Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2016 version 3 (med sidhänvisningar även till inbunden upplaga 2)

Transkript

1 Chalmers, Kemi och kemiteknik & Energi och milj 1 Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2016 version 3 (med sidhänvisningar även till inbunden upplaga 2) Omfattning: Fyra obligatoriska laborationer ingår i kursen: TD1: Jämvikt mellan ånga och vätska hos binära vätskeblandningar (rum 4173). TD2: En gasjämvikts temperaturberoende (rum 4143). TD3: Laboration med värmepump (samling i rum 1212). TD4: Laboration i energibalanser (samling i KS2). Observera att du skall ha gjort förberedande uppgifter innan laborationstillfällena! Se handledningarna och läsanvisningarna på s. 4. Gruppindelning: K-teknologerna laborerar i grupperna 1 6, medan Kfoch TM-teknologerna laborerar i grupperna Observera att gruppernas storlek och antal kan komma att justeras. Du anmäler dig till önskad laborationsgrupp via kurshemsidan som hittas via studentportalen. Tiderna för en viss grupps laborationer framgår av laborationsschemat nedan. Om du vid något tillfälle behöver byta grupp skall de berörda handledarna (se nedan) först kontaktas. Reservtillfället: Observera att reservtillfället inte är ett extra laborationstillfälle som fritt kan utnyttjas. Om du missat en laboration skall du omgående kontakta den berörda handledaren och diskutera en lämplig lösning av problemet. Lokaler och starttider: Laborationerna TD1 och TD2 utförs på plan 4 i kurshuset. Inför laboration TD3 samlas laboranterna i biblioteket vid avdelningen för industriella energisystem och -tekniker, plan 1 i forskarhus II. För laboration TD4 samlas laboranterna i sal KS2 (entréplanet i kemihuset). Det är viktigt att laborationerna kommer igång på avsedd tidpunkt. För sen ankomst kan innebära att du inte får laborera vid det aktuella tillfället. Redovisning: Laborationsresultaten skall redovisas enligt handledarens anvisningar. Redovisningar skall normalt vara inlämnade senast en vecka efter genomförandet med respons från handledaren senast en vecka efter inlämnandet. Observera att alla laborationerna måste vara godkända senast en läsvecka efter tentamen. Den teknolog som inte redovisat i tid och inte meddelat skäl för detta kan tvingas göra om laborationen följande år.

2 Chalmers, Kemi och kemiteknik & Energi och milj 2 Laborationsschema KVM091 lp /2016 Program Dag Datum Tid TD1 TD2 TD3 TD4 Lokal KS2 Läsvecka 1 Kf/TM Fr 4/ Läsvecka 2 Kf/TM Må 7/ K On 9/ K To 10/ Kf/TM Fr 11/ Läsvecka 3 Kf/TM Må 14/ K On 16/ K To 17/ Läsvecka 4 Kf/TM Må 21/ K On 23/ K To 24/ Läsvecka 5 Kf/TM Må 28/ K On 30/ K To 1/ Läsvecka 6 Kf/TM Må 5/ Läsvecka 7 Kf/TM Må 12/ K On 14/ Reserv (se s. 1!) Läsvecka 8 Kf/TM Må 19/ Kf/TM To 22/ Reserv (se s. 1!) 1 Biblioteket, Industriella energisystem och -tekniker, plan 1 forskarhus II.

3 Chalmers, Kemi och kemiteknik & Energi och milj 3 Ansvariga handledare Lägg till e-postadresserna nedan. TD1: Amir Saeid Mohammadi 2 (rum 5051, e-post: saamir) TD2: Sanna Sämfors 3 (rum 4028, tel , e-post: samfors) TD3: Lars-Erik Åmand 4 (rum 1213, tel , lars-erik.amand) TD4: Lars-Erik Åmand 4 (rum 1213, tel , lars-erik.amand) 2 Forskarhus I, plan 5. 3 Forskarhus I, plan 4 4 Forskarhus II, plan 1 (Industriella energisystem och -tekniker) Lycka till med laborerandet! 8 september 2015 Nikola Marković Tel Rum 5071, plan 5 i forskarhus I

