<
>
swopdoc logo
Download
a) trade for free
b) buy for 5.32 $
Document category

Internship Report
Process engineering

University, School

Universität Ulm

Grade, Teacher, Year

2,2016

Author / Copyright
Text by Hermann T. ©
Format: PDF
Size: 1.32 Mb
Without copy protection
Rating [details]

Rating 5.0 of 5.0 (1)
Live Chat
Chat Room
Networking:
0/0|0[0.0]|1/10







More documents
Physikalisch-Ch­emi­sches Grundpraktikum Sommersemester 2011 Protokoll V05–Verbr­enn­ungsenth­alpie einer festen organischen Substanz Betreuer/in: Erik Bründermann Abstract Im folgenden Versuch wurde die Wärmekapazität eines Bomben-Kalorime­ter­s mit Hilfe einer Kallibrationsme­ssu­ng bestimmt. Der Versuch wurde zweimal durchgeführt. Für die erste Durchführung wurde Benzoesäure zur Kallibration verwendet und für die zweite Durchführung wurde die organische Substanz Anthracen verwendet.…
xVersuchsprotok­oll­: Versuch: waagerechten Wurf und zur schiefen Ebene; die Murmelbahn-Wett­e Thema: Ziel dieses Versuches war die Weite Sx des waagerechten Wurfes einer Murmel, die auf einer schiefen Ebene mit dem Winkel über einem Tisch der Höhe H0 rollt zu Berechnen. Um Sx zu berechnen muss man erst einmal die Geschwindigkeit V in Abhängigkeit des Winkels, V(, und in Abhängigkeit der Länge der Bahn s, V(berechnen. Für V( gilt es nun eine Formel herzuleiten. Mit Hilfe der Formel an der Schiefen Ebene können wir nun V( benutzen…

Grundpraktikum Chemieingenieurwesen

Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung

Inhaltsverzeichnis

1    Einleitung. 1

2    Theorie. 1

2.1   Wärmeübertragung  1

2.2   Wärmeleitung  1

2.3   Wärmedurchgang  2

2.4   Gleich- und Gegenstrom    3

2.5   Platten- und Rohrbündelwärmetauscher  3

3    Simulation durch Aspen Plus. 4

3.1   Gleich- und Gegenstrom des Rohrbündel- und Plattenwärmetauschers  5

3.1.1  Diskussion der Simulation von Rohrbündel- und Plattenwärmetauscher  6

3.2   Variation der Warmwassertemperatur  6

3.2.1  Diskussion der simulierten Daten mit variabler Warmwassertemperatur  7

3.3   Variation des Warmwasservolumenstrom    7

3.3.1  Diskussion der Simulation mit variablem Volumenstrom    8

4    Quellenverzeichnis. 9


1      Einleitung

Wärmetauscher sind aus der chemischen Prozesstechnik als Apparatur zur Übertragung von thermischer Energie eines warmen Fluides auf ein kaltes Fluid kaum noch wegzudenken. Hierbei wird ein Wärmetauscher unter anderem durch die Durchflussmenge der Fluide, die apparative Gestaltung sowie den Wärmedurchgangskoeffizient  maßgeblich charakterisiert.

Diese drei Eigenschaften werden im Folgenden zuerst durch Simulation mit Aspen Plus und darauffolgende Modellierung im Versuch untersucht.

2      Theorie

In Wärmetauschern findet eine indirekte Wärmeleitung statt. Hierzu werden zwei Fluidströme baulich durch eine Wand getrennt aneinander vorbeigeführt. An einem solchen Übergang findet ein Wärmedurchgang vom heißen Fluid durch die Trennwand ins kalte Fluid statt.

Hierbei treten zwei unterschiedliche Wärmeübertragungsmechanismen auf: Die Wärmeübertragung zwischen Fluid und Trennwand tritt jeweils auf der Seite des heißen und des kalten Fluides auf und durch die Trennwand findet Wärmeleitung statt.

2.1     Wärmeübertragung

Die Wärmeübertragung von einem Fluid und einem Festkörper ist von vielen Parametern wie Fluidgeschwindigkeit, Turbulenzen des Fluides, Oberflächenbeschaffenheit des Festköpers etc. abhängig. Aus diesem Grund wird für eine stationäre Wärmeübertragung von einem Fluid zu einem Festkörper in der Regel ein vereinfachendes Modell verwendet, nach dem sich die Temperatur des Fluides nur in einer Grenzschicht zum Festkörper linear ändert.

