Faglig innhold

1) Partiellderiverte størrelser, totalt differensial og kjederegel for derivasjon. Energifunksjoner, fundamentale relasjoner og kanoniske tilstandsvariable. Tilstandslikninger for fluider. Kjemitekniske enhetsoperasjoner. 2) Kontrollvolumteori for kinetisk, potensiell og kjemisk energi. Likevektsbegrepet. Kjemiske likevekter i gassfase. Adiabatisk forbrenningstemperatur. Kilder for termodynamiske data med spesiell vekt på standardtilstander. 3) Aktivitetsmodeller for beregning av termodynamiske størrelser i multikomponente systemer. Modellering av organiske, uorganiske og vandige systemer med kobling til termodynamiske fasediagrammer.

Læringsutbytte

Etter endt emne skal studentene kunne:
- Vite om den historiske utviklingen av termodynamikkens første og andre lov.
- Se betydningen av termodynamisk metodelære i undervisning, industri og forskning.
- Skjønne grenseoppgangen mellom termodynamiske tilstandsbeskrivelser og transport- eller strømningsprosesser.
- Forstå fasebegrepet anvendt på gass, væske og faste faser.
- Initiere, vurdere og lede et termodynamisk modelleringsarbeid i industri eller forskning.
- Anvende de tretten (13) mest vanlige termodynamiske tilstandsvariablene: indre energi, entalpi, Gibbs energi, Helmholtz energi , entropi, volum, moltall, temperatur, trykk, kjemisk potensial, varmekapasitet, ekspansivitet og kompressibilitet på relevante problemstillinger.
- Utlede totalt differensial for en vilkårlig termodynamisk funksjon.
- Beregne enkle likevekter og tilstandsendringer basert på en egnet termodynamisk tilstandsmodell.
- Transformere energirelaterte problemer fra en energifunksjon til en annen ved bruk av Legendre-transformasjon.
- Avgjøre Euler-egenskapene (skaleringsegenskapene) til termodynamiske tilstandsvariable.
- Utlede totalt differensial for en vilkårlig termodynamisk funksjon med vilkårlige fri variable.
- Utlede masse- og energibalanser for lukket eller åpent kontrollvolum med en eller flere kjemiske komponneter.
- Utlede og linearisere invertible likningssystemer for løsning av simultane reaksjonslikevekter og faselikevekter basert på enten Gibbs energi eller Helholtz energi minimalisering.
- Utlede samtlige syv (7) Legendre-trransformasjoner av indre energi
- Beregne indre energi, entalpi, entropi, varmekapasitet og kjemisk potensial for ideelle gassblandinger ved gitt temperatur, trykk (eller volum) og sammensetning basert på tabellerte standardtilstander og enkle temperaturfunksjoner for varmekapasiteten av hver komponent.
- Beregne kjemisk likevekt for en (1) reaksjon i ideell gassfase ved gitt temperatur, trykk (eller volum) og sammensetning.
- Beregne uavhengige reaksjoner i en multikomponent blanding ved bruk av matrisemetoder.
- Beregne tilstandsendringer for enkle prosessenheter som for eksempel ventiler, kompressorer, blandepunkt og varmevekslere ved bruk av ideell gass, 2. viriallikning eller van der Waals likning.
- Beregne virkninsgraden av Stirling-, Ericsson-, Brayton-, Carnot-, Otto- og Rankine-maskiner med ideel gass som arbeidsmedium.

Læringsformer og aktiviteter

Kurset undervises på tradisjonelt vis med hovedvekt på tavlebruk og forhånsutdelte notater. Notatene brukes også til oppsumering hver dobbeltime. Det gjennomføres et illustrerende eksperiment eller beregningsdemonstrasjon hver uke. Noen av øvingene krever at studentene har kunnskap om og programmering i Matlab. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

Krav om kunnskaper tilsvarende emnet KJ1042 Grunnleggende termodynammikk, samt differensialregning og enkel lineær algebra. Kjennskap til programmering i Matlab eller Python er en klar fordel.

Kursmateriell

T. Haug-Warberg, Den termodynamiske arbeidsboken, Kolofon forlag (2005), eventuelt (med noen tillegg) J. Elliott and C. T. Lira, Introductory Chemical Engineering Thermodynamics, Prentice-Hall (1999).