Pflichtveranstaltung für Studierende des Bio- und Chemieingenieurwesens sowie des Maschinenbaus (BA)

INHALT

Grundlagen

• Energie
• 1. Hauptsatz
• ideales Gas
• 2. Hauptsatz
• Reversible und irreversible Prozesse
• Fundamentalgleichungen

Thermodynamische Prozesse mit idealen Gasen

• Prozessgrößen Wärme und Arbeit
• 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme
• 1. Hauptsatz für offene Systeme
• Zustandsänderungen idealer Gase
• Kreisprozesse
• Otto- und Dieselmotor
• Turbine, Strahltriebwerk

Thermodynamische Eigenschaften von realen Stoffen

• Zustandsgleichungen
• Phasengleichgewichte
• Zustandsdiagramme

Prozesse mit realen Stoffen

• Dampfkraftprozess
• Kältemaschine, Wärmepumpe

Feuchte Luft

Pflichtveranstaltung für Studierende des Bio- und Chemieingenieurwesens (BA)

INHALT

Grundlagen

• Gibbs-Duhem-Gleichung, Gleichgewichtsbedingungen, Phasenregel
• Mischungsgrößen und partielle molare Größen
• Ideales Gasgemisch

Reale Gase und Flüssigkeiten

Zustandsgleichungen

Flüssige Gemische

• Ideale Mischung, Exzessfunktionen
• Aktivitäten und Aktivitätskoeffizienten

gE-Modelle für flüssige Gemische

• Redlich-Kister
• van Laar- bzw. Wilson-Ansatz für Aktivitätskoeffizienten
• Gitter-Theorie
• Local-Composition-Konzept
• NRTL, UNIQUAC und UNIFAC-Gleichungen

Phasengleichgewichte von Gemischen

• Flüssig-Dampf-Gleichgewichte
• Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte
• Fest-Flüssig-Gleichgewichte

Reaktionsgleichgewichte

Pflichtveranstaltung für Studierende des Maschinenbaus (BA)

INHALT

Berechnung von Verbrennungsprozessen

• Stoffbilanzen für chemisch einheitliche und chemisch unbestimmte Brennstoffe
• Energiebilanz, Heizwert und Brennwert

Wärmeübertragung

• Wärmeleitung: Fouriersches Grundgesetz, Differentialgleichung der Wärmeleitung, analytische Behandlung stationärer und instationärer, eindimensionaler Probleme, Analogie zum Ohm'schen Gesetz, Begriffe Wärmeübergang und Wärmedurchgang, Verbesserung durch Rippen, Diagramme für instationäre Probleme, mehrdimensionaler Fall, numerische Lösungsmethoden
• Konvektive Wärmeübertragung: Wärmeübergang bei einphasiger Strömung, Ähnlichkeitstheorie, Gebrauchsformeln, Film- und Tropfenkondensation, Behältersieden, Strömungssieden im Rohr, kritische Siedezustände
• Wärmedurchgang, Wärmeaustauscher: Grundtypen von Wärmeaustauschern, praktische Bauarten, Berechnungsgrundlagen für idealen Gleich- und Gegenstrom, Charakteristiken und logarithmische Temperaturdifferenz, allgemeine Vorgehensweise bei anderen Stromführungen, Auslegung mit Hilfe von Diagrammen
• Thermische Strahlung: Grundbegriffe, Kirchhoff'sches Gesetz, Richtungsverteilung, Lambert'sches Kosinusgesetz, Frequenzabhängigkeit, Gesetze von Planck, Wien und Stefan-Boltzmann, Strahlung technischer Oberflächen, Wärmetransport, Einstrahlzahlen, Mehrfachreflexion, Netto-Strahlungsmethode, Gasstrahlung

INHALT

Bilanzierung von Verbrennungsprozessen

• Stoffliche Bilanzen für chemisch bestimmte und unbestimmte Brennstoffe
• Energiebilanz der Verbrennung, Heizwert und Brennwert, Luftvorwärmung

Gaskreisprozesse

• Gasturbinen und Strahltriebwerke: Auslegungskriterien, Bauarten, Optimierung
• Otto- und Dieselmotor: Leistung, Teillastverhalten, Bauarten, Abgasnutzung
• Stirling- und Ericsson-Prozess, Regeneratoren, idealisierte Berechnung
• Stirlingmotoren: Geschichte, Bauarten, aktuelle Bedeutung
• Umkehrung des Stirlingprozesses: Gaskältemaschinen
• Weitere regenerative Gaskreisprozesse und ihre Einsatzmöglichkeiten

Kreisprozesse mit Phasenumwandlungen

• Zustandsverhalten realer Stoffe, Darstellung in Diagrammen
• Dampfkraftprozess: Wirkungsgradsteigerung, "Carnotisierung"
• Dampfkraftwerke: Komponenten, prinzipieller Aufbau, Betriebsweise
• Kaltdampfprozesse: Schaltungsvarianten, Kältemittel-Auswahl, Optimierung
• Sorptionsprozesse als thermisch angetriebene Wärmepumpen/Kältemaschinen

Weitere Energiewandlungsprozesse, kombinierte Prozesse

• Die Teilnehmerzahl ist auf 27 Studierende begrenzt.
• Eine Anmeldung für die Veranstaltung ist jeweils in der Zeit vom 01.09. - 30.09. d. J. im LSF der TU Dortmund möglich.
• WICHTIG: Die Anmeldung erfolgt nach dem Prioritätenverfahren. Nach der Anmeldefrist ist der Zulassungsstatus im LSF einzusehen. Die Platzvergabe erfolgt zunächst an Studierende im Masterstudiengang. Freie Plätze werden nach Ende des Anmeldezeitraums auch an Bachelorstudierende vergeben.

Unterschieden werden folgende Fälle.

• angemeldet: Die Anmeldung wurde noch nicht bearbeitet
• zugelassen: Es wurde ein Platz in der Veranstaltung zugewiesen
• storniert: Leider waren schon alle Plätze belegt.
• Warteliste: Bitte erscheint zur 1. Veranstaltung. Sollte ein zugelassener Teilnehmer nicht erscheinen, so wird der Platz entsprechend der Warteliste vergeben.

Ein Nichterscheinen bei der ersten Veranstaltung führt direkt zum Platzverlust !!!

INHALT

Stoffdaten

• Reinstoffparameter
• Gemischeigenschaften
• Datenbanken
• Abschätzungsmethoden

Phasengleichgewichte

• Zustandsgleichungen
• Aktivitätskoeffizientenmodelle

Phasendiagramme

Parameteranpassung

Aspen Properties

INHALT

Phasengleichgewichte

Kolligative Eigenschaften (z. B. osmotischer Druck)

Reaktionsgleichgewichte

Säuren und Basen, pH-Wert, pKa-Werte

Puffersysteme

Elektromotorische Kraft

Biochemische Reaktionen

Nicht-ideale Elektrolytlösungen

INHALT

Einleitung/Motivation

Charakterisierung von Polymeren

• Verteilungsfunktion
• Momente einer Verteilung

Thermodynamik der Gemische

• Stabilität, Gleichgewichtsbedingungen, Phasenregel
• ideale & reale Mischung
• Partielle molare Größen, Excessgröße, chemisches Potential
• Fugazitätskoeffizienten
• Aktivierungskoeffizienten

Allgemeines Phasenverhalten von Polymer-Systemen

• VLE, LLE, VLLE, SLE
• Einflüsse: Lösungsmittel/Glas, Polymerverzweigung, Copolymere
• Einfluss der Polydispersität: Trübungskurve, Schattenkurve

Experimentelle Bestimmung von Polymer-Phasengleichgewichten

Thermodynamische Modelle

• gE-Modelle
• Zustandsgleichungen
• Störungstheorien

Berechnung

• Partielle molare Größen für Vielstoffsysteme
• Fugazitätskoeffizienten, Aktivierungskoeffizienten
• Polymerphasengleichgewichte
• Pseudokomponenten-Methode

Kontinuierliche Thermodynamik

INHALT

Bewertung von Energieströmen, Exergie und Anergie

• Die Exergie von Wärmeströmen und reinen Stoffströmen
• Die Exergie durch stoffliches Ungleichgewicht, Verbrennungsprozesse
• Der Exergieverlust
• Sankey-Diagramme
• Grenzen und Nachteile des Exergiebegriffs

Systematische Verfahrensintegration für gegebene Prozesse

• Zentrale Versorgungssysteme
• Stromsummenkurven und der Begriff des "Pinch"
• Grundregeln für die bestmögliche Energieausnutzung
• Minimierung der Apparatezahl, "Energy penalty" für geringere Investitionskosten
• Optimale Nutzung verschiedener Versorgungssysteme, Gesamtstromsummenkurven
• Einbindung von Wärmekraftanlagen und Wärmepumpen

Sonstige Hilfsmittel und Methoden zur energetischen Prozess-Optimierung

• Brüdenkompression als Variante der Kompressionswärmepumpe
• Anpassung der Betriebsbedingungen von Trennoperationen
• Wechsel von Trennoperationen und Trennsequenzen