUΔU, pri konštantnom objeme. Pri konštantnom objeme, ΔV=0ΔV=0, sa rovnica pre zmenu vnútornej energie zníži na nasledovné:

ΔU=QVΔU=QV

Dolný index V sa pridáva do Q na označenie, že ide o prenos tepla spojený s chemickým procesom pri konštantnom objeme. Túto vnútornú energiu je však často veľmi ťažké vypočítať v reálnom živote, pretože chemici majú tendenciu vykonávať svoje reakcie v otvorených bankách a kadičkách, ktoré umožňujú únikom plynov do atmosféry. Preto sa objem neudržiava konštantný a výpočet ΔUΔU sa stáva problematickým. Aby sme to napravili, zavádzame koncept entalpia, ktorý oveľa častejšie používajú chemici.

Štandardná entalpia reakcie

Entalpia reakcie je definovaná ako vnútorná energia reakčného systému, plus súčin tlaku a objemu. Je to dané:

H=U+PVH=U+PV

Pridaním PV Termín, je možné merať zmenu energie v chemickom systéme, aj keď tento systém funguje na svojom okolí. Najčastejšie nás zaujíma zmena entalpie danej reakcie, ktorá môže byť vyjadrená nasledovne:

ΔH=ΔU+PΔVΔH=ΔU+PΔV

Keď spustíte chemickú reakciu v laboratóriu, reakcia prebieha pri konštantnom tlaku, pretože atmosférický tlak okolo nás je relatívne konštantný. Budeme skúmať zmenu entalpie pre reakciu pri konštantnom tlaku, aby sme zistili, prečo je entalpia pre chemikov taká užitočná koncepcia.

Entalpia reakcie pri konštantnom tlaku

Pozrime sa ešte raz na zmenu entalpie pre daný chemický proces. Udáva sa takto:

ΔH=ΔU+PΔVΔH=ΔU+PΔV

Vieme však aj to, že:

ΔU=Q−W=Q−PΔVΔU=Q−W=Q−PΔV

Ak nahradíme tieto dve rovnice, získame:

ΔH=Q−PΔV+PΔV=QPΔH=Q−PΔV+PΔV=QP

Pri konštantnom tlaku sa teda zmena entalpie jednoducho rovná teplu uvoľnenému/absorbovanému reakciou. V dôsledku tohto vzťahu sa zmena entalpie často označuje jednoducho ako „teplo reakcie“.

Entalpia: Vysvetlenie, prečo možno entalpiu považovať za „obsah tepla“ v systéme s konštantným tlakom.


HW 9: 1. zákon pre uzavreté systémy so skutočnými vlastnosťami tekutín¶

Dané:¶

Hmota 200 g nasýtenej kvapalnej vody obsiahnutá v uzavretom systéme sa úplne odparí pri konštantnom tlaku 100 kPa.

Zmena objemu ($m^3$) a prenos tepla (kJ)

P-v diagram vrátane saturačnej kupoly s označeným počiatočným a koncovým stavom.

Náčrt systému:¶

Voda v nádrži je systém. Všimnite si, že proces s konštantným tlakom vyžaduje, aby sa objem uzavretej nádoby zväčšil. Toto je znázornené ako piestový valec expandujúci proti atmosfére.

Predpoklady:¶

1) uzavretý systém, 2) zanedbateľné zmeny v KE a PE, 3) proces kvázi rovnovážnej expanzie

Základné rovnice:¶

Riešenie:¶

Aby sa zistila objemová zmena a prestup tepla počas procesu, pomocou uvedených informácií sa najprv určí počiatočný a konečný stav vody vo vnútri nádrže. Potom sa na výpočet prenosu tepla použije energetická bilancia.

Stav 1:¶

Voda vo vnútri nádrže je nasýtená kvapalinou pri $P=100kPa$. Tabuľka Sat Water-Temp Table v súbore SLVM_Tables sa používa na vyhľadanie teploty nasýtenia, špecifického objemu a vnútornej energie pre tento stav.

Stav 2:¶

V stave 2 je voda úplne odparená a pri počiatočnom tlaku 100 kPa. Tabuľka tlaku vody v satelite v súbore SLVM_Tables sa používa na určenie vlastností nasýtených pár.

Zmena hlasitosti:¶

Hmotnosť vody sa nemení zo stavu 1 do 2 a objem každého stavu možno vypočítať z $V = $. Teda zmena objemu je

$Delta V_ <12>= V_2 - V_1 = m(v_2-v_1)$

Prestup tepla:¶

Pre uzavretý systém je hmotnosť konštantná. Potom, pre zanedbateľné zmeny kinetickej a potenciálnej energie, integrácia energetickej bilancie 1. zákona má za následok nasledovné.

kde: $Delta U_ <12>= m (u_2 - u_1)$

Hraničná práca pre proces s konštantným tlakom vedie k:

Potom sa prenos tepla určí ako

$Q_ <12>= Delta U_ <12>+ W_ <12>= m (u_2 - u_1) + P Delta V_<12>$

Prenos tepla pomocou rozdielu entalpie pre proces s konštantným tlakom:¶

Na základe definície entalpie možno zmenu enthapie zapísať ako:

$Delta H_ <12>= H_2 - H_1 = (U_2 + P_2V_2) - (U_1 + P_1V_1) $

Potom pre proces s konštantným tlakom:

$Delta H_ <12>= H_2 - H_1 = U_2 - U_1 + P(V_2 - V_1) $

tak, že výsledok energetickej bilancie prvého zákona možno prepísať ako

$Q_ <12>= Delta U_ <12>+ W_ <12>= U_2 - U_1 + P(V_2 - V_1) = Delta H_ <12>= m (h_2 - h_1)$

kde $h_2$ a $h_1$ sa nachádzajú v tabuľke Sat Water-Pressure v súbore SLVM_Tables:

Spracujte na P-v diagrame¶

Proces s konštantným tlakom s $P=100kPa$ a $T=99,61°C$


Čo je vnútorná energia systému?

Vnútorná energia je celková energia uzavretého systému molekúl alebo súčet molekulárnej kinetickej energie a potenciálnej energie v látke. Na makroskopickej kinetickej a potenciálnej energii pre vnútornú energiu nezáleží – ak pohnete celým uzavretým systémom alebo zmeníte jeho gravitačnú potenciálnu energiu, vnútorná energia zostane rovnaká.

Ako by ste očakávali od mikroskopického systému, výpočet kinetickej energie množstva molekúl a ich potenciálnych energií by bol náročný – ak nie prakticky nemožný – úloha. Takže v praxi výpočty pre vnútornú energiu zahŕňajú skôr priemery než starostlivý proces jej priameho výpočtu.

Jedným obzvlášť užitočným zjednodušením je zaobchádzanie s plynom ako s „ideálnym plynom“, o ktorom sa predpokladá, že nemá žiadne medzimolekulové sily, a teda v podstate žiadnu potenciálnu energiu. Vďaka tomu je proces výpočtu vnútornej energie systému oveľa jednoduchší a pre mnohé plyny nie je ani zďaleka presný.

Vnútorná energia sa niekedy nazýva tepelná energia, pretože teplota je v podstate mierou vnútornej energie systému – je definovaná ako priemerná kinetická energia molekúl v systéme.


2.6.3: Vnútorná energia a Enthaply - Biológia

Na zobrazenie tohto obsahu je potrebné predplatné J o VE. Budete môcť vidieť iba prvých 20 sekúnd.

Video prehrávač JoVE je kompatibilný s HTML5 a Adobe Flash. Staršie prehliadače, ktoré nepodporujú HTML5 a video kodek H.264, budú stále používať prehrávač videa založený na Flash. Odporúčame stiahnuť si najnovšiu verziu Flash tu, ale podporujeme všetky verzie 10 a vyššie.

Ak to nepomôže, dajte nám vedieť.

