Tm : Triebkraft = Abweichung vom Gleichgewicht

Präsentation zum Thema: "Tm : Triebkraft = Abweichung vom Gleichgewicht"—  Präsentation transkript:

1 Tm : Triebkraft = Abweichung vom Gleichgewicht
∘ Temperaturen der Medien (Wärmeübertragung) 媒介温度（热量传递） 逆流 并行流 Tm : Triebkraft = Abweichung vom Gleichgewicht 推动力 = 平衡之差

2 ∘ Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht (Destillation/Rektifikation): 蒸汽-液相平衡
Ebulliometer nach SWIETOSLAWSKI: 沸点测定 Laboranlage Schema

3 Reiner Stoff: 纯物质 Beispiel Wasser Zweistoffgemisch: 两混合物 Dampfdruck-Diagramm, Wasser 蒸汽压图 Siedediagramm tV =f(x', x'') THIELE/MC CABE-Diagramm, x''=f(x') allgemein 沸点图

4 ∘ Dreiecksdiagramm, Solventextraktion 萃取
A primäres Lösungsmittel 一次溶剂 B Übergangskomponente 过渡成分 C sekundäres Lösungsmittel 二次溶剂 ∘ MOLLIER-Diagramm, Konvektionstrocknung 对流干燥 Einstufiger Trockner Theoretische Stufe hfL Enthalpie der feuchten Luft, J/(kgtL) Y" absolute Luftfeuchte, kgw/kgtL 0 Frischluft 1 Heißluft 2 Abluft F Einspeisgemisch 加料 E Extrakt 提取 R Raffinat 萃余 M Mischungspunkt

5 5. Projekte项目 5.1. Entwicklung einer Baureihe von Konvektionstrocknern für die kontinuierliche Klärschlammtrocknung (Forschungsauftrag ) 干燥机 - Bandtrockner: a: Nassgut 湿物料 b: Gutsaustritt 出口 c: Lufteintritt 进空气 e: Förderbänder 传输 f: Heizung 加热器 Aufgabe: Dimensionierung von vier Baugrößen für 100 bis 500 kg/h Klärschlamm. Vorgehensweise: -- Weiterentwicklung der theoretischen Grundlagen:

6 Ablaufplan 实施过程

7 - Versuchsstände 实验装置 Laborversuchsstand 实验室装置 Kleintechnischer Bandtrockner 中试设备

8 - Messergebnisse: 测试结果
Normierte Trocknungsverlaufs- kurven. Lufttemperaturen: A: 70 °C B: 65 °C - Ergebnisse: 结果 Bandbreite: 干燥带宽 1,2 m Bandgeschwindigkeit : 速度 0,2 m/min Heißlufttemperatur: 热气温 95 °C Frischluftverbrauch: 耗空气 bis kg/h Wärmeleistung: 热量 70 bis 310 kW Trocknerlänge: 干燥机长 11,4 bis 44,7 m

9 5.2. Optimierung von Trocknungsanlagen für die Klärschlammtrocknung
(Forschungsauftrag ) 干燥机优化 Situation: - Erforderliche Heizwerte des Klärschlammes: 7 MJ/kg selbständige Verbrennung 10 MJ/kg energetische Nutzung - Klärschlammes nach mechanischer Wasserabtrennung: 4 bis 6 MJ/kg bei 35 % TS-Gehalt - Klebrige Leimphase des Klärschlammes: 40 bis 60 % TS-Gehalt - Kostenoptimierung zwischen Festkosten (Apparatekosten) und variable Kosten (Energiekosten) Lösung: - Klärschlammtrocknung mit Trockenschlammrückführung und Mischer: Rückführrate 35 % 污泥加料 废气 空气 干燥了的污泥

10 5.3.Lösungsmöglichkeiten zur Entfernung von Methanal (Formaldehyd) aus
Motorenabgasen (Forschungsauftrag 2009) 从发动机尾气中消除甲醛 In der Abwasserreinigungsanlage einer Papierfabrik werden ca mN³/d Biogas produziert. 造纸厂污水处理产生沼气。 Daraus entstehen: 可产生 ∘ elektrische Leistung: 电力 MW ∘ thermische Leistung: 热量5,21 MW ∘ Abgas:废气 mN³/d mit 100 mg/m³ Methanal 甲醛含量 (Grenzwert < 40 mg/m³) - Prinzipielle Reinigungsverfahren: 净化原理 ∘ Thermische und katalytische Oxidation (Verbrennung) 热力或催化氧化 ∘ Absorption/Abgaswäsche 收/洗气 (gewähltes Verfahren) ∘ Adsorption 吸附 ∘ biologische Abbauverfahren 生物分解工艺

