12.3 Polttosysteemin energiatase

Samankaltaiset tiedostot
6. PUHTAIDEN FAASIEN TASAPAINOTERMODYNAMIIKKA. 6.1 Paineen ja lämpötilan välinen riippuvuus puhtaan yhdisteen faasitasapainossa

SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Ehdotukset harjoituksen 6 ratkaisuiksi

LH9-1 Eräässä prosessissa kaasu laajenee tilavuudesta V1 = 3,00 m 3 tilavuuteen V2 = 4,00 m3. Sen paine riippuu tilavuudesta yhtälön.

DNA OY:N LAUSUNTO KUSTANNUSSUUNTAUTUNEEN HINNAN MÄÄRITTELYYN SOVELLETTAVASTA MENETELMÄSTÄ SUOMEN TELEVISIOLÄHETYSPALVELUIDEN MARKKINALLA

Tarkastelemme tässä luvussa entalpian määrittämistä kemiallisesti reagoivalle aineelle, jonka termodynaaminen tila määräytyy yhtälön. h = h(t,p) (2.

Lisämateriaalia: tilayhtälön ratkaisu, linearisointi. Matriisimuuttujan eksponenttifunktio:

LIITTEET Liite A Stirlingin kaavan tarkkuudesta...2. Liite B Lagrangen kertoimet...3

MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka T8415SJ Energiatekniikka. Hannu Sarvelainen HÖYRYKATTILAN SUUNNITTELU

Puolijohdekomponenttien perusteet A Ratkaisut 5, Kevät Ideaalisen normaalimoodin pnp-transistorin kollektorivirta on.

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

1 Eksponenttifunktion määritelmä

pienempää, joten vektoreiden välinen kulma voidaan aina rajoittaa välille o. Erikoisesti on

Kaasu 2-atominen. Rotaatio ja translaatiovapausasteet virittyneet (f=5) c. 5 Ideaalikaasun tilanyhtälöstä saadaan kaasun moolimäärä: 3

Hevosenlannan polton lainsäädännön muutos HELMET Pirtti Hevosvoimaa Uudellemaalle Ratsastuskeskus Aino, Järvenpää

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

( ) k 1 = a b. b 1) Binomikertoimen määritelmän mukaan yhtälön vasen puoli kertoo kuinka monta erilaista b-osajoukkoa on a-joukolla.

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

Käytetään lopuksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille 1-2 ja 3-1. Muutos 1-2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( p2 / p1) = ( T2 / T1)

BH60A0900 Ympäristömittaukset

1. KEMIALLISESTI REAGOIVA TERMODYNAAMINEN SYSTEEMI

dx = d dψ dx ) + eikx (ik du u + 2ike e ikx u i ike ikx u + e udx

Talousmatematiikan perusteet, ORMS1030

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/6

Tehtäviä neliöiden ei-negatiivisuudesta

Tarkastelemme luvussa 3 puhtaan aineen ominaisentropian (J/mol K) s = s(t,p) (3.1)

Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY

RATKAISUT x 2 3 = x 2 + 2x + 1, eli 2x 2 2x 4 = 0, joka on yhtäpitävä yhtälön x 2 x 2 = 0. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaavalla saadaan

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

S Laskennallinen systeemibiologia

2 avulla. Derivaatta on nolla, kun. g( 3) = ( 3) 2 ( 3) 5 ( 3) + 6 ( 3) = 72 > 0. x =

10. VAKIOLÄMPÖTILASSA JA VAKIOPAINEESSA TAPAHTUVAN PROSESSIN MINIMI- JA MAKSIMI-TYÖMÄÄRÄ

Insinöörimatematiikka IA

xe y = ye x e y + xe y y = y e x + e x y xe y y y e x = ye x e y y (xe y e x ) = ye x e y y = yex e y xe y e x = x 3 + x 2 16x + 64 = D(x)

RFID-tunnistus rengastuotannossa pilotin kokemuksia

Aineen häviämättömyyden periaate Jos lähtöaineissa on tietty määrä joitakin atomeja, reaktiotuotteissa täytyy olla sama määrä näitä atomeja.

Harjoituksia MAA5 - HARJOITUKSIA. 1. Olkoon ABCD mielivaltainen nelikulmio. Merkitse siihen vektorit. mutta molemmat puolet itseisarvojen sisällä????

3 Lämpölaajaneminen ja tilanyhtälöt

Usko, toivo ja rakkaus

λ x = 0,100 nm, Eγ = 0,662 MeV, θ = 90. λ λ+ λ missä ave tarkoittaa aikakeskiarvoa.

