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Alt 22.03.2009, 21:20   #1   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

Hallo

Ich hab mich hier schon durch einige Beiträge gelesen die sich mit diesem Thema beschäftigen, bin aba leider nicht richtig schlau daraus geworden wie ich die Aussagen auf meine Frage beziehen könnte! also folgende Aufgabe wurde gestellt:

In einem Reaktor wird eine Substanz bei 84°C und einem Gesamtdruck 105kPa in wässriger Lösung mit N2 als Schutzgas hergestellt. Um den Wasserdampf zu entfernen führt man kontinuierlich (V1=) 20,5 m³N/h Stickstoff zu, der den Reaktor gesättigt mit Wasserdampf verlässt.

a) Welcher Gesamtvolumenstrom in m³N/h und in m³/h verlässt den Reaktor?
b) Welcher Massenstrom an Wasser in kg/h wird ausgetragen?
c) Der mit Wasserdampf gesätigte Stickstoffstrom wird in einem Kondensator, der beim Gesamtdruck 103kPa und einer Temp. 23°C arbeitet, abgekühlt. Welcher Gesamtvolumenstrom in m³N/h und in m³/h verlässt den Kondensator?
d) Welcher Massenstrom an Wasser in kg/h wird im Kondensator abgetrennt?

Antoine-Gleichung: lnpH2O = 10,1963-(1730,63/(T-39,724)) [p]= Pa; [T]= K

Also den Partialdruck für Wasser hab ich über die Gleichung berechnet (p2=54954Pa) und darüber den Partialdruck des Stickstoffs (p1=50046Pa), aba weiter komme ich nicht wirklich, da der Ansatz den ich hatte falsch war! (Ich dachte mir: p1·V1=p2·V2)

Ich hoffe jemand kann mir hier weiter helfen!
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Alt 23.03.2009, 01:05   #2   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

Also ich habe das jetzt mal nur überflogen und mir ein paar spontane Gedanken gemacht:
Für a) würde ich erstmal eine Materienbilanz erstellen.
Bei b) müsstest du über eine Wärmebilanz an den Massenstrom von Wasser kommen
Bei c) rechnest du mit Beladungen des Stickstoffstromes mit Wasser ausgehend von der Beladung Null und mit der Endbeladung 100%...bzw. relative Feuchte heißt das glaube ich...müsstest du mal nachgucken; so ad hoc kann ich das auch nicht.
und d) müsste sich aus c) ergeben
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 15:27   #3   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
Frage AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

Danke für die Tipps, nur leider komme ich mit ihnen nicht weiter!

ich hab mich mal an sone Mengebilanz versucht aba ich komme nicht zu vernünftigen Ergebnissen, ich hab keine Ahnung wie ich da vorgehen soll, ich hab zwar ein Beispiel hier aba damit komm ich bei dieser Aufgabe nicht weiter!

Bei b) müsstest du über eine Wärmebilanz an den Massenstrom von Wasser kommen

? Wärmebilanz? Ich hab da zwar ne Gleichung, aba da fehlt mir jetzt die Masse Wasser (könnte man auch über m=V·\varphi ausrechnen aba dazu brauche ich ja vorher den Volumenstrom Wasser):

mDampf·CP· \Delta T = mKonendsiert·\DeltaVH
CP= 4,2kJ/kgK; \Delta T = 84-20(?); \DeltaVH= 2257kJ/kg
Kann ich das darüber ausrechnen oder geht der Zusammenhang hier nicht?
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DanaG ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 15:30   #4   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

was mir grad noch eingefallen ist, den Volumenstrom über die igeale Gasgleichung zu berechnen: Vp=nRT mit n= Stofmengenstrom= 1 (kann man das so machen?)
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Alt 23.03.2009, 16:12   #5   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

weiß ich nicht...würde ich aber, glaube ich, auch nicht so machen.

So richtig reingedacht habe ich mich immer noch nicht, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass das über die relative Feuchte zu rechnen sein muss....Materiebilanz war übrigens Quatsch, weil das Reaktionsgemisch (wie ich es verstehe) diskontinuierlich im Reaktor bleibt.

Ich gehe mal davon aus, dass der verwendete Stickstoff keinerlei Wasserdampf beinhaltet. Demnach ist die relative Feuchte Null.
Beim Austritt aus dem Reaktor müsste die relative Feuchte 1 sein. Über die Temperatur- und Druckangaben müsstest du dann auf die masse Wasser kommen, die im Wärmetauscher kondensiert, was die Antwort auf d) wäre.
Ich weiß gerade nicht genau wie das funktioniert, weil ich da grad nicht so drin bin, aber guck dir das mal in der Literatur an.

Mehr kann ich dir da jetzt auch nicht sagen, weil ich mich im Moment nicht so in die Aufgabe rein denken kann. Ich hoffe ich konnte trotzdem helfen.
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 16:47   #6   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

so wirklich hilft mir das leider nciht da ich immer noch nciht die erste Teilaufgabe lösen konnte, und so mit mir für den rest die Werte fehlen!

Ich hoffe das vllt noch jemand einen für mich verständlicheren Lösungsansatzt hat!?

Danke dir, Alex, für deine Vorschläge!
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Alt 23.03.2009, 17:34   #7   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

nur mal so ne Idee.

den Wasserdampfpartialdruck hast du ja berechnet. Dann erhälst du aus den Gesamtdruck und dem Partialdruck den Stoffmengenanteil von Wasserdampf in der Gasphase. Wenn der Volumenstrom konstant bleibt, kannst du damit den Volumenanteil des Wasserdampfes ausrechnen.
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 17:36   #8   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

der volumenstrom ist aber glaube ich nicht konstant...mist

versuch das doch mal mit dem idealen Gasgesetz für die Partialdrücke und guck, ob was sinnvolles raus kommt.
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 23:07   #9   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

so habs mal so ausgerechnet wie ich mir das denke!

