ch predn02 sch1
Post on 05-Jul-2018
222 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
1/39
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
2/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
2
II. Stavové chování látkových soustav Stavové chování látkové soustavy• vztah mezi teplotou, tlakem, objemem a množstvím látky
v soustavě
Proč tyto veličiny ?Definice: soustava – část prostoru vyplněná materiálovounáplní ohraničená….
Rozdělení látek podle vnitř ního uspoř ádání hmoty
• Tuhé (s)• Kapalné (l)• Plynné (g)• Plazma
Cíle:• studium chování a vlastností látek v jednotlivých skupenstvích
• stavové chování př echodu z jednoho skupenství do druhého – v kapitole 4.
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
3/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
3
II. Stavové chování látkových soustav 2.1 Skupenství
2.2 Skupenské př eměny
2.3 Skupenství plynné2.3.1 Ideální plyn2.3.2 Reálné plyny
2.4 Skupenství kapalné
2.5 Skupenství tuhé
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
4/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
4
Proč
v trubce plyny proudí rychleji než kapaliny?Proč je jednodušší vyrobit ventilátor než čerpadlo?
Proč vodoměrka může chodit po hladině a neutopí se ?
Proč se špína bojí mýdla ?
Proč med teče pomaleji než voda ?
Proč rozlitý iron zmizne rychleji než rozlitá voda ? ? ? ? ? ? ? ? ?
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
5/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
5
2.1 SkupenstvíSkupenství• označení formy existence látky z hlediska vnitř ního uspoř ádání hmoty
Skupenství tuhé (s) • vzdálenost mezi částicemi malá • částice vytvář ejí struktury, ve kterých jsou pevně fixovány ⇒ pohyblivost částic je malá
⇒ pohyb je omezen na oscilace kolem rovnovážných poloh
vlastnosti• tuhá tělesa zachovávají stály tvar a objem
• tepelná roztažnost ( V/ T)p ∝ zanedbatelná • objemová stlačitelnost ( V/ p)T ∝ zanedbatelná • hustota - vysoká
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
6/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
6
Skupenství kapalné (l) • vzdálenost mezi částicemi malá • částice již nejsou pevně fixovány ⇒
př itažlivé síly částice udržují ve stálém styku ⇒ vzájemná pohyb je umožněn – molekuly jsounavzájem pošinutelné
vlastnosti• kapalné látky zachovávají prakticky stálý objem
• př izp
ůsobují se tvaru nádoby, tvo
ř í hladinu • tepelná roztažnost ( V/ T)p ∝ malá
• objemová stlačitelnost ( V/ p)T ∝ malá • hustota - relativně vysoká
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
7/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
7
Skupenství plynné (g)
• vzdálenost mezi částicemi je velká • pohyblivost částic je velká • pohyb částic je chaotický, neuspoř ádaný
vlastnosti• plyny zaujímají zcela tvar nádoby, ve které se nacházejí, tzn., že částice vyplňují celýprostor, který mají k dispozici
• tepelná roztažnost ( V/ T)p ∝ velká
• objemová stlačitelnost ( V/ p)T ∝ velká • hustota - nízká
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
8/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
8
Plazma• plně disociovaná atomární plyn tvoř ený pouze ionty a elektrony • př echod plynu na plazmu je postupný
5 000°C ∝ 1 %
1 000 000 °C ∝ 100 %
Plazmová ř ezací zař ízení Kjellberg Sluneční korona
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
9/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
9
2.2 Skupenské př eměny
Př íklad:Mě jme látku, např íklad vodu, ve formě kostky ledu a sledujme její chování afyzikální vlastnosti v závislosti na teple dodaném této látkové soustavě
Kostka ledu
Tání
Tuhnutí
Teplota
Dodané teplo
Teplota táníTeplota tuhnutí
Skupenské teplo tání
Skupenské teplo tuhnutí
Krystalická struktura → tepelný pohybnepatrný → s rostoucím dodaným teplem rosteteplota → zvyšuje se tepelný pohyb částic –tepelný pohyb se projevuje vibracemi částic