Oletetaan kaasu ideaalikaasuksi ja sovelletaan Daltonin lakia. Kumpikin seoksen kaasu toteuttaa erikseen ideaalikaasun tilanyhtälön:

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 3B

SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 2(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

Lasketaan kullekin a euron maksuerälle erikseen, kuinka suureksi erä on n vuodessa kasvanut:

tasapainotila saavutetaan kun vuo aukon läpi on sama molempiin suuntiin

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

Matematiikan tukikurssi

Puolijohdekomponenttien perusteet A Ratkaisut 5, Kevät qad L. 1, C 3,6 10 m m s 10 m 0,6 ev

Kirjoitetaan FIR-suotimen differenssiyhtälö (= suodatuksen määrittelevä kaava):

5.3 Matriisin kääntäminen adjungaatilla

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 1, ratkaisut Maanantai

Materiaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 4, Kevät Ajasta riippumaton yksiulotteinen Schrödingerin yhtälö voidaan esittää muodossa

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 09: Tasoristikon sauvaelementti, osa 2.

Excel 2013:n käyttö kirjallisen raportin, esim. työselostuksen tekemisessä

PYHÄJÄRVI. Turri. Kyösti. Niilonsaari. Rajaniemi Rajasalmi. Soukonlahti. Sankilanlahti PYHÄJÄRVEN RANTAREITIN YLEISSUUNNITELMA.

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuja viikolle 4. ( ) Jeremias Berg. n(n + 1) 2. k =

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Aritmeettinen jono

0 C lämpötilaan antaa 836 kj. Lopputuloksena on siis vettä lämpötilassa, joka on suurempi kuin 0 0 C.

Alkuräjähdysteoria. Kutistetaan vähän...tuodaan maailmankaikkeus torille. September 30, fy1203.notebook. syys 27 16:46.

Fysiikan labra Powerlandissa

tilavuudessa dr dk hetkellä t olevien elektronien

Seoksesta aiheutuvat ongelmat kemialliseen potentiaaliin kuvataan ns. aktiivisuustermillä a

Biologian yhteisvalinta 2014 / Mallivastaus Kysymys 1

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 5 (6 sivua)

& # # w. œ œ œ œ # œ œ œ œ œ # œ w. # w nœ. # œ œ œ œ œ # œ w œ # œ œ œ Œ. œ œ œ œ œ œ œ œ # œ w. œ # œ œ œ w œ œ w w w w. W # w

RISTIKKO. Määritelmä:

Otantajakauman käyttö päättelyssä

Ongelma 1: Mistä joihinkin tehtäviin liittyvä epädeterminismi syntyy?

4.3 Signaalin autokorrelaatio

Pakkauksen sisältö: Sire e ni

TEM-MENETELMIEN TESTAUSTA SYKSYLLA SU01\1JEN 1\7IAll\7J[ OY FINNEXPLORATION & Espoo HANNU SILVENNOINEN, Dl

2.5. Eksponenttifunktio ja eksponenttiyhtälöt

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

KTJkii-aineistoluovutuksen tietosisältö

Kuivuriuunien paloluokitusturkastus

Ongelma 1: Mistä joihinkin tehtäviin liittyvä epädeterminismi syntyy?

Talousmatematiikan perusteet, ORMS1030

Otantajakauma. Otantajakauman käyttö päättelyssä. Otantajakauman käyttö päättelyssä

n = = RT S Tentti

Näihin harjoitustehtäviin liittyvä teoria löytyy Adamsista: Ad6, Ad5, 4: 12.8, ; Ad3: 13.8,

Maahantuojat: omavalvontasuunnitelman ja sen toteutumisen tarkastuslomakkeen käyttöohje

2.1. Lukujonon käsite, lukujonon suppeneminen ja raja-arvo

Kompleksilukujen alkeet

SUORAN SAUVAN VETO TAI PURISTUS

****************************************************************** ****************************************************************** 7 Esim.

