Vaporisierung
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Warum muss bei der Entleerung einer Anlage zunächst das Fluid abgeleitet werden und erst danach der Druck reduziert werden? 1. Bei gewöhnlichen Flüssigkeiten führt es, wenn zuerst der Druck reduziert und anschließend das Fluid abgeleitet wird, dazu, dass in der Entleerungsanlage kein Druck mehr vorhanden ist – dadurch kann das Fluid nicht abfließen. Selbst bei einem Druckunterschied kann das Fluid nicht vollständig abgeleitet werden. 2. Bei Stoffen mit niedrigem Siedepunkt verdampft das Fluid bei vorheriger Reduzierung des Drucks schnell. Dadurch sinkt die Temperatur stark ab, was zu einem Überkühlen führen kann. Materialien neigen bei niedrigen Temperaturen dazu, zu verhärten – das beeinträchtigt erheblich die Lebensdauer der Anlage. 3. Zudem kann es, wenn das Material Wasser enthält, zu einer Mischung aus Kohlenwasserstoffen und Wasser kommen, wodurch die Leitungen verstopfen können. Das sind die Gründe dafür, warum bei der Entleerung einer Anlage zunächst das Fluid abgeleitet und erst danach der Druck reduziert werden muss. Der wichtigste Grund ist der zweite Punkt: Wenn zuerst der Druck reduziert wird, verdampft das Fluid schnell, die Temperatur sinkt stark ab – dadurch kann es zu einem Überkühlen kommen. Ich würde gerne wissen, wie sich das vom Sieden unterscheidet. Tritt beim Sieden ebenfalls ein Überkühlen auf? Ich bitte um Rat von den Experten, danke.
Was die Verdampfung angeht: Warum muss beim Entleeren der Anlage zunächst das Flüssigkeit ausgeschüttet werden und erst danach der Druck reduziert werden? Meiner Ansicht nach liegt der Grund dafür im gleichen Prinzip wie bei der normalen Verdampfung – nämlich darin, dass eine plötzliche Senkung des Drucks unter den Sättigungsdampfdruck bei der aktuellen Temperatur zur Verdampfung führt. Der Unterschied zur normalen Verdampfung besteht darin, dass die treibende Kraft für diese Art der Verdampfung nicht anhaltend ist, sondern nur lokal wirkt. Wenn die durch die Verdampfung entstehenden Gase nicht abgeleitet werden, steigt der Druck wieder an, sodass das System wieder in einen zweiphasigen Gleichgewichtszustand gelangt und keine weitere Verdampfung mehr stattfindet. Unter „Überkühlung“ versteht man dabei etwas Relatives. Genauer gesagt wird diese spontane Verdampfung durch einen Druckunterschied verursacht; es kommt dabei keine Wärmeentnahme zur Deformation des Materials vor – es handelt sich dabei lediglich um eine Art Dehnungsversuch. Ich bin gerne bereit, Kritik von Experten entgegenzunehmen.
Man kann das natürlich als Verdampfung verstehen: Es handelt sich ursprünglich um ein Hochdrucksystem. Durch einen plötzlichen Druckabfall sinkt der Druck, wodurch die Flüssigkeit im Hochdrucksystem von einer gesättigten Flüssigkeit in gesättigten Dampf übergeht. Einfach ausgedrückt: Flüssigkeiten verdampfen zu Gasen. Dabei wird Wärme aufgenommen, wodurch die Temperatur des Systems sinkt – es kann sogar zu extrem niedrigen Temperaturen kommen. Außerdem kann man es auch aus der Sicht der Energieumwandlung verstehen: Durch Verdampfung und Ausdehnung wird Arbeit an die Umwelt geleistet, wodurch die innere Energie des Systems abnimmt und die Temperatur sinkt. Im Gegensatz zur Ansicht oben: Wenn durch die Entlastung das Flüssigkeit in Gas umgewandelt wird, kommt es zu einer gewissen Kompensation des Drucks. Doch da der Entlastungsprozess kontinuierlich stattfindet, setzt auch die Verdampfung fort. Dadurch kann die Temperatur weiter sinken, bis der Druck vollständig abgebaut ist oder die Verdampfung des Flüssigkeits abgeschlossen ist. Extrem niedrige Temperaturen sind immer noch möglich. Daher darf man den Druck nicht zuerst ablassen; zuerst muss die Flüssigkeit abgeleitet werden, bevor der Druck reduziert werden kann.
Das scheint etwas mit dem Zusammenhang zwischen dem Drosselungseffekt und dem Verdampfungseffekt zu tun zu haben. Beim Verdampfungseffekt scheint sich die Temperatur nicht wesentlich zu verändern, während der Drosselungseffekt offensichtlich temperaturbedingt ist. Die genauen Unterschiede sollten in den chemischen Eigenschaften des Stoffes erklärt werden – mir fällt im Moment nichts ein