Die übertragene Wärme hängt somit nur noch von der Temperaturdifferenz  zwischen Fluid und Trennwand, der Übertragungsfläche und dem Wärmeübergangskoeffizient ab.


(2.1)

2.2     Wärmeleitung

Innerhalb von homogenen Festkörpern wird im stationären Fall für eine ebene Geometrie ein annähernd lineares Temperaturprofil erreicht. Dies kann auch für Rohre  angenommen werden, solange der Radius des Rohrs sehr viel größer ist als die Wanddicke.

[read full text]
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis
This page(s) are not visible in the preview.
Please click on download.
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis

Hierbei ist  die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz.


(2.8)

Hierbei stellen   und die maximalen bzw. minimalen Temperaturdifferenzen der Fluide innerhalb des Wärmetauschers dar.

2.4     Gleich- und Gegenstrom

                  


Die Fluidströme können einen Wärmetauscher gleich- oder gegenläufig durchfließen. Man spricht somit von einem Gleich- bzw. Gegenstrom. Im Gleichstromwärmetauscher nähern sich die Fluidtemperaturen bis zu einer Mischtemperatur exponentiell an. Somit kann die Temperatur des kalten Fluides an keiner Stelle wärmer werden, als die des heißen Fluides.

Im Gegenstromwärmetauscher kann allerdings das heiße Fluid direkt nach Eintreten Wärme auf das austretende kalte Fluid übertragen. Somit kann die Temperatur des kalten Fluides nach Austritt höher sein als die die Temperatur des austretenden heißen Fluides.

2.5     Platten- und Rohrbündelwärmetauscher

Für den Versuch werden zwei verschiedene Aufbauten von Wärmetauschern genutzt: Ein Plattenwärmetauscher besteht aus mehreren Platten, in deren Zwischenräumen jeweils warmes und kaltes Fluid aneinander vorbei geführt werden. Prinzipiell ergeben sich durch den allgemeinen Aufbau eines Plattenwärmetauschers die Möglichkeiten, die Fluide in gleicher Flussrichtung (Gleichstrom), in entgegengesetzter Richtung (Gegenstrom) oder um 90° gegeneinander gedreht (Kreuzstrom) aneinan.....

Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis
This page(s) are not visible in the preview.
Please click on download.
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis

Außerdem wird die Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers benötigt.

Abbildung 3: Darstellung des Wärmetauschers HeatX in Aspen Plus.

Zur Modellierung wurden aus den Angaben der im Versuch verwendeten Versorgungseinheit WL-110 folgende mögliche Versuchsparameter für Simulation und Experiment entnommen:

Tabelle 1: Verwendete Standartparameter für die Simulation.

Heißes Fluid

Kaltes Fluid

Temperatur

60° C

20°C

Volumenstrom

120 l min-1

120 l min-1

Außerdem wurden aus den Herstellerangaben als Wärmeübertragungsfläche für den Plattenwärmetauscher  und für den Rohrbündelwärmetauscher  entnommen. Die wirksame Länge der Wärmetauscher entlang der Fließrichtung beträgt jeweils.

3.1     Gleich- und Gegenstrom des Rohrbündel- und Plattenwärmetauschers

Zunächst sollen Rohrbündel- und Plattenwärmetauscher im Gleich- und Gegenstrombetrieb simuliert werden. Aus den Simulationsdaten wird für alle vier Fälle ein Diagramm der Temperatur des heißen und des kalten Fluides gegen die Position x im Wärmetauscher aufgetragen:

Abbildung 4: Simulierte Temperaturverläufe innerhalb der Wärmetauscher. Links Rohrbündelwärmetauscher, rechts Plattenwärmetauscher, oben im Gegen- .....

Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis
This page(s) are not visible in the preview.
Please click on download.
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis

In der Auswertung wird eine Bilanz über die Fluidströme errechnet, um mögliche Verluste zu ermitteln.

Im Gleichstrom lassen sich die Temperaturverläufe, die sich einer gemeinsamen Asymptote nähern, erkennen. Der exponentielle Verlauf ist jedoch aufgrund der relativ geringen Wärmeübertragungsfläche  der Wärmetauscher schlecht zu erkennen.

