Advanced solution in Thermodynamics |
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The Thermodynamic Database |
Erstellung eines Projektkonzepts und
Prozessanalyse
basierend auf thermodynamischen Berechnungen und Messungen
Dokumentation und Erläuterungen der MS Excel-Datei zur thermodynamischen Berechnungen (html)
1. Prozesskonzept
In
einem Laborofen wird CuFeS2 bei
1250 °C oxidiert. Ziel ist die Bildung einer Matte-Phase, die
hauptsächlich aus Cu und Cu2 S besteht, O2 aus Luftdüsen reagiert mit CuFeS2 , FeS und Cu2 S, hauptsächlich in der Matte-Phase.
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2. Abschätzung des Prozessablaufs auf Basis thermodynamischer Berechnungen
Mithilfe thermodynamischer Berechnungen wird ermittelt, welche O2-Menge mit CuFeS2 reagieren soll, damit die maximale Kupfermenge in der Steinphase zustande kommen kann. Die Abbildung rechts zeigt die
Berechnungsergebnisse für einen CuFeS2-Einsatz von 40 kg/h. Die O2-Menge von 17,5 kg/h entspricht einem Luftdurchsatz von 58,3 Nm³/h. Wird die eingesetzte O2-Menge im Ofen mit CuFeS2 vollständig reagiert, ist im Abgas kein O2 mehr nachweisbar.
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Wieie aus den Messungen im nahezu stationären Zustand des Prozesses hervorgeht, wird die maximale Cu(l)-Bildung bei einem Luftdurchsatz von 72 [Nm³/h] erreicht. Dies entspricht einem O2 -Durchsatz von 21,3 [kg/h]. Die Menge der zu erwartenden Falschluft im
Abgas ist wahrscheinlich unwesentlich, da im Ofen
ein Überdruck von 0,1 [bar] herrscht. |
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4. Vergleich der Ergebnissen der thermodynamischen Berechnungen mit den Messungen
Die folgenden Tabellen zeigen die Elementzusammensetzung der Schlacke nach den thermodynamischen Berechnungen und den Bereich der gemessenen Werte.Slag Masse: berechnet 103[kg], gemessen ~100[kg]
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Matte Masse: berechnet 13.6[kg], gemessen 12 ~ 14[kg]
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5. Zusammenfassung
Durch thermodynamische Berechnungen lassen sich die Produktzusammensetzung in Hochtemperaturreaktoren recht genau abschätzen.
Für eine Prozessanalyse ist die substanzielle Zusammensetzung der
Einsatzmaterials sehr hilfreich.
So lässt sich abschätzen, welcher Anteil der im Reaktor eingesetzten Gase
reagiert.
Auch für eine zuverlässige Wärmebilanz muss die substanzielle Zusammensetzung des Einsatzmaterials bekannt sein.
Oftmals liegen uns nur die Daten der elementare Zusammensetzung eines
Einsatzmaterials vor.
Die substanzielle Zusammensetzung eines Einsatzmaterials kann ebenfalls
durch thermodynamische Berechnungen bestimmt werden (manchmal nur grob, oft
aber recht genau).
Einige der bisher
bekannten Methoden zur Bestimmung der substanzielle Zusammensetzung basieren
auf der Elementaranalyse eines Materials.
Oftmals hilft auch eine einfache stöchiometrische Berechnung, die substanzielle Zusammensetzung eines Einsatzmaterials zu bestimmen.