Toepassingen van verdampen en condenseren

Toepassingen van verdampen in de procestechniek
  • Het krijgen van de gewenste reactieomstandigheden
  • Om oplossingen kunnen concentreren
  • Om vloeistoffen te kunnen zuiveren
  • Om vloeistofmengsels te kunnen scheiden
  • Om stoffen te koelen

1 / 48
suivant
Slide 1: Diapositive
ProcestechniekMBOStudiejaar 2

Cette leçon contient 48 diapositives, avec quiz interactifs, diapositives de texte et 2 vidéos.

Éléments de cette leçon

Toepassingen van verdampen in de procestechniek
  • Het krijgen van de gewenste reactieomstandigheden
  • Om oplossingen kunnen concentreren
  • Om vloeistoffen te kunnen zuiveren
  • Om vloeistofmengsels te kunnen scheiden
  • Om stoffen te koelen

Slide 1 - Diapositive

Toepassing 1: Het verkrijgen van de juiste procesomstandigheden
Om waterstof te maken laat je nafta of aardgas reageren met water. Dat kan alleen door het water eerst om te zetten in stoom met een druk van 30 bar en een temperatuur van ± 800° C.

Slide 2 - Diapositive

2.Oplossingen concentreren
Om de concentratie van een oplossing hoger te krijgen verdamp je het water in de oplossing.
Dit noemen we indampen. Een voorbeeld hiervan is de bereiding van suiker uit suikerbieten. Maar ook koffiemelk, melkpoeder en gecondenseerde worden gemaakt met behulp van indampen. Daarnaast kennen we natuurlijk Nouryon van de zoutwinning. Zout wordt m.b.v. water uit de grond gehaald, gezuiverd en daarna ingedampt tot een zoutbrij.

Slide 3 - Diapositive

3.Vloeistoffen zuiveren
Als je een mengsel hebt met een oplosmiddel en je wilt dit terugwinnen dan kun je gebruik maken van het verschil in kookpunt. Je verwarmt het mengsel tot het kookpunt van het oplosmiddel. Dit zuivere oplosmiddel kun je dan weer hergebruiken. Dit proces van verdampen en condenseren noem je destilleren. Dit is een fysische scheidingsmethode.

Voorbeelden van oplosmiddelen die je zo terug kun winnen zijn alcohol, aceton, benzine en hexaan. Bij chemische bedrijven als KLK Kolb, Shell, etc. zijn dit veel toegepaste methoden. Reden is besparing en milieu.

Slide 4 - Diapositive

Destillatietoren
Zie ook lj1
Lab opstelling van een destillatie Zie ook lj1

Slide 5 - Diapositive

4.Vloeistoffen scheiden
Als je een mengsel van vloeistoffen hebt met verschil in kooktemperatuur dan kun je door verdamping deze beide vloeistoffen scheiden.
Dit is een vorm van destilleren en zo werden sterke dranken gemaakt.

Slide 6 - Diapositive

1

Slide 7 - Vidéo

02:30
In de koeler condenseert het water weer en wordt dus vloeibaar. Wat is het meest effectief hier tegenstroom of meestroom?

Slide 8 - Question ouverte

5.Vloeistoffen afkoelen
Een voorbeeld hiervan is de koelkast (zie ook lj1)

Slide 9 - Diapositive

Slide 10 - Vidéo

Zijaanzicht van de koeljast

Slide 11 - Diapositive

Het koelsysteem

Slide 12 - Diapositive

Toepassingen van condeseren in de procestechniek
  • Om van een zuivere damp een zuivere vloeistof te maken
  • Om de warmte te gebruiken die vrijkomt bij het condenseren
  • Om het milieu te beschermen
  • Om vochtoverlast te voorkomen

Slide 13 - Diapositive

1.Van een zuivere damp een zuivere vloeistof maken
Bijvoorbeeld het herwinnen van een oplosmiddel uit een mengsel door verschil in kookpunt, is dus ook destilleren.