V chemickom procese rozdiel medzi vnútornými energiami reaktantov a produktov, reprezentovaný &DeltaU, sa používa na určenie, či systém počas reakcie získal alebo stratil energiu.

Ak &DeltaU je väčšia ako nula, konečná vnútorná energia bola vyššia ako počiatočná vnútorná energia a systém získal energiu počas reakcie.

Ak &DeltaU je menšia ako nula, konečná vnútorná energia je nižšia ako počiatočná vnútorná energia, čo znamená, že systém stratil energiu.

Podľa prvého zákona termodynamiky musí byť každá zmena energie systému vyvážená rovnakou a opačnou zmenou v jeho okolí.

Zmena vnútornej energie systému sa teda rovná energii prenesenej ako teplo, čo je symbolizované výrazom &ldquoq&rdquo plus energia odovzdaná ako práca symbolizovaná &ldquow&rdquo, počas procesu.

V chémii znaky pre teplo a prácu závisia od toho, či systém získava alebo stráca energiu.

Zvážte premenu oxidu uhličitého na elementárny uhlík a kyslík. Reaktant má nižšiu vnútornú energiu ako produkty, čo znamená &DeltaU je pozitívny. Energia sa prenáša z okolia do systému a zvyšuje jeho vnútornú energiu.

Alternatívne sa počas reakcie medzi sírou a plynným kyslíkom za vzniku oxidu siričitého prenáša energia do okolia. Tu majú produkty nižšiu vnútornú energiu ako reaktanty a &DeltaU je negatívny.

Preto &DeltaU závisí len od počiatočných a konečných vnútorných energetických stavov systému a od veľkosti tepla a práce, ktoré sa s okolím vymenili.

6.3: Vnútorná energia

Súčet všetkých možných druhov energie prítomných v látke sa nazýva vnútorná energia (U), niekedy symbolizované ako E. Predpokladajme systém s počiatočnou vnútornou energiou, Upočiatočné, prechádza zmenou energie (prenos práce alebo tepla), a konečná vnútorná energia systému je Ufinálny. Zmena vnútornej energie sa rovná rozdielu medzi Ufinálny a Upočiatočné.

Hoci hodnoty pre Ufinálny a Upočiatočné nemožno určiť pre systém, prvý zákon termodynamiky vyžaduje iba hodnotu &DeltaU, ktoré je možné určiť aj bez znalosti hodnôt Ufinálny a Upočiatočné. Kladná hodnota &DeltaU výsledky kedy Ufinálny > Upočiatočnéa naznačuje, že systém získal energiu z okolia. Záporná hodnota &DeltaU sa získa, keď Ufinálny < Upočiatočnéa indikuje, že systém stratil energiu pre okolie.

Teplo (tepelná energia) a práca (mechanická energia) sú dva rôzne spôsoby, akými si systém môže vymieňať energiu s okolím. Energia sa prenáša do systému, keď absorbuje teplo (q) z okolia alebo keď okolie pracuje (w) v systéme.

Napríklad, energia sa prenáša do kovového drôtu izbovej teploty, ak je ponorený do horúcej vody (drôt absorbuje teplo z vody), alebo keď sa drôt rýchlo ohýba dopredu a dozadu (drôt sa zahrieva kvôli práci vykonanej na to). Oba procesy zvyšujú vnútornú energiu drôtu, čo sa prejavuje zvýšením teploty drôtu. Naopak, energia sa zo systému prenáša, keď sa teplo zo systému stráca alebo keď systém pôsobí na okolie. Napríklad spaľovanie raketového paliva uvoľňuje obrovské množstvo tepla a tiež vykonáva prácu na okolí pôsobením sily na diaľku (spôsobí, že sa raketoplán odlepí od zeme). Oba procesy znižujú vnútornú energiu systému.

Vzťah medzi vnútornou energiou, teplom a prácou možno znázorniť rovnicou:

Toto je jedna z verzií prvého zákona termodynamiky a ukazuje, že vnútorná energia systému sa mení prostredníctvom toku tepla do systému alebo zo systému, alebo sa práca vykonáva na systéme alebo systémom. Známky pre teplo a prácu závisia od toho, či systém získava alebo stráca energiu. Pozitívny q je tok tepla do systému z okolia, pričom je záporný q je tok tepla zo systému. Práca, w, je kladné, ak sa to robí v systéme, a záporné, ak to robí systém.

Kedy q a w sú obe kladné (>0), &DeltaU je vždy kladné (>0) a vnútorná energia systému sa zvyšuje. Kedy q a w sú oba záporné (U je vždy záporná (q a w majú iné konvencie znamienka, potom znamenie &DeltaU závisí od relatívnych veličín q a w.


Vnútorné steny

Pri stenách odolných proti hluku (napr. deliace steny a steny k WC) by mala byť správna hrúbka, počet vrstiev a tesnenie špecifikované v projektových informáciách.

Dosky so skosenými okrajmi by sa mali použiť tam, kde sa má sadrokartón spájať pred dekoráciou.

Builders' Book – Ilustrovaný sprievodca stavbou energeticky efektívnych domov

Kniha staviteľov – Úvodný sprievodca tepelnými mostami v domácnostiach

Robustné detaily Ltd - Animácia parge kabátu

Robustné detaily Ltd - Strecha bez animácie miestnosti v streche

Robustné detaily Ltd - Animácia viazanej križovatky

Technický doplnok 01 - Obchvat párty steny - ako to dodržať

Technický doplnok 03 – Tepelné straty cez steny (iba Anglicko a Wales)

Technické Extra 14 - Vychyľovacie hlavy

Technický doplnok 19 - Vyhýbanie sa bežným problémom požiarnej bezpečnosti

Technický návod - Dpcs pod drevené žehliace plochy do vnútorných priečok

Technický návod - Protipožiarne tesnenie stien garáže

Technický návod - Konštrukcia deliacej steny v strešných priestoroch

Technické pokyny - Zásuvky a vypínače v deliacich stenách s ľahkým oceľovým rámom


Tabuľky parametrov

1 × 1 vnútorná slučka bez tabuľky výmeny energie je k dispozícii v textovom a html formáte. Tabuľky zmien entalpie sú dostupné v textovom a html formáte. Všimnite si, že tieto tabuľky zahŕňajú sankcie za uzavretie AU/GU, a preto by sa na uzavretie vnútornej slučky nemala aplikovať žiadna penalizácia konca špirály AU/GU.

1×2 vnútorná slučka voľná výmenná tabuľka energie je k dispozícii v textovom a html formáte. Tabuľky zmien entalpie sú dostupné v textovom a html formáte. Všimnite si, že tieto tabuľky zahŕňajú sankcie za zatvorenie AU/GU, a preto by sa na uzavretie vnútornej slučky nemala aplikovať žiadna penalizácia konca špirály AU/GU.

2×2 vnútorná slučka voľná výmenná tabuľka energie je dostupná v textovom a html formáte. Tabuľky zmien entalpie sú dostupné v textovom a html formáte. Všimnite si, že tieto tabuľky zahŕňajú sankcie za uzavretie AU/GU, a preto by sa na uzavretie vnútornej slučky nemala aplikovať žiadna penalizácia konca špirály AU/GU.


2.6.3: Vnútorná energia a Enthaply - Biológia

Na zobrazenie tohto obsahu je potrebné predplatné J o VE. Budete môcť vidieť iba prvých 20 sekúnd.

Video prehrávač JoVE je kompatibilný s HTML5 a Adobe Flash. Staršie prehliadače, ktoré nepodporujú HTML5 a video kodek H.264, budú stále používať prehrávač videa založený na Flash. Odporúčame stiahnuť si najnovšiu verziu Flash tu, ale podporujeme všetky verzie 10 a vyššie.

Ak to nepomôže, dajte nám vedieť.

