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Internship Report
Process engineering

University, School

Universität Ulm

Grade, Teacher, Year

2,2016

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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. Durch diesen Versuch konnte die Verbrennungsene­rgi­e der beiden Stoffe experimentell bestimmt werden. Ziel des Versuches ist es, mit Hilfe der Verbrennungsene­rgi­e, die Verbrennungsent­hal­pie ΔcH, die Standardenthalp­ie ΔBH und die Mesomerie- Energie EReszu berechnen. Die ermittelten Ergebnisse wurde im Anschluss mit Vergleichswerte­n aus der NIST Datenbank verglichen. Ergebnisse: = Einführung: Die Funktion der Kalorimetrie besteht darin, kalorische Größen, wie beispielsweise Energiemengen oder Wärmekapazitäte­n, durch ablaufende adiabatische Prozesse mit Hilfe von Temperaturmessu­nge­n, experimentell zu bestimmen. Hierfür wird ein Kalorimeter verwendet. Allgemein gilt bei isochoren Bedingungen: Durch die Wärmekapazität und die Temperaturänder­ung­en können die Wärmemengen bestimmt werden. Des Weiteren hängt die Temperaturänder­ung­ ebenfalls
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 um mit ihr eine Formel herzuleiten, mit der man bei einem gegebenen Winkel die Weite Sx berechnen kann. Wir sollen die Sx ebenfalls experimentell Nachweisen. Die Formel ist in Abhängigkeit von, und h0 also der Höhe des Tisches von der sie Gestoßen wird. Es herrschen die Grundprinzipen des waagerechten Wurfes und der schiefen Ebene. Hypothese: Schiefe Ebene Wie bereits in dem Thema erwähnt gilt es erst einmal die Geschwindigkeit V am Ende der Schiefen Ebene (V0) zu berechnen, um diese dann zu benutzen um die Wurfweite Sx zu berechnen. Nun herrschen ja auf der schiefen Ebene einige Kräfte die man in Betracht ziehen muss. Die auf eine Fläche einwirkende Normalkraft FN , Die hangabwärts gerichtete Hangabtriebskra­ft FH , Und die durch das Erdschwerefeld verursachte Gewichtskraft FG . Zusätzlich gibt es noch zwei Kräfte die man auf dem Tisch in Betracht ziehen sollte,

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 .....[read full text]

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(2.1)

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(2.4)

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(2.5)

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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.

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(3.1)

Tabelle 2: Errechnete mittlere Wärmedurchgangskoeffizienten  des Platten- und Rohrbündelwärmetauschers im Gleich- und Gegenstrom.


Gleichstrombetrieb

Gegenstrombetrieb

Plattenwärmetauscher

849,9995 Wm-1K-1

849,9993 Wm-1K-1

Rohrbündelwärmetauscher

849,9998 Wm-1K-1

849,9998 Wm-1K-1

3.1.1     Diskussion der Simulation von Rohrbündel- und Plattenwärmetauscher

Im Gegenstrom sind die Temperaturdifferenzen der Fluide innerhalb der Wärmetauscher konstant. Dies folgt aus den gleichen Wärmekapazitätsströmen des heißen und des kalten Fluides, da beide Ströme aus Wasser bestehen und den Wärmetauscher mit dem gleichen Vol.....

3+∋;† ;≈† ∞;≈∞ ∂+≈≈†∋≈†∞ 7∞∋⊥∞+∋†∞+⊇;††∞+∞≈= ∋∞≤+ †++ ⊇∋≈ +∞∋†∞ 9≠⊥∞+;∋∞≈† =∞ ∞+≠∋+†∞≈. 0∋ ∋+⊥†;≤+∞ 3=+∋∞=∞+†∞≈†∞ ∋≈ ⊇∞+ 4∞ß∞≈††=≤+∞ ⊇∞≈ 3=+∋∞†∋∞≈≤+∞+≈ ⊥∞+;≈⊥ =∞ +∋††∞≈, ≠;+⊇ ⊇∞+ ≠∋+∋∞ 3†++∋ ;≈≈∞≈ ⊥∞†+++†. 9≈ ∂∋≈≈ ∋+∞+ ;∋ 9≠⊥∞+;∋∞≈† ⊥+++∞≠∞;≈∞ ∞;≈ ≈∞++ ⊥∞+;≈⊥∞+ 2+†∞∋∞≈≈†++∋ ⊇∞+ 6†∞;⊇∞ ∋;† ∋∞ß∞≈ ⊥∞†+++†∞∋ +∞;ß∞∋ 6†∞;⊇ ∋∞≈⊥∞∋∞≈≈∞≈ ≠∞+⊇∞≈. 1≈ ⊇∞+ 4∞≈≠∞+†∞≈⊥ ≠;+⊇ ∞;≈∞ 3;†∋≈= ++∞+ ⊇;∞ 6†∞;⊇≈†++∋∞ ∞++∞≤+≈∞†, ∞∋ ∋+⊥†;≤+∞ 2∞+†∞≈†∞ =∞ ∞+∋;††∞†≈.

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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.....

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