Analyysi A. Harjoitustehtäviä lukuun 1 / kevät 2018

1. Kaikki kaatuu, sortuu August Forsman (Koskimies)

Matematiikan tukikurssi

5. Trigonometria. 5.1 Asteet ja radiaanit. Radiaanit saadaan lausekkeesta. Kun kulma on v radiaania ja n astetta, tästä seuraa, että 180

EX1 EX 2 EX =

Kuivauksen fysiikkaa. Hannu Sarkkinen

Joensuun yliopisto Kemian valintakoe/

1 NIBE FIGHTER 410P ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhteen laskenta lämmöntarveluvuilla

TYÖNTEKIJÄIN ELÄKELAIN MUKAISEN VAKUUTUKSEN YLEISET LASKUPERUSTEET. Kokooma Viimeisin perustemuutos on vahvistettu

Transkriptio:

169 12.3 Plttsysteemi eergiatase Palamisrsessi eergiatase havaillistettu kuvassa 12.2. lttaie & h (T ) alamisilma & h (T i i i ) kattila savukaasut & h (T B kattila hyötyteh f k kattila lämöhäviöt f h ) Kuva 12.2. Plttsysteemi eergiatase. Statiääritilassa ätee kuva 12.2 mukaiselle kattilalle eergiatase fk + fh = & h(t )+ & ihi (T )- & h(t B ), (12.41) i ssa lämötila T lttaiee syöttölämötila, T alamisilma lämötila a T B kattilasta istuvie savukaasue lämötila. Plttaiee etalia kaava (2.14) mukaisesti h (T ) = T f + D H (T ) c (T) dt, T missä D Hf (T ) lttaiee mudstumisetalia lämötilassa T a c se miaislämö (J/ml). Etalia h siis täysi eri asia kui lttaiee lämöarv q. Näide välie yhteys saadaa lämöarv q määrittely-yhtälöstä f k = ṅ q, ka ätee, ku T = T = T a f h = 0, a tisaalta kaava (12.41) mukaisesti tätä tilaetta vastaavasta eergiataseesta f k = & h (T 0)+ & ih i (T) 0 - & h (T) 0. i

170 Siis saamme tulkseksi i q = h(t 0)+ hi (T) 0 - i h (T) 0, (12.42) ssa i / = ṅ i /ṅ a / = ṅ /ṅ, eli esimerkiksi / ilmaisee sytyvä savukaasukmeti määrä suhteessa lttaiemäärää eli uuri e luvut, tka savukaasulaskelmissa luvu 12.1 taaa selvitetää. Yhtälö (12.41) ikea ule lauseke vidaa kirittaa seuraavaa ekvivalettisee mut & h( T) + & ihi ( T )- & h( TB) = i Ø ø i = & Œ h( T) + hi( T) - h ( T ) œ & h( T) h( T) Œ i œ + - º ß [ ] Ø ø i + & Œ ( hi( T) -hi( T) ) - ( h( TB) -h( T) ) œ, Œ i œ º ß ka siittamalla yhtälöö (12.41) a ttamalla humi yhtälö (12.42) ataa tulkseksi Ø i [ (T)- (T) 0] Œ ( hi (T )- hi (T) 0) & q+ & h h + & º Œ i Ø = fk + fh + & Œ Œ º ( h(t B)- h(t) 0) ø œ œ ß ø œ ßœ (12.43) yhtälö (12.43) ikealla ulella leva termi Ø & Œ Œ º ( h(t B)- h(t) 0) ø œ œ ß savukaasuhäviö, ku savukaasut istuvat kattilasta lämötilassa T B. Yhtälö (12.43) vasemmalla ulella leva termi

171 Ø & Œ º Œ i i ( h (T )- h (T)) i i 0 ø œ ßœ kuvaa alamisilma esilämmitysteha, ku alamisilma esilämmitetty lämötilasta T lämötilaa T. Termi ṅ [h (T ) - h (T )] = ṅ c - (T - T ) ulestaa kuvaa lttaiee esilämmitysteha, ku lttaie esilämmitetty lämötilasta T lämötilaa T. Kiiteille a estemäisille lttaieille lttaievirta aetaa massavirtaa ṁ mlivirra ṅ asemasta, ta käytetää vai kaasumaisille lttaieille. Käyttämällä massavirtaa saa kaava (12.43) mud Ø i [ (T)- (T) 0] Œ ( hi (T )- hi (T) 0) m& q+ m& h h + m& º Œ i Ø ø = fk + fh + m& Œ ( ). m h (T h œ B)- (T) 0 Œ º œ ß ø œ ßœ (12.44) Yhtälössä (12.43) q a h yksikössä J/ml a aievirta ṅ yksikössä ml/s. Se siaa yhtälössä (12.44) q a h yksikössä J/kg a aievirta ṁ yksikössä kg/s. Luvut / kaavassa (12.43) vat yksikössä ml/ml.a a luvut /m kaavassa (12.44) vat yksikössä ml/kg.a. Etaliat h i a h vat mlemmissa kaavissa (12.43) a (12.44) yksiköissä J/ml. Etaliaertukset a h h i T (T ) - h (T ) = c (T)dT i 0 i T0 TB (T ) - h (T ) = c (T)dT 0 T0 vat s. tutuvia etaliita eli taulukitua etaliita a iitä merkitää taulukkkirissa H mt :llä (tai esim. Jaaf taulukissa merkiällä H - H (T ) ). r

