6.4.2 VerdampfenundEindampfen Destillieren und Rektifizieren Absorbieren

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Grundlagen Thermodynamik Von der historischen Entwicklung der Thermodynamik WasistThermodynamik? SystemundZustand SystemundSystemgrenzen Zustand und Zustandsgrößen Extensive, intensive, spezifische und molare Zustandsgrößen, Dichten Fluide Phasen. Zustandsgleichungen Prozesse Prozess und Zustandsänderung ReversibleundirreversibleProzesse Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität Quasistatische Zustandsänderungen undirreversibleprozesse StationäreProzesse 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 MechanischeEnergien Der1.Hauptsatz.InnereEnergie Die kalorische Zustandsgleichung fluider Phasen DieEnergiebilanzgleichung ArbeitundWärme MechanischeArbeitundLeistung Volumenänderungsarbeit... 58

2 X Inhaltsverzeichnis Wellenarbeit Elektrische Arbeit und Arbeit nichtfluider Systeme WärmeundWärmestrom Energiebilanzgleichungen Energiebilanzgleichungen für geschlossene Systeme Massenbilanz und Energiebilanz füreinenkontrollraum Instationäre Prozesse offener Systeme Der 1. Hauptsatz für stationäre Fließprozesse Enthalpie Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik EntropieundEntropiebilanzen EinführendeÜberlegungen Die Formulierung des 2. Hauptsatzes durch Entropie undthermodynamischetemperatur Die Entropiebilanzgleichung für geschlossene Systeme Die Irreversibilität des Wärmeübergangs und die thermodynamischetemperatur Die Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit. Wärmekraftmaschinen Die Entropiebilanzgleichung für einen Kontrollraum Die Entropiebilanzgleichung fürstationärefließprozesse DieEntropiealsZustandsgröße DieEntropiereinerStoffe Die Messung thermodynamischer Temperaturen unddieentropieidealergase 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 ExergieundAnergiederWärme 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 KubischeZustandsgleichungen DasNassdampfgebiet NasserDampf DampfdruckundSiedetemperatur 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 idealergase DasinkompressibleFluid 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 desmischungsvorgangs Partielle molare Größen Die Gibbs-Funktion einer Mischphase Chemische Potenziale. Membrangleichgewicht Phasengleichgewichte Phasengleichgewichte in Zweistoffsystemen IdealeGemische IdealeGasgemische Die Zustandsgleichungen idealer Gasgemische IdealeLösungen Phasengleichgewicht. Gesetz von Raoult Ideale Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft Der Sättigungspartialdruck des Wasserdampfes und der Taupunkt AbsoluteundrelativeFeuchte

4 XII Inhaltsverzeichnis Die Wasserbeladung Das spezifische Volumen feuchter Luft Die spezifische Enthalpie feuchter Luft Das Enthalpie,Wasserbeladungs-Diagramm Die spezifische Entropie feuchter Luft RealefluideGemische Realpotenzial und Fugazitätskoeffizient Thermische Zustandsgleichungen für Gemische Die Berechnung des Verdampfungsgleichgewichts mit der thermischen Zustandsgleichung des Gemisches Exzesspotenzial und Aktivitätskoeffizient Das Verdampfungsgleichgewicht bei mäßigen Drücken Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Chemisch reagierende Gemische Reaktionen und Reaktionsgleichungen Stöchiometrie Reaktionsenthalpien und Standard-Bildungsenthalpien Der3.HauptsatzderThermodynamik Die Anwendung des 2. Hauptsatzes aufchemischereaktionen ChemischeExergien 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-undArbeitsprozesse Strömungsprozesse AdiabateDüsenundDiffusoren Querschnittsflächen adiabater Düsen und Diffusoren AdiabateTurbinenundVerdichter NichtadiabateVerdichtung Wärmeübertrager Die Anwendung des 1. Hauptsatzes Die Temperaturen der beiden Fluidströme Der Exergieverlust eines Wärmeübertragers Thermische Stofftrennprozesse Trocknen

5 Inhaltsverzeichnis XIII VerdampfenundEindampfen 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 EnergetikderVerbrennungsprozesse Die Anwendung des 1. Hauptsatzes HeizwertundBrennwert AbgasverlustundKesselwirkungsgrad Die Nutzung der Wasserdampf-Teilkondensation in Brennwertkesseln DieadiabateVerbrennungstemperatur DieExergiederBrennstoffe Der Exergieverlust der adiabaten Verbrennung Verbrennungskraftanlagen LeistungsbilanzundWirkungsgrad DieeinfacheGasturbinenanlage Die genauere Berechnung des Gasturbinenprozesses Die Gasturbine als Flugzeugantrieb Verbrennungsmotoren DieBrennstoffzelle Brennstoffzellen-Systeme Thermodynamik der Wärmekraftanlagen Die Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie Übersicht über die Umwandlungsverfahren ThermischeKraftwerke Kraftwerkswirkungsgrade Kreisprozesse für Wärmekraftmaschinen Dampfkraftwerke DieeinfacheDampfkraftanlage Zwischenüberhitzung Regenerative Speisewasser- und Luftvorwärmung DasmoderneDampfkraftwerk KombinierteGas-Dampf-Kraftwerke Kernkraftwerke Die CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung Die Berechnung der CO 2 -Emission Ergebnisse

6 XIV Inhaltsverzeichnis 9 Thermodynamik des Heizens und Kühlens Thermodynamische Grundlagen des Heizens und des Kühlens Die Grundaufgabe der Heiztechnik undderkältetechnik WärmepumpeundKältemaschine Wärmetransformation Heizsysteme Heizzahl und exergetischer Wirkungsgrad KonventionelleHeizsysteme Wärmepumpen-Heizsysteme Kraft-Wärme-Kopplung. Heizkraftwerke EinigeVerfahrenzurKälteerzeugung Kompressionskältemaschinen Absorptionskältemaschinen Kältemittel Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung Mengenmaße, Einheiten, Stoffdaten Mengenmaße MasseundGewicht TeilchenzahlundStoffmenge DasNormvolumen Einheiten Die Einheiten des Internationalen Einheitensystems Einheiten anderer Einheitensysteme. Umrechnungsfaktoren Stoffdaten AllgemeineDaten Berechnungsgleichungen für Enthalpie und Entropie vonluftundverbrennungsgasen Tabellen der mittleren spezifischen Wärmekapazität und der spezifischen Entropie beim Standarddruck AusderDampftafelfürWasser Heizwerte, Brennwerte und Brennstoff-Exergien Literatur Index