Zadanie II.17 Piotr Kucman IZMP-7 ariane33@wp.pl Dla układu substancjalnego nc = const.

Dla fazy ciekłej cpw = const

Wyznaczyć a następnie obliczyć wartość przyrostu zasobu entalpii i entropii przemian gdy Zatem elementarny przyrost zasobu entalpii wody jest równy dHw = nccpwdT

woda o zasobie masy n = 1 [kmol] zostanie podgrzana od temperatury początkowej tp = 25

[°C] do temperatury końcowej tk = 200 [°C] pod ciśnieniem p = 0,1013 [Mpa]. Ciepło 2.2 Para mokra – przemiana fazowa cieczy w parę J

Przemiana fazowa cieczy w parę przebiega w warunkach przemiany izobaryczno –

właściwe molowe wody c

]

pw = 75,33 [

zaś ciepło właściwe molowe pary wodnej molK

izotermicznej.

określone jest zależnością liniową typu p = ppf = const

J

oraz

Cpp = a + bT [

]

T = T

molK

pf = const

Z drugiej postaci pierwszej zasady termodynamiki J

Gdzie:

a = 30,14 [

]

dH = δQ + Vdp

molK

wynika, że dla przemiany fazowej redukuje się ona do postaci J

b = 11,3

dH

• 10-3 [

]

pf = δQpf

2

mol K

Z definicji ciepła utajonego

def δ

Ciepło przemiany fazowej wody w parę w temperaturze przemiany fazowej Tw = 373,16 [K]

= Qpf

J

Lp(Tpf)

dn

jest równe Lp(Tw) = 40700 [

]

mol

Określono elementarny przyrost ilości ciepła przemiany fazowej.

δQpf = Lp(Tpf)dn = dHpf

Dane:

nc = 1 [kmol]

2.3 Para przegrzana

tp = 25 [°C]

Zasób entalpii pary przegrzanej określony jest związkiem tk = 200 [°C]

Hp = nccppdT = nc(a + bT)T

p = 0,1013 [MPa]

Zatem elementarny przyrost zasobu entalpii pary przegrzanej jest równy p = const

dHp = ncd(cppT) = ncadT + 2 ncbTdT = nc(a + 2bT)dT

J

c

]

pw = 75,33 [ mo K

l

2.4 Wyznaczenie zasobu entalpii całkowitej J

Elementarny przyrost zasobu entalpii całkowitej jest równy c

]

pp = a + bT [ mo K

l

dH = dHw + dHpf + dHp = nccpwdT + Lp(Tpf)dn + ncadT + 2ncbTdT

Całkując powyższe równanie w granicach J

a

]

= 30,14 [

H

T

n

T

T

k

pf

c

k

k

mo K

l

∫ dH = nccpw ∫ dT + Lp(Tpf) ∫ dn + nca ∫ dT + 2ncb ∫ TdT

J

b = 11,3 • 10-3 [

]

H

0

p

Tp

Tpf

Tpf

2

mol K

otrzymano

Tw = 373,16 [K]

2

T 2

T

J

∆H = Hk- Hp = n

2

2) + 2n

k

pf

−

)

Lp(Tw) = 40700 [

]

ccpw(Tpf - Tp) + Lp(Tpf) nc + nca(Tk - Tpf) + ncb(Tk - Tpf cb(

2

2

mol

i ostatecznie zasób entalpii całkowitej jest równy 1. Opis zjawiska grzania wody.

∆H = n

2

2)

Przyrost entalpii i entropii wody podgrzewanej od temperatury tp = 25 [°C] do temperatury t ccpw(Tpf - Tp) + Lp(Tpf) nc + nca(Tk - Tpf) + ncb(Tk - Tpf k

= 200 [°C] realizowany jest w następujących etapach.

3. Wyznaczenie zasobu entropii całkowitej.

Etap pierwszy– grzanie fazy ciekłej od temperatury tp = 25 [°C] do temperatury przemiany Ponieważ cały proces zjawiska grzania wody przebiega w przemianie izobarycznej fazowej tpf = 100 [°C].

p = const

Etap drugi – dostarczenie ilości ciepła do pary mokrej x = 0 w przemianie fazowej tpf = 100

Zatem druga postać pierwszej zasady termodynamiki redukuje się do związku

[°C] = const. aż do osiągnięcia stanu pary suchej x = 1

δQ = dH

Etap trzeci – grzanie pary suchej przegrzanej aż do temperatury tk = 200 [°C]

i druga zasada termodynamiki dla przemian odwracalnych przyjmie postać 2. Wyznaczenie przyrostu zasobu entalpii Q

δ

dH

dS =

=

2.1 Faza ciekła

T

T

Zasób entalpii wody określony jest związkiem H

w = nccpwT

1

2

Można zatem napisać dH

dH

dH

n c dT

L T

(

)

w

pf

p

c

pw

p

pf

dT

dS =

+

+

=

+

dn + n a

+ 2 n bdT

c

c

T

T

T

T

T

T

pf

pf

Całkując ostatnie równanie w granicach S

Tpf

k

nc

k

T

Tk

∫

(

)

dS =

dT

L T

dT

n c

dn

n a

2 n b dT

c

pw ∫

+ p pf ∫ + c ∫

+ c ∫

T

T

T

S

T

pf

p

p

0

Tpf

Tpf

Otrzymano przyrost zasobu entropii w procesie grzania wody.

T

L T

(

)

T

∆S = S

pf

p

pf

k

+

−

k – Sp = nccpwln

+nc

+ncaln

2 n b( T

T )

T

T

c

k

pf

T

p

pf

pf

4. Obliczanie wartości zasobu entalpii

∆H = n

2

2

ccpw(Tpf-Tp)+Lp(Tpf)nc + nca(Tk - Tpf) + ncb (Tk - Tpf ) = 1 • 75,33 • 103(373,16 - 298,16)

+ 40,7 • 106 • 1 + 1 • 30,14 • 103(473,16 – 373,16) • 1 • 11,3(473,162 - 373,162) = 5649,75 • 103 +

40700 • 103 +3014 • 103 + 956,342 • 103 = 50,3193 • 106[J]

5. Obliczenie wartości zasobu entropii.

T

L T

(

)

T

∆S = n

pf

p

pf

k

+

−

ccpwln

+nc

+ncaln

2 n b( T

T ) =

T

T

c

k

pf

T

p

pf

pf

3731

, 6

4 ,

0 7 ⋅106

473 1

, 6

=1⋅ 75 3

, 3⋅103 ln

+1

+1⋅30 1

, 4 ⋅103 ln

+ 2 ⋅1⋅11 (

3

, 473 1

, 6 − 3731

,

)

6 =

298 1

, 6

373 1

, 6

373 1

, 6

J

16 9

, 023⋅103 +10 ,

9 068⋅103 + 7 1

, 5603⋅103 + ,

2 26 ⋅103 = 135 3

, 87 ⋅103[

]

K

3