Termodinamika: az előző részek tartalmából



Hasonló dokumentumok
Ideális gáz és reális gázok

Sugárszivattyú H 1. h 3. sugárszivattyú. Q 3 h 2. A sugárszivattyú hatásfoka a hasznos és a bevezetett hidraulikai teljesítmény hányadosa..

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Légköri termodinamika

6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Termodinamikai bevezető

Spontaneitás, entrópia

Készült az FVM Vidékfejlesztési, Képzési és Szaktanácsadási Intézet megbízásából

Spontaneitás, entrópia

Feladatok gázokhoz. Elméleti kérdések

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Tiszta anyagok fázisátmenetei

A termodinamika törvényei

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Feladatok gázokhoz (10. évfolyam) Készítette: Porkoláb Tamás

Hőtan I. főtétele tesztek

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

O k t a t á si Hivatal

ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 9. (XI. 23)

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

A nedves levegő és állapotváltozásai

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 27.

A van der Waals-gáz állapotegyenlete és a Joule Thompson-kísérlet Kiegészítés fizikus hallgatók számára

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Termodinamika. hőtan. termosztatika. termodinamika

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Előzmény: TD módszer, hőmérséklet, I. főtétel / ideális gáz, speciális állapotvált

g g g g mol mol mol mol g g g g mol mol mol mol g H 0 mol CH + 2O = CO + 2H O Kémia ZH Nappali Dátum: Név: Neptun-kód Aa Csoport

BME Energetika Tanszék

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Energia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Termodinamika (Hőtan)

Munka- és energiatermelés. Bányai István

Digitális tananyag a fizika tanításához

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Termodinamika. hőtan. termosztatika. termodinamika

Mivel foglalkozik a hőtan?

Vegyjel Mg O Vegyértékelektronok száma Párosítatlan elektronok száma alapállapotban

Fázisátalakulások. A víz fázisai. A nem közönséges (II-VIII) jég kristálymódosulatok csak több ezer bar nyomáson jelentkeznek.

VÁLASZOK A FIZKÉM I ALAPKÉRDÉSEKRE, KERESZTÉVFOLYAM 2006

AERMEC hőszivattyú az előremutató fűtési alternatíva

Művelettan 3 fejezete

Lakatos J.: Analitikai Kémiai Gyakorlatok Anyagmérnök BSc. Hallgatók Számára, (2008)

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Fázisok. Fizikai kémia előadások 3. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Fázisok

Termodinamika. Belső energia

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.

5. Állapotegyenletek : Az ideális gáz állapotegyenlet és a van der Waals állapotegyenlet

A termodinamikai rendszer energiája. E = E pot + E kin + U E pot =m g h E kin =½m v². U = U 0 + U trans + U rot + U vibr + U khat + U gerj

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Fizika 1X, pótzh (2010/11 őszi félév) Teszt

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

BME Energetika Tanszék

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

Termodinamika. Tóth Mónika

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Termodinamika. 1. rész

(2006. október) Megoldás:

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Műszaki hőtantermodinamika. Műszaki menedzsereknek. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

1. Gázok oldhatósága vízben: Pa nyomáson g/100 g vízben

Munkaközegek. 1. Előadás Fázisok, fázisátmenetek és állapotegyenletek

A szuperkritikus metán hőtani anomáliáinak vizsgálata. Katona Adrienn Energetikai mérnök BSc hallgató

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok

Hajdú Angéla

Fizika II. (Termosztatika, termodinamika)

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

A termodinamika II. és III. főtétele

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

A természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása)

TRANSZPORT FOLYAMATOK MODELLEZÉSE

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Hőmérséklet mérése Termisztor és termoelem hitelesítése

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Átírás:

