T m

Report
4. Gleichgewicht 平衡
∘ Temperaturen der Medien (Wärmeübertragung) 媒介温度(热量传递)
逆流
并行流
  k A T
Q
m
Tm :
Triebkraft = Abweichung vom Gleichgewicht
推动力 = 平衡之差
∘ Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht (Destillation/Rektifikation): 蒸汽-液相平衡
Ebulliometer nach SWIETOSLAWSKI: 沸点测定
Laboranlage
Schema
Reiner Stoff: 纯物质
Beispiel Wasser
Dampfdruck-Diagramm, Wasser 蒸汽压图
Siedediagramm tV =f(x', x'')
THIELE/MC CABE-Diagramm, x''=f(x')
allgemein 沸点图
Zweistoffgemisch: 两混合物
∘ MOLLIER-Diagramm,
Konvektionstrocknung 对流干燥
∘ Dreiecksdiagramm, Solventextraktion 萃取
A
primäres Lösungsmittel 一次溶剂
B
Übergangskomponente 过渡成分
C
sekundäres Lösungsmittel 二次溶剂
Einstufiger Trockner
hfL
Y"
0
1
2
Enthalpie der feuchten Luft, J/(kgtL)
absolute Luftfeuchte, kgw/kgtL
Frischluft
Heißluft
Abluft
Theoretische Stufe
F
E
R
M
Einspeisgemisch 加料
Extrakt 提取
Raffinat 萃余
Mischungspunkt
5. Projekte项目
5.1. Entwicklung einer Baureihe von Konvektionstrocknern für die kontinuierliche
Klärschlammtrocknung (Forschungsauftrag 1995 - 1997) 干燥机
- Bandtrockner:
a:
b:
c:
e:
f:
Nassgut 湿物料
Gutsaustritt 出口
Lufteintritt 进空气
Förderbänder 传输
Heizung 加热器
- Aufgabe: Dimensionierung von vier Baugrößen für 100 bis 500 kg/h Klärschlamm.
- Vorgehensweise:
-- Weiterentwicklung der theoretischen Grundlagen:
Ablaufplan 实施过程
- Versuchsstände 实验装置
Laborversuchsstand 实验室装置
Kleintechnischer Bandtrockner 中试设备
- Messergebnisse: 测试结果
Normierte Trocknungsverlaufskurven. Lufttemperaturen:
A:
70 °C
B:
65 °C
- Ergebnisse: 结果 Bandbreite: 干燥带宽
Bandgeschwindigkeit : 速度
Heißlufttemperatur: 热气温
Frischluftverbrauch: 耗空气
Wärmeleistung:
热量
Trocknerlänge: 干燥机长
1,2 m
0,2 m/min
95 °C
3800 bis 16600 kg/h
70 bis 310 kW
11,4 bis 44,7 m
5.2. Optimierung von Trocknungsanlagen für die Klärschlammtrocknung
(Forschungsauftrag 1998 - 2000) 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
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. 16.000 mN³/d
Biogas produziert. 造纸厂污水处理产生沼气。
Daraus entstehen: 可产生
∘ elektrische Leistung: 电力 2 MW
∘ thermische Leistung: 热量5,21 MW
∘ Abgas:废气
16.000 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
- Absorption/Abgaswäsche 吸收/洗气
∘ Schema einer kompletten Rückgewinnungsanlage für dampfförmige Lösungsmittel
- Dimensionierung der Filmkolonne: 薄膜塔选型
-- Durchmesser: Kontinuitätsgleichung für die Gasphase im Arbeitspunkt:
塔径
dK 
 AG
4m
 w AG,AP AG
dK
wAG,AP
Kolonnendurchmesser, m
Massenstrom Abgas, kg/s
Gasgeschwindigkeit im Arbeitspunkt
auf den freien Kolonnenquerschnitt
bezogen, m/s
∘ Gasgeschwindigkeit im Arbeitspunkt sollte 80 % von der Geschwindigkeit im
Inversionspunkt (Flutungspunkt) betragen.
w AG,AP  0,8 w AG
wAG
Gasgeschwindigkeit im Inversionspunkt auf den freienKolonnenquerschnitt bezogen, m/s
∘ Gleichung für die Gasgeschwindigkeit am Inversionspunkt wAG nach
PLANOWSKI und KAFAROW:
m

 3,02 w 2AG a FK AG W0,16 
  0,022  1,75  W
lg
 AG
g v FK W


 m
aFK
vFK
- Ergebnisse mit Mathcad 8.0:
⋅ Gasgeschwindigkeit am Inversionspunkt
(auf den freien Querschnitt bezogen):
⋅ Gasgeschwindigkeit am Arbeitspunkt
(auf den freien Querschnitt bezogen):
⋅ Kolonnendurchmesser:
 AG 


 W 
0,5



0,25
Massenstrom Waschwasser, kg/s
spezifische Oberfläche der Füllkörperschüttung, m²/m³
freies Volumen der FüllkörperSchüttung, m³/m³
wAG = 2,55 m/s
wAG,AP = 2,04 m/s
dK = 1,3 m
-- Höhe der Füllkörperschüttungen 填料塔高度
H  nthhäq
H
nth
häq
Höher der Kolonne, m
Theoretische Stufenzahl , Äquivalente Höhe der Stufen, m
KAFAROW:
w  
h äq  19,3  AG AG 
 AG 
0,2
 
m
 1,2
a FK
v FK  AG 
W
m
0,342
a
aFK
vFK
 W 


 AG 
0,19
 AG 


 W 
0,038
 AG
m
W
am
W
am
1
 AG
m
ln
Anstieg der Gleichgewichtsfunktion, Oberfläche der Füllkörper, m²/m³
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
5.4. Trocknungsuntersuchungen von Keramikelementen nach einer in situ-Wäsche
(Forschungsauftrag 2010 - 2012) 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 N2 + 12 H2O
SCR-Reaktor
Drei Lagen: 6048 x 3 = 18114 Elemente
Element: 900 mm x 150 mm x 150 mm
- 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
1.
2.
dY '

 K1
dt 1
Y '  YG'
dY '

 K1 '
dt 2
YK  YG'
____________________________
t ges
tges
K1
'
YAnf
 YK' YK'  YG'
YK'  YG'
 t1  t 2 

ln '
K1
K1
YEnd  YG'
Trocknungszeit, min
kinetische Konstante, 1/min
∘ kinetische Gleichung 动力学式
'
YAnf
 YK'
K1 
tK
∘ Prinzipielle Trocknungsverlaufskurve eines hygroskopischen Gutes: 吸湿干燥曲线
1, 2
Y‘Anf
K
G
t
Trocknungsabschnitte干燥阶段
Feuchtegehalt des Gutes, kgw/kgTS含水
Knickpunkt 拐点
Gleichgewicht 平衡
Zeit, min
∘ Trocknungsverlaufskurven, l = 300 mm 干燥曲线
weitere Kurven für:
150, 600 und 900 mm
∘ tK als Funktion der Länge l (Mathcad):
X=l
y = tK
Ausgleichsfunktion von 150 bis 900 mm:
tK = 0,34466 · l0,8769 + 8,8311
∘ Maßstabsübertragung auf l = 3 · 900 = 2700 mm: 放大至
Kinetisch Konstante:
K1 =
5,761⋅10-4 min-1
Zeit:
tK =
333,3 min
- Ergebnis bei 40 und bei 20°C:
· Trocknungszeit:
t = 9,1 und 11,5 h
· Trocknungsluftstrom:
= 1,052⋅106 m³/h
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')):
PS
B


lg 
 A
 133,3224 
C  tV
y
PS   Pa
x 1 
p  PS,2
PS,1  PS,2
t V   C
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
x 1 
PS,1
p
x 1
∘ Ergebnisse der ANTOINEKonstanten (Mathcad):
5.6. Beitrag zur verfahrenstechnischen Modellierung von Freistrahlanlagen für die Gewässerbelüftung, 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
∘ Impulsstrombilanz für das Segment I und für alle folgenden Bilanzgebietet: 区段衡算
 



