BSRRMRE3 - 1.2 Technische Verbrennung UI13 4. Semester 2015
Technische Verbrennung
Technische Verbrennung
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Flashcards
Was ist eine Verbrennung?
Eine Verbrennung ist ein exotherme Umwandlung von Materie mithilfe Sauerstoff unter Abgabe von Energie in Form von Wärme und Licht (Redoxreaktion)
Welche Elemente und Verbindungen spielen bei der technischen Verbrennung eine wichtige Rolle
Kohlenstoff (C)
Kohlenstoffmonoxid (CO)
Wasserstoff (H2)
Kohlenwasserstoffe (CxHy) (CxHyOz)
Sauerstoff (O2)
Welche Produkte entstehen bei der Verbrennung von Kohlewasserstoffen?
- Kohlendioxid (CO2)
- Wasser (H2O; Gasförmig)
unter Abgabe von Wärme (Exotherm)
Nenne die 4 Schritte bei einem Verbrennungsvorgang
- Mischung von Brennstoff und Sauerstoff
- Wärmezufuhr
- Verbrennungreaktion (Flamme)
- Wärmeabgabe
Was sind die Voraussetzungen für eine klassische Verbrennug mit Sauerstoff?
Luftüberschuss
flüssige und feste Brennstoffe müssen zunächst in den dampf bzw Gasfärmigen Zustand gewandelt werden
Verbrennungsreaktionen sind immer Gasreaktionen!
Welches brennbare Gas tritt beim erhitzen von Holz hauptsächlich aus?
Kohlenmonoxid (CO)
Wofür steht der Ausdruck technische Verbrennung?
eine Verbrennung unter kontrollierten Bedingungen
Was geschieht beim Schritt Mischung von Brensstoff und Sauerstoff?
Je nach Brennstoff ist ein bestimmtes Mischverhältnis mit Sauerstoff notwendig. (Stöchiometrisches Verbrennungsverhältnis). In der Praxis wird immer ein wenig mehr Sauerstoff hinzugefügt als theoretisch nötig wäre, damit kann eine vollständige Verbrennung garantiert werden.
Was geschieht beim Schritt Verbrennungreaktion (Flamme)?
Oxidation des brennbaren Gasgemisches unter abgabe von Wärme.
Bei Verbrennungsreaktionen wird Wärmestrahlung und auch sichtbares Licht (Flamme) ausgestrahlt.
Gute, vollständige Brennvorgänge haben eine blaue Flamme.
Was ist der unterschied zwischen Brennwert (gross calorific value GCV / kalorischer Brennwert ) und dem Heizwert (lower heating value (LHV) / unterer Heizwert)?
Der Brennwert Hs eines Brennstoffes gibt die Wärmemenge an, die bei Verbrennung und anschließender Abkühlung der Verbrennungsgase auf 25 °C sowie deren Kondensation freigesetzt wird. (zusätzliche Wärmeenergie durch Kondensation von Wasserdampf (Kondensationsentaphie).
Der Heizwert Hi (früher unterer Heizwert Hu) ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, bei der es nicht zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt.
Wieso sind der Brennwert und der Heizwert bei Kohlenmonoxid gleich gross?
Bei der Verbrennung von Kohlenmonoxid (CO) entsteht kein Wasserdampf. --> daher kan keine zusätzliche Energie durch die Kondensation gewonnen werden.
Was ist der unterschied zwischen Flammpunkt (flash point) und Zündtemperatur (autoignition temperature)?
Der Flammpunkt eines Stoffes ist die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff ein zündfähiges Dampf-Luft-Gemisch bilden kann. Zum entzünden ist zusätzliche Aktivierungsenergie nötig.
Die Zündtemperatur ist diejenige Temperatur, auf die man einen Stoff oder eine Kontaktoberfläche erhitzen muss, damit sich eine brennbare Substanz (Feststoff, Flüssigkeit, deren Dämpfe oder Gas) in Gegenwart von Luft ausschließlich aufgrund seiner Temperatur – also ohne Zündquelle wie einen Zündfunken – selbst entzündet
Was beschreibt die Explosionsgrenze / Zündgrenze (flammability limit)?
Gemische aus brennbaren Gasen, Dämpfen oder Stäuben mit Luft und damit dem in ihr enthaltenen Sauerstoff sind bei bestimmten, stofftypischen Mischungsverhältnissen explosionsfähig. Diese Mischungsverhältnisse bestimmen den Explosionsbereich, der durch seine zwei Explosionsgrenzen, der oberen und der unteren Explosionsgrenze (OEG bzw. UEG), beschrieben wird. Diese Grenzen werden auch als Zündgrenzen bezeichnet.
Je grösser der Bereich zwischen UEG und OEG, desto gefährlicher ist der Stoff.
Man bezeichnet den Bereich unterhalb der unteren Explosionsgrenze, in dem die Konzentration des brennbaren Stoffes zu gering ist, auch als zu mageres Gemisch. Der Bereich oberhalb der oberen Explosionsgrenze wird als zu fettes Gemisch bezeichnet
Welche Faktoren haben einen Einfluss auf die maximale Verbrennungstemperatur?