Termodinamika: az előző részek tartalmából Hőtan alafoalmai: hőmérséklet, hőmennyisé, eneria, munka, hatásfok Termodinamika, mint módszer 1. Kölcsönhatások intenzív és extenzív állaotjelzőkkel írhatók le. Fundamentális eyenlet: du T ds dv + Σμ i dn i +... Rendszer állaoteyenlete: UU(S,V,n) 2. Folyamatok eyirányúak, irreverzibilisek - veszteséesek. Entróia szietelt rendszerben nő - intenzívek mehatározzák a transzortok irányát 3. Izolált rendszer eyensúly felé tart, eyensúly stabil (eneria inhomoenitás) 4. Az állaotjelzők statisztikusan (mikroszkóikusan) értelmezhetők. 5. Nem-eyensúlyi rendszerben az intenzívek inhomoenitása mehatározza az áramok mértékét, irányát is: I L X 6. Adott áramra más intenzívek inhomoenitása is hat: mellékhatások, kereszteffektusok I i L ij X j

hőmérséklet Fahrenheit (Rankine), Celsius (Kelvin), termodinamikai, nemzetközi hőmérők: mecha / elektro (R, termisztor, termoelem, suárzás, festék, IC hőtáulás ideális ázok termikus állaoteyenlete I. főtétel l l 0 (1 + α t) V V 0 (1 + β t) V nrt V E E + mech U du δ Q + δl + du δq dv µ i dni du mr * T * R δq dv dh δq + Vd ideális ázok kalorikus állaoteyenlete * du m cv dt c cv + R dh m c dt sec: izochor, izobár, izoterm, adiabatikus R M

Főtételek: fundamentális ey. 1. főtétel: Munka~hő eyenértékű. Létezik belső eneria. du δq dv 2. főtétel: irreverzibilitás Kelvin: Folyamatok veszteséesek. Létezik entróia. δq TdS Clausius: Intenzívek mehatározzák az áramok irányát. du TdS dv + ndμ 3. főtétel: abszolút 0 fok elérhetetlen. Entróia határértéke 0. 0. főtétel: izolált rendszer eyensúlyba kerül, az stabil. eneria inhomoenitás Hőerőé: Carnot, Otto, Diesel, Stirlin η C W Q fel T2 T1 T 2 Hőszivattyú: Carnot η fütö Q le L T2 T T 2 1 η hütö Q fel L T1 T T 2 1

TD állaotfüvények: Gibbs-relációk: Belső eneria: Entalia (entalhy): hőtartalom Szabad eneria (Helmholtz enery): max térfoati munka F : U TS df SdT dv + µ dn i i Szabad entalia (Gibbs enery): max. kémiai eneria + du TdS dv µ dn i H : U + V dh TdS + Vd + µ idn G : H TS dg SdT + Vd + µ idn i i i Eyensúly feltételei: δq ds T Izoterm-izochor df 0 Izoterm-izobár dg 0 Fázisátalakulásra: α β µ i µ i Kémiai reakció, affinitás: A : ( G G ) vé kezd H + T S Gibbs-Duhem reláció: Maxwell relációk: SdT Vd + n dµ i i 0 S V T T V.

4. Valódi ázok, fázisátalakulás, nedves leveő Mennyire ideális: 1. Gay-Lussac kísérlet, keverés Szietelt rendszerre, mivel nincs külső munkavézés se, a csa kinyitásával az összeneria nem változik. U U 1 + U 2 U 1 + U 2 0 1804 Ideális áz fajhője állandó, T és súlyontszerűen számolható ki: U mc m1cv T1 + m2cv T2 m1t 1 + m2t V T T ( m1 + m2 ) cv m1 + m2 V V mrt 1 V 1 1 + V + V 2 2 2 2 Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar.

Mennyire ideális? 2. Joule-Thomson kísérlet, fojtás Hőszietelt henerben orózus anya. Fojtással, állandó nyomáson réselnek át ázt. adiabatikus exanzióra az entalia állandó: U L U1 1 Ax1 2 2 U 2 + 2V2 U1 + 1V 1 U 2 Ax Joule-Thomson eyüttható: hőmérséklet változása a nyomás füvényében T µ JT dt µ JT d H Előjele α hőtáulási eyüttható és 1/T viszonyától fü: 1 α V V T 1 <> T 1 ideális ázra: µ JT 0 ( α ) valódi közere: µ JT <>0 T Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar.

