Springen naar inhoud

Tijdsduur verwarmen of koelen berekenen



  • Log in om te kunnen reageren

#1

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 11:18

Hallo allen,

 

Ik kom niet helemaal uit een uitwerking van een opdracht, waarbij ik de tijdsduur van het verwarmen of koelen van een batch reactor moet berekenen.

Er wordt eerst gevraagd wat de maximale temperatuur van de vloeistof is dat verwarmd kan worden. Hierbij wordt rekening gehouden met het verlies van warmte van de reactor.

 

De formule die gebruikt wordt is 

Q=m*Cp*(dT/dt)=UA(Ts-T)

waarbij Ts = temperatuur van condenserende stoom. 

T= temperatuur van vloeistof

 

 Nu wordt in de opdracht gezegd dat de temperatuur van Ts = 393K bij de voeding.

 

Waarom rekenen ze vervolgens dan in de opdracht verder met Ts=373,6K?

En wat betekent het "evenwicht temepratuur" dT/dt=0 ?

 

(Is dit soms een gecorrigeerde Ts, omdat het energie verlies hieraf is getrokken?)

 

Zie bijlage voor informatie, opgave, uitwerking.

 

Groet

Bijgevoegde miniaturen

  • uitwerking.jpg
  • example.jpg

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

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 47507 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 20 november 2018 - 11:39

dT/dt =0 betekent niks anders dan dat de temperatuur niet meer verandert in de loop van de tijd. dT/dt = 0,5 K/s zou betekenen dat de temperatuur elke seconde met 0,5 K toeneemt.  

ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#3

Xilvo

    Xilvo


  • >250 berichten
  • 475 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 11:42

Zonder het allemaal heel goed bekeken te hebben, de stoom zal snel temperatuur verliezen tot er condensatie optreedt, dat is bij atmosferische druk bij 373 graden, het kookpunt van water. 

 

Bij evenwicht zal er niets meer veranderen, je hebt dan een stationaire situatie.

dT/dt=0 zegt dat de temperatuur niet verandert, constant is.


#4

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 11:57

Heb kleine fout gemaakt in het noteren. Maar ze gebruiken als temperatuur evenwicht T=376.3 K. 

Ik snap niet wat dit in houdt en waarom ze vervolgens verder rekenen met deze waarde in plaats van de ingaande temperatuur van de stoom Ts=393K


#5

Xilvo

    Xilvo


  • >250 berichten
  • 475 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 12:03

Bovenaan de linkerpagina staat alleen een uitwerking waar dat blijkbaar uitkomt.

 

Zonder opgave plus gegevens wordt het raden waar de getallen vandaan komen.


#6

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 12:38

Opgave staat weergeven in de tweede bijlage onderaan: Example!


#7

Xilvo

    Xilvo


  • >250 berichten
  • 475 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 12:44

Evenwicht, dT/dt=0
 
Dan wordt er evenveel warmte toegevoerd door de stoom als er wegvloeit via de wand.
600.0,5.(393-T)=10.6.(T-293) met 393-T het temperatuurverschil tussen stoom en vat, T-293 het verschil tussen vat en omgeving.
 
Daar komt dan die 376,3 uitrollen.

#8

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 13:06

Ahh okee bedankt! en waarom gebruiken ze precies specifiek deze waarde voor Ts om de tijd van verwarmen te berekenen en niet de Ts met een waarde van 393 dat in de opgave staat? Volgens de tekst in bijlage 2 staat de Ts namelijk voor temperature of condensing steam (393)


#9

Xilvo

    Xilvo


  • >250 berichten
  • 475 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2018 - 15:21

Omdat de snelheid van opwarmen/afkoelen afhangt van hoe ver je van de evenwichtswaarde zit.

 

En die evenwichtswaarde hangt weer af van de verhouding van de warmte weerstanden naar (hete) stoom en (koude) omgeving, en die twee temperaturen, van stoom en omgeving.. 


#10

Pinokkio

    Pinokkio


  • >1k berichten
  • 1924 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 20 november 2018 - 15:31

Lees nog eens heel goed de eerste regels in de uitwerking.

 

In de eerste regel van de heat balance wordt de stoomtemperatuur 393 K wel degelijk gebruikt.

Na wat simpel herschrijven volgt dan dat:

 

11,111 dT/dt = 376.3 - T

 

En als je dat integreert krijg je vanzelf:

 

t = 11,111 dT/(376.3 - T)

 

Dus

 

t = 14,155 s

Veranderd door Pinokkio, 20 november 2018 - 15:35


#11

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 21 november 2018 - 15:21

Bedankt,

 

Ik had nog een vraagje over het koelen/verwarmen, Is het überhaupt mogelijk om een hoeveelheid energie per seconde af/op te nemen van het batch reactievat (jacket vessel) d.m.v. koelen/verwarmen?(vast debiet) Waarbij de temperatuur van het vat dynamisch is, maar de ingaande temperatuur van de koelhouder/verwarmingsmantel vast staat? 

Is dit mogelijk met dezelfde formules?

En is het mogelijk om de uitgaande temperatuur van de uitgaande mantelstroom open te laten of moet je hieraan een waarde geven?