172 Kska miaislämmöt riiuvat vimakkaasti lämötilista, tämä itegraalissa tettava humi. Palamistarkituksii hyvi sveltuvia valmiiksi laskettua taulukitua etaliita esitetty lähteessä [3], sta tettu seuraavilla sivuilla esitetyt taulukt 12.5. Täydellisyyde vuksi lemme esittäeet myös kaasue miaislämötaulukt, tka tettu samasta lähteestä. Seuraavassa esitämme kaksi lasketaesimerkkiä eergiatasetarkastelusta. Esimerkit ääiirteittäi esitetty lähteestä [3], mutta ki verra mdifiituia a esitetty merkiöiltää tämä kira mukaisesti. Esimerkki 12.11. Laske leiukattila tuliesää siitetu lämöia istama lämöteh, ku kattilaa syötetää turvetta 2.5 kg/s. Turee vesiitisuus 45% (airsettia) a turee alkuaiekstumus seuraava: hiiltä 55% (airsettia), vetyä 5.5%, rikkiä 0.2%, haea 32.6%, tyeä 1.7% a lut tuhkaa. Savukaasut istuvat äähdytetystä tuliesästä lämötilassa 1100K lt ilmakertime l llessa 1.2. Plttilma syötetää leiukerrksee lämötilassa 350K. Tuliesä säteilyhäviötehksi letetaa 1.5% lttaietehsta. Laskut vaiheittai esitettyä: 1. Palamisilma tarve a savukaasue kstumus. Laskelmat tästä aiemmi esimerkissä 12.6 tauluk mudssa. 2.Taulukidut etaliat eri kmeteille Palamisilma T = 350K Savukaasu T B = 1100K i /m ( ml kg.a ) H mt (kj/ml) /m ( ml kg.a ) H mt(kj/ml O 2 32.57 1.531 5.43 26.212 N 2 122.79 1.511 *) 123.11 24.760 H 2 O 1.54 1.748 41.55 30.190 CO 2-25.19 38.888 SO 2-0.034 39.895 i ( ) m h h i (T )- i (T) 0 ( ) i m h (T B)- h (T) 0 = 32.57 1.531+122.79 1.511 = 5.43 26.212+123.11 24.760 +1.54 1.748 = 238.09 kj/kg.a + 41.55 30.190+25.19 38.888 + 0.034 39.895 = 5425.88 kj/kg.a *) Js tyee halutaa sisällyttää ilmassa leva iei hiilidiksidi- a alkaasumäärä, luetaa etaliat s. raakatyelle N2r, tka eravat hiema tye arvista. Kska hiilidiksidi määrä ilmassa kuiteki vaihtelee, lemme laskuissa käyttäeet uhtaa tyikaasu arva.

173 Taulukk 12.5. Palamiskaasue miaislämöä a tutuvia etaliita [hi - hi(t)], T = 298.15K.

174 Taulukk 12.5 (atka)

Taulukk 12.5 (atka) 175

176 Taulukk 12.5 (atka)

177 Taulukk 12.5 (atka)

Taulukk 12.5 (atka) 178

179 3. Plttaiee lämöarv. Tauluksta 12.2 saadaa kuivalle tureelle (sisältäe tuhka) kj/kg. q s = 336 55 + 1420 5.5-153 32.6 + 0.72 32.6 2 + 94 0.2 = 22086 Tehllie lämöarv kuivalle tureelle (sisältäe tuhka, ks. taulukk 12.2) q i = 22086-219.6 5.5 = 20878 kj/kg Kaavasta (287) saadaa kstea turee tehllie lämöarv, ku ksteus w = 45%: q i = (1-0.45) 20878-0.45 2443 = 10384 kj/kg. Kska lämöarv q i = 20878 kj/kg sisältyy tuhka massa, tulee kaavaa (12.35) sveltaa site, että siiä w t = 0. 4. Plttaiee sisääsyöttölämötila. Oletetaa, että turve syötetää lämötilassa T = T = 298.15K, lli yhtälössä (12.44) termi ṁ [h (T ) - h (T )] = 0. Js T T, ii silli [h (T ) - h (T )] = c (T -T ), missä c turee (kstea turee) miaislämö (kj/kgk). 5. Plttaieteh. Ku ṁ = 2.5 kg/s (märkää turvetta), saadaa lttaietehksi ṁ q = 2.5 10384 kw = 25.96 MW. 6. Lämöteht. Säteilyhäviö li letettu leva 1.5% lttaietehsta: f h = 0.015 25.96 MW = 390 kw. Palamisilma mukaa tuleva lämöteh Ø i m& ( ).. m h h ø Œ i (T ) - i (T) 0 œ kw º Œ i ßœ = 2 5 238 09 = 595. Savukaasu mukaa meevä lämöteh Ø ø m& Œ ( ).. m h (T B) - h (T) œ 0 Œ kw º œ = 2 5 542588 = 13565. ß