Joule-Thomson eyüttható előjelétől füően dt µ JT d d < 0 µ JT neatív köze fojtásnál felmeleszik µ JT ozitív lehűl: inverziós állaot Vízre 1 atm nyomáson neatív, jó közelítéssel: V fok µ JT 0, 024 c atm Minden anyara létezik a kiindulási nyomástól füő un. inverziós hőmérséklet. Ezt T-n ábrázolva, az inverziós örbe (dμ0) alatt hűl le fojtás közben a valódi köze. µ < 0 µ > 0 T max C O 2 620 max atm N 2 348 400 leveő 330 H 2-71 106 He 40 K 37

Linde leveő-csefolyósító (1900, Vilákiállítás) 20 C, 0.1MPa 25 C, 1.013 bar: μ 1.1 K/bar (P.W.Atkins)

Mennyire ideális? 3. Komresszibilitás komresszibilitási tényező: Z : V V mért mért ideális V nrt / V nrt Értéke a redukált nyomás ( R / C ) és - hőmérséklet (T R T/T C ) füvényében: Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. kis nyomáson vay nay hőmérsékleten ideális viselkedés Z1 közees nyomáson a vonzóerők érvényesülnek Z<1 nay nyomáson a taszítóerők hatnak jobban Z>1

Van der Waals áz ( valódi vay reális áz, 1873): A kinetikus ázelmélet első két feltételét elhayjuk: 1. Részecskék nem tömeontok V N V mért V N Vi n N A Vi n b N 2. Közöttük vonzó erő, arányos a sűrűsé néyzetével 2 2 2 2 2 m Mn 2 n n k c ρ c c ( c M ) a mért + k V V Az ideális ázok állaoteyenletébe helyettesítve: 2 n + a ( V n b) nrt V A termikus állaoteyenlet a vv/n fajtérfoatot behelyettesítve: V V V Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. a + v 2 ( v b) RT A kalorikus állaoteyenletben a belső eneria a hőmérséklet és a térfoat füvénye is: a u( T, v) cv T + v 2

valódi áz? eyre valódibb:

Van der Waals állaoteyenlet alaján számítható izotermák nem hierbolák: a v ( v b) RT RT v b + 2 T áll ( v) 2 a v BC: folyadék túltelítése FE: őz túltelítése Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. Kritikus ont: A v-re nézve harmadfokú örbéknek a T c kritikus hőmérsékleten inflexiós ontja van. C a/27b 2 v C 3b T C 8a/27Rb Ez alatt sérül a monotonitás. Itt történik a fázisátalakulás.

Kritikus tartomány (1 komonens 3 fázisra) Halmazállaot: szilárd, folyadék, lénemű és az ionizált áz-, un. lazma állaot. Fázis: határfelülettel elválasztott részek, fizikai- kémiai tulajdonsáaik különbözik. (a víznek 13, aszilicium-dioxidnak 6különböző szilárd módosulata van) Gibbs-féle fázisszabály (1878): K kémiai komonensből és F fázisból álló rendszer Sz szabadsái foka: (hány füetlen állaotjelzővel lehet leírni annak eyensúlyi állaotát) Sz K F + 2 1 kom, 1fázis: 1 fázis 2 szabadsái fok kritikus tartomány: hármas ontban: Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. 2 fázis 1 szabadsái fok 3 fázis 0 szabadsái fok Sz0 Sz1 Sz2

