Thema: Bilanzen, Heizwert, Standardbildungsenthalpie

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1 Tema: Bilaze, eizwert, Stadardbildugsetalpie ufgabe: Bestimme Sie de bere, mlare eizwert eies Klewasserstffgases aus de a eiem Durcfluss-Kalrimeter (Bild 1) gemessee Date. T 1, m w Gas Luft V g T G T T bgaskzeatie T Kdesat Bild 1 Prizip des Kalrimeters I eiem Durcfluss- Kalrimeter wird ei gemesseer Bregassm vllstädig verbrat, wbei die freigesetzte Reaktisetalpie der Verbreug aus dem bgas durc eie Wärmetauscer etzge wird. m usitt aus dem Wärmetauscer abe die Verbreugsprdukte (bgas ud Kdesat) wieder die gleice Temperatur wie die Edukte. Durc Messug des Külwassersmes ud seier Erwärmug, swie ggf. der Differeze der fülbare Etalpiesöme v Edukte ud Prdukte zum rmzustad ud der bgaszusammesetzug ka der Reaktisetalpiesm ud damit der eizwert bestimmt werde. a) eme Sie a, dass Gas ud Luft swie das bgas die rmtemperatur T =5 C abe. Meßdate : m w 17.1 kg/ c w kj/kg K T 1 16 C T 1 C V g l / iweise: V =.41 l /ml Stelle Sie die Etalpiebilaz zuäcst allgemei auf ud setze Sie da die rmtemperatur ei. Beziee Sie de Reaktiswärmesm auf de Bregasmlesm. Lösug: = 1560 kj/ml 1/7

2 b) Gas, Luft ud bgas abe u versciedee Temperature. Sie köe die ckee O - ud die Kzeatie im bgas messe. Uter de ame, dass es sic um eie gesättigte KWst. adelt ud dass vllstädiger Reaktisumsatz stattfidet, berece Sie: die Luftzal ud gebe Sie die Summefrmel des Bregases (C m ) a. Wie grß ist der utere eizwert u mlar ud massebezge? Berece Sie de spezifisce Luft- ud bgasmlesm ud bestimme Sie de, s feuerugstecisce Wirkugsgrad: 1 u, s L, s T 18 C T 0 C T 130 C X, 7.95 % Vl X O, 8.34 % Vl c p 39.5 kj/kml K c po 33.5 kj/kml K c po 9.53 kj/kml K c p 8.87 kj/kml K c p 33.6 kj/kml K v,o 44 kj/ml iweise: Stelle Sie die Bruttreaktisgleicug für C m Verbreug mit Luftzal auf. Leite Sie daraus die ckee Ml-Kzeatie ab. Stelle Sie die Bezieug zwisce m ud bei eiem gesättigte KWst. auf. Löse Sie die drei Gleicuge ac m,, Berece Sie de bgasmlesm als ukti des Bregasmlesms. eme Sie die gegebee, mlare Wärmekapazitäte als kstat a ud stelle Sie die Etalpiebilaz auf. eme Sie a, dass kei Wasser aus dem bgas kdesiert (T =130 C) Lösuge: m=, =6, =1.6, u = 148 kj/ml G = kj/kg G, = 94.8%, c) Wie ist die Stadardbildugsetalpie v C 6? Gegebe sid die Stadardbildugsetalpie v ud flüssigem Wasser, swie der eizwert aus Teil a). ~ ~, l O kj/ml kj/ml ( l flüssig) = 1560 kj/ml Lösug: kJ/ml /7

3 Teil a) Luft ud bgas abe rmtemperatur. Das bedeutet, dass das Verbreugswasser fast vllstädig auskdesiert ist, da der Uterscied zwisce der rmale Luftfeucte ud der eucte des gesättigte bgases bei 5 C gerig ist. Wir veraclässige diese Uterscied ud eme a, dass das gesamte Verbreugswasser kdesiert ist. u gilt es, zuerst de Mlesm des Gases G zu bestimme. 3 3 V 51, 7110 l m kml 3 V 3600, 41 s l m (1) sic würde wir u eifac de gemessee Wärmesm des Gases dividiere ud ätte de bere mlare eizwert mace wir aber c eie Etalpiebilaz, um zu see, wie mit de Stadardbildugsetalpie zusammeägt. W durc de Mlesm. Der Übug alberv Wictig ist flgedes Wisse: T 0 0 i i i, s ( ) i p, i T T c dt () d.. für T etfalle alle Terme der fülbare Etalpie (s=sesible) wege Damit kmmt da die Etalpiebilaz: i, s 0 p, i ( T ) c dt 0 (3) X X 0 (4) ,( l ) O O W Dabei verwede wir die Stadardbildugsetalpie v Wasser im flüssige Zustad, weil das Wasser vllkmme auskdesiert werde sll. Weiteri ist 0,( l) 0,( g) O O V u die Stadardbildugsetalpie v O ud vereibarugsgemäß gleic ull. Wir brige W auf die recte Seite ud dividiere durc de Mlesm. 3/7

