Springen naar inhoud

Procestechniek/Natuurkunde Hulp



  • Log in om te kunnen reageren

#1

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2012 - 14:06

Hallo,
Ik heb hier een opdracht waar ik zelf niet echt uitkom en zou graag de hulp van mijn medemens in willen schakelen om mij te helpen om deze opdracht mooi af te ronden.

De opdracht is:

In een proces waar plantaardige olie wordt gebruikt moet de olie afgekoeld worden tot 40°C.
De koeling vindt plaats met koelwater. Dit water mag niet meer dan 3°C worden verwarmd.
De koelwaterpomp heeft zijn maximale capaciteit(op basis van opvoerdruk) bereikt.

Aan mij wordt gevraagd het volgende te onderzoeken:

Kan de productiecapaciteit van de plantaardige olie opgevoerd worden met 20%.

Hiertoe kan je meer platen in de warmtewisselaar plaatsen, maar dan is er ook meer koelwater druk nodig.

Een andere mogelijkheid is om meer koelwater door de platenwisselaar te sturen.

Om meer koelwater te verkrijgen kan je de "spare" pomp gebruiken. Deze kan je parallel of in serie plaatsen. De spare pomp heeft exact de zelfde Qh-kromme als de koelwaterpomp.

Vragen:
A. Hoeveel platen heb je nodig voor deze capaciteitsverhoging en wat betekend dit voor het koelwater gebruik?
B: Hoeveel koelwater heb je nodig indien je het aantal platen gelijk houd en wat betekend dit voor je koelwaterpomp?

Van dit proces is het volgende bekend:

Gegevens plantaardige olie:

Soortelijke massa
0,850 Kg/dm­­³
Debiet
100 Liter/min
Ingaande temperatuur
120 °C
Uitgaande temperatuur
40 °C

Gegevens koelwater:

Soortelijke massa
1000 Kg/dm­­³
Debiet
1500 Liter/min
Ingaande temperatuur
15 °C
Uitgaande temperatuur
18 °C

Gegevens warmte wisselaar:

Aantal Platen
20
Afmetingen plaat
40 x 60 cm
Drukval per plaat
0,1 mWk

En de pompdiagram met q,H-, qv ,η- , qv ,Pas-karakteristieken. zit erbij als bijlage.

Ik wil diegene die mij hierbij willen helpen heel erg bedanken.

Bijlage  Gegevens opdracht.docx   248,88K   27 maal gedownload

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2012 - 15:08

Alleen al een beginnetje zou ik al helemaal geweldig vinden want ik kom er gewoon niet uit waar ik nu zou moeten beginnen.

#3

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2012 - 16:45

Soortelijke massa van het koelwater moet 1,000 kg/dm3 zijn in plaats van 1000 kg/dm3

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 05 juli 2012 - 18:02

Ook in de bijlage lees ik alleen jouw interpretatie van de opdracht.

Wat is de VOLLEDIGE en LETTERLIJKE tekst van de opdracht?
Bij voorkeur het blaadje dat je van je leerkracht gekregen hebt scannen en uploaden.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 juli 2012 - 20:25

Dit is de exact citaat van de opdracht dit is alles wat ik heb daarom weet ik ook gewoon niet waar ik moet beginnen.

Veranderd door 22Theorie, 05 juli 2012 - 20:26


#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 06 juli 2012 - 10:15

A. Hoeveel platen heb je nodig voor deze capaciteitsverhoging en wat betekend dit voor het koelwater gebruik?

Wat denk je zelf?
Als de platenwisselaar 20 % meer olie af moet koelen, en dus 20 % meer vermogen over moet dragen, wat betekent dat dan voor het aantal benodigde platen?
Als de platenwisselaar 20 % meer olie af moet koelen, en dus 20 % meer vermogen over moet dragen, terwijl het koelwater niet meer dan 3 graden opgewarmd mag worden, wat betekent dat dan voor het benodigde koelwater?
Hydrogen economy is a Hype.

#7

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 06 juli 2012 - 10:18

Zodra er 20% meer ole af gekoeld moet worden en het koelwater mag niet veel warmer worden. zal er meer koelwater moeten worden toegevoerd om de warmte te verdelen.

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 06 juli 2012 - 11:20

Dat is nauwelijks een antwoord op vraag A.
Hydrogen economy is a Hype.

#9

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2012 - 17:26

dit is wat ik tot nu toe heb.

Gevraagd / Oplossing :
Massa van Water in kg/s:
mw = ρw * Qw = 1000 * 0.025 = 25 kg/s
Warmtestroom Begin water/P.olie in kJ/s:
Φbegin = mw * cw * ΔTw = 25 * 4.19 * 3 = 314.25 kJ/s = 314250 J/s
Logaritmische temperatuur verschil van Water en P.olie in K:
ΔTm = ΔTgroot – ΔTklein/ In (ΔTgroot/ ΔTklein)
ΔTgroot = 120 – 18 = 102 K
ΔTklein = 40 – 15 = 25 K
ΔTm = 102 – 25 / In (102/25) = 54.76 K
Oppervlakte per plaat in m2:
Aplaat = l * b
0.4 m * 0.6 m = 0.24 m2
oppervlakte 20 platen m2:
A20platen = n * Aplaat
20 * 0.24 m = 4.8 m2
Warmte overdrachtcoëfficiënt:
Φbegin = U * A20platen * ΔTm
314.25 = U * 4.8 * 54.76
U = 314.25 / (4.8 * 54.76) = 1.20 kW/(m2.K) = 1200 W/(m2.K)




Soortelijke Warmte Plantaardige Olie:
Massa van P.olie in kg/s:
mpo = ρpo * Qpo = 850 * 0.002 = 1.7 kg/s
Soortelijke warmte van P.olie in kJ/(kg.K):
Φbegin = mpo * cpo * ΔTpo = 314.25 = 1.7 * cpo * 80
cpo = Φbegin / (mpo * ΔTpo)
cpo = 314.25 / (1.42 * 80) = 2.77 kJ/(kg.K)
Plantaardige olie debiet +20%:
mpo20% = ρpo * Qpo = 850 * 0.002 = 1.7 kg
Warmtestroom van P.olie in kJ/s:
Φ20% = mpo20% * cpo * ΔTpo = 1.7 * 2.77 * 80 = 376.72 kJ/s = 376720 J/s
Oppervlakte +20% Debiet:
Φ20% = U * A20% * ΔTm = 376.72 = 1.20 * A * 54.76
A20% = Φ20% / (U * ΔTm) = 376.72 / (1.20*54.76) = 5.73 m2










Oppervlakte berekeningen in m2:
Oppervlakte per plaat:
Aplaat = l * b
0.4 m * 0.6 m = 0.24 m2
oppervlakte 20 platen:
A20platen = n * Aplaat
20 * 0.24 m = 4.8 m2
Oppervlakte bij gekomen:
Abij = A20% - A20platen
5.73 – 4.8 = 0.93 m2
Aantal platen met het 20% oppervlakte:
nplaten meer = Abij / Aplaat
0.93 / 0.24 = 3.88
platen meer is 4
Totaal aantal nieuwe platen:
n + nplaten meer = nnieuw
20 + 4 = 24 platen







Nieuw Oppervlak
Anieuw = Aplaat * nnieuw
0.24 * 24 = 5.76 m2
Nu gaan we kijken hoeveel water er meer nodig. Eerst kijken we wat de nieuwe warmte hoeveelheid is met een oppervlak van 5.76 m2.
Φnieuw = U * Anieuw * ΔTm = 1.20 * 5.76 * 54.76 = 378.50.71 kJ/s = 378500 J/s
Φnieuw = is de nieuwe plantaardige olie.

Dan ga je berekenen hoeveelwarmte er wordt overgedragen van het oppervlak wat er bij is gekomen, om te kijken of je meer of minder water nodig hebt.
5.76 – 4.8 = 0.96 m2
Φ = U * A * ΔTm = 1.20 * 0.96 * 54.76 = 63.08 kJ/s = 63080 J/s
Dit is ook het verschil in warmte wat 1.7kg olie bevat in vergelijking met 1.42kg olie.
Warmtestroom Begin:
Φnieuw – Φ20% = Φ20%-begin
378.50 - 376.72 = 1.78 kJ/s
Dit is te weinig warmte die het water afgeeft of opneemt voor de olie om op te nemen of om af te staan. Hierdoor kan deze 1.78 kJ/s verwaarloosd worden.






Hoeveelheid Koelwater in kg:
Nu kan de hoeveelheid Koelwater uitgerekend worden bij Φ20% =376.72 kJ/s.
Φ20% = mw20% * cw * ΔTw
376.72 = mw20% * 4.19 * 3
mw20% = Φ20% * (cw / ΔTw)
mw20% = 376.72 / (4.19 * 3) = 30 kg
mw20% = 30 kg
Controle
Er is dus meer water nodig om het olie goed tot een temperatuur te laten dalen van 40°C en om er ook voor te zorgen dat de temperatuur van het koelwater niet het maximum (3°C verhoging) overschrijdt.
Het nieuwe Debiet in m3/s:
mw20% = ρw * Qnieuw
Qnieuw = mw20% / ρw
Qnieuw = 30 / 1000 = 0.03 m3/s
Voor dit moet wel de 2e pomp parallel gebruikt worden met de andere pomp, omdat de pomp aan zijn maximale opvoerdruk zit maar niet aan zijn maximale debiet.







Vraag b.
Doordat er geen toename is in warmte-uitwisselend oppervlak, zal de hoeveelheid koelwater meer toenemen om toch de goede hoeveelheid warmte te onttrekken en niet het maximum van 3°C verhoging te overschrijden.