V N2 20°C...............20,5m³/h......mit p=101,3Kpa
p ges 84°C..............105kPa
p H2O 84°C..............55kPa.........Antoin-Gleichung
p N2 84°C...............50kPa.........p1=pges-p2
V H2O 84°C..............0,054m³/h.....ideale Gasgleichung mit n01mol/h;
......................................R=8,314kPaL/molK; T=375K
V N2 84°C...............41,53m³/h.....p1V1=p2V2
V ges 84°C..............41,58m³/h.....V ges=V1+V2
V ges 20°C..............43,11m³/h.....p1V1=p2V2
(V H2O 20°C.............22,6m³/h......V ges=V1+V2)

bei der Aufgabe b) bin ich mir nciht sicher hab 2 Ideen:
Ich hab ja den Volumenstrom vom Wasser bei normalbedingungen (22,6m³/h), so könnte ich den Massenstrom doch über die Dichte berechnen, hier wär meine Frage ob ich die Dichte von Wasser oder Wasserdampf zum Berechnen benutze?
Zweite Idee wäre über die ideal Gasgleichung (mit n=m/M und pH2O 84°C 55kPa)

Leider komme ich auf drei verschiedene Ergebnisse:
Idee 1.1: 22,6kg/h
Idee 1.2: 13,3kg/h
Idee 2: 7,54g/h (ist wegen den 18g/mol so winzig)
Welches von denn nu das richtige ist oder ob überhaupt eins davon richtig ist kann ich nicht einschätzen!

zu c) und d) mach ich mir jetzt mal ein paar ernsthafte Gedanken!
__________________
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DanaG ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 23:40   #10   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

ich weiß...erst sag ich hühh, dann hott, aber...

ich habe das jeztzt doch nochmal mit dem molenbruch versucht. bei kleinen Drücken kann man das Raoultsche (oder das henrysche...ich werfe die immer durch einander) Gesetz verwenden, das besagt, dass Dampfdruck gleich Molenbruch mal gesamtdruck ist.
Dampfdruck hast du berechnet, gesamtdruck ist gegeben. Daraus lässt sich der Molenbruch der Gas/dampfphase berechnen...ich bekomme 0,524 für Wasser raus. Somit ist der Molenbruch für Stickstoff 0,476.
Unter der Annahme, dass die Stoffmenge, die in den behälter rein geht auch wieder raus geht, muss der Volumenstrom konstant bleiben, sofern auch der Druck konstant bleibt. Somit ergeben sich aus den Produkten von den jeweiligen Molenbrüchen und dem Gesamtvolumenstrom die Volumenströme von Wasserdampf und Stickstoff. nach meiner berechnung sind das 10,74m³/h Wasserdampf und 9,76m³/h Stickstoff.
Multiplizierst du das Volumen des Wasserdampfes mit der Dichte von wasserdampf, müsstest du den massenstrom an Wasserdampf erhalten.
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.03.2009, 23:55   #11   Druckbare Version zeigen
Alex81 Männlich
Mitglied
Beiträge: 16
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

Falls das so richtig ist, würde Aufgabe c) dann genauso nur rückwerts gehen. Du berechnest dann wieder den partialdruck (bei 23°C) und daraus folgend den Molenbruch. Damit ergeben sich dann die Volumenströme in Wasser und Stickstoff nach dem Kondensator.
Damit dürfte dann auch klar sein, Welche Masse an Wasser im Kondensator abegschieden wird.
Ich glaube übrigens, dass die relativen Luftfeuchten in der Antoin-Gleichung drin stehen, aber wissen tue ich das nicht.
Alex81 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.03.2009, 00:54   #12   Druckbare Version zeigen
DanaG weiblich 
Mitglied
Themenerstellerin
Beiträge: 19
AW: Kondensation von Wasser im Stickstoffgasstrom

Also das mit Molembruch (übrigens heißt jetzt Stoffmengenanteil )kann ich mir irgendwie nicht ganz vorstellen, denn das würde bedeuten das Stickstoff in den Reaktor geht und nciht wieder raus kommt, oder sehe ich das falsch? und wie komme ich mit deinem Weg auf den Gesamtvolumenstrom? über die ideale Gasgleichung und mit n=20,5m³/h und p=105kPa und T= 357K?

so mir sind da grad so mal die schuppen von die Augen gefallen, bzw. das Brett ist endlich vom Kopf geklumst:

ich hatte in der letzten Klausur eine rechen felher und hab ihn nicht gesehen aba nu glaube ich hab ich ihn, der Zusammenhang p1V1=p2V2 ist falsch bzw hier nciht korrekt sondern V1/p1=V2/p2, dann kann ich nämlich auch endlich die Übungsaufgabe lösen (manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr)

so bleibt dan für mich nur noch die Frage ab ich den Massenstrom über die Dichte oder die ideale Gasgleichung ausrechen? hm.... du sagst über dichte ich weiß aba er gibt die dichte nciht an! und die dichte von wasserdampf war mir bis heute nciht bekannt! gut zur not nimmt man halt die von wasser wäre bestimmt auch ein halber punkt..... bin unsicher

also ich rechne mir die sachen noch mal mit der neuen gleichung aus und dann gucke ich wie ich mit c) und d9 zurecht komme, wenns nur rückwärts ist sollte ich das ja hin bekommen!


muss meiner schande muss ich gestehen ich schreibe morgen um 8Uhr die klausur die über mein weiteres Leben entscheidet! aba ich hoffe wenn ich zwei seiner aufgaben ausreichend lösen kann dass es dann noch für ne 4,0 reicht.
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