4 Chalmers, Kemi och kemiteknik & Energi och milj 4 En kort bakgrund till laborationerna TD1: Jämvikt mellan ånga och vätska hos binära vätskeblandningar. När en vätskeblandning kokas finner man vanligen att ångan får en annan sammansättning än vätskan. Denna skillnad utgör basen för destillation, vilken är en av de tekniskt viktigaste separationsmetoderna inom den kemiska industrin. Ett av syftena med laborationen är att ta fram kokpunktskurvor för ett tvåkomponentsystem. Sådana temperatur - sammansättningsdiagram visar hur kokpunkten varierar med vätskans sammansättningen och hur ångan är sammansatt vid motsvarande temperatur. Diagrammen används ofta som utgångspunkt vid analys av destillationsproblem. Från de experimentella resultaten skall dessutom aktivitetsfaktorerna för de två komponenterna i vätskeblandningen beräknas. Dessa är ett mått på hur mycket systemets beteende avviker från ett valt referenssystem. Med hjälp av aktivitetsfaktorerna och en lämplig aktivitetsfaktormodell kan man sedan beräkna det verkliga systemets egenskaper för godtycklig sammansättning. Förutom att detta är tekniskt viktigt så kan man från de erhållna resultaten dra slutsatser om hur de två molekylslagen växelverkar i vätskeblandningen vid olika sammansättningar. Elliott/Lira upplaga 1: s , , , ; upplaga 2: s , , ; upplaga 2, inbunden: s , , TD2: En gasjämvikts temperaturberoende. Ett av målen med denna relativt okomplicerade laboration är att du själv skall få fundera ut hur man med enkla medel (en glaskolv, en vakuumpump, en våg och en termometer) kan bestämma jämviktskonstanten för en gasjämvikt. Genom att upprepa försöket vid olika temperaturer bestäms även de termodynamiska storheterna H och S fördenaktuellareaktionen.förattlyckasmeduppgiftenkrävs att du kan koppla experimentellt mätbara data till de sökta storheterna. Förutom att träna förmågan att utnyttja experimentella data för bestämning av termodynamiska storheter syftar laborationen till att fördjupa förståelsen av begreppet kemisk jämvikt och de termodynamiska storheternas betydelse. Det är mycket viktigt att du före laborationen noga studerar säkerhetsinformationen i laborationshandledningen. Elliott/Lira upplaga 1: s ; upplaga 2: s , , ; upplaga 2, inbunden: s , ,

5 Chalmers, Kemi och kemiteknik & Energi och milj 5 TD3: Värmepump. I laborationen studeras värmepumpcykeln som är en viktig termodynamisk cykel. Denna studeras med hjälp av en kompressorvärmepump. För värmepumpen, som arbetar med ett oidealt medium som genomgår förångning och kondensation, skall experimentellt undersökas hur värmefaktorn beror av temperaturnivån för värmetillförseln (i förångaren). Det skall också undersökas hur den förhåller sig till värmefaktorn för en motsvarande Carnot-cykel. Du bör innan laborationen inhämta kunskaper om (referenser till kursboken upplaga 1/upplaga 2): termodynamiska cykler i allmänhet (Elliott/Lira kap 4/5) termodynamiska tillståndsdiagram (Elliott/Lira fig 1.4/1.4, Appendix E8/E10, E9/E11, E10/E12, kap 3.10/4.8, 3.11/4.9, fig 3.10/4.12, exempel 3.11/4.17, kap 4/5, fig 4.9/5.8) godhetstal/värmefaktor (COP) (Elliott/Lira kap 3.5/3.1, 3.6/3.1, 4/5, exempel 4.5/5.4) Carnotcykeln och dess parametrar (se tex Elliott/Lira kap 3.5/3.1, 3.6/3.1) ånga-vätska-jämvikter och mättningstillstånd (Elliott/Lira kap 8/9) termodynamikens 1:a huvudsats för slutna system och öppna system (speciellt tillämpningar) (Elliott/Lira kap / ) TD4: Energibalanser. Avsikten är att studera verkliga öppna system med medier i gas- och vätskefasområdet för att få en förståelse för hur energibalanser, dvs termodynamikens första huvudsats, kan utnyttjas som ett beräkningsverktyg. Avsikten är också att belysa skillnaden mellan en reversibel och irreversibel tillståndsändring, dvs termodynamikens andra huvudsats, samt skillnaden mellan kompression av en gas och en vätska. I laborationen skall den isentropiska verkningsgraden för två tryckhöjande maskiner, en pump och en fläkt, bestämmas. För fläkten skall även de mekaniska och elektriska förlusterna i motorn bestämmas, dvs den mekaniska och elektriska verkningsgraden beräknas. Dessutom skall vattnets respektive luftens temperaturändring i de båda maskinerna undersökas och eventuella skillnader förklaras. Elliott/Lira upplaga 1: kap , 3.3, 3.8; upplaga 2: kap , 4.3, 4.7.