Verfahrenstechnik für Dummies. Burkhard Lohrengel
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Название: Verfahrenstechnik für Dummies

Автор: Burkhard Lohrengel

Издательство: John Wiley & Sons Limited

Жанр: Техническая литература

Серия:

isbn: 9783527827008

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СКАЧАТЬ Die angelieferte Kohle gelangt über Fördereinrichtungen zur Kohlemühle. Hier wird die Kohle staubfein zermahlen und mit vorgewärmter Luft getrocknet. Zusammen mit der Verbrennungsluft wird die Kohle in die Brennkammer eingeblasen und verbrannt. Bei der Oxidation der Kohle wird durch die exotherme Reaktion Wärme frei und es entstehen heiße Verbrennungsgase. Diese durchströmen den Dampferzeuger des Hauptkessels. Hierbei handelt es sich um ein von Wasser durchflossenes Wärmetauschersystem. Das Wasser nimmt die Wärme der Verbrennungsgase auf und verdampft dadurch bei hohen Temperaturen (über 500 °C) und Drücken (200 bar). In der Dampfturbine gibt der Dampf die in ihm gespeicherte Wärmeenergie als mechanische Energie an die Turbine ab. Die sich dadurch mit etwa 3000 Umdrehungen pro Minute drehende Welle der Turbine überträgt ihre Bewegungsenergie auf den Generator. Der Generatorläufer dreht sich in einem Magnetfeld und wandelt dadurch seine Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Über den Transformator wird der Strom als Produkt an die Kunden verkauft. Die nicht nutzbare Wärme wird im Kondensator über das Kühlwasser als Abwärme abgegeben, der Dampf kondensiert, das Kühlwasser erwärmt sich.

      Die im Dampferzeuger abgekühlten Verbrennungsgase (Rauchgase) können nicht direkt an die Umwelt abgegeben werden, da bei der Verbrennung von Kohle als umweltbelastende Emissionen Stickoxide, Staub und Schwefeldioxid anfallen, die aus dem Abgasstrom entfernt werden müssen. Hier wird ein weiteres Aufgabengebiet der Verfahrenstechnik deutlich, der Umweltschutz. Mittels eines chemisch-katalytischen Verfahrens (DENOX) werden in der Entstickungsanlage durch Eindüsung von Ammoniak die Stickoxide zu elementarem Stickstoff reduziert. Die Entfernung der im Rauchgas mitgeführten Flugasche erfolgt mittels elektrischer Abscheider (Elektrofilter). Die Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) bildet den Abschluss der Rauchgasreinigung. In Waschtürmen (Absorption, die Erklärung liefert Ihnen Teil III) wird das Rauchgas mit einer Waschflüssigkeit (Kalksuspension) besprüht. Das Schwefeldioxid wird von der Waschflüssigkeit aufgenommen und reagiert hier mit dem Kalkstein zu Gips, der an die Baustoffindustrie verkauft wird. Ein Saugzug saugt das Rauchgas durch die Anlage. Das Rauchgas verlässt das Kraftwerk gereinigt über den Kamin.

      Für das Beispiel Kraftwerk gemäß Abbildung 1.4 können unter anderem folgende Unit Operations identifiziert werden:

       Lagerung (Kohlehalde),

       Förderung (Kohleförderung über Gurtförderer),

       Zerteilen (mechanische Zerkleinerung in der Kohlemühle),

       Reagieren (Verbrennung als chemische Reaktion),

       Wärmeübertragen (Dampferzeuger),

       Reagieren (Entfernung von Stickstoffoxiden durch katalytische chemische Reaktion),

       Trennen (mechanische Trennung von Gas und Feststoff in der Entstaubung),

       Trennen (thermische Trennung von SO2 und Gas durch Absorption),

       Wärmeübertragen (Kondensator).