Hármasont: adott anya eyértelműen mehatározott ontja Sz K + 2 F : 1 komonens, 3 fázis 0 szabadsái fok A hármasont az anya mehatározott hőmérséklete és nyomása, amelyiken 3 fázisa (l. folyadék, szilárd, lénemű) eymással termodinamikai eyensúlyban van. Maasabb hőmérsékleten növelve a nyomást, a őz először folyadék, majd szilárd fázisba jut (kondenzáció, fayás). Alacsonyabb hőmérsékleten növelve a nyomást, a őz összenyomásra rötőn szilárd formát ölt (kondenzáció). Pillanatfelvétel vay eyensúly? Túlhűtött WTP cella rázkódásra befay WTP (water trile oint) cella

Különböző hőmérsékleten összenyomva a közeet: T K felett: a ázt összenyomva, mindi áz marad T 2 telítetlen őz kondenzáció folyadék fayás szilárd T H T 1 telítetlen őz kondenzáció szilárd Hőmérséklet mehatározza a nyomást!!! Ł Fázisdiaram: nyomás hoyan fü a hőmérséklettől? Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. T 2 T 1

Fázisdiaramok: eyszerűbbek és bonyolultabbak CO 2 fázisdiaramja: kén: yémánt:

Víz : Miért különlees? az eyetlen anya a Földön, amely mindhárom halmazállaotában metalálható. jó oldószer. +3,98 C-on lenayobb a sűrűsée: tó nyáron nem meleszik túl, télen nem fay be Memba-aradoxon: Mele víz hamarabb fay me, mint a hide. A jelenséet már Arisztotelész leírta i.e. 300-ban, utána Bacon és Descartes is. Memba tanzániai fiú általános iskolai osztálya 1963-ban azt a feladatot kata, hoy készítsenek faylaltot, a forró tejet keverjék össze cukorral, majd hayták kihűlni. Ő mé meleen betette az alaanyaokat a fayasztóba, méis hamarabb készült el faylaltja, mint a többieké. Uyanolyan méretű tartályban, uyanolyan térfoatú folyadékokat azonos eljárással fayasztva, a maasabb kiinduló hőmérsékletű fay me előbb. Lehetsées RÉSZ-mayarázatok: 1.A árolás: Amele vízből több molekula távozik árolás útján, ami hőelvonást jelent. Uyanakkor amemba-jelensé zárttárolóedényben isvébemey. 2.A hőmérséklet eloszlása: Fentről hűtve, a4foknál hideebb víz hűléskor fent marad, szietel. A4foknál meleebb viszont szintén fent marad,ezért könnyebben adja le ahőt. 3.A túlhűlés lényee, hoy esetenként avíz nem 0 C-on, hanem ennél alacsonyabb hőmérsékleten fay me. Amele víz fayasztása esetén atúlhűlés sokkal kevésbé jellemző, mint hide víznél. Ha afayáshoz ahideebb víznek alacsonyabb hőmérsékletre kell hűlnie, ezhosszabbidőt iénybe. 4.A zúzmara szieteli ahide vízzel telt edényt. Amele vizes edény hatására azonban azúzmara meolvad, íy ahő leadása isyorsabban következhet be. 5.Több oldott áz távozik, a forró vízből, mint a hideből, ami meváltoztathatja a víz a fayás- és forrásontját is. Ejelensé alátámasztására isszületett néhány bizonyíték.

Víz : fázisdiaramja, hármasontjai: Hexaonal ice (Ih): hó, jé

A víz fayásontja csökken nayobb nyomáson, térfoata nő fayás közben:

Pozitív és neatív meredekséű olvadási örbe éldái: szuerkritikus szárazjé: -80 C CO 2 : Ön itt áll: 20 C, 1 atm leveő: H 2 O: K: 31.1 C, 72.9 atm H: -56.6 ºC, 5.17 atm sz: -78.5 ºC (1atm) K: -64 ºC, 5.5 atm f O : -183 ºC f N : -196 ºC H N : 63 K, 12 600 Pa H O : 54 K, 152 Pa K: 374 ºC, 220 atm f: 100 ºC (1atm) o: 0 ºC (1atm) H: 0.099 ºC, 611.73 Pa

-v-t diaram fayáskor összehúzódó, ill. -kitáuló anyaokra Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar.