kolem poloh v mř ížce ledu → jsou – li vibracetak velké, že částice př ekonají vazebné sílyv mř ížce, dochází k postupnému uvolňováníze struktury → kostka ledu taje a mění sev kapalinu
Př i tání se dodávané teplo spotř ebovává napostupné uvolňování dalších molekul z mř ížkydo kapaliny ⇒ proto teplota zůstává konstantnítak dlouho, dokud se veškerá tuhá látkanepř emění v kapalinu
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
10/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
10
Kapalina
• př itažlivé síly stačí udržet molekuly kapaliny pohromadě, takže Vkapalina ∝ V tuhá látka ρ20°C(H2O-l) ∝ 998 kg/m
3 ρ (H2O-s) ∝ 918 kg/m3
Tání
Tuhnutí
Var
Kondenzace
Teplota
Dodané teplo
Teplota varu
Teplota kondenzace
Teplota tání
Teplota tuhnutí
Skupenské teplo tání
Skupenské teplo tuhnutí
Skupenské teplo vypařování
Skupenské teplo kondenzace
dodávání tepla → r ůst teploty → zvyšuje se tepelný pohyb → až do
ur čité teploty (varu) → př i této teplotě energie tepelného pohybu tak velká,že dojde k př ekonání př itažlivýchinterakčních sil mezi molekulami → molekuly vystupují z kapaliny do
okolního prostoru a vytvář ejí plyn –ř íkáme, že látka vř e
př i varu se dodávané teplospotř ebovává na př echod molekulz kapaliny do plynu ⇒ proto teplotazůstává konstantní tak dlouho, dokudse veškerá kapalina nepř eměnív plyn – dalším dodáním tepla seteplota plynu začne zvyšovat
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
11/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
11
Plyn (g)
• plyn (v našem př ípadě vodní páry H2O (g)) vyplňuje celý prostor , který má k dispozici• jednotlivé částice se již prakticky neovlivňují
(ρ20°C(H2O-l) ∝ 998 kg/m3 ρ (H2O-g) ∝ 0,5 kg/m
3 ; změna zhruba 1 000 x)
Tání
Tuhnutí
Var
Kondenzace
Teplota
Dodané teplo
Teplota varuTeplota kondenzace
Teplota táníTeplota tuhnutí
Skupenské teplo tání
Skupenské teplo tuhnutí
Skupenské teplo vypařování
Skupenské teplo kondenzace
Dodávání tepla → r ůst teploty → dalšídodávání tepla → štěpení (disociace)molekul na atomy → molekulární plyn
př echází na plyn atomární → dalšízvyšování teploty → disociace atomů
na ionty a volné elektrony – vznikplazmy
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
12/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
12
Vidíme, že:
Míra uspoř ádanosti částic = př íčina rozdílného chování látky
Teplota • snižování teploty podporuje uplatnění př itažlivých sil mezi, které se takmohou shlukovat až vytvář í pravidelné uspoř ádání
• zvyšování teploty naopak uspoř ádanost ruší
Tlak • zvyšování tlaku podporuje uplatnění př itažlivých sil
⇒
možnost výskytu látky v daném skupenství je dána tlakem a teplotou
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
13/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
13
Voda p = 101 kPa (s) (l) (g)
• hustota ρ (kg/m3) 917 (0°C) 998 (20°C) 0,590 (100°C)
• objem v (m3/kg) 0,001 0905 0,001 002 1,694 915
• dynamická viskosita µ (mPa.s) - 1 0,012 095
• tepelná vodivostλ (W/m.K)
2,21 (-8°C) 0,604 (20°C) 0,0248 (100°C) • měrná tepelná kapacita cp (kJ/kg.K) 2,06 (°C) 4,18 (20°C) 2,02 (100°C)
• teplota fáz. př eměny tfázpř (°C) -5 (401 Pa) 0 (101 kPa) 100 (101 kPa)
• teplo fáz. př eměny ∆hfázpř 2 836 (s-g) 244 (s-l) 2 257 (l-g)
! ! ! • Teplota a tlak př i kterých dochází k př echodu
látky z jednoho skupenství do druhého jsouvzájemně vázány.
• Závislost je individuální pro každou látku.
Kritický bodTK = 647,3 K
p K = 22,06 MPa
Standardníatmosférický tlak p = 101,325 kPa
Trojný bod
0,00 oC273,15 K
0,01 oC273,16 K
100,00 oC373,15 K
t [oC]
T [K ]
p
[Pa]
Tlak trojného bodu vody
610,6 Pa
Led Voda Vodní pára
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
14/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
14
Technické důsledky rozdílného chování látek1. Tlaková ztráta př i proudění
• Darcy – Weissbachovarovnice 2
2u
d
l e z ⋅⋅= λ kde λ = f (Re)
• tlaková ztráta z z e p ⋅=∆ ρ
Turbulentní prouděníHydraulicky zcela drsné potrubí ⇒ λ = konst.
