Dette er en oppfølging fra spørretimen i dag.
1. NB. Ta med SI Chemical Data på eksamen.
2. I kap. 8 (dynamiske systemer) er det viktigste at dere kan
sette opp balansene. Tids(sprang)responser er mindre viktig i dette faget.
3. For trykkfeil i kompendiet: se under KOMPENDIUM og TRYKKFEIL
4. Noen spurte om Øving 5.11 Brennkammer (s. 107).
Her kommer løsningsforslaget.
NB. Anta at luft er 21% O2 og 79% N2.
I utgangspunktet vet vi ikke om temperaturen er over eller under
100C - dette er viktig for det bestemmer fasen for vann.
Men siden det er så mye kjøling blir den godt under 100C som vi vil
se. Vi bruker derfor data for H2O(l).
Fra SI Chemical data finner vi følgende Cp-data [J/K mol]
H2O(l): 75; H2(g): 29; O2(g): 29; N2(g): 29
For reaksjonen H2 + 0.5 O2 = H2O er derved dCp=75-29-0.5*29=31.5 J/K mol.
Dannelsesvarmen for H2O(l) er -285 kJ/mol, dvs. reaksjonsvarmen er
dHr(T) = dHr(298) + dCp(T-298) = -285000 - 31.5*(T-298) [J/mol]
Fra støkiometrien finner vi at føden er 100mol/s H2, 50 mol/s O2 og
188 mol/s N2 (tilsammen 338 mol/s).
Eenergibalansen gir
Hut-Hinn=Q [J/s]
der Q=0.99*dHrx (negativt tall).
Vi evaluerer Hut-Hinn ved å betrakte følgende tenkte prosess:
1. Varmer opp føden (H2, N2, O2) fra 298K til T.
dHT = 338 * 29 * (T - 298) [J/s]
2. Reagerer ved T (100 mol/s omsettes)
dHrx = 100 * (-285000 - 31.5*(T-298) )
Vi får da
dHT + 0.01 dHrx = 0
338 * 29 * (T - 298) + 0.01*100 * (-285000 - 31.5*(T-298) ) = 0
som gir
T-298 = 2850/97.705 = 29.17K dvs. T = 327 K
og vi får Q=0.99*( 100 * (-285000 - 31.5*(T-298) )) J/s = 28.3 MW
************************************************************************
Sigurd Skogestad, professor og instituttleder Tel: +47-7359-4154
Institutt for kjemisk prosessteknologi Fax: +47-7359-4080
NTNU sigurd.skogestad@chembio.ntnu.no
N-7491 Trondheim www.chembio.ntnu.no/users/skoge
************************************************************************