-v-t diaram vetületei fázisdiaram T kritikus tartomány v

Víz : -v-t diaram vetületei

A fázisátalakulás nyomása fü a hőmérséklettől (1 komonensnél) t (T)? Claeyron-eyenlet Clausius-Claeyron eyenlet Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar.

t (T)? : Claeyron-eyenlet Tartomány bármely ontjában a fáziseyensúly miatt: µ foly µ öz izoterm-izobáron sem változik a Gibbs-Duhem miatt: 0 SdT Vd + n dµ + n dµ öz öz öz öz + n folyd foly n dµ µ 0 íy az elemi távolsára lévő izotermák véontjaira: µ A µ B µ A ' µ B' d µ AA dµ BB Gibbs-Duhem relációból dµ a moláris fajlaos értékekkel: SdT behelyettesítve: nyomás deriváltja: d dt Vd + ndµ ( s ( v B B s v A A ) ) Claeyron-eyenlet: ( S ( V 0 sa dt + vad sbdt + v B B S V A A B ) ) d foly T ( S T ( V foly öz öz d µ dµ S V foly foly ) ) ( T ) t foly öz S V d µ dt + n n T ( V öz m r T V d ( sb sa) dt+ ( vb va) d Q V foly ) d µ sdt + vd

Derivált? De mi a füvény? ( T ) t m r T V 1. Teyük fel, hoy a mólhő állandó 2. A őzé mellett a folyadék térfoata elhanyaolható d m r V Vöz V foly V öz dt T V 3. A őz ideális áznak tekinthető d dt m r TV m r * T mr T d r 2 öz / dt R * T Clausius-Claeyron eyenlet: ln 2 1 r * R 1 ( T 2 1 d 1 r R * Antoine eyenlet: 1 T m r TV öz 2 dt 1 ) A l + B T T B l A t + C

Víz fázisdiaramja táblázat alaján Excelben: l vs T -273,16 l vs ------------ T Ez bizony eyenes

Tenzióörbék l skálán Különbsé Clausius-Claeyron és Antoine közelítések között klór esetén. (vízszintes tenelyen 1/T helyett T, ezért fordult a meredeksé)

Miért jó tudni a telített őznyomás füését a hőmérséklettől? Vizsáljuk me 3 nyomás-foalom viszonyát 2 ondolat-kísérleten keresztül: össz léköri nyomás forrás Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. t (T) (x) telített őznyomás árolás őz aktuális arciális nyomása

Forrás ö össznyomás leyen állandó t (T) telített őznyomás (Cl-Cl) Főzzünk! Fazék víz tűzre, eyenletesen hőt közlünk -víz eyenletesen meleszik -eyenletesen árolo Eyre intenzívebb őzölést látunk, de amit látunk, az a kondenzálódott víz. Eyre yorsabb a kicsaódás, ahoy nő a különbsé őz és leveő hőmérséklete között. Hőmérséklet nő, t (T) vele eyütt, eléri az össznyomást: - t ö : folyadék belsejében is beindul a árolás: forrás - ö nyílt rendszerben állandó, t is állandósul - T 0 T f : Cl-Cl alaján a hőmérséklet is állandósul: forrásont -forrás esetén t ö és T 0 T f Clausius-Claeyron: telített őznyomás hőmérséklet össznyomás Ł forrásont

220 atm 374 C 200kPa 122 C 102kPa 100 C 38kPa 75 C 2338Pa 20 C 611Pa 0.01 C Himalaya, Mount Everest: 8848m falu, szerzetes: 3867m forrás szobahőmérsékleten (utube) De mi van a hármasont alatt???

hallatói kísérletek szublimáció forrás szobahőmérsékleten (utube) szuerkritikus állaot CO 2 31,1 C 73,8 bar További ötletek: folyékony N 2-196C Carnot hőszivattyú Stirlin é víz forrása 20 fokon Excel: vízőzdeszt. Stirlin forrás Szünet Utána: mire lehet ezt mé használni? liofilezés, szuerkritikus állaot nedves leveő leírása, tört és arány árolás, relatív ára, túltelített őz Mollier hx, diaramok

Fayasztva szárítás (liofilezés) 1. termék előfayasztása -20 C hőmérsékletre (balra) 2. vákuum szublimációi (le) 3. ároláshő folyamatos ótlása 4. utószárítás Szakmány (1945) yóyszeriari alkalmazás Almási et al (1962) saját tervezésű készülék Almási -Beke (1966) kávéoldat liofilezése Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. mi van a kritikus onton túl???