180 7. Lämöia istama lämöteh f k saadaa eergiataseesta (12.44): Ø i [ (T ) - (T 0) ] Œ ( i (T )- i (T) 0) fk = m& q + m& h h + m& º Œ i Ø ø BJ - fh - m& Œ ( ) m h (T h œ B)- (T) 0 Œ º œ ß = 25960 + 0 + 595-390 - 13565 = 12600 kw m h h eli f k = 12.6 MW. Esimerkki 12.12. Edellise esimerki tehtävä tuliesästä savukaasut virtaavat kattilasaa, ssa savukaasut äähdytetää lämötilaa 450K. Laske mikä savukaasuista kattilasassa saatava lämöteh. Kattilasa eergiatase kaavikuvaa, ø œ ßœ & h (T i Ti=1100 K ) kattila & h (T ut Tut = 450 K ) f k sta saadaa eergiataseeksi, f k = & h (T i )- & h (T ut ) ka vidaa kirittaa mut Ø ø f k = m& Œ ( ) m h (T Œ - h œ i ) (T ut ). º œ ß (12.45) Etaliat saadaa tauluksta a savukaasu kstumus sama kui edellisessä esimerkissä.

181 Savukaasu /m H mt (kj/ml) ( ml kg.a ) T i = 1100K T ut = 450K O 2 5.43 26.212 4.543 N 2 123.11 24.760 4.437 H 2 O 41.55 30.190 5.176 CO 2 25.19 38.888 6.114 SO 2 0.034 39.895 6.442 Niimudi lämötehksi saadaa f k = 2.5 [5.43 (26.212-4.543) + 123.11 (24.760-4.437) + 41.55 (30.190-5.176) + 25.19 (38.888-6.114) + 0.034 (39.895-6.442)] = 11215 kw. Kk leiukattila hyötyteh tuliesä a kvekti-sa lämötehe summa: f tt = 12600 + 11215 = 23815 kw a kk leiukattila hyötysuhde eli lämöteh/lttaieteh h = 23815 25960 = 0.917. Mitä alemmaksi savukaasut ystytää äähdyttämää, sitä aremi kattila hyötysuhde. 12.4 diabaattie alamislämötila Palamisrsessi eergiatase yleisessä kaasulttaieille sivassa mudssa esitetty yhtälössä (12.43) a se kassa yhtäitävä yhtälö (12.44), ka sveltuu estemäisille a kiiteille lttaieille. Eergiataseesta (12.43) tai (12.44) äemme, että mitä krkeami savukaasu lämötila (T B ), sitä ieemi hyötyteh f K saadaa. Ku savukaasue lämötila ii krkea, että kk lttaieteh siirtyy savukaasuihi, uhutaa adiabaattisesta alamislämötilasta. Yhtälöstä (12.44) saadaa adiabaattiselle alamislämötilalle T ad yhtälö

182 q + i [ h (T ) - h (T )] + ( h (T ) - h (T )) = m m ( h (T ) - h (T )). ad i i i (12.46) Ku lttaie tudaa lämötilassa T eli T = T, saadaa yhtälöstä (12.46) q = - i m m i ( h (T ) - h (T )) ( h (T ) - h (T )), i ad i (12.47) missä T alamisilma tullämötila a [q] = J/kg lttaietta. Js kyseessä kaasumaie lttaie, saadaa vastaavasti q = - i ( h (T ) - h (T )) i ad ( h (T ) - h (T )), i i (12.48) missä [q] = J/ml lttaiekaasua. diabaattie lämötila edustaa krkeita mahdllista alamislämötilaa. Se riiuu lttaiee lämöarvsta q a lttaiee kstumuksesta. Js ilmakerri yli yhde ( l > 1), mudstuu savukaasua eemmä a yhtälöstä (12.47) tai (12.48) ähdää, että adiabaattie alamislämötila laskee. Yhtälöstä (12.47) tai (12.48) vidaa T ad ratkaista. Tätä varte tarvitaa taulukitua etaliaertuksia [h i (T ) - h i (T )] a [h (T ad ) - h (T )], ita käsittelimme edellisessä luvussa 12.3. Yhtälö (12.47) ratkaisu saadaa käsi laskie vaivattmimmi graafisesti iirtämällä se ikea ule kuvaaa. Oikea ule kuvaaa vidaa helsti iirtää taulukitue etaliaertuste avulla. Merkitää

