Verfahrenstechnik für Dummies. Burkhard Lohrengel
Читать онлайн книгу.
eines Lösungsmittels m Lösungsmittel an, oder mit anderen Worten: wieviel Mol eines Stoffs i sind in 1 Liter Lösung enthalten:
(3.21)
Kapitel 4
Systeme, Zustände und Prozesse
IN DIESEM KAPITEL
Werden Ihnen Systeme, Prozesse und Zustände nähergebracht
Werden Sie sehen, was ein Prozess eigentlich ist
Werden Sie merken, dass Zustände wegunabhängig sind
Lernen Sie das p,V-Diagramm kennen
Nachdem Sie jetzt die gebräuchlichen Konzentrationsmaße kennen, wird es Zeit, dass Sie die in der Verfahrenstechnik häufig verwendeten Begriffe System, Zustand und Prozess kennenlernen.
System
Als System wird in der Verfahrenstechnik ein aus Einzelteilen zusammengesetztes Gebilde verstanden, das für die Betrachtung als gemeinsames Ganzes wahrgenommen wird. Diese Beschreibung hilft Ihnen vielleicht noch nicht wirklich weiter. Dann so: Unter einem System können Sie den Teil der Welt verstehen, an dem Sie (hier natürlich nur verfahrenstechnisch) interessiert sind. Der Rest ist die Umgebung um das System herum. Abbildung 4.1 verdeutlicht dies. Sie können nun ermitteln, wie sich Ihr abgegrenztes System verhält.
Abbildung 4.1 System und Umgebung
Wie soll Ihr System aussehen?
Bei Systemen wird unterschieden in
abgeschlossen oder isoliert, wenn weder Energie- noch Stoffaustausch mit der Umgebung möglich ist,
geschlossen, wenn Energieaustausch mit der Umgebung möglich ist, allerdings kein Stoffaustausch,
offen, wenn Energie- und Stoffaustausch möglich ist.
Ein abgeschlossenes System ist dagegen (in guter Näherung) eine Thermoskanne nach dem Befüllen. Solange Sie kein Getränk entnehmen, findet kein Stoffaustausch statt. Für ein abgeschlossenes System müssen Sie allerdings annehmen, dass es so gut isoliert ist, dass keine Wärme die Systemgrenze, also die Außenhaut der Kanne, überschreiten kann. Sie wissen, dass das auch bei guten Isolierkannen nicht perfekt zutrifft.
Geschlossene Systeme, zum Beispiel ein mit einem Kolben verschlossener Zylinder (4-Takt-Verbrennungsmotor, solange die Ventile geschlossen sind), haben eine materieundurchlässige Systemgrenze. Die Anzahl der Atome beziehungsweise Moleküle bleibt in einem geschlossenen System konstant, auch wenn die Systemgrenzen sich verschieben, siehe Abbildung 4.2 rechts (Systemgrenze 1 wird zu Systemgrenze 2 vergrößert). Ein Energie- beziehungsweise Wärmeaustausch mit der Umgebung findet allerdings durchaus statt und ist hier sogar gewollt.
Abbildung 4.2 Offenes und geschlossenes System
Systeme werden weiterhin unterteilt in
adiabate und
rigide Systeme.
Adiabate Systeme sind wärmeundurchlässig, rigide Systeme arbeitsundurchlässig. Speziell adiabate Systeme werden in der Verfahrenstechnik häufig betrachtet, wenn ein System mit Dämmmaterial so gut isoliert ist, dass durch dieses Dämmmaterial Wärme weder nach außen noch nach innen dringen kann. Dies vereinfacht häufig die Berechnung.
Seltsame Zustände sind das
Der verfahrenstechnische Begriff des Zustands hat nichts damit zu tun, wie Sie sich fühlen. Auch ob Sie nach Alkoholgenuss in einem fahrtüchtigen Zustand sind oder nicht, interessiert vielleicht Sie (und die Polizei), ist für die Verfahrenstechnik aber unbedeutend.
Jedes System lässt sich mit physikalisch messbaren Größen beschreiben wie zum Beispiel Druck, Temperatur, Geschwindigkeit und so weiter. Gut, Ihr Alkoholgehalt lässt sich auch messen. Diese Eigenschaften des Systems sind variabel, ändern sich mit der Zeit. Das passt immer noch zum Alkoholgehalt. Nehmen die physikalischen Größen konstante Werte an, ist dies der Zustand des Systems. Ihr Alkoholgehalt sollte besser kein konstanter Systemzustand sein.
Abbildung 4.3 Zustandsgrößen am Beispiel eines Wasserfalls
Ein wegunabhängiger Zustand?