BME Szuerkritikus extrakciós kutatócsoort honlajáról A szuerkritikus állaotú oldószerek alkalmazása A szuerkritikus állaotú (fluid) oldószerek eyre növekvő területen helyettesítik a hayományos oldószereket. A ma már viszonyla jól ismert extrakció mellett más alkalmazási területek, éldául kémiai reakciók mevalósítása szuerkritikus közeben, frakcionált olimerizáció, kristályosítás vay a szuerkritikus kromatoráfia is rohamosan fejlődnek. Élelmiszeriari alkalmazások A szuerkritikus fluid technolóiát leinkább és lenayobb létékben jelenle az élelmiszeriarban használják. A szén-dioxid különösen előnyös oldószer az élelmiszeriari alkalmazásokban, mivel alacsony kritikus hőmérséklete (31,1 C) lehetővé teszi termikusan labilis veyületek extrakcióját. Ráadásul nem toxikus, környezeti szemontból elfoadható és viszonyla nem dráa. Összehasonlítva a hayományos oldószerekkel (l. hexán), a szén-dioxid nem hay káros oldószermaradékot az extrakció után. Iari létékben a szuerkritikus oldószereket a 80-as évek közeétől kezdték el használni, először növények extrakciójára. A koffein, zöld nedves kávébabból történő extrakciójára, a lenayobb üzemek 10e t/év kaacitással is rendelkeznek. Az extraktorokkal általában szakaszos üzemben doloznak, a szén-dioxid áramlási sebessée ár t/h, az üzemi nyomás 200-300 bar között van. Vilászerte több üzemben folyik nikotin kinyerése dohányból, ien sok üzem folalkozik a komló extrakciójával is. Eleinte elsősorban Jaánban majd Nyuat-Euróában létesültek üzemek aromaanyaok kinyerésére, ma azonban már yakran a termelőhelyek közelébe teleítik az üzemeket. Számos szuerkritikus extrakcióval kinyert fűszerkivonat van kereskedelmi foralomban vilászerte (l. fahéj, yömbér, vanília) és sok yóynövény hatóanyaot is ezzel a módszerrel nyernek ki (l. kamilla).

Nedves leveő -> árolás Gázkeverékek mennyiséi leírására 2 modell alaján történhet (kizáró vay): Dalton: minden komonens kitölti teljes térfoatot, de saját arciális nyomással. Ideális áz termikus állaoteyenlete felírható a komonensekre és az eleyre. A arciális nyomások összeadódnak. ö i V n RT V n RT l V nrt l n ni Amaat: minden komonens nyomása uyanaz, de arciális térfoatuk van. Ideális áz termikus állaoteyenlete felírható a komonensekre és az eleyre. A arciális térfoatok adódnak össze. Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar. V V V ö Vi l n n l RT RT V nrt n ni

Melyik a nehezebb, a száraz vay a nedves leveő? Száraz leveő (21% O 2 + 78% N 2 ): 0,21 32 + 0,78 28 (6,72 + 21,84) mol mol Vízőz (H 2 O): helyett: 2 + 16 18 mol mol 28,56 mol 28,9 mol mol 1mol standard állaotú áz 25 C, 1atm 24,5dm 3 Nedves leveő (l. x:4% abszolút nedvessétartalom): tömearány: moltört: m x ml n y n n n + n l m m M M + m l M l x + x M M l 0,04 0,04 + 18 29 víz: leveő: y yl 0,06 0,94 0,06 18 + 0,94 28,9 (1,08 + 27,16) mol mol 28,25 mol A száraz leveő sűrűbb, mint a nedves leveő!!!

