Nötigen Druck bestimmen, um Wasserverdampfung zu verhindern

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen!

Ich möchte in einem Verfahren Wasser von 20 °C auf 300 °C erhitzen, und dabei das Wasser so unter Druck setzen, dass es gerade nicht verdampfen kann.

Wie kann ich herausfinden, welcher Druck dafür nötig ist? Ich ahne, dass ich dafür das p,t-Phasendiagramm von Wasser brauche. Spontan würde ich so vorgehen, dass ich mir die gewünschte Zieltemperatur (300 °C) auf der x-Achse anwähle, und gucke, bei welchem Druck (y-Achse) das Wasser sich dann noch im „flüssig“-Bereich befindet. Ist das richtig?

Ich habe hier gerade nur dieses Phasendiagramm finden können:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/P…
Leider ist die Achsenbeschriftung nicht gerade ausführlich. Gibt es im Internet auch bessere Phasendiagramme, oder muss ich dafür ein Tabellenbuch aus der Bücherei ausleihen?

Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe!

Freundliche Grüße,
Befrager

#2

Hallo zusammen!

Hallo alleine,

Ich möchte in einem Verfahren Wasser von 20 °C auf 300 °C
erhitzen, und dabei das Wasser so unter Druck setzen, dass es
gerade nicht verdampfen kann.

du könntest eine Tabelle für Sattdampf nehmen, den für 300 °C gehörigen Druck daraus entnehmen (= ca. 85 bar) und ihn für deinen Versuch erhöhen.

Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe!

Bitte

Gruß

Antworter

#3

messen
Hallo Baumschrat,
wenn es um einen praktischen Versuch geht, kannst Du doch genau umgekehrt vorgehen:
Du sperrst das Wasservolumen in einem ausreichend festen Gefäß ein und erhitzt es auf 300°C. Dabei misst Du dann den Druck.

Freundliche Grüße
Thomas

#4

Danke Euch beiden!

Ich muss das leider theoretisch bestimmen, praktische Versuche sind nicht möglich.

Das wär wohl etwas unpräzise ausgedrückt von mir: Ich möchte wirklich nur flüssiges Wasser haben, keinen gesättigten Dampf. Brauche ich dafür nicht nochmal einen höheren Druck?

Bitte Verzeiht mein laienhaftes Thermo-Wissen, ich bin nur ein normalsterblicher Wirtschaftsingenieur…

Freundliche Grüße,
Befrager

Gruß

Antworter

;-D

#5

wirklich nur flüssiges Wasser haben, keinen gesättigten Dampf.
Brauche ich dafür nicht nochmal einen höheren Druck?

na das habe ich doch geschrieben:
" …du könntest eine Tabelle für Sattdampf nehmen, den für 300 °C gehörigen Druck daraus entnehmen (= ca. 85 bar) und ihn für deinen Versuch erhöhen."

Was ist dabei so schwierig zu verstehen?
Du solltest den Druck über 85 bar hinaus - also z.B. auf 90bar … 100 bar - erhöhen.

Aus dem dir vorliegenden Diagramm („Stoff mit Anomalie (z.B. Wasser)“):
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/P…
geht das prinzipiell auch hervor.

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#6

Ich möchte
wirklich nur flüssiges Wasser haben, keinen gesättigten Dampf.
Brauche ich dafür nicht nochmal einen höheren Druck?

Nein. Bei einer Temperatur von 300°C existieren flüssiges und gasförmiges Wasser nebeneinander stets bei einem bestimmten Gleichgewichtsdruck. Du kannst das Volumen der Dampfphase isotherm auf Null verkleinern bis (kein Dampf mehr da ist sondern nur noch Wasser) ohne den Druck zu erhöhen.
Rein zufällig ist mir bekannt, dass Wirtschaftsingenieure auch Thermodynamik haben und gern das Buch „keine Panik vor Thermodynamik“ lesen, welches ich diesbezüglich schon einmal verschenkte. Dort ist das mit Feuerzeuggas erklärt. Es soll allerdings auch welche geben, die sich nur Gedanken um das Einspielen von Opportunitätskosten machen…….