Niektoré chemické reakcie uvoľňujú obrovské teplo a vykonávajú prácu na okolí, ako napríklad spaľovanie raketového paliva, pri ktorom sa raketoplán zdvihne zo zeme.

Súčet tepla &ldquoq,&rdquo a práca &ldquow,&rdquo je zmena vnútornej energie, &ldquo&DeltaE,&rdquo, ako je dané prvým zákonom termodynamiky.

Pre chemické reakcie zahŕňajúce plyny, ktoré sa vyskytujú pri atmosférickom tlaku, vykonaná práca je mechanická práca spojená so zmenami objemu a buď expanziou alebo kontrakciou. Práca sa teda rovná zápornej hodnote tlaku krát zmena objemu.

Nahrádzanie za w v prvom termodynamickom zákone a preskupenie pojmov v rovnici ukazuje, že q = & DeltaE + P&DeltaV, čo dáva výraz pre tepelný tok pri konštantnom tlaku.

Pri iných chemických reakciách, ako je spaľovanie dreva pri varení jedla, je dôležitejšie kvantifikovať uvoľnené teplo na uľahčenie varenia, než merať množstvo expanznej práce vykonanej na okolí.

Keďže vnútorná energia predstavuje teplo aj prácu, &DeltaE sa nepoužíva pre podmienky konštantného tlaku. Aby sme diskutovali výlučne o toku energie vo forme tepla, je definovaná nová termodynamická funkcia &ndash entalpia &ndash.

entalpia, H, rovná sa súčtu vnútornej energie, Ea tlakovo-objemová práca, P-V. Pretože energia, tlak a objem sú stavové funkcie, entalpia je tiež stavová funkcia.

Absolútne hodnoty entalpie pre špecifické látky nemožno merať. Je možné určiť iba zmenu entalpie. Zmena entalpie, & DeltaH, rovná sa zmene vnútornej energie, & DeltaE + P&DeltaV.

Pripomínajúc, že ​​zmena energie je súčtom práce tepla a tlaku a objemu, rovnice môžu byť kombinované, aby ukázali, že za podmienok konštantného tlaku & DeltaH rovná sa teplu, qzískané alebo stratené systémom.

Ak systém stráca energiu do okolia vo forme tepla &mdash ako pri spaľovaní dreva &mdash, teplota okolia stúpa. Toto je popísané konvenciou záporného znamienka pre q. V dôsledku toho &DeltaH sa stáva negatívnym a proces sa označuje ako exotermický.

Naopak, ak systém získava energiu z okolia vo forme tepla &mdash, ako je reakcia prebiehajúca v chemickom studenom obale, teplota okolia klesá. Teplo je v tomto prípade popísané konvenciou kladného znamienka. To robí &DeltaH pozitívny a proces sa nazýva endotermický.

6.6: Entalpia

Chemici bežne používajú vlastnosť známu ako entalpia (H) opísať termodynamiku chemických a fyzikálnych procesov. Entalpia je definovaná ako súčet vnútornej energie systému (E) a matematický súčin jeho tlaku (P) a objem (V):

Entalpia je stavová funkcia. Hodnoty entalpie pre špecifické látky nie je možné merať priamo, možno len určiť zmeny entalpie pre chemické alebo fyzikálne procesy. Pre procesy, ktoré prebiehajú pri konštantnom tlaku (bežná podmienka mnohých chemických a fyzikálnych zmien), sa mení entalpia (&DeltaH) je:

Matematický súčin P&DeltaV predstavuje prácu (w), a to expanznej alebo tlakovo-objemovej práce. Podľa ich definícií aritmetické znaky &DeltaV a w bude vždy opačné:

Nahradením tejto rovnice a definíciou vnútornej energie pri konštantnom tlaku (&DeltaE = qp + w) do rovnice zmeny entalpie dáva:

kde qp je reakčné teplo za podmienok konštantného tlaku.

A tak, ak sa chemický alebo fyzikálny proces vykonáva pri konštantnom tlaku s jedinou vykonanou prácou spôsobenou expanziou alebo kontrakciou (P-V práca), potom tok tepla (qp) a zmena entalpie (&DeltaH) pre proces sú rovnaké.

Teplo vydávané pri prevádzke Bunsenovho horáka sa rovná zmene entalpie reakcie spaľovania metánu, ku ktorej dochádza, pretože k nej dochádza pri v podstate konštantnom tlaku atmosféry. Chemici zvyčajne vykonávajú experimenty za normálnych atmosférických podmienok, pri konštantnom vonkajšom tlaku s qp = & DeltaH, vďaka čomu je entalpia najpohodlnejšou voľbou na určenie tepelných zmien pre chemické reakcie.

Záporná hodnota zmeny entalpie, &DeltaH < 0, označuje exotermickú reakciu (teplo odovzdávané do okolia), kladná hodnota, & DeltaH > 0, označuje endotermickú reakciu (teplo absorbované z okolia). Ak je smer chemickej rovnice obrátený, aritmetický znak jej &DeltaH sa mení (proces, ktorý je endotermický v jednom smere, je exotermický v opačnom smere).

Koncepčne, &DeltaE (miera tepla a práce) a &DeltaH (miera tepla pri konštantnom tlaku) obe predstavujú zmeny v stavovej funkcii systému. V procesoch, kde sa mení objem, &DeltaV, je malý (topenie ľadu) a &DeltaE a &DeltaH sú totožné. Ak je však zmena objemu významná (vyparovanie vody), množstvo energie prenesenej ako práca bude významné, &DeltaE a &DeltaH majú výrazne odlišné hodnoty.


2.6.3: Vnútorná energia a Enthaply - Biológia

Na zobrazenie tohto obsahu je potrebné predplatné J o VE. Budete môcť vidieť iba prvých 20 sekúnd.

Video prehrávač JoVE je kompatibilný s HTML5 a Adobe Flash. Staršie prehliadače, ktoré nepodporujú HTML5 a video kodek H.264, budú stále používať prehrávač videa založený na Flash. Odporúčame stiahnuť si najnovšiu verziu Flash tu, ale podporujeme všetky verzie 10 a vyššie.

Ak to nepomôže, dajte nám vedieť.

Rozpustenie rozpustenej látky v roztoku je buď exotermický alebo endotermický proces.

Keď sa hydroxid sodný rozpustí vo vode, teplo sa prenáša z roztoku do okolitej vody, čím sa zvýši teplota vody. Ide o exotermický proces.

Pri endotermických procesoch, ako je rozpúšťanie chloridu amónneho vo vode, je teplo absorbované roztokom, čo spôsobuje zníženie teploty vody.

Pri konštantnom tlaku sa uvoľnené alebo absorbované teplo nazýva zmena entalpie.

Tvorba roztoku má tri kroky, z ktorých každý je spojený so zodpovedajúcou zmenou entalpie.

Prvým krokom je oddelenie častíc rozpustenej látky. To si vyžaduje vstup energie na prekonanie príťažlivých síl medzi časticami rozpustenej látky.

Druhým krokom je oddelenie častíc rozpúšťadla. Toto je tiež endotermický krok, pretože na rozrušenie príťažlivých síl medzi časticami rozpúšťadla je potrebná energia.

Tretí krok nastáva, keď sa častice rozpustenej látky a rozpúšťadla zmiešajú. Tento krok je exotermický, pretože atraktívne interakcie medzi časticami rozpustenej látky a časticami rozpúšťadla uvoľňujú energiu.

Pre postupný proces Hessov zákon uvádza, že čistá zmena entalpie je súčtom zmien entalpie v každom kroku. Znamienko čistej entalpie závisí od veľkostí entalpií zložiek.

Ak je súčet entalpií zložiek menší ako entalpia miešania, čistá zmena entalpie je negatívna a proces rozpúšťania je exotermický.

Ak je súčet entalpií zložiek väčší ako entalpia miešania, zmena entalpie je pozitívna a proces rozpúšťania je endotermický.