183 i f (T) = ( h (T) - h (T ))- ( h i (T) - h i (T )), m m lli yhtälö (12.47) vidaa esittää mudssa q = f(t ad ), (12.49) ka vidaa ratkaista graafisesti (kuva 12.3). i q T ad T Kuva 12.3. diabaattise alamislämötila laskemie graafisesti. Taulukssa 12.6 taulukketaliat [h i h i (T)] laskettu hyvi krkeilleki lämötilille, ita vidaa tarvita adiabaattise alamislämötila laskuissa. Muissa svellutuksissa susiteltavamaa käyttää luvussa 12.3 esitettyä taulukita. Humaa, että tauluk 12.6 etalia-asteikk lähtee lämötilasta T = 0 C.

184 Taulukk 12.6. Eräide kaasue tutuvia etaliita [h i h i (T)], kj/ml, T = 273.15K [19]. Esimerkki 12.13. Laske adiabaattie alamislämötila kevyelle lttölylle, ku ilmakerri l = 1.15. Esimerkissä 12.4 laskettii hai- a tyimäärä kevyelle lttölylle ilmakertimella l = 1.15: 1 /m = 119.7 ml/kg haikaasu O 2 (g) 2 /m = 445.9 ml/kg tyikaasu N 2 (g) 3 /m = 0.2 hiilidiksidi CO 2 (g) 4 /m = 0 vesihöyry H 2 O (g) 5 /m = 5.3 ml/kg argkaasu r (g) 6 /m = 0 rikkidiksidi SO 2 (g)

185 Vastaavasti esimerkissä 12.5 laskettii savukaasumäärät kevyelle lttölylle, ku ilmakerri li l = 1.15: B1 /m = 15.6 ml/kg haikaasu O 2 (g) B2 /m = 445.9 ml/kg tyikaasu N 2 (g) B3 /m = 71.5 ml/kg hiilidiksidi CO 2 (g) B4 /m = 67.8 ml/kg vesihöyry H 2 O (g) B5 /m = 5.3 ml/kg argkaasu r (g) B6 /m = 0.3 ml/kg rikkidiksidi SO 2 (g) Oletetaa, että lttaiee a alamisilma sisäätullämötila sama kui etalia-asteik lähtölämötila T. Tällöi h i h i (T)= 0, i = 1,...,6. (12.50) Kevye lttöly tehllie lämöarv tulee tarkkaa ttae määrittää lämötilassa T = 273.15 K. Käytetää tässä arksimaatia tauluk 12.4 arva q = 42.7 10 3 kj/kg, ka aettu lämötilalle 298.15 K. Yleesä etalia-asteik lähtölämötila T =298.15K, mutta tässä ikkeuksellisesti taulukk 12.6 laadittu T = 273.15K. diabaattie alamislämötila T ad määräytyy yhtälöstä (12.47), ka tässä taauksessa elkistyy mut q = 6 = 1 m ( h (T ) - h (T )) = f (T ) ad ad. (12.51) Tauluk 14 avulla vidaa yhtälö (12.51) ikea uli eri lämötilissa T kätevästi laskea: T = 1500 K 6 h (T m = 1 ( ) - h (T )) ad = O 2 N 2 CO 2 62.669 =15.6 41.373 + 445.9 39.159 + 71.5

