VT Mathe – Wärmemenge

1. In einem Luftvorwärmer sollen 50000 Nm³/h Luft mit überhitztem 2,5-bar-Dampf (T=220°C) von 20°C auf 110°C erwärmt werden.

Berechnen Sie den notwendigen Massenstrom an Dampf, wenn das entstehende Kondensat mit Siedetemperatur T= 139°C abgezogen wird.

c(2,5-bar-Dampf) = 2,1 kJ/(kg*K)

r(2,5-bar-Dampf) = 2147 kJ/kg

c(Luft) = 1,015 kj/(kg*K)

p(Luft) = 1,022kg /Nm³

2. Pro Stunde soll aus m= 1000kg Trockengut eine Masse von m1= 60,0 kg Ethanol entfernt werden. Dazu muss das ethanolfeuchte Trockengut um ΔT=40,0K erwärmt und anschließend das Ethanol verdampft werden. Berechnen Sie, welche Masse m2 an Heizdampf dafür am Wärmetauscher WT3 mindestens einzusetzen ist.

c (ethanolfeuchtes Trockengut) = 1,79 kj/(kg*K)

r(Ethanol) = 846 kj/kg          r(Dampf) =2260 kj/kg

3. In einem Rohrbündelkondensator wird ein Ammoniakgasstrom vom 1000kg/h kondensiert. Die Austauschfläche das Kondensators beträgt 18m². Wegen Undichtigkeiten infolge von Korrosionsschäden müssen fünf Rohre zugeschweißt werden. Ein Rohr hat einen Außendurchmesser von 22mm, eine Wanddicke von 2,2mm und eine Länge von 1,50 m.

Ermitteln Sie rechnerisch, ob die verkleinerte Fläche zur Kondensation noch ausreicht.

Daten:

Kondensationswärme Ammoniak r :1123,44 kJ/kg

Spez. Wärmekapazität Kühlwasser c :4,18 kJ(kg*k)

Wärmedurchgangskoeffizient k : 2500 W/m² K

mittlere Temp. Differenz : 7,2K

4. Der Wärmetauscher WT2 soll eine Wärmeenergie von Q= 70,0 MJ abführen. Berechnen Sie die Masse m an Kühlwasser (in kg), die dafür erforderlich ist, wenn sich das Kühlwasser von T1= 12,0 °C auf  T2= 29,0°C erwärmt.

c(Kühlwasser)= 4,19 kj/(kg*K)

5. In ein Anlagenteil wird stündlich eine Masse von m = 53,0t Kühlmedium eingespeist. Damit wird bei einer Austrittstemperatur des Kühlmediums von γ2 = 24°C eine Wärmemenge von Q = 2,42 GJ abgeführt.

Berechnen Sie die Eintrittstemperatur γ1 (in °C) des Kühlmediums.

c(Kühlmedium) = 4,19 kJ/(kg*K).

6. lm Anlageteil T1 wird aus mH= 1000 kg feuchtem Harnstoff eine Masse von mW= 230 kg Wasser entfernt. Dazu muss das Feuchtgut um ΔT= 45,0 K erwärmt und anschließend das Wasser verdampft werden.

a) Berechnen Sie die Wärmemenge Q (in MJ), die dafür notwendig ist.

b) Berechnen Sie die Masse m (in kg) an Heizdampf, die dafür mindestens eingesetzt werden muss.

c(feuchter Harnstoff) = 2,17 kJ/(kg K)

r(Wasser) = 2254 kJ/kg

r(Heizdampf) = 2017 kJ/kg