Volumenstrom und daraus resultierender Druck

p4tti · Anmeldungsdatum: 01.09.2016 Beiträge: 2

Meine Frage:
Hallo,

ich habe eine Frage zum Verhältnis von Volumenstrom und dem Druck in einem geschlossenen Behälter.

Ich habe einen Behälter mit Flüssig-Stickstoff, und möchte hier über eine Heizung verschiedene Drücke einstellen.

Jetzt möchte ich vor meinem Aufbau ein paar Szenarien durchrechnen und möchte gerne wissen wie ich von einem berechneten Volumenstrom auf den resultierenden Druck in dem Behälter komme.

Gruß
p4tti

Meine Ideen:
-An den Grundlegenden Kennwerten von Stickstoff ändert sich doch nichts außer die Dichte, bezogen auf den Druck?
-Als erstes habe ich mir die Stoffmengenzunahme/s berechnet, mit 3000 KJ Heizleistung: Heizleistung [kJ] / Verdampfungswärme H-196 [KJ/mol] : 3000/5590 mol/s
-die Stoffmengenzunahme/s (0,537 mol/s) * molare Masse (28,01348 g/mol) * spez. Dichte (1,165 g/l, bei 20°C und 1,013 bar) ergibt doch dann meinen Volumenstrom?
-mit dem Volumenstrom kann ich dann meinen Druckanstieg berechnen?

moody_ds · Anmeldungsdatum: 29.01.2016 Beiträge: 515

Ohne näher auf deine eigentliche Frage einzugehen ein paar Anmerkungen / Fragen:

1) Welcher Volumenstrom? Das was von flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht (wenn ich deine Rechnung richtig deute)?

-> Die Stoffmenge im Behälter ist konstant! Du kannst nicht einfach Masse (Stoffmenge) durch Aufheizen erzeugen

2) Die Expansionsrate von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand ist enorm hoch. Wenn du anfängst ohne Druckablass den Stickstoff zu verdampfen fliegt dir das Teil um die Ohren.

3) Was dir reichen könnten wären vermutlich das ideale Gasgesetz mit einer isentropen Expansion für keine Phasenänderung.

4) Wenn du aus der Heizleistung und der Verdampfungswärme berechnen willst wie viel in den Gaszustand geht bist du schon auf der richtigen Fährte. Diese Stoffmenge oder Stoffstrom musst du dann mit der entsprechenden Dichteänderung (gas <-> flüssig) weiterverarbeiten.
Du musst aber bedenken dass du auch erstmal bis zur Siedetemperatur aufheizen musst.
Hier sei noch gesagt dass du auch berechnen musst wie gut der Wärmetransport durch deine Heizung ist (wie soll die Heizung überhaupt aussehen?).
Ein Gefäß was eine kalte Flüssigkeit gegenüber der Umgebung kalt halten soll wird wohl kaum gute Eigenschaften zur Wärmeübertragung mitbringen.
Auf die schnelle weiß ich grad nicht ob das Gleichgewicht zwischen Flüssig und Gasphase noch zu beachten ist. Ich glaube aber wenn du genug heizt ist das egal, abgesehen davon dass die offenen Fragen ersteinmal geklärt werden sollten.

Oder vielleicht wäre ein anderer Möglicheransatz von einem 2 Phasen System auszugehen einfach zu sagen, okay bei der Temperatur habe ich den und den Dampfdruck weil alles im Gleichgewicht ist. Würde ich jetzt sagen wäre eventuell okay für nicht zu große Temperaturunterschiede.

Aber alles in einem fehlt mir für eine wirklich umfassende Antwort wohl die nötige Expertise. Ich bin mal gespannt was die anderen denken.

p4tti · Anmeldungsdatum: 01.09.2016 Beiträge: 2

Okay, ich erkläre es mal genauer und hoffentlich besser.

Wir haben hier einen Kryostaten, der mit flüssigem Stickstoff gefüllt sein wird.

In diesem werden dann Hochspannungsversuche durchgeführt, diese sollen bei verschiedenen Drücken durchgeführt werden.

Die 3kW Elektroheizung befindet sich im Vakuum im Boden des Kryostaten und hat direkten Kontakt zum Behälter. Der Kryostat geht bis 5 bar Überdruck.

Meine Aufgabe ist es eine Ansteuerung (Formel) zu entwickeln um mit meiner 3kW Elektroheizung über einen Leistungssteller einen gewünschten Druck einstellen zu können.

Daraus resultiert mein Ansatz meiner Berechnung. In diesem Ansatz verdampft der flüssige Stickstoff und erhöht dadurch den Druck.

Ich hoffe es ist jetzt ein bisschen klarer, was ich erreichen möchte.

Gruß
p4tti