l m m x +1 + x x m m m m m w l x M M m m M M M m M m n n Y l l l l l l / / l l M M x x Y Y n n n n n y / 1 + + + tömearány (absz. nedvessé tartalom) tömetört molarány moltört Nedves leveő koncentráció jelleű mennyiséei n n nrt RT n V V ö y móltört kifejezi a arciális őznyomás és össznyomás arányát is: y n n ö ö y A arciális őznyomás az abszolút nedvessétartalom és a hőmérséklet füvénye: ö l ö M M x x y + / Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö forrás, liofilezés szuerkritikus állaot Nedves leveő Dalton, törtek/arányok Mollier hx,xt, h diar.

Párolás (ismét): x abszolút nedvessétartalommal változik a relatív áratartalom Állandó hőmérsékleten a t (T) telített őznyomás állandó Párolotatással a (x) aktuális arciális nyomás növekszik. φ relatív áratartalom: l m m x M M l x x y / + ö l ö M M x x y + / ) ( ) ( ) (,max, T x T m m t aktuális ϕ ) 1 1 ( ln 0 * 0 T T R r x x B T A + l

Párolás (izoterm, izobár) ö össznyomás t (T) telített őznyomás leyen állandó leyen állandó (x) aktuális arciális nyomás növekszik. Kezdetben leyen sivata: x 0, (x) 0 Hozzunk be ey kád vizet, eyenletesen ótoljuk a ároláshoz szüksées hőt. a árolás sebessée eyenletes lesz x absz. Nedvessétartalom és móltört nő m x x y m x + M / M l l aktuális arciális nyomás nő x y ö x + M / M Ha eléri az adott hőmérséklethez tartozó telített őznyomást (Clausius-Claeyronból számítható): a leveő nem tud több vizet felvenni továbbra is árolo, de az első hide felületen lecsaódik l ö φ relatív áratartalom: ϕ m m, aktuális,max ( T ) t ( x) ( T )

Relatív ára állandó x nedvessétartalom mellett is változhat: T csökken t csökken ö és x állandó állandó φ relatív ára nő telítéskor hideben: köd, harmat zúzmara, dér Túltelített őz: Hőmérséklet-csökkenése miatt keletkezik a ára: Ha a ködkéződés, kondenzációs mavak (füst, orszemek) hiányában nem indul me. Pároló folyadék fölé fújt füst látványosan meyorsítja a kondenzációt. Íy készül a szmo: Wilson-ködkamra: Leveő térfoatát hirtelen növelve túltelítetté válik. Rádioaktív suárzás α-részecskéje, ályája mentén ionokat kelt, azokon a őz kicsaódik (Nobel-díj, 1927). Töltött részecskék máneses térben:

További állaotjelzők Mollier h-x diaramon Auust-féle szichrométer atmoszférikus nyomáson számolás helyett szerkeszthetünk főtételek, éek, entróia Valódibb áz G-L, J-T, kom > VdW Fázisátalakulás kritikus tartomány fázisdiaram, víz, vt Claeyron, Clausius-Cl Nyomás: t - ö árolás, forrás liofilezés,szuerkritikus Nedves leveő Dalton/Amaat, moltört Mollier hx,h, szichro.

Komfort zóna, klimatizálás Mollier h-x diaramon

2. Pszichrometrikus diaram x - T

Komfort zóna, klimatizálás szichrometrikus diaramon

3. Mollier -h diaram és vannak mindenféle diarammok mé, de ezt majd menézi az, aki konkrétan leveővel folalkozik (l. szárítás, klíma, ) Köszönöm a fiyelmet Következő előadások: - Vozáry: fajhőből állaotfüvények / eleyek, oldatok, - Zana J: nedves leveő állaojelzői / állaotváltozásai