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Abgasmengen bei Verbrennung berechnen
 
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burnout



Anmeldungsdatum: 25.09.2015
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: 26. Sep 2015 07:29    Titel: Abgasmengen bei Verbrennung berechnen Antworten mit Zitat

Hallo

Ich bin kein Chemiker sondern Elektrotechniker (noch Student). Ich sitze gerade an einem Prüfungsbeispiel welches zum Ziel hat die Massenströme im Abgas eines Kohlekraftwerks zu berechnen.

Für die Kohle die verbrannt wird existiert eine chemische Analyse. Gegeben sind die Massenprozent für C, H2, O und S

soweit so gut. Es soll eine stöchiometrische Verbrennung gerechnet werden. Das ganze soll ohne Bildung von Stickoxiden ablaufen.

Ich habe dabei ein Problem:
Zur Berechnung der notwendigen Luftmenge muss ich einerseits die notwendige Menge Sauerstoff, welche zur vollständigen Verbrennung von C, H2 und S benötigt wird, errechnen. Von dieser Sauerstoffmenge muss ich die Menge an Sauerstoff abziehen welche ich mit der Kohle zuführe, denn ich gehe davon aus, dass dieser auch dem Prozess zur Verfügung steht.

Nun habe ich den benötigten Massenstrom an O2 berechnet. Von dem habe ich den Massestrom an O aus der Zufuhr der Kohle abgezogen. Leider komme ich nicht auf die offizielle Lösung des Instituts.

Wir haben nun nach mehreren Versuchen eine einzige Lösung eingegrenzt: Der Massenstrom an O durch die Zufuhr der Kohle entspricht einem Massestrom O2 der genau halb so groß ist.

Meine Ideen:
Mir persönlich kommt das sehr komisch vor, denn für mich ist ein kg ein kg, egal wie ich es betrachte.

Ich habe bei der Berechnung der Verbrennung versucht einmal mit O und einmal das gleiche mit O2 zu rechnen. Ich bekomme klarerweise das gleiche Ergebnis raus.
Nobby
Administrator


Anmeldungsdatum: 20.10.2014
Beiträge: 5213
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: 26. Sep 2015 11:23    Titel: Antworten mit Zitat

Poste mal den genauen Aufgabentext.

Ich vermute Mal die Masseprozente beziehen sich auf die Kohle. Diese enhält x% C, y% H(2), z%O und u% S. Wobei die Angabe H2 merkwürdig ist, da beim Sauerstoff nur O angegeben wird. Der zugeführte Sauerstoff muß auf jeden Fall O2 heißen, da er so in der Natur vorkommt. Das O ist richtig, da es nicht zugeführter Sauerstoff ist sondern der steckt in sauerstoffhaltigen Verbindungen in der Kohle. Bei Wasserstoff müßte man den eigendlich auch als H betrachten, da er in Kohlenwasserstoffen in der Kohle gebunden ist.
Wie es auch ist. Man kann die Verbrennungsgleichungen der einzelnen Elemente aufstellen. Da kann man rauskriegen wieviel O2 verbraucht wird.
Sicherlich entspricht 0.5 O2 = 1 O
ka



Anmeldungsdatum: 01.10.2012
Beiträge: 1832

BeitragVerfasst am: 26. Sep 2015 15:09    Titel: Re: Abgasmengen bei Verbrennung berechnen Antworten mit Zitat

burnout hat Folgendes geschrieben:

Wir haben nun nach mehreren Versuchen eine einzige Lösung eingegrenzt: Der Massenstrom an O durch die Zufuhr der Kohle entspricht einem Massestrom O2 der genau halb so groß ist.

Meine Ideen:
Mir persönlich kommt das sehr komisch vor, denn für mich ist ein kg ein kg, egal wie ich es betrachte.


Ich teile Ihre Auffassung. Solange man mit Massen und Massenanteilen rechnet, ist es egal, ob man auf O oder auf O2 bezieht. Denn für jede definierte "Sauerstoffportion" gilt :

m(O) = m(O2)

Im Übrigen unterstütze ich Nobbys Bitte um den Originaltext der Aufgabe.

