Verfahrenstechnik und Technische Chemie
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Verfahrenstechnik und Technische Chemie Das Forum für die Chemie jenseits von Reagenzgläsern und Glaskolben. Hier können Probleme der Reaktionstechnik sowie der thermischen und mechanischen Stoffwandlungs- und Trennprozesse diskutiert werden.

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Alt 17.06.2010, 14:26   #1   Druckbare Version zeigen
Hausomat  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
Frage Rußverbrennung

Hallo Leute,
Ich untersuche derzeit einen Partikelfilter aus einem Material, dessen Schmelzpunkt bei 1200 °C liegt. Sinn des DPF ist es, die Rußpartikel zurückzuhalten – diese sammeln sich im Laufe der Zeit in besagtem DPF und sorgen für einen Druckanstieg. Bei Temperaturen von ca. 600 °C wird dafür gesorgt, dass der Ruß sich entzündet und der DPF freigebrannt wird. Wartet man damit zu lange, also sammelt sich eine zu große Masse an Ruß im DPF an, so ist die beim Freibrennen freigesetzte Energie ist zu hoch und das Material brennt mit ab (nicht Sinn der Sache).

Soweit zur Erklärung – nun folgt mein Problem: Ich kenne mein Material (Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit, spez. Wärmekapazität), ich kenne aber nicht die Masse an Ruß, die einen Abbrand des Materials verursacht. Hier fehlt mir leider ein rechnerischer Ansatz – einen experimentellen Ansatz kann ich mir derzeit nicht erlauben, da ich nur über einen Prototyp verfüge. Näherungsweise kann man auch davon ausgehen, dass der Ruß aus reinem Kohlenstoff besteht (eigentliche Zusammensetzung ca. 71%C, 24% angelagerte HC, 3% Metalloxide, 2% Sulfate, aber lassen wir das mal unter den Tisch fallen).


Wie kann ich rechnerisch die Masse an Ruß näherungsweise ermitteln?
Nicht wundern - ich bin Maschinebauer (Konstruktion) und habe doch ein paar Mal in Thermodynamik gepennt - man möge mir es nachsehen!

Vielen Dank!
Hausomat ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.06.2010, 17:00   #2   Druckbare Version zeigen
blue_plasma Männlich
Mitglied
Beiträge: 70
AW: Rußverbrennung

Hi!

Also ich würd' so drangehen:

1. Du kennst den Druckverlust, der zum Einleiten des Verbrennungsvorgangs führt.

2. Du kennst die Anzahl der Kanäle bzw. die Abmessungen eines Kanals, die durchströmt werden (ich gehe mal von einem keramischen Monolithen aus).

Ann.: Der Ruß scheidet sich gleichförmig im Kanal ab

3. Du kannst damit eine mittlere Schichtdicke an Ruß errechnen, die zum o.g. Druckverlust führt. Wenn du jetzt noch ein paar geschickte Annahmen zur Dichte des Rußbelages machst, solltest Du eine Rußmasse pro Kanal berechnen können. Und damit dann die gesamte Masse...

Grüßle!
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blue_plasma
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blue_plasma ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.06.2010, 18:14   #3   Druckbare Version zeigen
DrGeorg Männlich
Mitglied
Beiträge: 846
AW: Rußverbrennung

Zitat:
Zitat von Hausomat Beitrag anzeigen
ich kenne aber nicht die Masse an Ruß, die einen Abbrand des Materials verursacht. Hier fehlt mir leider ein rechnerischer Ansatz – einen experimentellen Ansatz kann ich mir derzeit nicht erlauben, da ich nur über einen Prototyp verfüge.
Was hindert dich daran, beim Ausbrennen die Temperatur zu messen und
rechtzeitig zu unterbrechen?
Rechnerische Verfahren halte ich für unbrauchbar.
Dazu weißt du viel zu wenig über deinen Ruß.
Georg
DrGeorg ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.06.2010, 18:15   #4   Druckbare Version zeigen
Hausomat  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
Daumen runter AW: Rußverbrennung

Zitat:
Zitat von blue_plasma Beitrag anzeigen
Hi!

Also ich würd' so drangehen:
Zitat:
Zitat von blue_plasma Beitrag anzeigen


1. Du kennst den Druckverlust, der zum Einleiten des Verbrennungsvorgangs führt.


2. Du kennst die Anzahl der Kanäle bzw. die Abmessungen eines Kanals, die durchströmt werden (ich gehe mal von einem keramischen Monolithen aus).


Ann.: Der Ruß scheidet sich gleichförmig im Kanal ab


3. Du kannst damit eine mittlere Schichtdicke an Ruß errechnen, die zum o.g. Druckverlust führt. Wenn du jetzt noch ein paar geschickte Annahmen zur Dichte des Rußbelages machst, solltest Du eine Rußmasse pro Kanal berechnen können. Und damit dann die gesamte Masse...


Grüßle!



Hallo blue_plasma,

danke für Deine Antwort.
Also, ein paar Anmerkungen zu Deinem Posting: Es ist kein keramischer Monolith, mehr kann ich darüber nicht sagen. Auch ich nehme an, dass sich der Ruß homogen abscheidet. Zum Durckverlust kann ich auch (noch) nichts sagen.

Ich habe das vielleicht etwas missverständlich ausgedrückt - es geht mir derzeit primär darum, die Rußmasse zu brechnen, bei der das Filtermaterial mit abbrennt, der Filter also zerstört wird. Der Weg dort hin ist mir nicht klar, da wäre ich euch sehr dankbar, wenn ihr mir helfen könntet.

Wie sich der Gegendruck bei Rußbeladung verhält wird noch getestet....


Grüße


Hausomat ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.06.2010, 10:07   #5   Druckbare Version zeigen
blue_plasma Männlich
Mitglied
Beiträge: 70
AW: Rußverbrennung

Hi, neuer Versuch

als "worst case"-Abschätzung: Über eine Energiebilanz und die Reaktionsenthalpie der Verbrennung eine "adiabate Temperturerhöhung" berechnen. Die ganze Verbrennungswärme bleibt im Kat...

neuer Tip: Ich geh' mal von einem metallischen Monolithen aus. In der Autoabgasreinigung kommt's ja ganz gewaltig auf geringen Druckverlust an... Oder anders gefragt: WO fertigst Du Deine Arbeit an?
__________________
blue_plasma
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blue_plasma ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 20.06.2010, 22:18   #6   Druckbare Version zeigen
Hausomat  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 8
AW: Rußverbrennung

Zitat:
Zitat von blue_plasma Beitrag anzeigen
Hi, neuer Versuch

als "worst case"-Abschätzung: Über eine Energiebilanz und die Reaktionsenthalpie der Verbrennung eine "adiabate Temperturerhöhung" berechnen. Die ganze Verbrennungswärme bleibt im Kat...

neuer Tip: Ich geh' mal von einem metallischen Monolithen aus. In der Autoabgasreinigung kommt's ja ganz gewaltig auf geringen Druckverlust an...
Zitat:
Zitat von blue_plasma Beitrag anzeigen
Oder anders gefragt: WO fertigst Du Deine Arbeit an?


Servus,

ich arbeite an meiner Diplomarbeit, mehr kann ich dazu leider nicht sagen .

Zur Worstcase-Abschätzung: So ganz transparent ists mir leider nicht. Ich habe am Freitag nochmal relativ lange rumprobiert. Ich habe Ruß und gehe von einem Heizwert von rund 34 MJ/kg aus. Mir fehlt dann leider noch die spez. Wärmekapazität und äh ja, ... so richtig bringts mich nicht weiter. Ich werde nochmal drüber brüten - nen Auszug aus einem gescheiten Script zur Verbrennungsrechnung hat hier niemand, oder? Im Studium war das bisher kein (grosses) Thema

Gruss!
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Stichworte
energie, ruß, verbrennung

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