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Alt 29.07.2009, 17:40   #1   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
Entschwefelung mit Kalkstein

Hallo,
ich bin gerade bei der Prüfungsvorbereitung (Umweltschutz) und habe ein paar Probleme mit einer Aufgabe zur Entschwefelung mit Kalkstein:
Hier die (Klausur)Frage:
Einem Wirbelbett (bei der Wirbelschichtfeuerung) wird Kalkstein (CaCO3) zur Entschwefelung zugesetzt. Der Kalksteinbedarf bei der stöchiometrischen Reaktion (Ca/S = 1) beträgt 2,27 kg/kg SO2 . In der Praxis ist der Verbrauch höher. Um eine 95 % Entschwefelung zu erreichen, muss das Ca/S-Verhältnis auf 1,5 erhöht werden.
- A: Berechnen Sie den Kalksteinverbrauch der Wirbelschichtfeuerung.
- B: Berechnen Sie die Freisetzung von SO2.
- C: Berechnen Sie die SO2-Konzentration [mg/m³] im Rauchgas.
- D: Kann das Kraftwerk bei einem Emissionsgrenzwert von 400 mg/m³ betrieben werden? Und wenn nicht, welche Maßnahmen könnten ergriffen werden?
--> das ist nur der 2. Teil der Aufgabe, den ersten teil habe ich gelöst (Werte können also angenommen werden) , kann hierzu jedoch nichts in meinen Unterlagen finden, ich weiss, bzw. denke dass CaCO3 in der ersten Stufe zu CaO und dieses dann zu CaSO3 und anschließend zu CaCO4 + H2O umgewandelt wird..

Gruß und Dank im Vorraus
Pfeiffy
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Alt 29.07.2009, 17:54   #2   Druckbare Version zeigen
wobue Männlich
Mitglied
Beiträge: 4.661
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Hallo,

in der Aufgabe ist doch das Verhältnis CaCO3 zu S gegeben.
Wenn du den Schwefelgehalt der Kohle kennst, kannst du damit den CaCO3-Verbrauch berechnen (A).
Da ein Wirkungsgrad von 95% angegeben ist, werden 5% des vorhandenen Schwefels trotzdem als SO2 frei (B).
__________________
Wolfgang
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Alt 30.07.2009, 11:45   #3   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Hallo,
ich bin ein Chemie-Fetischist, muss das aber nun mal machen..
Ist es dann komplett falsch, wenn:
3,5% S in der Kohle bei 36000 kg --> 1260kg S und somit CaO/SO2 = 2,27, dann sind es 1260 kg * 2,27 = 2860,2 kg CaO? oder habe ich hier einen Denkfehler?

Gruß Pfeiffy
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Alt 30.07.2009, 12:25   #4   Druckbare Version zeigen
wobue Männlich
Mitglied
Beiträge: 4.661
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Zitat:
Zitat von pfeiffy Beitrag anzeigen
...
Ist es dann komplett falsch, wenn:
3,5% S in der Kohle bei 36000 kg --> 1260kg S und somit CaO/SO2 = 2,27, dann sind es 1260 kg * 2,27 = 2860,2 kg CaO? oder habe ich hier einen Denkfehler?

Gruß Pfeiffy
Ist vom Ansatz her richtig.
Zitat:
Zitat von pfeiffy Beitrag anzeigen
...
Der Kalksteinbedarf bei der stöchiometrischen Reaktion (Ca/S = 1) beträgt 2,27 kg/kg SO2 . In der Praxis ist der Verbrauch höher. Um eine 95 % Entschwefelung zu erreichen, muss das Ca/S-Verhältnis auf 1,5 erhöht werden.
...
D.H. du musst die Masse S noch in Masse SO2 umrechnen.
Kalkstein ist nach der Aufgabenstellung CaCO3.
du hast mit dem Bedarf bei einem Ca/S Verhältnis von 1 gerechnet, brauchst aber doch wohl das bei Ca/S = 1,5.
__________________
Wolfgang
wobue ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 30.07.2009, 12:32   #5   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 17.611
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Stimmt nicht ganz. Der Schwefelgehalt muss zunächst in SO2 umgerechnet werden. Und dann den geforderten Überschuss berücksichtigen. Kalkstein wäre CaCO3 und nicht CaO.