Ak sú obe rovnaké, teplo sa neuvoľňuje ani neabsorbuje.

Tvorba roztoku sa líši od chemickej reakcie. Keď sa rozpustená látka rozpustí v rozpúšťadle, zmena je fyzikálna. Po odparení roztoku je možné rozpustenú látku získať späť.

Naopak, chemická reakcia mení vlastnosti reaktantov. Keď sa hydroxid meďnatý rozpustí v kyseline chlorovodíkovej, odparením roztoku sa už nevráti hydroxid meďnatý.

Namiesto toho získame produkt, chlorid meďnatý.

12.3: Entalpia roztoku

Existujú dve kritériá, ktoré uprednostňujú, ale nezaručujú spontánne vytvorenie riešenia:

  1. Zníženie vnútornej energie systému (exotermická zmena, ako je uvedené v predchádzajúcej kapitole o termochémii)
  2. Zvýšený rozptyl hmoty v systéme (čo naznačuje zvýšenie entropie systému, ako sa dozviete v ďalšej kapitole o termodynamike)

V procese rozpúšťania dochádza často, ale nie vždy, k zmene vnútornej energie, keď sa teplo absorbuje alebo sa vyvíja. K zvýšeniu disperzie hmoty dochádza vždy, keď sa roztok vytvorí z rovnomernej distribúcie molekúl rozpustenej látky v rozpúšťadle.

Spontánna tvorba roztoku je podporovaná, ale nie zaručená, procesmi exotermického rozpúšťania. Zatiaľ čo mnohé rozpustné zlúčeniny sa skutočne rozpúšťajú s uvoľňovaním tepla, niektoré sa rozpúšťajú endotermicky. Dusičnan amónny (NH4NIE3) je jedným z takýchto príkladov a používa sa na výrobu instantných studených zábalov na liečenie zranení. Tenkostenné plastové vrecko s vodou je zatavené vo vnútri väčšieho vrecka s pevným NH4NIE3. Keď sa rozbije menšie vrecko, roztok NH4NIE3 formuje, absorbuje teplo z okolia (poranené miesto, na ktoré sa obklad aplikuje) a poskytuje studený obklad, ktorý znižuje opuch. Endotermické rozpúšťanie, ako je toto, vyžaduje väčší vstup energie na oddelenie rozpustených látok, ako sa získava, keď sú rozpustené látky solvatované, ale napriek tomu sú spontánne v dôsledku zvýšenia poruchy, ktorá sprevádza tvorbu roztoku.


Obsah

Predslov k druhému vydaniu

Kapitola 1. Vývoj bioprocesov

1.1 Kroky vo vývoji bioprocesov: Typický nový produkt z rekombinantnej DNA

1.2 Kvantitatívny prístup

Kapitola 2. Úvod do inžinierskych výpočtov

2.1 Fyzické premenné, rozmery a jednotky

2.4 Konvencie merania

2.5 Štandardné podmienky a ideálne plyny

2.6 Údaje o fyzikálnych a chemických vlastnostiach

2.8 Metódy kontroly a odhadovania výsledkov

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 3. Prezentácia a analýza údajov

3.1 Chyby v údajoch a výpočtoch

3.2 Prezentácia experimentálnych údajov

3.4 Grafický papier s logaritmickými súradnicami

3.5 Všeobecné postupy vykresľovania údajov

Návrhy na ďalšie čítanie

Časť 2 Materiálové a energetické bilancie

Kapitola 4. Materiálové bilancie

4.1 Termodynamické úvodné informácie

4.2 Zákon zachovania omše

4.3 Postup pre výpočty materiálovej bilancie

4.4 Príklady spracovania materiálovej bilancie

4.5 Materiálové bilancie s recyklačnými, obtokovými a čistiacimi prúdmi

4.6 Stechiometria bunkového rastu a tvorby produktu

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 5. Energetické bilancie

5.2 Všeobecné rovnice energetickej bilancie

5.3 Postupy výpočtu entalpie

5.4 Zmena entalpie v nereaktívnych procesoch

5.6 Postup pre výpočty energetickej bilancie bez reakcie

5.7 Príklady s energetickou bilanciou bez reakcie

5.8 Zmena entalpie v dôsledku reakcie

5.9 Reakčné teplo pre procesy s výrobou biomasy

5.10 Rovnica energetickej bilancie pre bunkovú kultúru

5.11 Príklady fungovania energetickej bilancie bunkovej kultúry

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 6. Materiálové a energetické bilancie v nestabilnom stave

