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Heisenberg98
Anmeldungsdatum: 01.11.2016
Beiträge: 72
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 Heisenberg98 Verfasst am: 08. Jul 2020 15:37 Titel: Linde-Verfahren |
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Hallo,
wir haben bereits in der Vorlesung gezeigt, dass für den Joule-Thomson-Koeffizienten gilt:
 )
Nun die Aufgabe:
Beim Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung wird der Joule-Thomson-Effekt ausgenutzt: Zur Kälteerzeugung wird die Temperatur durch Drosselung abgesenkt. Es lassen sich Temperaturdifferenzen von über 1 K/bar erreichen. Für Luft gilt:  .
Rein technisch wird die zu verflüssigende Luft erst verdichtet. Dann wird sie auf ca. -120 °C vorgekühlt und gereinigt. Über eine Turbine wird die Luft bis auf Umgebungsdruck entspannt (das Gas expandiert). Dabei kühlt es sich bis kurz vor dem Verflüssigungspunkt -170 °C ab. Welchen Druck muss die Luft vorher mindestens besesse haben?
Wie muss ich hier vorgehen? Mit dem idealen Gasgesetz? Brauche ich überhaupt den Joule-Thomson-Koeffizienten?
Viele Grüße
Heisenberg98 |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 08. Jul 2020 16:46 Titel: |
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Hallo,
unter der Annahme, dass der Joule-Thomson-Koeffizient in den betrachteten Prozessfenster konstant ist, gilt:
 und  sind gegeben, damit kannst du dann  ausrechnen und die Frage beantworten.
Viele Grüße,
Nils |
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Heisenberg98
Anmeldungsdatum: 01.11.2016
Beiträge: 72
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| Heisenberg98 Verfasst am: 08. Jul 2020 19:59 Titel: |
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Das verstehe ich.
Mein Problem ist nur dass ich nicht weiß auf welche Temperatur ich diese Formel anwenden muss, da ich mit dem Linde-Verfahren nicht vertraut bin.
Nachdem ich mich eingelesen habe, denke ich, dass der Joule Thomson Effekt erst nach der Abkühlung kurz vor dem Verflüssigungspunkt (-170°C) eintritt.
Also:
1. Luft verdichten (p steigt, V sinkt, T steigt)
2. Luft Vorkühlen (T sinkt, p sinkt??, V konstant??)
3. Luft über Turbine bis auf Umgebungsdruck entspannen (p sinkt, V steigt, T konstant??)
4. Luft durch Drosselventil -> Joule-Thomson-Effekt (p sinkt, T sinkt, V konstant??)
Oder verstehe ich da was falsch?
Viele Grüße
Heisenberg98 |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 08. Jul 2020 21:08 Titel: |
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| Heisenberg98 hat Folgendes geschrieben: |
Nachdem ich mich eingelesen habe, denke ich, dass der Joule Thomson Effekt erst nach der Abkühlung kurz vor dem Verflüssigungspunkt (-170°C) eintritt.
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Der Joule-Thomson-Effekt tritt immer dann auf, wenn das Gas eine isenthalpen Druckminderung erfährt, also wenn es ohne Wärmeaustausch und ohne Arbeitsverrichtung durch eine Drossel entspannt wird. In der Aufgabe oben passiert dies nach der Vorkühlung auf -120°C, wenn das Gas durch die Turbine (durch ein nicht erwähntes Drosselventil) entspannt wird.
| Heisenberg98 hat Folgendes geschrieben: |
Also:
1. Luft verdichten (p steigt, V sinkt, T steigt)
2. Luft Vorkühlen (T sinkt, p sinkt??, V konstant??)
3. Luft über Turbine bis auf Umgebungsdruck entspannen (p sinkt, V steigt, T konstant??)
4. Luft durch Drosselventil -> Joule-Thomson-Effekt (p sinkt, T sinkt, V konstant??)
Oder verstehe ich da was falsch?
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Das verstehst du richtig, allerdings gehören Schritt 3 und Schritt 4 zusammen.
Viele Grüße,
Nils |
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Heisenberg98
Anmeldungsdatum: 01.11.2016
Beiträge: 72
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| Heisenberg98 Verfasst am: 08. Jul 2020 22:24 Titel: |
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Ok dann ist es ja echt easy. Komme darauf, dass die Luft vorher mindestens 200 bar gehabt haben muss. 
Noch eine zusätzliche Frage: Beim 1. Schritt ändern sich ja alle drei Größen (p steigt, V sinkt, T steigt). Dann könnte ich aber hier mit dem idealen Gasgesetz nicht mehr arbeiten, da dafür ja eine Größe konstant sein müsste oder?
Viele Grüße
Heisenberg98 |
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Nils Hoppenstedt
Anmeldungsdatum: 08.01.2020
Beiträge: 2019
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| Nils Hoppenstedt Verfasst am: 08. Jul 2020 23:40 Titel: |
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| Heisenberg98 hat Folgendes geschrieben: |
Noch eine zusätzliche Frage: Beim 1. Schritt ändern sich ja alle drei Größen (p steigt, V sinkt, T steigt). Dann könnte ich aber hier mit dem idealen Gasgesetz nicht mehr arbeiten, da dafür ja eine Größe konstant sein müsste oder?
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Ne, das hat damit nichts zu tun. Selbstverständlich dürfen sich beim idealen Gas alle Parameter (Druck, Volumen, Temperatur, Teilchenzahl) auch gleichzeitig ändern.
Ob ein Gas als ideales Gas behandelt werden kann oder nicht, hängt davon ab, ob bzw. wie gut die Modellannahmen erfüllt sein. Also ob die Teilchengröße klein gegenüber den Teilchenabständen ist und ob man Anziehungskräfte zwischen den Gasteilchen vernachlässigen kann. Dies ist im Allgemeinen erfüllt, wenn die Temperatur hoch und der Druck gering ist. Quantitativ ist das gegeben, wenn die Temperatur größer als die kritische Temperatur oder wenn der Druck kleiner als der kritische Druck ist.
Für Luft ist T_krit = -140° und p_krit = 38 bar. Für den 1. Prozessschritt ist der Druck mit 200 bar also zwar schon über der Grenze, aber aufgrund der relativen hohen Temperatur von ~20°-60°C denke ich, dass das ideale Gasgesetz noch ganz gute Ergebnisse liefert.
Viele Grüße,
Nils |
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Heisenberg98
Anmeldungsdatum: 01.11.2016
Beiträge: 72
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| Heisenberg98 Verfasst am: 09. Jul 2020 11:54 Titel: |
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Ok alles klar. Vielen Dank für deine Hilfe.
Viele Grüße
Heisenberg98 |
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