11 - Absorption/Abgaswäsche 吸收/洗气
∘ Schema einer kompletten Rückgewinnungsanlage für dampfförmige Lösungsmittel

12 Dimensionierung der Filmkolonne: 薄膜塔选型
-- Durchmesser: Kontinuitätsgleichung für die Gasphase im Arbeitspunkt: 塔径 dK Kolonnendurchmesser, m Massenstrom Abgas, kg/s wAG,AP Gasgeschwindigkeit im Arbeitspunkt auf den freien Kolonnenquerschnitt bezogen, m/s ∘ Gasgeschwindigkeit im Arbeitspunkt sollte 80 % von der Geschwindigkeit im Inversionspunkt (Flutungspunkt) betragen. wAG Gasgeschwindigkeit im Inversions- punkt auf den freienKolonnen- querschnitt bezogen, m/s

13 ∘ Gleichung für die Gasgeschwindigkeit am Inversionspunkt wAG nach
PLANOWSKI und KAFAROW: Massenstrom Waschwasser, kg/s aFK spezifische Oberfläche der Füll- körperschüttung, m²/m³ vFK freies Volumen der Füllkörper- Schüttung, m³/m³ - Ergebnisse mit Mathcad 8.0: ⋅ Gasgeschwindigkeit am Inversionspunkt (auf den freien Querschnitt bezogen): wAG = 2,55 m/s ⋅ Gasgeschwindigkeit am Arbeitspunkt (auf den freien Querschnitt bezogen): wAG,AP = 2,04 m/s ⋅ Kolonnendurchmesser: dK = 1,3 m

14 -- Höhe der Füllkörperschüttungen 填料塔高度
H Höher der Kolonne, m nth Theoretische Stufenzahl , - häq Äquivalente Höhe der Stufen, m KAFAROW: a Anstieg der Gleichgewichtsfunktion, - aFK Oberfläche der Füllkörper, m²/m³ vFK Freies Volumen der Füllkörper, m³/m³ - Ergebnisse : ⋅ theoretische Stufenzahl: 理论塔板数 nth = 12 ⋅ äquivalente Höhe einer Trennstufe: 分离高度 häq = 1,03 m ⋅ Höhe der Kolonne (der gesamten Schüttungen ohne Boden- und Kopfraum): 塔高 H = 12,32 m

15 5.4. Trocknungsuntersuchungen von Keramikelementen nach einer in situ-Wäsche
(Forschungsauftrag ) 陶瓷元件干燥 Katalytische Abgasreinigung von Kraftwerksabgasen (Entstickung): 脱销催化剂 Wabenkatalysator-Stücke aus Keramik 蜂窝催化剂-陶瓷件 6 NO2 + 8 NH3 → 7 N H2O SCR-Reaktor Drei Lagen: 6048 x 3 = Elemente Element: mm x 150 mm x 150 mm

16 - Situation: Ein Kraftwerk plant diese Katalysatoren im Reaktor zu waschen.
- Auftrag: · Wasseraufnahmevermögen (50 t Wasser) · Hygroskopischen Verhaltens (Gleichgewichtfeuchte) 吸湿含水 · Trocknungsverhalten - Lösung: Messung der Trocknungsverlaufskurven ∘ Labor-Konvektionstrockner: ∘ Mathematisches Modell für die Trocknungszeit ,“Konstanten Luftzustände” :干燥时间数学模型 tges Trocknungszeit, min K1 kinetische Konstante, 1/min ∘ kinetische Gleichung 动力学式

17 ∘ Prinzipielle Trocknungsverlaufskurve eines hygroskopischen Gutes: 吸湿干燥曲线
1, 2 Trocknungsabschnitte干燥阶段 Y‘Anf Feuchtegehalt des Gutes, kgw/kgTS含水 K Knickpunkt 拐点 G Gleichgewicht 平衡 t Zeit, min ∘ Trocknungsverlaufskurven, l = 300 mm 干燥曲线 weitere Kurven für: 150, 600 und 900 mm