Ocelové trubky mírně korodované d = 0,1 m, l = 1 m, k* = 0,002 ⇒ λ = 0,025 Tlaková ztráta na 1 m délky (Pa)
Rychlost proudění Vzduch Vodau = 15 m/s 34 28 125
Rychlost proudění (m/s)Tlaková ztráta na 1 m délky Vzduch Voda
p = 150 Pa 31,6 1,1
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
15/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
15
2. Oběžná kola – ventilátor vs. čerpadlo
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
16/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
16
3. Skladování a doprava zkapalněného plynu
zkapalněnýzemní plyn:
600 x menší
objem nežve formě
plynu
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
17/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
17
2.3 Skupenství plynnéObjem plynu závisí: druh plynu, množství plynu, vně jší podmínky: T, p Ze zkušenosti známo: objem plynu větší n ↑ Př . nafukování balónku
T ↑ Př . pneumatika v létě p ↓ Př . hustilka
⇒ stavové veličiny – n, p, T, V
Stavové veličiny možno ur čit: • experimentálně
• výpočtem – ze stavových rovnicStavová rovnice (SR) • Vyjadř uje vazbu mezi jednotlivými stavovými veličinami p, T, V, n• Existuje celá ř ada stavových rovnic (SRIP, van der Waalsova, Redlich – Kwongova, …)
Konkrétní SR pro daný plyn či plynnou směs je tř eba vhodně volitdle doporučení nebo zkušeností
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
18/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
18
2.3.1 Ideální plyn
Ideální plyn • není substance• fyzikální model, pro který jsou postulovány vlastnosti
Vlastnosti
1. PLYN = soustava hmotných bodů
Částice plynu mají ur čitou hmotnost, avšak jejich vlastní objem je zanedbatelný proti celk. objemu soustavy.
2. ZANEDBATELNÉ SÍLY Kohez + Elstat
Vzhledem k velkým vzdálenostem mezi částicemi plynu lze zanedbat př itažlivé mezimolekulové (kohezní) sílya elektrostatické síly.
3. CHAOTICKÝ POHYB ČÁSTIC
Částice se pohybují chaoticky (žádný směr není preferován) a rovnoměrně vyplňují prostor.Pozn. Pokud by byl ně jaký směr preferován, znamenalo by to, že v daném směru by byl větší tlak než ve směru jiném – nic
takového nebylo zjištěno (Pascalův zákon)
⇒
IP = velké množství dokonale pružných bodových částic
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
19/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
19
Ideální plyn - shrnutí A. Jednosložková soustava
1. Stavová rovnice T RnV p ⋅⋅=⋅
B. Vícesložková soustava – směsi
1. Stavová rovnice sm sm sm sm T RnV p ⋅⋅=⋅
sm
sm sm
sm
sm sm
T R
M p
V
m
⋅⋅
== ρ
∑ ⋅= i ini sm M c M
2. Daltonův zákon ∑=i
i sm p p kde sm
smii
V
T Rn p
⋅⋅= a též sm
n
ii pc p ⋅=
3. Amagatův zákon ∑=i
i sm V V kde sm
smii
p
T RnV
⋅⋅= a též sm
nii V cV ⋅=
4. Vztah mezi koncentracemi vi
n
i cc =
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
20/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
20
Stavová rovnice ideálního plynu (SRIP)
• lze odvodit na základě kinetické teorie ideálního plynu
T RnV p ⋅⋅=⋅
tlak p Pa kPa
objem V m3 m3
teplota T K Klátkové množství n mol kmol
univerzálníplynová konstanta
R J/mol.K
8,314
kJ/kmol.K
8,314
R = 8,314 J/mol.K = 8,314 kJ/kmol.K
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
21/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
21
Stavová rovnice ideálního plynu (SRIP) – jiné tvary
SRIP pro n kmol T RnV p ⋅⋅=⋅ V – objem (m3)
SRIP pro 1 kmoln = 1 kmol T Rv p ⋅=⋅
v – molový objem (m3/kmol)
Jiné tvary SRIP T RnV p ⋅⋅=⋅ +
n
m M =
⇒ T R
M p
V
m
⋅
⋅== ρ
Definice ideálního plynu
Každý takový plyn, který se ř ídí stavovou rovnicí ideálního plynu.