186 H 2 O r SO 2 + 67.8 48.967 + 5.3 25.529 + 0.3 63.431 = 26.3 10 3 kj/kg T = 2000 K 92.424 6 = 1 m ( h (T ) - h (T )) ad = 15.6 59.975 + 445.9 56.907 + 71.5 + 67.8 73.577 + 5.3 35.933 + 0.3 92.294 = 38.4 10 3 kj/kg T = 2300 K 6 = 1 m ( h (T ) - h (T )) ad = 15.6 67.417+ 445.9 67.780 + 71.5 110.658 + 67.8 89.194 + 5.3 42.175 + 0.3 109.850 = 45.9 10 3 kj/kg. Piirretää fukti f(t) a etsitää lämötila T ad, ssa yhtälö (12.51) tteutuu (kuva 12.4). Kuvasta 12.4 vidaa lukea, että adiabaattie alamislämötila i 2200 K. Tdellisuudessa adiabaattie alamislämötila hiema tätä alhaisemi, kska krkeammissa lämötilissa taahtuu hiilidiksidi sittaista disssiitumista (CO 2 fi CO + 1/2 O 2 ). Tisi sae savukaasue kstumus ei le tarkkaa ttae sitä, mitä täydellie alamisarksimaati ataa a siksi adiabaattie alamislämötila tulisi täsmällisesti ttae määrittää yhdessä savukaasu termdyaamise tasaaikstumukse kassa. Palamise yhteydessä lämöä siirtyy kaike aikaa ymäristöö ääasiassa säteily mudssa. Tästä seuraa, että alamislämötila aia leellisesti alhaisemi kui adiabaattie alamislämötila. diabaattie alamislämötila ataa tereettise maksimi, mihi asti lämötila vi krkeitaa usta.

187 MJ/kg 45 q = 42.7 MJ/kg 40 35 30 25 1400 1600 1800 2000 2200 2400 K Kuva 12.4. diabaattise alamislämötila graafie määrittämie. 12.5 Termdyaamise hakasteistee laskemie Pltettaessa rikkiitisia lttaieita sisältää savukaasu rikkidiksidia SO 2 (g) a rikkitriksidia SO 3 (g). Ns. hakasteisteellä tarkitetaa sitä lämötilaa, missä savukaasuissa leva rikkitriksidi reagi savukaasuissa leva vesihöyry kassa a mudstaa rikkihaa, ka alkaa tiivistyä itaa eli H 2 O(g) + SO 3 (g) fi H 2 SO 4 (l). (12.52) Js lämötila hakasteistettä alhaisemi taahtuu rikkiha tiivistymistä, s taas lämötila krkeami ei tiivistymistä taahdu. Lämötilaa, missä vesihöyry kdesituu ilma rikkiyhdisteide läsäla, kutsutaa vesikasteisteeksi (eli rmaali kasteiste): H 2 O(g) fi H 2 O(l). (12.53) Hakasteistelämötila humattavasti krkeami kui vesikasteiste. Suuruuslukkaa hakasteiste tyyillisesti alueella 120-160 C, ku savukaasuissa vesikasteiste tyyillisesti alueella 40-60 C.

188 Hakasteistee tutemie tärkeätä krrsisyistä. Mikäli savukaasut äähtyvät kattilassa tai lämmövaihtimessa alle hakasteistee, syövyttää sytyvä rikkiha metallia, mikäli ei käytetä hakestävää terästä tai muvea tai muviiitteisia metallea. Termdyaamise tasaaikemia mukaa vaaa eli reagimattma hae läsällessa savukaasuissa alhaisissa lämötilissa tasaai rikkitriksidi SO 3 (g) ulella SO 2 (g) + 1 2 O 2(g) =SO 3 (g). (12.54) eli SO 3 : määrä suuremi kui SO 2 : määrä. Kuiteki tämä reakti vasemmalta ikealle alemmissa lämötilissa ii hidas, että ilma katalyyti läsäla savukaasuissa humattavasti eemmä rikkidiksidia SO 2 (g) kui rikkitriksidia SO 3 (g). Periaatteessa myös rikkidiksidi vi kdesitua, lli mudstuu rikkihaketta SO 2 (g) + H 2 O(g) fi H 2 SO 3 (l). (12.55) Seuraavassa tarkastelemme kdesitumista reakti (12.52) halta, ka merkitsee sitä, että tasaaitilateessa eli hakasteisteessä ätee tasaaieht m (T,,x ) + m B (T,,x B ) = m C (T,), (12.56) missä H 2 O(g), B SO 3 (g) a C H 2 SO 4 (l). Käsittelemällä kaasuses ideaalikaasua vidaa rikkitriksidi a vesihöyry kemiallie tetiaali kirittaa yhtälö (7.3) mukaisesti. Puhtaalle estemäiselle rikkihalle kemiallie tetiaali ulestaa kiritetaa yhtälö (6.21) mukaisesti, lli tasaaiehdsta (12.56) saadaa Ø ø Ø ø B Œm (T) + RT l B (T) RT l = mc (T) + vc ( - œ + Œm + œ Œº œß Œº œß ). (12.57) Ku savukaasu kstumus a se aie tuetaa, vidaa saaieet a B laskea, ka älkee yhtälöstä (12.57) saadaa hakasteistelämötila T määritettyä. Seuraavassa esitämme mite yhtälöstä (12.57) vidaa ratkaista käsilaskelmilla lämötila T. Tasaailasketahelmilla rbleema ratkaistaa atamalla useita eri lämötila a tutkimalla milli estefaasi H 2 SO 4 (l) alkaa mudstua. Ku lämötila liia krkea, rikkihaa ei mudstu.