Es ist jedoch zu sehen, dass die Temperaturverläufe des Plattenwärmetauschers aufgrund der größeren Wärmeübertragungsfläche steiler verlaufen. Im Experiment lassen sich nur die Eingangs- und Ausgangstemperaturen der Ströme messen. Aus diesem Grund können im Vergleich zwischen der Simulation und dem Experiment nur die Ausgangstemperaturen verglichen werden, nicht der tatsächliche Verlauf der Temperaturen innerhalb des Wärmetauschers.

Die Wärmedurchgangskoeffizienten des Rohrbündel- und Plattenwärmetauschers sind identisch. Dies gilt sowohl für Gleich- als auch für Gegenstrombetrieb. In der Realität ist jedoch zu erwarten, dass die Koeffizienten eines Wärmetauschers im Gleich- und Gegenstrombetrieb konstant bleiben, da dies eine charakteristische Größe für den Aufbau des Wärmetauschers darstellt, sich die Koeffizienten der Wärmetauscher-Typen jedoch aufgrund von unterschiedlicher Bauweise, Wandstärke und Durchströmung unterscheiden.

3.2     Variation der Warmwassertemperatur

Es soll die Abhängigkeit des Wärmestroms  von der Temperaturdifferenz der Fluide ermittelt werden. Hierzu werden Simulationen für den Plattenwärmetauscher im Gegenstrombetrieb mit Eingangstemperaturen des heißen Fluides von 25 bis 60°C in 5 K Intervallen erstellt.

Der Wärmestrom  über die gesamte Übertragungsfläche  wird danach auf die logarithmische mittlere Temperat.....

Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis
This page(s) are not visible in the preview.
Please click on download.
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis

Außerdem nehmen die thermischen Verluste durch steigende Warmwassertemperaturen zu.

3.3     Variation des Warmwasservolumenstrom

Ebenfalls eine interessante Fragestellung ist, in wieweit der Wärmestrom  vom Volumenstrom

der Fluide abhängig ist. Hierzu wird der Volumenstrom des kalten Wassers auf 120 l/h gesetzt und der Volumenstrom des heißen Wassers variiert. Außerdem wird der mittlere Wärmedurchgangskoeffizient  gegen den Volumenstrom angegeben, da dieser durch unterschiedlich große Turbulenzen variieren sollte.

Abbildung 6: Abhängigkeit des Wärmestroms  bei unterschiedlichem Warmwasservolumenstrom .

Tabelle 3: Änderung des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten  in Abhängigkeit des Warmwasservolumenstroms .

Volumenstrom

(Warmwasser)

l h-1

450

300

250

200

150

km


W m-2 K-1

849,9998

849,9997

849,9997

849,9996

849,9995

Volumenstrom

(Warmwasser)

l h-1

90

50

30

20

10

km


W m-2 K-1

849,9991

849,9999

849,9999

849,9999

849,9999

3.3.1     Diskussion der Simulation mit variablem Volumenstrom

Im letzten Teil der Simulation lässt sich ein beschränktes Wachstum des Wärmestroms  in Abhängigkeit des Warmwasservolumenstroms  erkennen. Die Grenzfälle für  und   lassen sich mit Formel (2.3) erklären: bei sehr geringem  nimmt die Warmwassertemperatur rapide ab und somit sinkt auch die Temperaturdifferenz in Abhängigkeit zur Position x im Wärmetauscher sehr schnell.

Dadurch geht auch die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz in Formel (2.6) gegen Null und somit ebenfalls der Wärmestrom. Wird  sehr groß, kann im Grenzfall die logarithmische Temperaturdifferenz höchstens die Temperaturdifferenz der einströmenden Fluide erreichen.

Der Wärmestrom  ist somit .....

This page(s) are not visible in the preview.
Please click on download.
Download Versuchsprotokoll zum Versuch Wärmeübertragung - Grundpraktikum Chemieingenieurwesen
Click on download to get complete and readable text
• This is a free of charge document sharing network
Upload a document and get this one for free
• No registration necessary, gratis

Legal info - Data privacy - Contact - Terms-Authors - Terms-Customers -
Swap+your+documents