Transcript Übungsklausur 2014 (mit der Lösung)

Prozess und Anlagentechnik I
Übungsklausur
Technische Universität Kaiserslautern
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Postfach 3049, 67653 Kaiserslautern, Germany
Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. H.-J. Bart
Tel.: +49 (0) 631 205 2117
http://www.uni-kl.de/tvt/
Aufgabe 1
Prozess und Anlagentechnik I
Übungsklausur SS 2013
Der erste Block sollte ohne Hilfsmittel bearbeitet werden. Für den zweiten Block ist die
Benutzung einer beidseitig handgeschriebenen, DIN A4-großen, Formel-sammlung
vorgesehen. Zum Bestehen der Klausur sind mindestens 50% der Punkte erforderlich.
Block 1
Beantworten Sie die nachfolgenden Fragen zur Prozess- und Anlagentechnik stichwortartig.
Fertigen Sie wenn notwendig eine kleine Skizze an. Der vorhandene Platz reicht aus um die
Frage vollständig zu beantworten.
Aufgabe 1 (25P)
Teilaufgabe 1 (2P)
Was muss bei der Regelung einer Hubkolbenpumpe beachtet werden?
Hubkolbenpumpe: Statisch oszillierend Verdrängerpumpe
- Keine Nullförderhöhe
- Keine Drosselregelung möglich
- Drehzahl-, Hub-, Bypassregelung zulässig
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Teilaufgabe 2 (4P)
Erläutern Sie die Kavitation bzw. ihre Folgen. Geben Sie an welche Größe bei Pumpen beachtet
werden muss, um Kavitation zu vermeiden. Was muss diesbezüglich bei der Anlagenplanung
beachtet werden.
- Druck sinkt unter den Dampfdruck der Förderflüssigkeit, Gasblasen (Verdampfen) enstehen.
- Implosion der Gasblasen wenn sich die Blasen im Regionen höheren Druck bewegen, führt
zu wiederkondensation und ensteht Mikroströmungen bis mehrere 1000 bar ->
Beschädigung der Bauteile insbesondere Schaufeln
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Aufgabe 1
Teilaufgabe 3 (6P)
Erläutern Sie die L-B-Regelung einer Kolonne. (Zeichnung!) Welche Grundregeln gibt es bei
der Kolonnenregelung? Welche kann u. U. vernachlässigt werden?
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Aufgabe 1
Teilaufgabe 4 (4P)
Was ist die Pinch-Analyse und wozu wird sie verwendet? Nennen Sie die Grundregeln.
Um eine optimale Wärmenutzung in einem Prozess zu erreichen (möglich viel Wärme
innerhalb des Processes auszutauschen), müssen die aufzuheizenden Stoffströme und
abzukühlenden Ströme optimal miteinander verschaltet werden. Die Pinch-Analyse wird zur
Berechnung der Zielgrößen minimaler Heizbedarf bei einer vorgegebenen minimalen
treibenden Temperaturdifferenz der Wärmeübertragung angewendet. Der Pinch teillt
Gesamtprocess in 2 unabhängige Wärmeaustauschsysteme.
-
∆Tmin = 10 – 20°C
Keine Wärmeabfuhr an Kühlmittel oberhalb des Pinches
Keine zufuhr von zusätzlicher Heizwärme unterhalb des Pinches
Keine (interne) Übertragung von Wärme über den Pinch hinweg
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Teilaufgabe 5 (5P)
Skizzieren Sie den Wärmeübergang an einer ebenen Platte ohne Phasenwechsel. Welche Arten
der Wärmeübertragung spielen hier eine Rolle?
Konvektion - Leitung - Konvektion
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Teilaufgabe 6 (4P)
Was versteht man unter Pfaden und Schleifen? Skizzieren Sie ein Gitter und zeichnen Sie je ein
Pfad und eine Schleife ein.
Schleifen: Kein Gewinn sondern nur
umwälzen der Wärme
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Aufgabe 2 - RI-Fließbilder (25P)
Die in Abbildung 1 dargestelltes RI-Fließbild beschreibt den Aufbau einer Anlage zur
Untersuchung der Belagbildung in Rohrbündelwärmeübertragern (Verdampferbündel). Manche
Geräte oder Bauteile sind nur allgemein gekennzeichnet.
1. Finden Sie die Fehler im RI-Fließbild. Versehen Sie jeden Fehler mit einer Nummer und geben
Sie eine kurze Erläuterung.
2. Geben Sie an wie die Hauptleitung gekennzeichnet werden muss.
3. Was kann passieren, wenn die Schneckenpumpe ausfällt? Wie kann dem vorgebeugt werden?
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Aufgabe 2
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Aufgabe 3
Aufgabe 3 - Verfahrensentwicklung (25P)
Es soll die Synthese der Acrylsäure betrachtet werden. Diese wird überwiegend für Windeln
als Absorptionsmittel eingesetzt. Das zurzeit aktuelle Verfahren besteht aus einer zweistufigen
Reaktion.
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Aufgabe 3
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Aufgabe 3
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Aufgabe 3
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Block 2
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Aufgabe 1
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Aufgabe 1
1) Summenkurve (composite curve)-grafisch
2) Wärmekaskade Verfahren
3) Grand composite curve Verfahren-grafisch
Lösung:
𝑄𝐻𝑒𝑖𝑧,𝑚𝑖𝑛 = 180 𝑘𝑊
𝑄𝐾𝑎𝑙𝑡,𝑚𝑖𝑛 = −120 𝑘𝑊
𝑇𝑝𝑖𝑛𝑐ℎ,𝑘𝑎𝑙𝑡𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑜𝑚 = 80 °C
𝑇𝑝𝑖𝑛𝑐ℎ,𝑤𝑎𝑟𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑜𝑚 = 100 °C
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Aufgabe 2
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Aufgabe 2
Lösung:
PT = 5,66 kW
PS = 6,94 kW
T1 (Annahme)= 25°C = 298 k
T2 = 443 k = 170°C
Aufgabe über Pumpen -> Übung 3 (Pumpen), Aufgabe 4 & 5
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Aufgabe 3
Eine Aufgabe über Anlagensicherheit oder Kostenrechnung
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