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
22/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
22
Př íklad
Jaký objem má 1 kg metanu př i
teplotě 20 °C a tlaku 103 kPa ? Dáleur čete molový objem a hustotumetanu CH4 př i stejných podmínkách.Př i výpočtu př edpokládejte ideální
chování metanu.Molová hmotnost metanu MCH4 = 16 kg/kmol
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
23/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
23
Stavová rovnice ideálního plynu (SRIP) – dílčí zákonitosti
SRIP pro n kmol T RnV p ⋅⋅=⋅ V – objem (m3)
Dílčí zákonitosti: uzavř ená soustava n = konst.
• Boyle – Marriotův zákon (izotermický dě j T = konst.) p.V = konst.
• Gay – Lussacův zákon (izobarický dě j p = konst.) V / T = konst.
• Charlesův zákon (izochorický dě j V = konst.) p / T = konst.
• Avogadr ův zákon IP za stejných podmínek (p,V,T):vždy stejný počet částic.
T = 273,15 K, p = 101,325 kPa1 kmol IP má V = 22,4 m3
• Daltonův zákon pi = ni.R.T / Vsm psm = pi
• Amagatův zákon Vi = ni.R.T / psm Vsm = Vi
Některé zákonitosti byly získány již dř íve, experimentálně.
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
24/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
24
1. Boyle – Marriotův zákon izotermický dě j T = konst.
T RnV p ⋅⋅=⋅
.konst V p =⋅
V
konst
p
.
=
p
[kPa]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40
V [m3]
T [K]
100200
300400500600
(n = 1 kmol)
Př i konstantní teplotě je
součin tlaku a objemu daného množství plynu konstantní.
Reálné plyny • zákon vyhovuje pro běžné tlaky a teploty• př i vysokém tlaku reálné plyny méně stlačitelné.
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
25/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
25
2. Gay – Lussacův zákon izobarický dě j p = konst.
T RnV p ⋅⋅=⋅ ⇒
.konst T
V =
⇒
T konst V ⋅= .
Př i konstantním tlaku jepoměr V/T = konst. resp. objem daného množství plynu je př ímo úměrný absolutní teplotě.
Jiná forma zákona )1(0 t V V ⋅+⋅= γ
V objem plynu př i teplotě t
V0 objem plynu př i teplotě t = 0°C
γ součinitel izobarické objemové roztažnosti (1/K)
t teplota (°C)
Ideální plyn 115,273
1 −= K γ stejný u všech plynů vykazujících ideální chování
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
26/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
26
„Př irozený“ způsob zavedení absolutní teploty T (K)
1. )1(0 t V V ⋅+⋅= γ + 1
15,2731 −= K γ
⇒
+⋅=⋅+⋅=
15,27315,273)
15,27311( 00
t V t V V
2. Pr ůsečík izotermy s teplotní osou 0=V ⇒ C t °−=−= 15,2731
γ
3. Izobary r ůzných objemů
• Izobary r ůzných objemů protínají teplotní osu vždy vestejném bodě
• Vzhledem k tomu, že objem plynu nemůže být
záporný, lze tento teplotní pr ůsečík považovat zaabsolutní teplotní nulu a definovat absolutní teplotu T:
t T += 15,273 ⇒
0
0T
T V V ⋅=
100 200 300 400 500 6000
10
20
30
0
V
[m3]
T [K]
600
800
400
200p
[kPa]
100 200 300
t [oC]
0-100-200-273,15
273,15
n = 1 kmol
!!!!!!!!!!!! Způsob odvození čistě matematický, fyzikálně nedokazatelný !!!!!!!!!!!Proč ? • objem částic plynu není nenulový
• skutečné plyny př ed dosažením 0 K zkapalní.
⇒ Absolutní teplota se definuje na základě účinnosti vratného Carnotova cyklu.
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
27/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
27
3. Charlesův zákon izochorický dě j V = konst.
T RnV p ⋅⋅=⋅ ⇒ .konst
T
p=
⇒ T konst p ⋅= .
Př i konstantním objemu jepoměr p/T = konst. resp. tlak daného množství plynu je př ímo úměrný absolutní teplotě.