6.1 Rovnice materiálovej bilancie v nestabilnom stave

6.2 Rovnice energetickej bilancie v nestabilnom stave

6.3 Riešenie diferenciálnych rovníc

6.4 Riešenie nestabilných hmotnostných bilancií

6.5 Riešenie nestabilných energetických bilancií

Návrhy na ďalšie čítanie

Časť 3 Fyzikálne procesy

7.1 Klasifikácia kvapalín

7.7 Reologické vlastnosti fermentačných bujónov

7.8 Faktory ovplyvňujúce viskozitu bujónu

Návrhy na ďalšie čítanie

8.3 Vzory toku v miešaných nádržiach

8.5 Požiadavky na výkon miešadla

8.6 Príkon plynom

8.7 Kapacita čerpania obežného kolesa

8.10 Hodnotenie účinnosti miešania

8.11 Rozšírenie miešacích systémov

8.12 Zlepšenie miešania vo fermentoroch

8.15 Vplyv reologických vlastností na miešanie

8.16 Úloha šmyku v miešaných fermentoroch

Návrhy na ďalšie čítanie

9.1 Zariadenie na prenos tepla

9.2 Mechanizmy prenosu tepla

9.4 Prenos tepla medzi kvapalinami

9.5 Návrhové rovnice pre systémy prenosu tepla

9.6 Aplikácia návrhových rovníc

9.7 Hydrodynamické úvahy s chladiacimi špirálami

Návrhy na ďalšie čítanie

10.2 Úloha difúzie v biologickom spracovaní

10.4 Konvekčný prenos hmoty

10.5 Príjem kyslíka v bunkových kultúrach

10.6 Faktory ovplyvňujúce prenos kyslíka vo fermentoroch

10.7 Meranie koncentrácie rozpusteného kyslíka

10.8 Odhad rozpustnosti kyslíka

10.9 Korelácie prenosu hmoty pre prenos kyslíka

10.11 Meranie špecifickej rýchlosti absorpcie kyslíka, qO

10.12 Praktické aspekty prenosu kyslíka vo veľkých fermentoroch

10.13 Alternatívne metódy okysličovania bez prebublávania

10.14 Prenos kyslíka v trepacích bankách

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 11. Prevádzka jednotky

11.1 Prehľad následného spracovania

11.2 Prehľad operácií odstraňovania buniek

11.6 Koncept ideálneho štádia

11.7 Vodná dvojfázová kvapalinová extrakcia

Návrhy na ďalšie čítanie

Časť 4 Reakcie a reaktory

Kapitola 12. Homogénne reakcie

12.1 Základná teória reakcií

12.2 Výpočet reakčných rýchlostí z experimentálnych údajov

12.3 Všeobecná reakčná kinetika pre biologické systémy

12.4 Určenie kinetických konštánt enzýmu z údajov šarže

12.5 Regulácia aktivity enzýmov

12.6 Kinetika deaktivácie enzýmov

12.7 Výťažky v bunkovej kultúre

12.9 Kinetika rastu s plazmidovou nestabilitou

12.10 Kinetika produkcie v bunkovej kultúre

12.11 Kinetika bunkovej kultúry príjmu substrátu

12.12 Vplyv podmienok kultivácie na bunkovú kinetiku

12.13 Určenie kinetických parametrov bunky z údajov šarže

12.14 Vplyv údržby na výnosy

12.15 Kinetika bunkovej smrti

12.16 Metabolické inžinierstvo

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 13. Heterogénne reakcie

13.1 Heterogénne reakcie v biologickom spracovaní

13.2 Koncentračné gradienty a reakčné rýchlosti v tuhých katalyzátoroch

13.3 Vnútorný prenos hmoty a reakcia

13.4 Thieleho modul a faktor účinnosti

13.5 Externý prenos hmoty

13.6 Korelácie prenosu hmoty kvapalina-pevná látka

13.8 Minimalizácia efektov prenosu hmoty

13.9 Hodnotenie skutočných kinetických parametrov

13.10 Všeobecné komentáre k heterogénnym reakciám v biologickom spracovaní

Návrhy na ďalšie čítanie

Kapitola 14. Reaktorové inžinierstvo

14.1 Bioreaktorové inžinierstvo v perspektíve

14.2 Konfigurácie bioreaktora

14.3 Praktické úvahy pre konštrukciu bioreaktora

14.4 Monitorovanie a kontrola bioreaktorov

14.5 Ideálna prevádzka reaktora

14.7 Trvalo udržateľné biologické spracovanie

Návrhy na ďalšie čítanie

PRÍLOHA A. Konverzné faktory

PRÍLOHA B. Konštanta ideálneho plynu

PRÍLOHA C. Údaje o fyzikálnych a chemických vlastnostiach

PRÍLOHA E. Matematické pravidlá

PRÍLOHA F. U.S. Sieve and Tyler Standard Screen Series


Obsah

Predslov, O autorovi, Všeobecný úvod, Štruktúra knihy, Ciele, Pracovný nástroj na mnohých úrovniach, Myšlienkové mapy, Zoznam symbolov, Konverzné faktory

I Prvé kroky v inžinierskej termodynamike

1 Nová vzdelávacia paradigma
1.1 Úvod
1.2 Všeobecné poznámky k vývoju špecifikácií odbornej prípravy
1.3 Špecifiká vyučovania aplikovanej termodynamiky
1.4 Nová vzdelávacia paradigma
1.5 Diapason moduly
1.6 Trojstupňový progresívny prístup
1.7 Hlavné pedagogické inovácie, ktoré prináša Thermoptim
1.8 Digitálne zdroje portálu Thermoptim-UNIT
1.9 Porovnanie s inými nástrojmi s vyučovacím potenciálom
1.10 Záver
Referencie

2 prvé kroky v termodynamike: absolútni začiatočníci
2.1 Architektúra študovaných strojov
2.1.1 Parná elektráreň
2.1.2 Plynová turbína
2.1.3 Chladiaci stroj
2.2 Štyri základné funkcie
2.3 Pojmy termodynamickej sústavy a stavu
2.4 Výmena energie medzi termodynamickým systémom a jeho okolím
2.5 Zachovanie energie: prvý zákon termodynamiky
2.6 Aplikácia na štyri základné funkcie uvedené vyššie
2.6.1 Stláčanie a rozširovanie s prácou
2.6.2 Expanzia bez práce: ventily, filtre
2.6.3 Výmena tepla
2.6.4 Spaľovacie komory, kotly
2.7 Referenčné procesy
2.7.1 Kompresia a expanzia s prácou
2.7.2 Expanzia bez práce: ventily, filtre
2.7.3 Výmena tepla
2.7.4 Spaľovacie komory, kotly
2.8 Súhrnné pripomienky týkajúce sa vlastností čistej látky
2.9 Návrat k pojmu stav a výber stavových premenných na zváženie
2.10 Termodynamické diagramy
2.10.1 Rôzne typy grafov
2.10.2 (h, ln(P)) graf
2.11 Graf cyklov v (h, ln(P)) grafe
2.11.1 Parná elektráreň
2.11.2 Chladiaci stroj
2.12 Modelovanie cyklov s Thermoptim
2.12.1 Parná elektráreň
2.12.2 Plynová turbína
2.12.3 Chladiaci stroj
2.13 Záver

3 Prvé kroky v termodynamike: Entropia a druhý zákon
3.1 Teplo v termodynamických systémoch
3.2 Zavedenie entropie
3.3 Druhý zákon termodynamiky
3.3.1 Limity prvého zákona termodynamiky
3.3.2 Pojem nezvratnosti
3.3.3 Prenos tepla vo vnútri izolovanej sústavy, premena tepla na prácu
3.3.4 Stanovisko druhého zákona
3.4 (T, s) Entropický graf
3.5 Carnotova účinnosť tepelných motorov
3.6 Nevratnosť v priemyselných procesoch
3.6.1 Výmenníky tepla
3.6.2 Kompresory a turbíny
3.7 Graf cyklov v entropickom diagrame, kvalitatívne porovnanie s Carnotovým cyklom
3.7.1 Parná elektráreň
3.7.2 Plynová turbína
3.7.3 Chladiaci stroj
3.8 Záver

II Metodológia, Základy termodynamiky, Thermoptim, Komponenty

4 Úvod
4.1 Dvojúrovňová metodika
4.1.1 Fyzikálne javy prebiehajúce v plynovej turbíne
4.1.2 Energetické technológie: zostavy komponentov
4.1.3 Všeobecné informácie o numerických modeloch
4.2 Praktická implementácia prístupu dvojitých analytických systémov
4.3 Metodika
4.3.1 Modelovanie systémov: všeobecný systém
4.3.2 Systémová analýza energetických technológií
4.3.3 Modelovanie komponentov
4.3.4 Primitívne typy Thermoptim
4.3.5 Aktíva Thermoptim
Referencie

5 Základy termodynamiky
5.1 Základné pojmy, definície
5.1.1 Otvorené a uzavreté systémy
5.1.2 Stav systému, intenzívne a extenzívne množstvá
5.1.3 Fáza, čisté látky, zmesi
5.1.4 Rovnovážny, reverzibilný proces
5.1.5 Teplota
5.1.6 Symboly
5.2 Výmena energie v procese
5.2.1 Práca δW vonkajších síl na uzavretom systéme
5.2.2 Prenos tepla
5.3 Prvý zákon termodynamiky
5.3.1 Definícia vnútornej energie U (uzavretý systém)
5.3.2 Aplikácia na tekutú hmotu
5.3.3 Zabezpečená práca, práca na hriadeli τ
5.3.4 Práca hriadeľa a entalpia (otvorené systémy)
5.3.5 Stanovenie entalpickej rovnováhy
5.3.6 Aplikácia na priemyselné procesy
5.4 Druhý zákon termodynamiky
5.4.1 Definícia entropie
5.4.2 Nevratnosť
5.4.3 Carnot effectiveness of heat engines
5.4.4 Fundamental relations for a phase
5.4.5 Thermodynamic potentials
5.5 Exergy
5.5.1 Presentation of exergy for a monotherm open system in steady state
5.5.2 Multithermal open steady-state system
5.5.3 Application to a two-source reversible machine
5.5.4 Special case: heat exchange without work production
5.5.5 Exergy efficiency
5.6 Representation of substance properties
5.6.1 Solid, liquid, gaseous phases
5.6.2 Perfect and ideal gases
5.6.3 Ideal gas mixtures
5.6.4 Liquids and solids
5.6.5 Liquid-vapor equilibrium of a pure substance
5.6.6 Representations of real fluids
5.6.7 Moist mixtures
5.6.8 Real fluid mixtures
Referencie
Ďalšie čítanie

6 Presentation of Thermoptim
6.1 General
6.1.1 Initiation applets
6.1.2 Interactive charts
6.1.3 Thermoptim’s five working environments
6.2 Diagram editor
6.2.1 Presentation of the editor
6.2.2 Graphical component properties
6.2.3 Links between the simulator and the diagrams
6.3 Simulation environment
6.3.1 Main project screen
6.3.2 Main menus
6.3.3 Export of the results in the form of text file
6.3.4 Point screen
6.3.5 Point moist properties calculations
6.3.6 Node screen
6.4 Extension of Thermoptim by external classes
6.4.1 Extension system for Thermoptim by adding external classes
6.4.2 Software implementation
6.4.3 Viewing available external classes
6.4.4 Representation of an external component in the diagram editor
6.4.5 Loading an external class
6.4.6 Practical realization of an external class
6.5 Different versions of Thermoptim

7 Basic Components and Processes
7.1 Compressions
7.1.1 Thermodynamics of compression
7.1.2 Reference compression
7.1.3 Actual compressions
7.1.4 Staged compression
7.1.5 Calculation of a compression in Thermoptim
7.2 Displacement compressors
7.2.1 Piston compressors
7.2.2 Screw compressors
7.2.3 Criteria for the choice between displacement compressors
7.3 Dynamic compressors
7.3.1 General
7.3.2 Thermodynamics of permanent flow
7.3.3 Similarity and performance of turbomachines
7.3.4 Practical calculation of dynamic compressors
7.3.5 Pumps and fans
7.4 Comparison of the various types of compressors
7.4.1 Comparison of dynamic and displacement compressors
7.4.2 Comparison between dynamic compressors
7.5 Expansion
7.5.1 Thermodynamics of expansion
7.5.2 Calculation of an expansion in Thermoptim
7.5.3 Turbines
7.5.4 Turbine performance maps
7.5.5 Degree of reaction of a stage
7.6 Combustion
7.6.1 Combustion phenomena, basic mechanisms
7.6.2 Study of complete combustion
7.6.3 Study of incomplete combustion
7.6.4 Energy properties of combustion reactions
7.6.5 Emissions of gaseous pollutants
7.6.6 Calculation of combustion in Thermoptim
7.6.7 Technological aspects
7.7 Throttling or flash
7.8 Water vapor/gas mixtures processes
7.8.1 Moist process screens
7.8.2 Moist mixers
7.8.3 Heating a moist mixture
7.8.4 Cooling of moist mix
7.8.5 Humidification of a gas
7.8.6 Dehumidification of a mix by desiccation
7.8.7 Determination of supply conditions
7.8.8 Air conditioning processes in a psychrometric chart
7.9 Examples of components represented by external classes
7.9.1 Nozzles
7.9.2 Diffusers
7.9.3 Ejectors
Referencie
Ďalšie čítanie

8 Heat Exchangers
8.1 Principles of operation of a heat exchanger
8.1.1 Heat flux exchanged
8.1.2 Heat exchange coefficient U
8.1.3 Fin effectiveness
8.1.4 Values of convection coefficients h
8.2 Phenomenological models for the calculation of heat exchangers
8.2.1 Number of transfer units method
8.2.2 Relationship between NTU and ε
8.2.3 Matrix formulation
8.2.4 Heat exchanger assemblies
8.2.5 Relationship with the LMTD method
8.2.6 Heat exchanger pinch
8.3 Calculation of heat exchangers in Thermoptim
8.3.1 “Exchange” processes
8.3.2 Creation of a heat exchanger in the diagram editor
8.3.3 Heat exchanger screen
8.3.4 Simple heat exchanger design
8.3.5 Generic liquid
8.3.6 Off-design calculation of heat exchangers
8.3.7 Thermocouplers
8.4 Technological aspects
8.4.1 Tube exchangers
8.4.2 Plate heat exchangers
8.4.3 Other types of heat exchangers
8.5 Summary
Referencie
Ďalšie čítanie

9 Examples of Applications
9.1 Steam power plant cycle
9.1.1 Principle of the machine and problem data
9.1.2 Creation of the diagram
9.1.3 Creation of simulator elements
9.1.4 Setting points
9.1.5 Setting of processes
9.1.6 Plotting the cycle on thermodynamic chart
9.1.7 Design of condenser
9.1.8 Cycle improvements
9.1.9 Modification of the model
9.2 Single stage compression refrigeration cycle
9.2.1 Principle of the machine and problem data
9.2.2 Creation of the diagram
9.2.3 Creation of simulator elements
9.2.4 Setting points
9.2.5 Setting of processes
9.3 Gas turbine cycle
9.3.1 Principle of the machine and problem data
9.3.2 Creation of the diagram
9.3.3 Creation of simulator elements
9.3.4 Setting points
9.3.5 Setting of processes
9.4 Air conditioning installation
9.4.1 Principle of installation and problem data
9.4.2 Supply conditions
9.4.3 Properties of the mix (outdoor air/recycled air)
9.4.4 Air treatment
9.4.5 Plot on the psychrometric chart

10 General Issues on Cycles, Energy and Exergy Balances
10.1 General issues on cycles, notations
10.1.1 Motor cycles
10.1.2 Refrigeration cycles
10.1.3 Carnot cycle
10.1.4 Regeneration cycles
10.1.5 Theoretical and real cycles
10.1.6 Notions of efficiency and effectiveness
10.2 Energy and exergy balance
10.2.1 Energy balances
10.2.2 Exergy balances
10.2.3 Practical implementation in a spreadsheet
10.2.4 Exergy balances of complex cycles
10.3 Productive structures
10.3.1 Establishment of a productive structure
10.3.2 Relationship between the diagram and the productive structure
10.3.3 Implementation in Thermoptim
10.3.4 Automation of the creation of the productive structure
10.3.5 Examples
10.3.6 Conclusion
Referencie

III Main Conventional Cycles

11 Introduction: Changing Technologies
11.1 Limitation of fossil resources and geopolitical constraints
11.2 Local and global environmental impact of energy
11.2.1 Increase in global greenhouse effect
11.2.2 Reduction of the ozone layer
11.2.3 Urban pollution and acid rain
11.3 Technology transfer from other sectors
11.4 Technological innovation key to energy future
Referencie
Ďalšie čítanie

12 Internal Combustion Turbomotors
12.1 Gas turbines
12.1.1 Operating principles
12.1.2 Examples of gas turbines
12.1.3 Major technological constraints
12.1.4 Basic cycles
12.1.5 Cycle improvements
12.1.6 Mechanical configurations
12.1.7 Emissions of pollutants
12.1.8 Outlook for gas turbines
12.2 Aircraft engines
12.2.1 Turbojet and turboprop engines
12.2.2 Reaction engines without rotating machine
Referencie
Ďalšie čítanie

13 Reciprocating Internal Combustion Engines
13.1 General operation mode
13.1.1 Four- and two-stroke cycles
13.1.2 Methods of cooling
13.2 Analysis of theoretical cycles of reciprocating engines
13.2.1 Beau de Rochas ideal cycle
13.2.2 Diesel cycle
13.2.3 Mixed cycle
13.2.4 Theoretical associated cycles
13.3 Characteristic curves of piston engines
13.3.1 Effective performance, MEP and power factor
13.3.2 Influence of the rotation speed
13.3.3 Indicated performance, IMEP
13.3.4 Effective performance, MEP
13.3.5 Specific consumption of an engine
13.4 Gasoline engine
13.4.1 Limits of knocking and octane number
13.4.2 Strengthening of turbulence
13.4.3 Formation of fuel mix, fuel injection electronic systems
13.4.4 Real cycles of gasoline engines
13.5 Diesel engines
13.5.1 Compression ignition conditions
13.5.2 Ignition and combustion delays
13.5.3 Air utilization factor
13.5.4 Thermal and mechanical fatigue
13.5.5 Cooling of walls
13.5.6 Fuels burnt in diesel engines
13.5.7 Real cycles of diesel engines
13.6 Design of reciprocating engines
13.7 Supercharging
13.7.1 General
13.7.2 Basic principles
13.7.3 Conditions of autonomy of a turbocharger
13.7.4 Adaptation of the turbocharger
13.7.5 Conclusions on supercharging
13.8 Engine and pollutant emission control
13.8.1 Emissions of pollutants: Mechanisms involved
13.8.2 Combustion optimization
13.8.3 Catalytic purification converters
13.8.4 Case of diesel engines
13.9 Technological prospects
13.9.1 Traction engines
13.9.2 Large gas and diesel engines
Referencie
Ďalšie čítanie