 

Ik heb een poging gedaan hieronder a.d.v. voorbeeld: (blz7)

http://www.nzifst.or.../UnitopsCh6.pdf

 

genomen: uitgaande temp jacket (Jo) = 350K

 

q = UA(Tinletjack-Tvat)
= 600 x 0.5 x (376.3-293)
= 24990 Js-1
Overigens dacht ik dat ik LTMD moest gebruiken alleen dat document gebruikt ook dT?
 
massa debiet verwarmen:
 
= q/cp*dT = m 
= 24990/(4000*(376.3-350) = 0.23 kg/s
 

In praktijk zal namelijk op t=1 24990 Joule worden overgedragen. Dat vervolgens het mengsel in het reactor vat weer op zal nemen en waardoor de temperatuur zal stijgen. 

Hierdoor zal de Tvat hoger worden en dus ook de warmtestroom (q) tussen Tinletjack en Tvat. Als het massa debiet van de verwarmingsstroom constant blijft dan zal de uitgaande temperatuur van de massastroom omhoog gaan.

 

Doe ik dit zo correct? als ik Tvat dynamisch wil?

 

groet

 

 


#12

Pinokkio

    Pinokkio


  • >1k berichten
  • 1924 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 21 november 2018 - 17:12

Ik had nog een vraagje over het koelen/verwarmen, Is het überhaupt mogelijk om een hoeveelheid energie per seconde af/op te nemen van het batch reactievat (jacket vessel) d.m.v. koelen/verwarmen?(vast debiet) Waarbij de temperatuur van het vat dynamisch is, maar de ingaande temperatuur van de koelhouder/verwarmingsmantel vast staat?
Nee, je kunt niet zowel het debiet als de uitlaattemperatuur vastleggen.

Algemeen: als verwarmd of koelt met een vloeistof en het debiet vast ligt dan is uitlaattemperatuur resulterend en verandert in de tijd omdat de reactorinhoud van temperatuur verandert in de tijd.

Als je persé een vaste uitlaattemperatuur zou willen zou je het debiet continu aan moeten passen.

 

Echter: als je condenserende stoom gebruikt dan is de uitlaattemperatuur haast niet te berekenen. Als de stoom bij 393 K condenseert dan is het condensaat 393 oC maar dat condensaat kan daarna in de spiraal of mantel verder afgekoeld worden tot 370 of 350 of 300 of ........ want dat kost relatief weinig koeling en dus weinig oppervlak. Dat valt dus niet te zeggen.

 

Wat je daarna doet is me niet duidelijk maar ik zie telkens die 376,3 maar dat is niet de stoomtemperatuur en doet niet terzake.

 

LMTD is bij condenserende stoom en homogene temperatuur in de reactor gelijk aan dT.


#13

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 22 november 2018 - 09:18

Maar het is wel mogelijk om het ingaande debiet & temperatuur koelstroom/verwarmstroom constant te houden zodat de uitgaande koel-/verwarmstroom variabel is qua temperatuur.

 

Dus bij koelen

de Temp bij de uitgaande jackoutlet is afhankelijk van de temperatuur van het reactorvat (dat dynamisch is).

De afgegeven energie aan het mengsel afkomstig van de mantel:

 

Stel bij koelen:

Tvat = 360K(variabel)

massa inhoud = 100 kg

cpmengsel= 4000 J/kg*K

 

Tinletjack=298K

U=600 W/m²K

Amantel=6m²

cpkoelstroom=4200J/kg*K

massastroom=3 kg/s

 

Warmtestroom berekening koelstroom aan mengsel: 

Q=UAdT

Heat transfer koelstroom aan reactormengsel = 600*6*(298-360) = -223200 J/s (varierend vanwege dynamisch Tv)

 

Temperatuur berekening reactiemengsel:

Q=mcpdT

Temperatuur Teind= (Q/mcp) + Tbegin   (-223200/(100*4000))+360 = 359,44 K  na 1 seconde (daling van 0.56 K) (varierend vanwege dynamisch Tv)

 

Temperatuur berekening uittrede koelstroom:

Q=mcpdT

Teind= (Q/mcp) + Tbegin   (223200/(3*4200)) = 17K + 298K = 315,7 K na 1 seconde (varierend vanwege dynamisch Tv)

 

Correct?

Veranderd door nico1234, 22 november 2018 - 09:20


#14

Pinokkio

    Pinokkio


  • >1k berichten
  • 1924 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 22 november 2018 - 09:51

Nee, want nu moet je wel met de LMTD rekenen.

De temperatuur van het koelmedium is immers niet constant 298 K maar loopt op naar de uitlaat toe.


#15

nico1234

    nico1234


  • >25 berichten
  • 50 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 22 november 2018 - 10:13

O okeee, koelen dus LMTD en verwarmen (gecondenseerd stoom) dT

Dus het wordt alleen voor alleen voor de heattransfer:

Q=UALTMD?

 

LTMD = (Tv-Tin)-(Tv-Tuit) / ln (Tv-Tin)/(Tv-Tuit)

 

Tv= 360K

Tinmantel= 298K

Tuitmantel = ?

 

Moet ik voor een Tuitmantel dan gewoon een temperatuur kiezen?

Ik wil namelijk met een vast debiet (bijv 3kg/s) koelen tot Tv een temp heeft van 340K bijvoorbeeld en dan stoppen met koelen. tot de temperatuur van de reactor weer oploopt tot 360K en dan weer koelen. Tv is dus dynamisch







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