I  I  F  F  F
I
2
 ,I
G,I
A,I
İP
FPτ
FPG
FPA
mit:
Impulsstrom, N
Reibungskraft, N
Schwerkraft, N
Auftriebskraft, N

2 
I  
Impulsstrom 2:
2
wW,2  r2 w

2  2
I  
Impulsstrom I:
I
wW,2  rI w I



w2  wI
Reibungskraft, Mantel:
F ,I  2  r2 l
 kW,2
rI  r2


Schwerkraft (senkrecht): FG,I  wW,2  r22 l g


Auftriebskraft (senkrecht): FA,I  kW,2  r22 l g
wp
r
l
∘ Quadratische Gleichung als Lösung: 二次方程式

w I2 
Geschwindigkeit, m/s
Radius, m
Länge, m
kW,2 
kW,2 
kW,2   r22 

 r22   2 
2 r2 l
2 r2 l
  2  l g cos I  0

wI 

w 2   2  w 2  1 
2
2
wW,2   rI 
 rI 
rI  r2  rI wW,2
rI  r2  rI wW,2

2
2
Ortsvektor: 位置矢量
+
2


a I,x
t I,x


w
t

I,x I,x
 
2

rI 
+
++
2
a I,y
 a I,y
t I,y


 w I,y t I,y 



2


+


w I,x  a I,x
t I,x


w I  
+
++
 w I,y  a I,y  a I,y t I,y 


+
a I,x
 
a I   +
++
 a I,y  a I,y





∘ Beispiel 1, Mathcad-Datei: “Modellrechnung Freistrahlanlage 12 30grad-s.mcdx”:
⋅ Elektrische Leistung des Propellers:
2 kW
⋅ Neigungswinkel der Anlage von der
Senkrechten, β2:
30 °
⋅ Leitrohrradius der Anlage r2 :
0,7 m
⋅ Temperatur des Gewässers, Oberfläche:
20 °C
10 m Tiefe:
15 °C
⋅ Flankenwinkel des Freistrahls, Kegelstumpfes, α:
15 °
Zeitkomponenten in x- und in y-Richtung
Bahnkurve: nichtisotherm 非等温曲线
∘ Beispiel 2, Mathcad-Datei: “Modellrechnung ∘ Beispiel 3, Mathcad-Datei: “Modellrechnung
Freistrahlanlage 13 30grad-s.mcdx”:
Freistrahlanlage 12 60grad-s.mcdx”:
⋅ wie Beispiel 1 aber isotherm
⋅ wie Beispiel 1 aber 60°
Bahnkurve 13: isotherm 等温线
Bahnkurve 12: nichtisotherm 非等温线
Bahnkurve12-60:
Bahnkurve12-30:
Beispiel 1
60 ° zur Senkrechten
30 ° zur Senkrechten
5.7. Untersuchungen zum Absetzverhalten von Flugasche im Rauchgas eines SCR-Reaktors:
Bild Prinzip einer Entstickungsanlage in
einem Kraftwerk
Strömungsablösungen in Bauteilen
Flugasche im SCR-Reaktor
Lösung: Umlenkbleche
- ARCHIMEDES-Zahl:
3
Ar 
- REYNOLDS-Zahl:
laminar: Ar ≤ 3,6
Übergangsgebiet: 3,6 < Ar < 82500
turbulent: Ar ≥ 82500
- Sedimentationsgeschwindigkeit für
kugelige Einzelkörner:
dFA g FA  RG RG
Re 
2
RG
Ar
18
 Ar 
Re  

 13,875 
1
1,4
Re  1,7408
w FA 
Re RG
dFA RG
Ar

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