_________________
Friedrich Karl Schmidt
burnout



Anmeldungsdatum: 25.09.2015
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: 27. Sep 2015 08:59    Titel: Antworten mit Zitat

Danke schon mal für die Antworten

Konkret geht es um Punkt d der folgenden Angabe (Kopie des digitalen originals):

Ein Fernheizkraftwerk verfügt über eine elektrische Leistung von 246 MW bei einem Gesamtwirkungsgard (elektrisch) von 40%
Die verwendete Steinkohle hat ein spezifisches Volumen von 1,35t/m³ und einen Heizwert von 33 MJ/kg

Chemische Analyse Steinkohle (Massenprozent):
Wassergehalt: 3% Aschegehalt: 5,6%

Elementaranalyse des wasser- und aschefreien Brennstoffs (Massenprozent):
C: 84,7% H2: 5,4% O: 9% S: 0,9%

Zusammensetzung Luft (Volumsprozent):
O2: ~21% N2: ~79% Luftdichte: ~1200g/m³ Vm = 22,4136 Liter/mol

Spezifische Wärmekapazitäten in kJ/(kg∙K) bei konst. Druck 1 bar und 800°C:
CO2: 1,085 H2O: 2,073 O2: 1,015 N2: 1,096 SO2: 1,096

Chemische Formel H H2 C N O H2O N2 O2 S CO2 SO2
Molekulargewicht[g/mol] 1 2 12 14 16 18 28 32 32 44 64

a. (3) Welche Brennstoffzufuhr ist für das Fahren unter Nennleistung pro Stunde notwendig?

b. (3) Welcher Volumenstrom ergibt sich für Punkt a?

c. (5) Welcher wasser- und aschefreier Massen- und Volumenstrom der Brennstoffkomponenten ergibt sich bei Nennleistung?
Hinweis: Das spezifische Volumen von Steinkohle soll vereinfachend gleich bleiben.

d. (10) Bestimmen Sie die Massenströme der Abgaskomponenten.
Hinweis: Bei der Verbrennung werden keine Stickoxide gebildet und Annahme einer stöchiometrische Verbrennung.

e. (4) Bestimmen Sie die Verbrennungstemperatur.
burnout



Anmeldungsdatum: 25.09.2015
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: 27. Sep 2015 09:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hab noch die offizielle Lösung vom Institut:

Massenstrom CO2 = 52,9 kg/s
Massenstrom H2O = 8,278 kg/s
Massenstrom SO2 = 0,307 kg/s

Massenstrom O2 = 0 kg/s
Massenstrom N2 = 141,252 kg/s
ka



Anmeldungsdatum: 01.10.2012
Beiträge: 1832

BeitragVerfasst am: 29. Sep 2015 15:55    Titel: Antworten mit Zitat

burnout hat Folgendes geschrieben:


Ein Fernheizkraftwerk verfügt über eine elektrische Leistung von 246 MW bei einem Gesamtwirkungsgard (elektrisch) von 40%
Die verwendete Steinkohle hat ein spezifisches Volumen von 1,35t/m³ und einen Heizwert von 33 MJ/kg

Chemische Analyse Steinkohle (Massenprozent):
Wassergehalt: 3% Aschegehalt: 5,6%

Elementaranalyse des wasser- und aschefreien Brennstoffs (Massenprozent):
C: 84,7% H2: 5,4% O: 9% S: 0,9%

Zusammensetzung Luft (Volumsprozent):
O2: ~21% N2: ~79% Luftdichte: ~1200g/m³ Vm = 22,4136 Liter/mol

Spezifische Wärmekapazitäten in kJ/(kg∙K) bei konst. Druck 1 bar und 800°C:
CO2: 1,085 H2O: 2,073 O2: 1,015 N2: 1,096 SO2: 1,096

Chemische Formel H H2 C N O H2O N2 O2 S CO2 SO2
Molekulargewicht[g/mol] 1 2 12 14 16 18 28 32 32 44 64


Nichts für ungut, aber diese Aufgabe ist pädagogisch weitgehend sinnlos. Denn rein fachlich könnte es eine Hausaufgabe für Chemie 10. Klasse sein, deren Lösung also weder umfangreiches Verständnis noch Kenntnis voraussetzt, die aber andererseits durch Angabenvielfalt Rechenfehler im Flüchtigkeitsbereich " en masse" provoziert , von denen jeder auf fast alle geforderten Teilergebnisse durchschlagen würde.
Ich jedenfalls möchte mir diese Rechnerei nicht antun, aber gern das mir Mögliche beitragen.

So beginne ich erst einmal mit der Stoffmengenbilanz für den insgesamt benötigten Sauerstoff :



Zwar erscheint es mir einfacher, erst einmal weiter mit Stoffmengen zu rechnen, schreibe gleichwohl aber auch noch die entsprechende Massenbilanz auf :









Meine oben geäußerte Vermutung, dass es einfacher sei , erst einmal mit Stoffmengen weiter zu rechnen, stelle ich nunmehr in Frage. Wahrscheinlich würde man beim Rechnen mit Massen weniger Brüche zu schreiben haben.
Soviel für's Erste.

_________________
Friedrich Karl Schmidt
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