Jiná forma zákona )1(0 t p p ⋅+⋅= β
p tlak plynu př i teplotě t
p0 tlak plynu př i teplotě t = 0°C
β součinitel izochorické teplotní rozpínavosti (1/K)
t teplota (°C)
500
400
300
200
100
0
100 200 500 600300 4000
p
[kPa]
T [K]
20
30
40
V [m3]
10n = 1 kmol
Ideální plyn 115,273
1 −= K β stejný u všech plynů vykazujících ideální chování
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
28/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
28
4. Avogadr ův zákon
Ideální plyn za stejných podmínek (tlak, objem, teplota)obsahuje vždy stejný počet částic.
Normální podmínky T = 273,15 K, p = 101,325 kPa
má 1 kmol IP objem 22,41 m3
resp. 1 mol IP objem 22,41 l
Jak se na to př ijde ?T RnV p ⋅⋅=⋅ ⇒
341,22325,101
15,273314,81 m
p
T RnV =
⋅⋅=
⋅⋅=
Nm3 – normální metr krychlovýobjem plynu za normálních podmínek, tj. objem plynu př i teplotě 0°C a tlaku 101,325 kPa.
Sfc – standardní kubická stopaobjem plynu př i tlaku 101,325 kPa a teplotě 70°F (21,11°C)
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
29/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
29
5. Daltonův zákon aditivity parciálních tlaků Úvaha: • tlak plynu = výsledek nárazů pohybujících se částic
• pokud směs plynů = výsledek nárazů částic všech př ítomných plynů
John DaltonP ř edpoklad:
Ve směsi ideálních plynů mezi částicemi plynu nepůsobí žádné mezimolekulové síly, takžemolekuly jsou př i svém chaotickém pohybu na sobě navzájem zcela nezávislé
p = pA + pB + pC
Samotný plyn A Samotný plyn B Samotný plyn CSměs plynů A, B a C
Celkový tlak směsi
plynů A, B a C= Parciální tlak
složk y A+ +Parciální tlak
složk y B
Parciální tlak
složky C
⇒
parciální tlak lze chápat jako tlakový př íspěvek složky k celkovému tlaku směsi⇒ celkový tlak směsi dán součtem parciálních tlaků jednotlivých složek
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
30/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
30
Parciální tlak pi
= tlak, který by dané látkové množství ni mělo př i teplotě jakomá směs Tsm, v objemu jako má směs Vsm, kdyby v soustavě byla složka sama sm
smii
V
T Rn p ⋅⋅=
Úpravami:
∑∑∑ ⋅⋅
=
⋅
⋅== i sm sm
sm
sm
ii sm nV
T R
V
T R
n p p ⇒
n
ii
i
sm
i
cn
n
p
p
== ∑ ⇒
parciální tlak složky je úměrný jejímu molárnímu zlomku v plynné směsi
sm
n
ii pc p ⋅= p = pA + pB + pC
Samotný plyn A Samotný plyn B Samotný plyn CSměs plynů A, B a C
Celkový tlak směsi
lynů A, B a C= Parciální tlak
složky A+ +Parciální tlak
složky B
Parciální tlak
složky C
⇒ celkový tlak směsi dán součtemparciálních tlaků jednotlivých složek
∑=++= i sm p p p p ......21
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
31/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
31
Význam parciálního tlaku pi
1. Rozpustnost plynů v kapalinách 2. Rychlost reakcí v plynech pi = Hi.xi – Henryho zákon r = k.pA
α.pBβ
3. Fázové rovnováhy 4. Rosný bod pi = xi.pi´´ = yi.psm – Raoult-Daltonův zákon pH2O = p´´H2O
xA, yA [1]
xB, yB [1]
t
[
oC]
tVB
Čistásložka B
Čistásložka A
I
xAIxBI
yAII yBII
Oblast
kapalné
fáze
Oblastkapalné
a plynné fáze
Oblast
lynné fáze
tvolená k řivka l – závislostteploty kapaliny nasložení kapalné fáze
g
k řivka g – závislostteploty par na složení plynné fáze
l
II
tVA
tVA, tVB - teploty varučistých složek A, B
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
32/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
32
Význam parciálního tlaku pi
1. Rozpustnost plynů v kapalinách
pi = Hi.xi – Henryho zákon
absorpční kolona aktivační nádrže v ČOV aerační elementy
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
33/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
33
Význam parciálního tlaku pi
2. Rychlost reakcí v plynech r = k.pA
α.pBβ
plynový kotel parní reforming
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
34/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
34
Význam parciálního tlaku pi
3. Fázové rovnováhypi = xi.pi´´ = yi.psm – Raoult-Daltonův zákon
xA, yA [1]
xB, yB [1]
t
[
oC]
tVB
Čistásložka B
Čistásložka A
I
xAIxBI
yAII yBII
Oblastkapalné
fáze
Oblastkapalné
a plynné fáze
Oblastlynné fáze
tvolená k řivka l – závislostteploty kapaliny nasložení kapalné fáze
k řivka g – závislostteploty par na složení plynné fáze
l
II
tVA
tVA, tVB - teploty varučistých složek A, B
fázový diagram destilace ropy destilace lihovin
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
35/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
35
5. Amagatův zákon aditivity parciálních objemů A. Amagato: Mě jme směs ideálních plynů o teplotě Tsm, tlaku psm a objemu Vsm:
V = VA + VB + VC
Samotný plyn A
(VA = 13/35 V)Samotný plyn B
(VB = 12/35 V) Samotný plyn C
(VC = 10/35 V) Směs plynů A, B a C
Celkový objem směsi
plynů A, B a C =Parciální objem
složky A+ +Parciální objem
složky B
Parciální objem
složky C
VA
VC
VB
VC
VA
VB
⇒
parciální objem lze chápat jako objemový př íspěvek složkydo celkového objemu směsi
⇒
celkový objem směsi dán součtem parciálních objemů jednotlivých složek
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
36/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
36
Parciální objem složky Vi
= objem, který by dané látkové množství ni mělo v prostoru př iteplotě jako má směs Tsm a př i tlaku jako má směs psm, kdybyv soustavě byla složka sama sm
smii
p
T RnV ⋅⋅=
Úpravami: ∑∑∑ ⋅⋅
=
⋅
⋅== i sm sm
sm
sm
ii sm n p
T R
p
T R
nV V ⇒
ni
i
i
sm
i
cn
n
V
V
==∑ ⇒
parciální objem složky je úměrný jejímu molárnímu zlomku v plynné směsi
sm
n
ii V cV ⋅= V = VA + VB + VC
Samotný plyn A(VA = 13/35 V)
Samotný plyn B
(VB = 12/35 V) Samotný plyn C
(VC = 10/35 V) Směs plynů A, B a C
Celkový objem směsi
plynů A, B a C =Parciální objem
složky A+ +Parciální objem
složky B
Parciální objem
složky C
VA
VC
VB
VC
VA
VB
⇒
celkový objem směsi dán součtemparciálních objemů jednotlivých složek
∑=++= i sm V V V V ......21
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
37/39
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
38/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
38
Molová hmotnost směsi Msm
• zadáno molové složení
∑∑∑∑ ⋅=⋅
=⋅
=== ini
sm
ii
sm
ii
sm
i
sm
sm sm M c
n
n M
n
n M
n
m
n
m M
∑ ⋅= ini sm M c M
• zadáno hmotnostní složení
∑∑∑∑ ⋅=
⋅====
i
mi
i sm
i
i
i
sm
i
sm
sm
sm sm
M c
M m
m
M
m
m
n
m
n
m M
11
11
∑ ⋅=i
mi
sm M c
M
11
Příklad
-
8/15/2019 CH Predn02 Sch1
39/39
Chemie2. Stavové chování
Ústav procesní a zpracovatelské technikyFS ČVUT v Praze
39
Př íklad
Spaliny jsou odváděny spalinovodem do komína.
a) Ur čete pr ůměr spalinovodu pro doporučenou rychlostspalin vspaliny = 15 m/s (př edpokládejte kruhové potrubí).Hmotnostní pr ůtok spalin 0,25 kg/s, teplota spalin 300°C,tlak spalin 105 kPa.
b) Ur čete statický tah komína o výšce 10 m.Teplota spalin 300°C. Teplota okolního vzduchu 20 °C.Barometrický tlak 100 kPa.
Spaliny: složení: 9,5 % obj. CO2 , 19 % obj. H2O, 71,5 % obj. N2
Vzduch: složení 21 % obj. O2, 79 % N2.
Molové hmotnosti:MCO2 = 44,01 kg/kmol, MH2O = 18,02 kg/kmol,MN2 = 28,02 kg/kmol, MO2 = 32 kg/kmol
Radek Šulc @ 2008
top related