Heizwert des Brennstoffs
Zusammensetzung des Oxidators (Luft)
Das Luftverhältnis
Wann gilt ein Verbrennungsvorgang als komplett?
Die Verbrennungsprodukte enthalten keine brennbaren Gase mehr. Der Brennstoff wurde vollständig oxidiert.
Wie nennt man die Produkte eines Verbrennungsvergangs?
exhaust gas (Abgase)
Wie lautet die allgemeine Reaktionsgleichung für Kohlenwasserstoffe?
CxHyOz + (x + y/4 – z/2 ) *O2 => x*CO2 + y/2 *H2O
Wie lautet die Reaktionsgleichung für die optimale verbrennung von Propan?
C3H8 + 5 O2 => 3 CO2 + 4 H2O
Wie lautet die Reaktionsgleichung für die optimale verbrennung von Methan?
CH4 + 2 O2 => CO2 + 2 H2O
Wie lautet die Reaktionsgleichung für die optimale verbrennung von Kohlenmonoxid?
2 CO + O2 => 2 CO2
Wie lautet die Reaktionsgleichung für die optimale Verbrennung von Wasserstoff?
2 H2 + O2 => 2 H2O
Wie lautet die Reaktionsgleichung für die optimale verbrennung von Cellulose (C12H22O11)?
C12H22O11 + 12 O2 => 12 CO2 + 11 H2O
Wieviel ist 1 mol
6,022 * 1023 Teilchen (Avogadro-Konstante)
SI-Einheit der Stoffmenge (n)
Was ist die molare Masse?
Gibt an wie schwer 1 mol einer Substanz ist in g/mol
Was gibt das molare Volumen an und wie gross ist das molare Volumen eines idealen Gases bei Normalbedingungen (273,15 K, 101324 Pa)?
Gibt an welches Volumen ein Mol eines Stoffes ausfüllt. Bei idealen Gasen unter Normalbedingungen:
1 mol = 22.4 Liter.
1 kmol = 22.4 m3
Wie viel m3 Luft ist nötig um 1 m3 Methan vollständig zu verbrennen?
Per m3 of methane 2 m3 O2 plus 2*(79/21) m3 N2 = 9.5 m3 air are needed
Wieso wird in der Praxis bei technischen Verbrennungvorgängen meistens mehr Luft, als theoretisch für eine Vollständige Verbrennung nötigt wäre, zugeführt?
So kann eine vollständige Verbrennung garantiert werden (Jedes Brennstoffmolekül findet ein Sauerstoffmolekül).
giftige Abase wie Stickstoffoxide und Kohlenstoffmonoxid werden minimiert
Was sagt das Verbrennungsluftverhältnis (\(\lambda\)) aus?
Sie gibt das Massenverhältnis aus Luft und Brennstoff in einem Verbrennungsprozess an
λ = real air volume / theoretical minimum air volume
Bei realen Verbrennungen entstehen verunreinigte Abgase und Asche, nenne drei Ursachen für solche Abgase
unvollständige Verbrennungsvorgänge (Luft/Brennstoff Verhältnis zu tief oder zu hoch)
Verunreinigungen im Brennstoff (Schwefeldioxid, Stickstoffoxide)
Aufgrund von zu hohen oder zu tiefen Verbrennungstemperaturen
Nenne 3 Schadstoffe die bei Verbrennungsprozessen entstehen können und deren Auswirkung
Kohlenmonoxid (CO) --> giftig, bindet an Hämoglobin und unterbindet so den Sauerstofftransport im Blut, kann in grossen Mengen zum Erstickungstot führen. (Geruchlos)
Stickstoffoxid (NOx) --> kann Atmungsorgane schädigen, verursacht sauren Regen, verantwortlich für Ozonbildung
Schwefeldioxid (SO2) --> kann Atmungsorgane schädigen, verursacht sauren Regen
Wie wird bei modernen Verbrennungsöfen die Verbrennungssqualität optimiert?
Sie sind mit Abgassensoren ausgerüstet. Damit kann die Qualität des Verbrennungsvorgangs fortlaufend überprüft werden und nötige Massnahmen ergriffen werden (zB. mehr/weniger Luftzufuhr, höhere/tiefere Verbrennungstemperatur).
Dies geschieht in der Regel über O2 Sensoren (lambda Sensoren)
Wo wird mehr CO2 freigesetzt, bei der Verbrennung von Erdgas (Hauptsächlich CH4) oder bei der Verbrennung von Heizöl und warum?
Bei Heizöl wird ca. 25% mehr CO2 freigestzt, weil im Brennstoff das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff grösser ist.
Nenne 3 Möglichkeiten um den CO2 ausstoss von Heizsystemen zu minimieren.
- Brennstoffe verwenden die beim verbrennen weniger CO2 produzieren (z.B Erdgas statt Erdöl)
- Heizsysteme optimieren (Effizienzsteigerung, kombination mit erneuerbaren Energiequellen)
- Nachwachsende Rohstoffe verwenden (Geschlossener CO2 Kreislauf)