U = 1.20 kW/(m2.K)
c = 2.77 kJ/(kg.K) (olie)
c = 4.19 kJ/(kg.K) (water)
m = 1.7 kg (olie)
Φ20% = 376.72 kJ/s = 376720 J/s
A = 4.8 m2

De warmte overdracht van de platenwarmtewisselaar met 20 platen en 100 liter/min aan olie is 314,25 kJ. Bij 120 liter/min gaat deze met 63kJ omhoog.
Φpo = U * A20% * ΔTm
376.72 = U * 4.8 * 54.76
U = 376.72 / (4.8 * 54.76) = 1.43 kW/(m2.K) = 1430 W/(m2.K)
Hiervoor is maar 1 pomp nodig omdat er alleen meer koelwater doorheen moet, alleen niet door meerdere restricties (meer platen). Er gaat op deze manier even veel koelwater door de warmtewisselaar, hierdoor is de efficiëntie van de warmtewisselaar toegenomen en tevens hoeft er geen extra pomp te draaien.



In deze opdracht is er geen rekening gehouden met;
- buiten zijdige invloeden op de temperaturen.
- Materiaal en dikte van de platen.
- warmtegeleidingscoëfficiënt van de 2 medium’s en het materiaal.

#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 08 juli 2012 - 19:21

Heel mooie berekening voor vraag A, maar het had simpeler gekund:
Als de platenwisselaar 20 % meer olie af moet koelen, en dus 20 % meer vermogen over moet dragen, dan neemt het aantal benodigde platen met 20 % toe, dus van 20 naar 24 platen.
Als de platenwisselaar 20 % meer olie af moet koelen, en dus 20 % meer vermogen over moet dragen, terwijl het koelwater niet meer dan 3 graden opgewarmd mag worden, dan neemt het benodigde koelwater met 20 % toe, dus van 25 kg/s naar 30 kg/s. Oftewel van 1500 dm3/min naar 1800 dm3/min.

Voor dit moet wel de 2e pomp parallel gebruikt worden met de andere pomp, omdat de pomp aan zijn maximale opvoerdruk zit maar niet aan zijn maximale debiet.

Jij gebruikt nergens de gegeven pompcurve, en daardoor is je conclusie niet juist. Gegeven was: De koelwaterpomp heeft zijn maximale capaciteit(op basis van opvoerdruk) bereikt. Dat was dus bij die 25 kg/s oftewel 1500 dm3/min. Dus dat betekent dat de systeemcurve de pompcurve snijdt bij het punt H = 50 m en Q = 1500 dm3/s. Er is helaas niet gegeven hoe het hele koelwatersysteem er uitziet, maar je zult begrijpen dat die 50 m hoofdzakelijk frictie in platenwisselaar, leidingen, bochten en kleppen zal zijn. Zelfs als de koeltoren 10 meter hoog is zal er dus 40 m frictieverlies in het systeem zitten. Als het debiet met 20 % toeneemt naar 1800 dm3/s zal de door de pomp geleverde H dalen, terwijl de benodigde H door frictie juist fors zal stijgen. Toch? Denk je dat twee pompen in parallel dit oplossen? Teken eens een (geschatte) systeemcurve in de pompgrafiek.

Ook bij vraag B moet je rekening houden met pompcurve en systeemcurve, en bovendien moet je zeker weten dat de platenwisselaar echt 20 % meer vermogen kan doen met hetzelfde aantal platen en wat meer koelwater. Je berekent wel dat de U zou moeten zijn om het te laten werken, maar weet je wat bij deze platenwarmtewisselaar de invloed van debiet op U is, dus hoeveel koelwaterdebiet je nodig hebt om de U van 1200 naar 1430 W/m2.K te verhogen.

Ik vind dit een vreemd vraagstuk, want er is in mijn ogen veel te weinig gegeven om vooral vraag B te kunnen beantwoorden, vandaar dat ik eerder vroeg om de volledige en letterlijke tekst van dit vraagstuk. Weet je überhaupt hoe een platenwisselaar er uitziet? De bedenker van dit vraagstuk weet het volgens mij niet want het is echt niet zo dat zijn drukval altijd toeneemt met het aantal platen. De platen staan immers parallel.
Hydrogen economy is a Hype.

#11

22Theorie

    22Theorie


  • 0 - 25 berichten
  • 8 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 juli 2012 - 21:39

hallo,

bedankt voor de vele informatie Fred.

En ik denk dat het ontbreken van de informatie te maken heeft met de theoretische achtergrond.

Er wordt van mij verwacht dat ik de vragen duidelijk uitwerk met meerdere formules.
Dus misschien heb ik daarom wel niet alle informatie die u zoekt.

Misschien handig om te weten maar het gaat puur over stromingsleer waardoor ik niet zeker weet of ik die curve echt moet gebruiken om op mijn antwoord te komen.

Misschien heb u hier wat aan.

En bedankt voor de hulp tot nu toe. ben er gelukkig bijna klaar mee want het moet dinsdag aanstaande af zijn.






Also tagged with one or more of these keywords: natuurkunde

0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures