6.4.2 Verdampfen und Eindampfen Destillieren und Rektifizieren Absorbieren

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Grundlagen Thermodynamik Von der historischen Entwicklung der Thermodynamik Was ist Thermodynamik? System und Zustand System und Systemgrenzen Zustand und Zustandsgrößen Extensive, intensive, spezifische und molare Zustandsgrößen, Dichten Fluide Phasen. Zustandsgleichungen Prozesse Prozeß und Zustandsänderung Reversible und irreversible Prozesse Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität Quasistatische Zustandsänderungen und irreversible Prozesse Stationäre Prozesse Temperatur Thermisches Gleichgewicht und Temperatur Thermometer und empirische Temperatur Die Temperatur des idealen Gasthermometers Celsius-Temperatur. Internationale Praktische Temperaturskala Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme Mechanische Energien Der 1. Hauptsatz. Innere Energie Die kalorische Zustandsgleichung der Fluide Die Energiebilanzgleichung Arbeit und Wärme Mechanische Arbeit und Leistung Volumenänderungsarbeit

2 X Inhaltsverzeichnis Wellenarbeit Elektrische Arbeit und Arbeit nichtfluider Systeme Wärme und Wärmestrom Energiebilanzgleichungen Energiebilanzgleichungen für geschlossene Systeme Massenbilanz und Energiebilanz für einen Kontrollraum Instationäre Prozesse offener Systeme Der 1. Hauptsatz für stationäre Fließprozesse Enthalpie Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik Entropie und Entropiebilanzen Einführende Überlegungen Die Formulierung des 2. Hauptsatzes durch Entropie und thermodynamische Temperatur Die Entropiebilanzgleichung für geschlossene Systeme Die Irreversibilität des Wärmeübergangs und die thermodynamische Temperatur Die Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit. Wärmekraftmaschinen Die Entropiebilanzgleichung für einen Kontrollraum Die Entropiebilanzgleichung für stationäre Fließprozesse Die Entropie als Zustandsgröße Die Entropie reiner Stoffe Die Messung thermodynamischer Temperaturen und die Entropie idealer Gase Das T,s-Diagramm Fundamentalgleichungen und charakteristische Funktionen Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen. Phasengleichgewicht Die Anwendung des 2. Hauptsatzes auf Energieumwandlungen: Exergie und Anergie Die beschränkte Umwandelbarkeit der Energie Die Definitionen von Exergie, Anergie und thermodynamischer Umgebung Die Rolle der Exergie in der Thermodynamik und ihren technischen Anwendungen Die Berechnung von Exergien und Exergieverlusten Exergie und Anergie der Wärme Exergie und Anergie eines Stoffstroms Exergiebilanzen und exergetische Wirkungsgrade

3 Inhaltsverzeichnis XI 4 Die thermodynamischen Eigenschaften reiner Fluide Die thermischen Zustandsgrößen Die p,v,t-fläche Das p, T-Diagramm und die Gleichung von Clausius-Clapeyron Die thermische Zustandsgleichung Das Prinzip der korrespondierenden Zustände Kubische Zustandsgleichungen Das Naßdampfgebiet Nasser Dampf Dampfdruck und Siedetemperatur Die spezifischen Zustandsgrößen im Naßdampfgebiet Zwei Stoffmodelle: ideales Gas und inkompressibles Fluid Die Zustandsgleichungen des idealen Gases Die spezifischen Wärmekapazitäten idealer Gase Entropie und isentrope Zustandsänderungen idealer Gase Das inkompressible Fluid Zustandsgleichungen, Tafeln und Diagramme Die Bestimmung von Enthalpie und Entropie mit Hilfe der thermischen Zustandsgleichung Fundamentalgleichungen Schallgeschwindigkeit und Isentropenexponent Tafeln der Zustandsgrößen Zustandsdiagramme Gemische und chemische Reaktionen Mischphasen und Phasengleichgewichte Größen zur Beschreibung der Zusammensetzung Mischungsgrößen und die Irreversibilität des Mischungsvorgangs Partielle molare Größen Die Gibbs-Funktion einer Mischphase Chemische Potentiale. Membrangleichgewicht Phasengleichgewichte Phasengleichgewichte in Zweistoffsystemen Ideale Gemische Ideale Gasgemische Die Zustandsgleichungen idealer Gasgemische Ideale Lösungen Phasengleichgewicht. Gesetz von Raoult Ideale Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft Der Sättigungspartialdruck des Wasserdampfes und der Taupunkt Absolute und relative Feuchte

4 XII Inhaltsverzeichnis Die Wasserbeladung Das spezifische Volumen feuchter Luft Die spezifische Enthalpie feuchter Luft Das Enthalpie,Wasserbeladungs-Diagramm Die spezifische Entropie feuchter Luft Reale fluide Gemische Realpotential und Fugazitätskoeffizient Thermische Zustandsgleichungen für Gemische Die Berechnung des Verdampfungsgleichgewichts mit der thermischen Zustandsgleichung des Gemisches Exzeßpotential und Aktivitätskoeffizient Das Verdampfungsgleichgewicht bei mäßigen Drücken Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Chemisch reagierende Gemische Reaktionen und Reaktionsgleichungen Stöchiometrie Reaktionsenthalpien und Standard-Bildungsenthalpien Der 3. Hauptsatz der Thermodynamik Die Anwendung des 2. Hauptsatzes auf chemische Reaktionen Chemische Exergien Reaktionsgleichgewichte Die Bedingungen des Reaktionsgleichgewichts Das Reaktionsgleichgewicht in einfachen Fällen. Gleichgewichtskonstanten Gasgleichgewichte Heterogene Reaktionsgleichgewichte Stationäre Fließprozesse Technische Arbeit, Dissipationsenergie und die Zustandsänderung des strömenden Fluids Dissipationsenergie und technische Arbeit Polytropen. Polytrope Wirkungsgrade Strömungs- und Arbeitsprozesse Strömungsprozesse Adiabate Düsen und Diffusoren Querschnittsflächen adiabater Düsen und Diffusoren Adiabate Turbinen und Verdichter Nichtadiabate Verdichtung Wärmeübertrager Die Anwendung des 1. Hauptsatzes Die Temperaturen der beiden Fluidströme Der Exergieverlust eines Wärmeübertragers Thermische Stofftrennprozesse Trocknen

5 Inhaltsverzeichnis XIII Verdampfen und Eindampfen Destillieren und Rektifizieren Absorbieren Verbrennungsprozesse und Verbrennungskraftanlagen Mengenberechnung bei vollständiger Verbrennung Brennstoffe und Verbrennungsgleichungen Mindestluftmenge, Luftverhältnis und Verbrennungsgas Brennstoffe mit bekannter Elementaranalyse Brennstoffe mit bekannter chemischer Zusammensetzung Energetik der Verbrennungsprozesse Die Anwendung des 1. Hauptsatzes Heizwert und Brennwert Abgasverlust und Kesselwirkungsgrad Die Nutzung der Wasserdampf-Teilkondensation in Brennwertkesseln Die adiabate Verbrennungstemperatur Die Exergie der Brennstoffe Der Exergieverlust der adiabaten Verbrennung Verbrennungskraftanlagen Leistungsbilanz und Wirkungsgrad Die einfache Gasturbinenanlage Die genauere Berechnung des Gasturbinenprozesses Die Gasturbine als Flugzeugantrieb Verbrennungsmotoren Die Brennstoffzelle Brennstoffzellen-Systeme Thermodynamik der Wärmekraftanlagen Die Umwandlung von Primärenergie in elektrische Energie Übersicht über die Umwandlungsverfahren Thermische Kraftwerke Kraftwerkswirkungsgrade Kreisprozesse für Wärmekraftmaschinen Dampfkraftwerke Die einfache Dampfkraftanlage Zwischenüberhitzung Regenerative Speisewasser- und Luftvorwärmung Das moderne Dampfkraftwerk Kombinierte Gas-Dampf-Kraftwerke Kernkraftwerke Die CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung Die Berechnung der CO 2 -Emission

6 XIV Inhaltsverzeichnis Ergebnisse Thermodynamik des Heizens und Kühlens Heizen und Kühlen als thermodynamische Grundaufgaben Die Grundaufgabe der Heiztechnik und der Kältetechnik Wärmepumpe und Kältemaschine Wärmetransformation Heizsysteme Heizzahl und exergetischer Wirkungsgrad Konventionelle Heizsysteme Wärmepumpen-Heizsysteme Kraft-Wärme-Kopplung. Heizkraftwerke Einige Verfahren zur Kälteerzeugung Kältemittel Kompressionskältemaschinen Absorptionskältemaschinen Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung Mengenmaße, Einheiten, Stoffdaten Mengenmaße Masse und Gewicht Teilchenzahl und Stoffmenge Das Normvolumen Einheiten Die Einheiten des Internationalen Einheitensystems Einheiten anderer Einheitensysteme. Umrechnungsfaktoren Stoffdaten Allgemeine Daten Berechnungsgleichungen für Enthalpie und Entropie von Luft und Verbrennungsgasen Tabellen der mittleren spezifischen Wärmekapazität und der spezifischen Entropie beim Standarddruck Aus der Dampftafel für Wasser Heizwerte, Brennwerte und Brennstoff-Exergien Literatur Sachverzeichnis

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