4 X X 0 g 0 0,( l ) W O O 0 0 O 0,( l ) W O 0 0 O 0,( l ) W O (5) Die Mlesöme v ud O jeweils auf de Mlesm des Bregases bezge etsprece de stöcimeisce Keffiziete der Bruttreaktisgleicug. D.. für ei C bekmme wir: m Damit berece sic da die eizwerte: O O m ; (6) G m m 0 0 0,( l ) O 0 0 0,( g ) u O (7) Teil b) Zuäcst bestimme wir m,,. Das sid drei Ubekate, d.. wir brauce drei Gleicuge. ls erstes köe wir user Wisse eibrige, das m ud für gesättigte Klewasserstffe i eier feste Bezieug stee. C C C. C We wir das skizziere, see wir, dass für jede Klestff zwei Wasserstffatme aufete ud dass rects ud liks da c zwei de bscluss mace. ls gilt: m 1 (8) u werte wir die im bgas gemessee, ckee Mlebrüce X ud, X aus. Dazu beötige wir die Brutt-Reaktisgleicug, weil diese us de Zusammeag zwisce de bgaskmpete ud der Luftzal liefert Cm m O m O m 1 O (9) Der Mlebruc eier Kmpete im bgas ist der utiet der Mlzal dieser Kmpete dividiert durc die Summe aller Mlzale im bgas, das eißt auf der recte Seite der Bruttreaktisgleicug. Trckee Kzeatie bedeute, dass das Verbreugs- O, 4/7

5 wasser vr der Messug durc Kdesiere aus dem Messgas etfert wurde. Wir abe damit: m X, 79 m m (10) X O, m m m Zusamme mit Gleicug (8) ud eiiger lgebra ergibt sic: m 79X, 4 79 X 00 X, O, X 400 X,, 4 79 X 00 X, O, 6 (11) 1 1X 1X,, 1 1X 100 X, O, 1, 6 Die Bruttreaktisgleicug Gl. (9) gibt a, welce Stffmege pr Ml des Bregases aufete. Das eißt, dass ma eifac die stöcimeisce Keffiziete der jeweilige Terme addiert, um das Verältis v bgas- zu Bregasmlesm bzw. Luft- zu Bregasmlesm zu bekmme: m m 1 m , O,, O, 79 m O,, (1) Jetzt mace wir wieder die Etalpiebilaz: 5/7

6 wbei diesmal der Wärmesm ict gegebe ist. D.. wir müsse jetzt de Umweg über de bgasetalpiesm eme. Wir screibe die Etalpiebilaz i rm der fülbare Etalpie ud der Differez der Stadardbildugsetalpie. c T T c c T T O,, p, 0 p, O p, 0 c 1.1 0, 0 O, 0,( g ) O, O, O,, W p, c p, O c p, O c p, T 3 1. (13) Bezüglic des feuerugstecisce Wirkugsgrades köe wir die Terme 1.1 ud 1. als ufwad erkee, de sie umfasse die fülbare Etalpie v Bregas ud Luft (1.1) swie de eizwert des Bregases (1.). Der utze ist der Wärmesm Term ud der Verlust ist die fülbare Etalpie des bgassmes. Da das Verbreugswasser ict kdesiert ist, muss für die Stadardbildugsetalpie des Wassers der Wert für de gasförmige Zustad gewält werde, d.. Term 1. etsprict dem utere eizwert des Bregases ,( g ) u m O V, O (14) Die Umrecug zwisce dem ml- ud dem massebezgee Wert erflgt mit der Mlmasse: u u (15) M Damit köe wir u de euerugstecisce Wirkugsgrad screibe:, s, s 1 1 u, s L, s, L u s L, s 1 c T T c c, O, O,, c p, c p, O c p, O c p, T O,, u p, 0 p, O p, T (16) ier köe wir u Gleicug (1) eisetze. 6/7

7 1 79 m c c m c c T T u c p, T m c p, O c p, T p, p, O p, O p, (403 93) (91 93) (17) 94,8% Teil c) ,( l ) C 6 O ,( l ) C 6 O kj ml (18) 7/7