18 ∘ tK als Funktion der Länge l (Mathcad):
X = l y = tK Ausgleichsfunktion von 150 bis 900 mm: tK = 0,34466 · l0, ,8311 ∘ Maßstabsübertragung auf l = 3 · 900 = 2700 mm: 放大至 Kinetisch Konstante: K1 = ,761⋅10-4 min-1 Zeit: tK = ,3 min - Ergebnis bei 40 und bei 20°C: · Trocknungszeit: t = 9,1 und 11,5 h · Trocknungsluftstrom: = 1,052⋅106 m³/h

19 5.5. Bestimmung von ANTOINE-Konstanten mit einem Ebulliometer (studentische Arbeit)
∘ Gegeben: Zweistoffgemisch Ethanol-2 Butanol: ∘ Grundlagen: - ANTOINE-Gleichung (p < 101,325 kPa): -RAOULT-DALTON´sches Gesetz, Gleichgewichtsfunktion x" = f(x')): y ANTOINE-Konstanten Ethanol, tV = 78,4 °C: A = 8,65044 B = 1892,02 C = 249,47 ∘ Messwerte: x1' = 0,3448 x1'' = 0,5549 PS1 / kPa tV / °C 100 87,5 90 73,8 80 72 70 69,6

20 ∘ Ergebnisse der ANTOINE-
Konstanten (Mathcad):

21 5.6. Beitrag zur verfahrenstechnischen Modellierung von Freistrahlanlagen für die Gewässer-
belüftung, 2012, Projekt LÜCKING, LESEGANG und SCHELTWORT (Jade-Hochschule): 水源-曝气工艺 ∘ Freistrahlanlage mit den Hauptelementen Leitrohr, Propeller, Schwimmkörpern: 导管螺旋桨 Modell: Freistrahl als Zylinder, Kegelstumpf, 截头圆锥

22 ∘ Impulsstrombilanz für das Segment I und für alle folgenden Bilanzgebietet: 区段衡算
mit: İP Impulsstrom, N FPτ Reibungskraft, N FPG Schwerkraft, N FPA Auftriebskraft, N wp Geschwindigkeit, m/s r Radius, m l Länge, m ∘ Quadratische Gleichung als Lösung: 二次方程式 Ortsvektor: 位置矢量

23 ∘ Beispiel 1, Mathcad-Datei: “Modellrechnung Freistrahlanlage 12 30grad-s.mcdx”:
⋅ Elektrische Leistung des Propellers: 2 kW ⋅ Neigungswinkel der Anlage von der Senkrechten, β2: ° ⋅ Leitrohrradius der Anlage r2 : 0,7 m ⋅ Temperatur des Gewässers, Oberfläche: 20 °C 10 m Tiefe: 15 °C ⋅ Flankenwinkel des Freistrahls, Kegel- stumpfes, α: ° Zeitkomponenten in x- und in y-Richtung Bahnkurve: nichtisotherm 非等温曲线

24 ∘ Beispiel 2, Mathcad-Datei: “Modellrechnung
Freistrahlanlage 13 30grad-s.mcdx”: ⋅ wie Beispiel 1 aber isotherm ∘ Beispiel 3, Mathcad-Datei: “Modellrechnung Freistrahlanlage 12 60grad-s.mcdx”: ⋅ wie Beispiel 1 aber 60° Bahnkurve 13: isotherm 等温线 Bahnkurve 12: nichtisotherm 非等温线 Bahnkurve12-60: 60 ° zur Senkrechten Bahnkurve12-30: 30 ° zur Senkrechten Beispiel 1

25 5.7. Untersuchungen zum Absetzverhalten von Flugasche im Rauchgas eines SCR-Reaktors:
Bild Prinzip einer Entstickungsanlage in einem Kraftwerk

26 Strömungsablösungen in Bauteilen
Flugasche im SCR-Reaktor Lösung: Umlenkbleche

27 - ARCHIMEDES-Zahl: - REYNOLDS-Zahl: laminar: Ar ≤ 3,6 Übergangsgebiet: 3,6 < Ar < 82500 turbulent: Ar ≥ 82500 - Sedimentationsgeschwindigkeit für kugelige Einzelkörner: