Ilona Ochęcka 185443
Katarzyna Bączek
Jakub Miśkiewicz
Aleksandra Majewicz
Grupa IV PON 18.00

Sprawozdanie z Inżynierii Chemicznej

„Wnikanie ciepła przy wrzeniu cieczy”

1 Wstęp Teoretyczny

Wrzenie jest to zjawisko przemiany cieczy w gaz ( parę ). Parowanie jest to odrywanie pojedynczych cząsteczek od cieczy i przechodzenie ich do powietrza. Wrzenie jest możliwe przy odpowiednim ciśnieniu w każdej temperaturze, w której może istnieć ciecz. Ponieważ w cieczy cząsteczki związane są ze sobą tzw siłami międzycząsteczkowymi, aby cząsteczka mogła opuścić ciecz musi być spełnionych kilka warunków:

Cząsteczka musi:
- znaleźć się przy powierzchni cieczy,
- posiadać energię kinetyczną większą od energii potencjalnej przyciągania międzycząsteczkowego,
- prędkość cząsteczki musi być skierowana na zewnątrz cieczy.

Możemy wyróżnić dwa przypadki wrzenia:

1. Dla cieczy jednoskładnikowej –kiedy proces przechodzenia cząstek cieczy w parę zachodzi w takiej temperaturze, w której prężność pary nasyconej danej cieczy jest większa od ciśnienia w otaczającej przestrzeni.

2. Dla cieczy dwuskładnikowej – kiedy proces przechodzenia cząstek cieczy w parę następuje w takiej temperaturze, w której suma prężności parcjalnych wszystkich składników układu jest większa od ciśnienia w otaczającej przestrzeni.

2 Cel ćwiczenia

Określenie zależności współczynnika wnikania ciepła od różnicy temperatur ścianki grzejnej i temperatur nasycenia α =f(ΔT) dla wrzenia wody destylowanej pod stałym ciśnienie. . Otrzymane wyniki należy porównać z wartościami teoretycznymi.

3 Przebieg doświadczenia

• Na początku doświadczenia zostały uruchomione wszystkie elementy aparatury. A także nastawione zostało napięcie na grzałce zbiornika, które wynosiło 160 V.

• Po osiągnięciu temperatury wrzenia dla wody destylowej, kondensat zaczął się zbierać w skraplaczu. Kiedy jego objętość wynosiła 50 ml, wówczas rozpoczęłyśmy pomiar czasu do zajęcia przez kondensat objętości 150 ml.

• Pomiar powtarzałyśmy dla napięć równych kolejno: 160V, 170V, 180V, 190V, 200V, 210V 220V

Oznaczenia:

A-powierzchnia grzejna [m²]
T_ść- temperatura ścianki grzejnej
T_wrze- temperatura wrzącej cieczy
ρ_H20- gęstość wody w temperaturze 100°C
r-ciepło parowania wody w temperaturze 100°C
d- średnica grzałki
α_d- doświadczalny współczynnik wnikania ciepła
α_teor- teoretyczny współczynnik wnikania ciepła
Q- strumień cieplny
m- natężenie odbioru kondensatu
m_H20- masa wody
V- objętość wody

4 Opracowanie wyników

	Pomiar 1	Pomiar 2	Pomiar 3	Pomiar 4	Pomiar 5	Pomiar 6	Pomiar 7
U [V]	160	170	180	190	200	210	220
t [sek]	279,1	242,7	212	179,1	163,9	150	130,6
I [A]	5,75	6,1	6,5	7	7,2	7,6	8
CV2 [^oC] woda	100,1	100,4	100,5	100,5	100,6	100,6	100,6
CV3 [^oC] grzałka	101,2	101,8	101,9	102	102	102	102,1

Wielkości stabelaryzowane dla wody w temperaturze 100°C :

ρ= 958,38 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$
r= 2257$00\frac{J}{\text{kg}}$
d=0,0085 m

różnica temperatur

• ∆T= T_na grzalce - T_cieczy

∆T = 101,2 -100,1 = 1,1

powierzchnia grzejna

• A = πdL [m²]

d = 0,0085 [m] (średnica grzałki podana w instrukcji)

L = 0,812 [m] (długość grzejnika podana w instrukcji)

A=π * 0,0085 * 0,812= 0,0217 [m²]

teoretyczny współczynnik wnikania ciepła

α_{teoret 1} = 0,14465∆T^2,33p^0,5 = 0,14465*1,1^2,33*101325^0,5= 57,4938

masa wody

ρ=$\frac{m_{H20}}{v}$ = 958,38 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$
V = 100ml = 0,0001m³

m_H20=ρV = 958,38 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$*0,0001m³= 0,095 kg

natężenie odbioru kondensatu

m=$\frac{m_{H2O}}{t}$ = $\frac{0,\ 095kg}{279,1\ s}$= 3,40*10^-4 $\frac{\text{kg}}{s}$

doswiadczalny wspolczynnik wymiany ciepla

α_dośw = $\dot{Q}$/A*∆T [W/m²K]

Q=m*r= 3,40*10^-4*225700=76,738

α_d=$\frac{Q}{A*T}$ = $\frac{76,74}{0,0217*1,1}$=4878,44 $\frac{W}{m^{2}K}$

U [V]	I [A]	Tść [°C]	Twrze [°C]	t [s]	∆T [K]	αteoret1 [W/m^2K]	m[kg/s]	Q [W]	αd [W/m^2K]
160	5,75	101,2	100,1	279,1	1,1	57,4581187	0,0005159	116,45	4878,449298
170	6,1	101,8	100,4	242,7	1,2	100,7824168	0,0005933	133,91	4407,948434
180	6,5	101,9	100,5	212	1,4	100,7824168	0,0006792	153,31	5046,269269
190	7	102	100,5	179,1	1,4	118,3583983	0,000804	181,47	5575,033385
200	7,2	102	100,6	163,9	1,5	100,7824168	0,0008786	198,3	6527,206131
210	7,6	102	100,6	150	1,5	100,7824168	0,00096	216,67	7132,060566
220	8	102,1	100,6	130,6	1,6	118,3583983	0,0011026	248,86	7645,394175

Wykres α=f(∆T)

5 Wnioski

• Wraz ze wzrostem napięcia rośnie wartość współczynnika przenikania ciepła.

• Im wyższe jest ustawione napięcia, tym krótszy jest czas, jaki potrzebny jest do skroplenia 100ml kondensatu. ( Ponieważ zanim dostaliśmy kartkę z wytycznymi odnośnie ilości kondensatu 150ml ćwiczenie zostało już rozpoczęte. )

• Współczynniki wnikania ciepła wyznaczone doświadczalnie różnią się wartościami od współczynników obliczonych za pomocą skróconego wzoru Krużylina. Różnice w wartościach mogą być spowodowane błędnym odczytaniem temperatur lub niedokładnością urządzeń.

W czasie wykonywania ćwiczenie miernik temperatury wrzącej wody był uszkodzony, co również mogło mieć wpływ na rozbieżność wyników doświadczalnych i wyliczonych, jak również fakt, iż do pomiaru czasu używano zegara analogicznego zamiast stopera.