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       Mechanische Verfahren:Sie haben es mit makroskopisch großen Teilen zu tun (Feststoffe, Flüssigkeitstropfen, Gasblasen), die Teil eines mehrphasigen Stoffsystems sind.Die Bewegung makroskopisch großer Einzelteile wird durch die Gesetze der Mechanik beschrieben, nämlich durch das Einwirken äußerer Kräfte (zum Beispiel Schwerkraft, Fliehkraft, Trägheitskraft), thermische Molekularbewegungen können vernachlässigt werden.Die Zerlegung mehrphasiger Systeme in die einzelnen Komponenten (Phasen) erfolgt durch mechanische Verfahren. Wird ein Gasstrom entstaubt, so ist dies ein typisches mechanisches Verfahren. Das mehrphasige System, bestehend aus Gas und Feststoff, wird in die einzelnen Komponenten, das heißt in die Phasen Gas und Feststoff zerlegt.

       Thermische Verfahren:Die Komponenten eines Stoffgemischs liegen als molekulare Einzelteilchen vor und bilden eine homogene Phase.Die Bewegung der Einzelteilchen (Moleküle) innerhalb der Phase ist ungeordnet und chaotisch (Brownsche Molekülbewegung).Die Zerlegung homogener Gemische in Teilströme erfolgt durch thermische Verfahren. Ein homogenes Gemisch besteht aus einer Phase, in der sich mehrere Komponenten befinden. Ein homogenes Gemisch ist beispielsweise eine Flüssigkeit, die aus Wasser und Alkohol besteht. Dieses homogene Gemisch können Sie durch thermische Trennverfahren in die Komponenten Wasser und Alkohol zerlegen.Dominiert die ungeordnete, chaotische Bewegung von Molekülen (Brownsche Molekularbewegung), ist eine Trennung nur durch thermische Verfahren möglich.

      Die Masse der Teilchen entscheidet somit, ob die Stoffumwandlung mit den Gesetzen der Mechanik oder den Gesetzen der Thermodynamik zu berechnen ist.

Das Beispiel der Rauchgasreinigung nach Kohlekraftwerken verdeutlicht Ihnen diese Zusammenhänge (Abbildung 1.5). Das durch Verbrennung erzeugte Rauchgas besteht hauptsächlich aus Stickstoff (N2), das mit der Verbrennungsluft zugeführt wird, aber nicht an der Verbrennungsreaktion teilnimmt. Der andere Hauptbestandteil des Rauchgases ist Kohlenstoffdioxid (CO2), das durch die Oxidation des Kohlenstoffs der Kohle entsteht. Kohlenstoffdioxid ist zwar ein Treibhausgas, es sind hierfür aber keine konkreten Grenzwerte festgelegt. Neben diesen beiden Hauptkomponenten enthält das Rauchgas als für die Umwelt ungefährliche Komponenten Sauerstoff (O2), der als Überschuss der Verbrennung zugeführt wird, sowie Wasserdampf (H2O), der aus der Reaktion des Sauerstoffs mit dem in der Kohle enthaltenen Wasserstoff entsteht. Als umweltschädliche Stoffe, für die in der Gesetzgebung Grenzwerte festgelegt sind, entstehen bei der Verbrennung der Kohle die Gase Stickstoffoxid (NOx) und Schwefeldioxid (SO2) sowie Asche als Feststoff. Diese Stoffe müssen aus dem Gasstrom entfernt werden.

      Nach dem Dampferzeuger strömt das Rauchgas der Rauchgasreinigung zu. Hier werden die umweltschädlichen Stoffe abgeschieden oder in ungefährliche umgewandelt. Zuerst wird in der Entstickung das NOx (NOx ist die Summenformel für die beiden Stickstoffoxide NO und NO2) in einer katalytisch-chemischen Reaktion zu elementarem Stickstoff reduziert:

      (1.1)6 upper N upper O 2 plus 8 upper N upper H 3 right-arrow 7 normal upper N 2 plus 12 normal upper H 2 normal upper O period

      Das umweltschädliche Stickstoffdioxid (NO2) wird mittels Ammoniak (NH3) zu den ungefährlichen und in der Atmosphäre natürlich vorkommenden Stoffen Stickstoff (N2) und Wasserdampf (H2O) umgewandelt.