CHEM-A1100 - Teollisuuden toimintaympäristö ja prosessit, 10.09.2020-08.12.2020
This course space end date is set to 08.12.2020 Search Courses: CHEM-A1100
Aineominaisuudet
Kemian tekniikan laskennassa tarvitaan usein ainearvoja. Aineominaisuuksien
löytämiseksi kirjallisuudesta voit hakea tietoja esimerkiksi CRC Handbook of
Chemistry and Physics:sta (sähköisenä versiona ladattavissa Aalto-Finnan kautta)
tai Perry’s Chemical Engineers’ Handbook:sta. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksista löytyy tietoja Kari I. Keskisen Taulukoita ja piirroksia kemian laitetekniikkaan - Tables and Drawings for Chemical Engineering, Kari I. Keskinen ja Gaudeamus Helsinki Universiuty Press/Otatieto, 2015.
Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan yksikkömuunnoksia,
aineominaisuuksien ja liukoisuustietojen hakua kirjallisuudesta.
Lisäksi esimerkkitehtävien kautta verrataan, miten paljon haihtuminen ja kiteytyminen vaatii energiaa.
Dynaaminen viskositeetti
Nesteiden
ja kaasujen sisäistä kitkaa kuvaavana suureena käytetään dynaamista
viskositeettia, joka voidaan esittää esimerkiksi yksikössä N s/m2
tai Pa s. Mitä korkeampi on dynaaminen viskositeetti, sitä enemmän neste tai
kaasu pyrkii vastustamaan virtausta. Nesteiden viskositeetit ovat useita kertaluokkia korkeammat kuin kaasujen.
Dynaamisen viskositeetin arvoja tarvitaan mm. virtauslaskennassa, jolloin voidaan päätellä,
onko virtaus virtaviivaista l. laminaarista vai voimakkaasti pyörteistä l. turbulenttista
tietyillä virtausnopeusalueilla. Voimakkaasti turbulenttisessa virtauksessa
virtausprofiiliin ja sekoittuvuuteen vaikuttavat fluidissa esiintyvät
pyörrevirtaukset. Laimeiden vesiliuosten dynaaminen viskositeetti on
suhteellisen alhainen.
Höyrynpaine
Erityisesti monet orgaaniset liuottimet ovat herkästi haihtuvia. Jos haluamme verrata eri yhdisteiden haihtuvuutta, voimme käyttää kyseisten yhdisteiden höyrynpainearvoja. Tislaus, haihdutus sekä kuivaus ovat esimerkkejä erotus- ja puhdistusmenetelmistä, joissa aineiden erottuminen perustuu haihtuvien komponenttien siirtymiseen nesteestä kaasumaiseen olomuotoon.
Kirjallisuudessa on annettu monien yhdisteiden höyrynpainetiedot lämpötilan
funktiona pohjautuen Antoinen yhtälöön. Antoinen yhtälö on esimerkki
laadutetusta suureyhtälöstä, jossa lähtötiedot tulee antaa tietyssä yksikössä,
jotta yhtälöstä laskettu tulos on oikein.
Seuraavassa verrataan tyypillisten orgaanisten liuottimen höyrynpaineita käyttäen vertailukohtana myös veden höyrynpainetta. Oheisessa taulukossa on esitetty Antoinen yhtälön vakioiden arvoja valituille orgaanisille liuottimille sekä vedelle annetuilla lämpötila-alueilla. Saatava paineen arvo on yksikössä mm Hg (elohopeamillimetriä, 760 mm Hg = 101,325 kPa), joka voidaan muuntaa kPa:ksi = x mm Hg/760 mm Hg x 101,325 kPa.
Antoinen yhtälö
|
Lämpötila-alue, K |
A |
B |
C |
Etikkahappo C2H4O2 |
290-430 |
16,0808 |
3405,57 |
-56,34 |
Asetoni C3H6O |
241-350 |
16,6513 |
2940,46 |
-35,93 |
Etanoli C2H6O |
270-369 |
18,5242 |
3578,91 |
-50,50 |
Tolueeni C6H5CH3 |
280-410 |
16,0137 |
3096,52 |
-53,67 |
Vesi H2O |
284-441 |
18,3036 |
3816,44 |
-46,13 |
[R.C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood, The properties of gases and liquids, Appendix A. New York, McGraw-Hill (1977)].
Voit verrata Antoinen yhtälöstä laskettuja veden höyrynpainearvoja höyrytaulukoissa esitettyihin kylläisen veden höyrynpainearvoihin. Jos esimerkiksi haluamme keittää vettä tietyssä alipaineessa, saamme arvioitua lämpötilan, jossa vesi kiehuu kyseisessä alhaisemmassa paineessa.
Attempts allowed: 1