189 Esimerkki 12.14. Lasketaa hakasteiste savukaasulle, missä vesihöyry H 2 O(g) mlisuus 11.2 % a rikkitriksidi SO 3 (g) mlisuus 2.0 10-3 % eli 20 m. Kkaisaiee llessa = 1 bar H 2O = = 0.112 bar a B = SO 3 = 2.0 10-5 bar. Kaava (7.3) avulla vidaa vesihöyry () kemiallie tetiaali lausua m = m (T) + RT l f (T ) + 4444 h (T) [ h (T) - h (T )]- Ts (T) + RT l = DH 14 244444 3 = (12.58) Tauluksta 1.1 äemme vesihöyrylle DH f (T ) = - 241.826 10 3 J/ml. Vimme laatia tauluk vesihöyry kemialliselle tetiaalille lämötila fuktia, ku = 0.112 bar: T = 298.15 K h (T) - h (T ) = 0 s (T) = 188.834 J/mlK m = [- 241.826 10 3 + 0-298.15 188.834] + 8.314 298.15 l 0.112 = - 303.56 10 3 J/ml T = 350 K h (T) - h (T ) =1.757 kj/ml s (T) = 193.92 J/mlK m = [- 241.826 10 3 + 1757-350 193.92)] + 8.314 350 l 0.112= - 314.31 10 3 J/ml T = 400 K h (T) - h (T ) =3.452 kj/ml s (T) = 198.788 J/mlK m = - 325.17 10 3 J/ml T = 450 K h (T) - h (T ) =5.202 kj/ml s (T) = 202.661 J/mlK

190 m = - 336.01 10 3 J/ml Vastaavasti tauluksta 12.7 vidaa laatia rikkitriksidille (B): T = 298.15 K a vastaavasti muissa lämötilissa DH J fb ( T0 ) =-395765. 10 ml h (T) - h (T ) =0 kj/ml s (T) = 256.769 J/mlK m B = [- 395.765 10 3 +0-298.15 256.769)] + 8.314 298.15 l(2.0 10-5 ) = - 499.14 10 3 J/ml T = 350 K T = 400 K T = 450 K m B = - 517.35 10 3 J/ml m B = - 535.28 10 3 J/ml m B = - 553.59 10 3 J/ml. Rikkihalle (C) saadaa tulkseksi tauluksta 12.8 T = 300 K T = 400 K m C = - 861.06 10 3 J/ml m C =- 879.02 10 3 J/ml. Ja äi atketaa muille lämötilille. Humaa, että termi vc ( - ) = 0, kska aiee letettii leva 1 bar. Yhtälö (12.57) vidaa yt ratkaista kätevästi graafisesti iirtämällä summafukti (m + m B ) a fukti m C kuvaaat lämötila fuktia. Näide kuvaaie leikkausiste edustaa yhtälö (12.57) ratkaisua. T m + m B 298.15 K - 802.70 10 3 J/ml 350 K - 831.66 10 3 J/ml 400 K - 860.45 10 3 J/ml 450 K - 889.75 10 3 J/ml

191 kj/ml -800-820 m +m B -840-860 m C -880-900 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 T/K Kuva 12.5. Termdyaamise hakasteistee määrittämie graafisesti. Piirrksesta vimme lukea T = 447 K eli 174 C. Tämä edustaa termdyaamista hakasteistettä. Ku lämötila tämä alle, reakti + B fi C mahdllie, kska m C < m + m B eli Gibbsi eergia ieeee reakti suuassa. Reaktikietiikasta htue kdesitumie alkaa käytäössä hiema alemmassa lämötilassa kui termdyaamisessa hakasteisteessä. Kuvassa 12.6 esitettyä vastaava tarkastelu tuls graafisesti SO 3 : a H 2 O: itisuuksie fuktia.

192 Kuva 12.6 Savukaasu SO 3 -itisuus a hakasteiste.

Taulukk 12.7. SO3(g) miaisuudet [1]. 193

194 Taulukk 12.8. H2SO4 (cr, l) miaisuudet [1].