14 Stirling Engines
14.1 Principle of operation
14.2 Piston drive
14.3 Thermodynamic analysis of Stirling engines
14.3.1 Theoretical cycle
14.3.2 Ideal Stirling cycle
14.3.3 Paraisothermal Stirling cycle
14.4 Influence of the pressure
14.5 Choice of the working fluid
14.6 Heat exchangers
14.6.1 Cooler
14.6.2 Regenerator
14.6.3 Boiler
14.7 Characteristics of a Stirling engine
14.8 Simplified Stirling engine Thermoptim model
Referencie
Ďalšie čítanie

15 Steam Facilities (General)
15.1 Introduction
15.2 Steam enthalpy and exergy
15.3 General configuration of steam facilities
15.4 Water deaeration
15.4.1 Chemical deaeration
15.4.2 Thermal deaeration
15.5 Blowdown
15.6 Boiler and steam generators
15.6.1 Boilers
15.6.2 Steam generators
15.6.3 Boiler operation
15.6.4 Optimization of pressure level
15.7 Steam turbines
15.7.1 Different types of steam turbines
15.7.2 Behavior in off-design mode
15.7.3 Degradation of expansion efficiency function of steam quality
15.7.4 Temperature control by desuperheating
15.8 Condensers, cooling towers
15.8.1 Principle of operation of cooling towers
15.8.2 Phenomenological model
15.8.3 Behaviour models
15.8.4 Modeling a direct contact cooling tower in Thermoptim
Referencie
Ďalšie čítanie

16 Classical Steam Power Cycles
16.1 Conventional flame power cycles
16.1.1 Basic Hirn or Rankine cycle with superheating
16.1.2 Energy and exergy balance
16.1.3 Thermodynamic limits of simple Hirn cycle
16.1.4 Cycle with reheat
16.1.5 Cycle with extraction
16.1.6 Supercritical cycles
16.1.7 Binary cycles
16.2 Technology of flame plants
16.2.1 General technological constraints
16.2.2 Main coal power plants
16.2.3 Emissions of pollutants
16.3 Nuclear power plant cycles
16.3.1 Primary circuit
16.3.2 Steam generator
16.3.3 Secondary circuit
16.3.4 Industrial PWR evolution
Odkaz
Ďalšie čítanie

17 Combined Cycle Power Plants
17.1 Combined cycle without afterburner
17.1.1 Overall performance
17.1.2 Reduced efficiency and power
17.2 Combined cycle with afterburner
17.3 Combined cycle optimization
17.4 Gas turbine and combined cycles variations
17.5 Diesel combined cycle
17.6 Conclusions and outlook
Referencie
Ďalšie čítanie

18 Cogeneration and Trigeneration
18.1 Performance indicators
18.2 Boilers and steam turbines
18.3 Internal combustion engines
18.3.1 Reciprocating engines
18.3.2 Gas turbines
18.4 Criteria for selection
18.5 Examples of industrial plants
18.5.1 Micro-gas turbine cogeneration
18.5.2 Industrial gas turbine cogeneration
18.6 Trigeneration
18.6.1 Production of central heating and cooling for a supermarket
18.6.2 Trigeneration by micro turbine and absorption cycle
Referencie
Ďalšie čítanie

19 Compression Refrigeration Cycles, Heat Pumps
19.1 Principles of operation
19.2 Current issues
19.2.1 Stopping CFC production
19.2.2 Substitution of fluids
19.3 Basic refrigeration cycle
19.3.1 Principle of operation
19.3.2 Energy and exergy balances
19.4 Superheated and sub-cooled cycle
19.4.1 Single-stage cycle without heat exchanger
19.4.2 Single-stage cycle with exchanger
19.5 Two-stage cycles
19.5.1 Two-stage compression cycle with intermediate cooling
19.5.2 Compression and expansion multistage cycles
19.6 Special cycles
19.6.1 Cascade cycles
19.6.2 Cycles using blends
19.6.3 Cycles using ejectors
19.6.4 Reverse Brayton cycles
19.7 Heat pumps
19.7.1 Basic cycle
19.7.2 Exergy balance
19.8 Technological aspects
19.8.1 Desirable properties for fluids
19.8.2 Refrigeration compressors
19.8.3 Expansion valves
19.8.4 Heat exchangers
19.8.5 Auxiliary devices
19.8.6 Variable speed
Referencie
Ďalšie čítanie

20 Liquid Absorption Refrigeration Cycles
20.1 Introduction
20.2 Study of a NH3-H2O absorption cycle
20.3 Modeling LiBr-H2O absorption cycle in Thermoptim
Referencie

21 Air Conditioning
21.1 Basics of an air conditioning system
21.2 Examples of cycles
21.2.1 Summer air conditioning
21.2.2 Winter air conditioning
Referencie
Ďalšie čítanie

22 Optimization by Systems Integration
22.1 Základné princípy
22.1.1 Pinch point
22.1.2 Integration of complex heat system
22.2 Design of exchanger networks
22.3 Minimizing the pinch
22.3.1 Implementation of the algorithm
22.3.2 Establishment of actual composite curves
22.3.3 Plot of the Carnot factor difference curve (CFDC)
22.3.4 Matching exchange streams
22.3.5 Thermal machines and heat integration
22.4 Optimization by irreversibility analysis
22.4.1 Component irreversibility and systemic irreversibility
22.4.2 Optimization method
22.5 Implementation in Thermoptim
22.5.1 Principle
22.5.2 Optimization frame
22.6 Example
22.6.1 Determination of HP and LP flow rates
22.6.2 Matching fluids in heat exchangers
Referencie
Ďalšie čítanie

IV Innovative Advanced Cycles, including Low Environmental Impact

23 External Class Development
23.1 General, external substances
23.1.1 Introducing custom components
23.1.2 Simple substance: example of DowTherm A
23.1.3 Coupling to a thermodynamic properties server
23.2 Flat plate solar collectors
23.2.1 Design of the external component
23.3 Calculation of moist mixtures in external classes
23.3.1 Introduction
23.3.2 Methods available in the external classes
23.4 External combustion
23.4.1 Model of biomass combustion
23.4.2 Presentation of the external class
23.5 Cooling coil with condensation
23.5.1 Modeling a cooling coil with condensation in Thermoptim
23.5.2 Study of the external class DehumidifyingCoil
23.6 Cooling towers
23.6.1 Modeling of a direct contact cooling tower in Thermoptim
23.6.2 Study of external class DirectCoolingTower
23.7 External drivers
23.7.1 Stirling engine driver
23.7.2 Creation of the class: visual interface
23.7.3 Recognition of component names
23.7.4 Calculations and display
23.8 External class manager

24 Advanced Gas Turbines Cycles
24.1 Humid air gas turbine
24.2 Supercritical CO2 cycles
24.2.1 Simple regeneration cycle
24.2.2 Pre-compression cycle
24.2.3 Recompression cycle
24.2.4 Partial cooling cycle
24.3 Advanced combined cycles
24.3.1 Air combined cycle
24.3.2 Steam fl ash combined cycle
24.3.3 Steam recompression combined cycle
24.3.4 Kalina cycle
Referencie

25 Evaporation, Mechanical Vapor Compression, Desalination, Drying by Hot Gas
25.1 Evaporation
25.1.1 Single-effect cycle
25.1.2 Multi-effect cycle
25.1.3 Boiling point elevation
25.2 Mechanical vapor compression
25.2.1 Evaporative mechanical vapor compression cycle
25.2.2 Types of compressors used
25.2.3 Design parameters of a VC
25.3 Desalination
25.3.1 Simple effect distillation
25.3.2 Double effect desalination cycle
25.3.3 Mechanical vapor compression desalination cycle
25.3.4 Desalination ejector cycle
25.3.5 Multi-stage fl ash desalination cycle
25.3.6 Reverse osmosis desalination
25.4 Drying by hot gas
Referencie