Slide 14 - Diapositive

Slide 15 - Diapositive

Verwarmen van een reactor

Slide 16 - Diapositive

3.Beschermen van het milieu
Bijvoorbeeld het afzuigen van
tolueen in een drukkerij of het tappen van een eindproduct met oplosmiddelen (puntafzuiging)

Slide 17 - Diapositive

4.Vochtoverlast voorkomen
Door waterdamp binnen het bedrijf op te vangen kun je
uitstoot van grote hoeveelheden waterdamp beperken.

Slide 18 - Diapositive

TEMPERATUURPROFIEL:
Links: Door het koelwater gaat de damp over naar de vloeibare fase, het koelwater zal stijgen in temperatuur.
Rechts: De olie verwarmt de vloeistof die over zal gaan in gas, de olie wordt kouder.

Slide 19 - Diapositive

Wat kun je doen om verdamping te beperken?
A
De druk verlagen
B
De warmte afvoeren
C
De gevormde damp afvoeren
D
De temperatuur verhogen

Slide 20 - Quiz

Je koelt een hoeveelheid oververhitte stoom af, wat gebeurt er dan?

Slide 21 - Question ouverte

Stelling 1.Het droogproces is in de procestechniek een voorbeeld waarbij verdampen belangrijk is
Stelling 2.Verdampen is belangrijk als je vocht wilt verwijderen uit een gas.
Welke stelling(en) is/zijn waar?
A
Alleen stelling 1
B
Stelling 1 en 2
C
Alleen stelling 2
D
Geen van beide

Slide 22 - Quiz

Berekenen van de warmteoverdracht
Om de warmte overdracht te berekenen gebruiken we de volgende Formule:

Slide 23 - Diapositive

 Zie ook tabellenboek blz. 219 en 220 Tabel 111 

Slide 24 - Diapositive

Een pijpencondensor moet per seconde 30 Kj aan warmte afvoeren bij een gemiddeld temperatuursverschil van 5°C. De K-waarde is 800 W/m2.K en het warmtewisselend oppervlak van één pijp is 0,5 m2. Hoeveel pijpen zijn er nodig?
Gebruik
ϕ=K.A.ΔT

Slide 25 - Question ouverte

Slide 26 - Diapositive

Dit is alleen toepasbaar als: 

Slide 27 - Diapositive

Is dit getal NIET kleiner dan <1,3 dan geldt het volgende:

Slide 28 - Diapositive

Voorbeeld
In een condensor condenseren we stoom van 100°C. De overallcoëfficient (K) van deze condensor is 1000 W/(m2.K).
Het koelwater stijgt in temperatuur van 23,0 naar 28,0°C.
Het oppervlak van de condensor is 250 m2.
Hoe groot is de warmtestroom?

Slide 29 - Diapositive

Uitwerking
De temperatuur wordt in deze altijd uitgedrukt in Kelvin (K).
0°C = 273 K
Grootste verschil 100°C en 23°C
Kleinste verschil 100°C en 28°C, hier uit volgt:

Slide 30 - Diapositive

Verdere uitwerking

Slide 31 - Diapositive

Hoeveel warmte voer je toe en af bij condensors en verdampers? blz. 81 tabel 48

Slide 32 - Diapositive

Condensatiewarmte en verdampingswarmte
Warmte bij verdampen  is dus:
Andersom is het ook zo bij condenseren: 
Let wel, deze warmte is gelijk aan elkaar, alleen bij het condensatie en verdampingspunt. Zodra je oververhitte stoom hebt of water beneden de 100°C is er meer aan de hand.
Q=m.rv
Q=m.rc

Slide 33 - Diapositive

Slide 34 - Diapositive

Oplossing
We condenseren 30 ton/uur aan stoom = 30.000 kg/uur. Condensatiewarmte van stoom is 2260 kJ/kg
De warmte die bij het condenseren van de stoom moet worden afgevoerd is dus Q=m.rc =30.000kg/uur x 2260 kJ/kg
De temperatuurstijging van het water is 5 K, hoeveel water is er dan nodig om deze warmte op te nemen?
Hiervoor geldt: Q= mwater x cwater x ΔT
De warmte die de stoom afgeeft moet gelijk zijn aan de warmte die het koelwater opneemt ofwel: Qafgestaan = Qopgenomen
In formule betekent dit dus: 30.000  kg/uur x 2260 kJ/kg =  mwater x  4,19 kJ/(kg.K) x 5 K
67800000 = mwater x 20,95  => mwater =67800000 : 20,95 = 32362777 kg/uur ofwel 3236 ton/uur