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#7

wirklich nur flüssiges Wasser haben, keinen gesättigten Dampf.
Brauche ich dafür nicht nochmal einen höheren Druck?

na das habe ich doch geschrieben:

Meiner Frage lag die Annahme zu Grunde, dass es bei der Temperatur noch möglich wäre, flüssiges Wasser zu haben. Aber wie Peter ja gesagt hat, existieren bei der Temperatur flüssiges und gasförmiges Wasser nebeneinander.

" …du könntest eine Tabelle für Sattdampf nehmen, den für 300
°C gehörigen Druck daraus entnehmen (= ca. 85 bar) und ihn für
deinen Versuch erhöhen."

Was ist dabei so schwierig zu verstehen?
Du solltest den Druck über 85 bar hinaus - also z.B. auf 90bar
… 100 bar - erhöhen.

Ah ok, jetzt verstehe ich den Satz!

Aus dem dir vorliegenden Diagramm („Stoff mit Anomalie (z.B.
Wasser)“):
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/P…
geht das prinzipiell auch hervor.

Jepp, nur dass die x-Achse leider nicht so detailliert und außerdem mit unregelmäßigen Intervallen skaliert ist, dass man das ablesen könnte. Aber 100 bar klingen vernünftig. Ich brauche die Info für eine theoretische Berechnung, um Wasser in einem Hochdruckreaktor zu erhitzen.

Vielen Dank für Eure Hilfe! :smile:

Freundliche Grüße,
Befrager

#8

p,t-Phasendiagramm mit besserer Skalierung

Aus dem dir vorliegenden Diagramm („Stoff mit Anomalie (z.B.
Wasser)“):
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/P…
geht das prinzipiell auch hervor.

Ja, leider ist bei dem Diagramm ist die Skalierung so unübersichtlich. Kennst Du womöglich ein Buch, in dem ich das p,t-Phasendiagramm mit besser ablesbaren Werten finden kann? Ich hab letzt in der Bibliothek mal in einem guten Dutzend Thermo-Büchern vergeblich nach einem solchen Phasendiagramm gesucht. Sowas muss es doch geben, oder?

Freundliche Grüße,
Befrager

#9

Hallo Baumschrat,

Ich hab letzt in der Bibliothek mal in einem guten Dutzend
Thermo-Büchern vergeblich nach einem solchen Phasendiagramm
gesucht. Sowas muss es doch geben, oder?

Du solltest in Lehrbüchern der Physikalischen Chemie suchen. Die beste Darstellung fand ich bei Atkins, Physikalische Chemie, da ist die Abszisse (Temperatur) linear, die Ordinate (Druck) aber ziemlich vergammelt.

Noch zu deiner Information. Die untenstehende Aussage geht von einem Punkt auf der Dampfdruckkurve aus, also z.B. von deinen geliebten 300 °C bei ca. 85 bar:

„Wird der Druck etwas erhöht, ändert sich bei unveränderter Temperatur nichts an der Lage der Kurve, das chemische Potential der Substanz in der Gasphase wird jedoch erheblich stärker erhöht als das chemische Potential der Substanz in der flüssigen Phase. Als Folge davon kommt es zum Übertritt von Substanzen aus der Gasphase in die Flüssigkeit. Dieser Prozess dauert so lange an bis die gesamte Gasphase verschwunden ist, sofern der Druck aufrecht erhalten bleibt und die Kondensationswärme vollständig an die Umgebung abgeführt wird.“

Falls du die Literaturstelle unbedingt benötigst, kann ich sie dir über deine Email Adresse schicken.

Viel Erfolg

Beantworter

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#10

Hallo Tankred,

Vielen Dank für Deine Hilfe!

Jepp, ich habe mir „Keine Panik vor Thermodynamik“ aus der Bibliothek geholt, und mir ist gerade eben beim Lesen des Kapitels, in dem das p,t-Diagramm erklärt wird, klar geworden, dass ich tatsächlich einfach die Dampfdruckkurve brauche. Und die konnte ich auch im Internet finden, auch mit geeigneter Skalierung! :smile: Manchmal muss man einfach nur wissen, wonach genau man suchen muss. Von daher: Problem gelöst! :smile:

Vielen Dank für Deine Hilfe, und für das Angebot, die Literaturstelle per E-Mail zu schicken. Ist der Hammer, wie hilfsbereit manche Menschen sind. :smile: Aber ich denke, das ist nicht nötig, nun habe ich das Problem gelöst, und weiß, welchen Druck ich brauche. :wink:

Freundliche Grüße,
Befrager