26 Cryogenic Cycles
26.1 Joule-Thomson isenthalpic expansion process
26.1.1 Basic cycle
26.1.2 Linde cycle
26.1.3 Linde cycles for nitrogen liquefaction
26.2 Reverse Brayton cycle
26.3 Mixed processes: Claude cycle
26.4 Cascade cycles
Referencie

27 Electrochemical Converters
27.1 Fuel cells
27.1.1 SOFC modeling
27.1.2 Improving the cell model
27.1.3 Model with a thermocoupler
27.1.4 Coupling SOFC fuel cell with a gas turbine
27.1.5 Change in the model to replace H2 by CH4
27.2 Reforming
27.2.1 Modeling of a reformer in Thermoptim
27.2.2 Results
27.3 Electrolysers
27.3.1 Modeling of a high temperature electrolyser in Thermoptim
27.3.2 Results
Referencie

28 Global Warming and Capture and Sequestration of CO2
28.1 Problem data
28.2 Carbon capture and storage
28.2.1 Introduction
28.2.2 Capture strategies
28.3 Techniques implemented
28.3.1 Post-combustion techniques
28.3.2 Pre-combustion techniques
28.3.3 Oxycombustion techniques
Referencie

29 Future Nuclear Reactors
29.1 Introduction
29.2 Reactors coupled to Hirn cycles
29.2.1 Sodium cooled fast neutron reactors
29.2.2 Supercritical water reactors
29.3 Reactors coupled to Brayton cycles
29.3.1 Small capacity modular reactor PBMR
29.3.2 GT-MHR reactors
29.3.3 Very high temperature reactors
29.3.4 Gas cooled fast neutron reactors
29.3.5 Lead cooled fast reactors
29.3.6 Molten salt reactors
29.3.7 Thermodynamic cycles of high temperature reactors
29.4 Summary
Referencie

30 Solar Thermodynamic Cycles
30.1 Direct conversion of solar energy
30.1.1 Introduction
30.1.2 Thermal conversion of solar energy
30.1.2 Thermodynamic cycles considered
30.2 Performance of solar collectors
30.2.1 Low temperature solar collectors
30.2.2 Low temperature fl at plate solar collector model
30.2.3 High temperature solar collectors
30.2.4 Modeling high temperature concentration collectors
30.3 Parabolic trough plants
30.3.1 Optimization of the collector temperature
30.3.2 Plant model
30.4 Parabolic dish systems
30.5 Power towers
30.6 Hybrid systems
Referencie

31 Other than Solar NRE cycles
31.1 Solar ponds
31.1.1 Analysis of the problem
31.1.2 Plot of the cycle in the entropy chart
31.1.3 Exergy balance
31.1.4 Auxiliary consumption
31.2 Ocean thermal energy conversion (OTEC)
31.2.1 OTEC closed cycle
31.2.2 OTEC open-cycle
31.2.3 Uehara cycle
31.3 Geothermal cycles
31.3.1 Direct-steam plants
31.3.2 Simple fl ash plant
31.3.3 Double fl ash plant
31.3.4 Binary cycle plants
31.3.5 Kalina cycle
31.3.6 Combined cycles
31.3.7 Mixed cycle
31.4 Use of biomass energy
31.4.1 Introduction
31.4.2 Modeling thermochemical conversion
Referencie

32 Heat and Compressed Air Storage
32.1 Introduction
32.2 Methodological aspects
32.3 Cold storage in phase change nodules
32.4 Project Sether (electricity storage as high temperature heat)
32.5 Compressed air storage devices
32.5.1 CAES (Compressed Air Energy Storage) concept
32.5.2 Peaker concept of Electricite de Marseille company
32.5.3 Hydropneumatic energy storage HPES
Referencie

33 Calculation of Thermodynamic Solar Installations
33.1 Specific solar problems
33.2 Estimation of the solar radiation received by a solar collector
33.3 Cumulative frequency curves of irradiation
33.3.1 Curve construction
33.3.2 Curve smoothing
33.3.3 Estimation of CFCS from empirical formulas
33.3.4 Interpolation on tilt
33.4 Hourly simulation models
33.5 Simplified design methods
33.5.1 Principle of methods
33.5.2 Usability curves
Referencie

V Technological Design and Off-design Operation

34 Technological Design and Off-design Operation, Model Reduction
34.1 Introduction
34.2 Component technological design
34.2.1 Heat exchangers
34.2.2 Displacement compressors
34.2.3 Expansion valves
34.2.4 Practical example: design of a cycle
34.3 Off-design calculations
34.3.1 Principle of computing coupled systems in Thermoptim
34.3.2 Off-design equations of the refrigerator
34.3.3 After processing of simulation results
34.3.4 Effect of change in UA
34.4 Development of simplified models of systems studied
34.4.1 Model reduction principle
34.4.2 Model reduction example
34.5 Methodological difficulties
Referencie

35 Technological Design and Off-design Behavior of Heat Exchangers
35.1 Introduction
35.1.1 General
35.1.2 Reminders on the NTU method
35.2 Modeling of heat transfer
35.2.1 Extended surfaces
35.2.2 Calculation of Reynolds and Prandtl numbers
35.2.3 Calculation of the Nusselt number
35.2.4 Calculation of multi-zone exchangers
35.3 Pressure drop calculation
35.3.1 Gas or liquid state pressure drop
35.3.2 Two-phase pressure drop
35.4 Heat exchanger technological screen
35.4.1 Heat exchanger technological screen
35.4.2 Correlations used in Thermoptim
35.5 Model parameter estimation
35.5.1 Direct setting from geometric data
35.5.2 Identification of exchanger parameters
Referencie

36 Modeling and Setting of Displacement Compressors
36.1 Behavior models
36.1.1 Operation at rated speed and full load
36.1.2 Operation at partial load and speed
36.2 Practical modeling problems
36.2.1 Technological screen of displacement compressors
36.2.3 Identification of compressor parameters
36.2.4 Calculation in design mode
36.2.5 Calculation in off-design mode
36.2.6 Fixed Vi screw compressors
Referencie

37 Modeling and Setting of Dynamic Compressors and Turbines
37.1 Supplements on turbomachinery
37.1.1 Analysis of the velocity triangle
37.1.2 Degree of reaction of one stage
37.1.3 Theoretical characteristics of turbomachinery
37.1.4 Real characteristics of turbomachinery
37.1.5 Factors of similarity
37.2 Pumps and fans
37.3 Dynamic compressors
37.3.1 Performance maps of dynamic compressors
37.3.2 Analysis of performance maps of dynamic compressors
37.3.3 Technological screen of dynamic compressors
37.4 Turbines
37.4.1 Performance maps of turbines
37.4.2 Isentropic efficiency law
37.4.3 Stodola’s cone rule
37.4.4 Baumann rule
37.4.5 Loss by residual velocity
37.4.6 Technological screen of turbines
37.4.8 Identification of turbine parameters
37.5 Nozzles
Referencie

38 Case Studies
38.1 Introduction
38.2 Compressor filling a storage of compressed air
38.2.1 Modeling of the heat exchanger
38.2.2 Design of the driver
38.2.3 Analysis of the cooled compressor
38.2.4 Use of the model to simulate the filling of a compressed air storage
38.3 Steam power plant
38.3.1 Introduction, results
38.4 Refrigeration machine
38.4.1 Introduction, results
38.4.2 Principle of resolution
38.5 Single flow turbojet
38.5.1 Introduction, results
38.5.2 Presentation of the external class 3


Pozri si video: Cel mai bun remediu pentru tristețe - introducere practica (Február 2023).