Slide 35 - Diapositive

Slide 36 - Diapositive

Oplossing
We verdampen 5000 kg/uur = 1,39 kg/s en de Rv = 2260.103  j/kg (K is ook in  W, ofwel J/s en niet kW)
Om het oppervlak te berekenen kunnen we dus  stellen dat aan de ene kant 
Q= 1,39 kg/s x 2260. 103 J/kg is.
Aan de andere kant is er dus de warmte nodig van de olie om te verdampen.
We willen het oppervlak weten en kunnen dus Q= K.A.ΔT gebruiken.
K is bekend, Q ook alleen ΔT niet, die moeten we berekenen.




Slide 37 - Diapositive

Vervolg
Wat is ΔT?


Slide 38 - Diapositive

Vervolg
We kunnen nu de beide formules aan elkaar gelijk stellen want aan de ene kant heb je dus de warmte die nodig is om te verdampen, aan de andere kant de formule 
Q= K.A.ΔT   
Q= 1.39kg/s x 2260.103 J/kg    K = 1500 W/m2.K  en ΔT  = 14,43 K
ofwel:
1.39kg/s x 2260.103 J/kg = 1500W/m2.K x A x 14,43 K
3141400 = A x 21645

A = 145 m2

Slide 39 - Diapositive


Slide 40 - Question ouverte

In een condensor condenseer je per uur 15 kg Ammoniak. We hebben hiervoor 3000 kg lucht per uur van 20°C nodig. Wat is de eindtemperatuur van de lucht?

Slide 41 - Question ouverte

Opdracht
4. In een condensor condenseert per minuut 600 kg stoom. De verdampingswarmte van deze stoom is 2132 kJ/kg. Het gemiddelde temperatuursverschil is 20°C. Het warmtewisseld oppervlak is 15 m2. Wat is de K-waarde van deze condensor?


Slide 42 - Diapositive

Uitwerking
Gegevens: Q= m x rv en   Q= K.A.ΔT
m= 600kg/min ofwel 10 kg/s   en  rv=2132 kJ/kg   en  
ΔTm=20 K   A= 15 m2
m x rv = K.A.ΔT
10 kg/s x 2132 kJ/kg = K x 15m2 x 20 K
21320 = K x 300
K = 21320/300 = 71,1 kW/(m2.K)

Slide 43 - Diapositive

Opdracht
 We gebruiken een verdamper om 6 ton water per uur te verdampen bij 100°C. De verdampingswarmte van water is 2260 kJ/kg. De overallcoëfficiënt (K-waarde) van de verdamper is 1400 W/(m2.K). We gebruiken olie als warmte transportmiddel. De temperatuur van de olie daalt in temperatuur van 125 naar 110°C. Hoe groot moet het oppervlak van de verdamper zijn. Gebruik voor het temperatuursverschil je tabellenboek blz 219 en 220 en Ǿ=K.A.ΔTm en Q=m.Rv

Slide 44 - Diapositive

Uitwerking
r= 2260 kJ/kg = 2260.103J/kg  massa water: 6 ton/uur = 1,667 kg/s  K = 1400 W/(m2.K)
ΔTgroot: ΔTklein = 2,5 dus > 1,3 
 

ΔTm = 16,3 K
Q=Q
2260.103 x 1,667 = 1400 x A x 16,3
3767420 = A x 22820
A= 165 m2

Slide 45 - Diapositive

Slide 46 - Diapositive

Slide 47 - Diapositive

Formules die je kunt gebruiken
Q= K.A.ΔT (ΔT eerst berekenen) om b.v. oppervlak te berekenen
Q= m.c.ΔT ofwel Q= C.ΔT voor warmte hoeveelheid
Q= m.rv of Q= m.rc bij verdampen of condenseren.
Je kunt deze formules dus door elkaar gebruiken om iets uit te rekenen.

Slide 48 - Diapositive