Gruß

jag
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Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.
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Alt 30.07.2009, 14:52   #6   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Hallo,
ok, mir raucht der Kopf:
ich habe also 2520kg SO2, aber mehr bekomme ich nicht raus, kann mir kurz einer weiterhelfen, wi ebekomme ich die 1,5 rein und welche stöch. reaktion habe ich?

Gruß Pfeiffy
(ich weiss, das ist für euch Chemiker ein Witz, aber ich bin am verzweifeln)
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Alt 30.07.2009, 15:51   #7   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 17.611
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Zitat:
Der Kalksteinbedarf bei der stöchiometrischen Reaktion (Ca/S = 1) beträgt 2,27 kg/kg SO2 . In der Praxis ist der Verbrauch höher. Um eine 95 % Entschwefelung zu erreichen, muss das Ca/S-Verhältnis auf 1,5 erhöht werden.
2520kg SO2 * 2,27kg Kalkstein/1kg SO2 * 1,5 = 3783,4kg Kalkstein = CaCO3.

Gruß

jag
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Alt 01.08.2009, 15:19   #8   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Hallo,
ok, so hätte ich mir das gedacht, schien mir aber zu einfach...
kann mir noch einer sagen, wie ich C und D rechne, wie komme ich auf mg/m³

Gruß und Dank im Vorraus
Pfeiffy
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Alt 01.08.2009, 15:44   #9   Druckbare Version zeigen
zweiPhotonen  
Mitglied
Beiträge: 7.407
Blog-Einträge: 122
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Nicht mit den Angaben aus Deinem Eröffnungsbeitrag allein.
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Wenn es einfach wäre, hätte es schon jemand gemacht!

I said I never had much use for it. Never said I didn't know how to use it.(M. Quigley)
You can't rush science, Gibbs! You can yell at it and scream at it, but you can't rush it.(A. Sciuto)

Wer durch diese Antwort nicht zufriedengestellt ist, der möge sich bitte den Text "Über mich" in meinem Profil durchlesen und erst dann meckern.
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Alt 02.08.2009, 11:47   #10   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

ok, hatte ich vergessen, hier nochmals die komplette Aufgabe:

Eine Wirbelschichtfeuerung mit einer thermischen Leistung von 200 MJ/s wird mit schwefelreicher Kohle 3,5 Gew.% S befeuert. Es werden 36 t Kohle in der Stunde verbraucht.
- 1: Berechnen Sie den Rauchgasstrom, wenn der Luftbedarf 7 m³N /kg Kohle beträgt und Rauchgas gleich Luft gesetzt wird.
- 2: Berechnen Sie die stündliche SO2 Erzeugung. (Zur Erinnerung: die Molmassen von S und O sind 32 bzw. 16 kg/kmol)

Dem Wirbelbett (bei der Wirbelschichtfeuerung) wird Kalkstein (CaCO3) zur Entschwefelung zugesetzt. Der Kalksteinbedarf bei der stöchiometrischen Reaktion (Ca/S = 1) beträgt 2,27 kg/kg SO2 . In der Praxis ist der Verbrauch höher. Um eine 95 % Entschwefelung zu erreichen, muss das Ca/S-Verhältnis auf 1,5 erhöht werden.
- A: Berechnen Sie den Kalksteinverbrauch der Wirbelschichtfeuerung.
- B: Berechnen Sie die Freisetzung von SO2.
- C: Berechnen Sie die SO2-Konzentration [mg/m³] im Rauchgas.
- D: Kann das Kraftwerk bei einem Emissionsgrenzwert von 400 mg/m³ betrieben werden? Und wenn nicht, welche Maßnahmen könnten ergriffen werden?

1-B sind wohl ok, nun fehlt mir noch C und D, es wätre super, wenn du mir hier helfen könntest.

Gruß und Dank Pfeiffy
pfeiffy ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.08.2009, 11:56   #11   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 17.611
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Zitat:
- 1: Berechnen Sie den Rauchgasstrom, wenn der Luftbedarf 7 m³N /kg Kohle beträgt und Rauchgas gleich Luft gesetzt wird.
Was ist hier denn 7 m³N/kg Kohle bzw. wie ist das Ergebnis? Was heißt Rauchgas gleich Luft?

Zitat:
- 2: Berechnen Sie die stündliche SO2 Erzeugung. (Zur Erinnerung: die Molmassen von S und O sind 32 bzw. 16 kg/kmol)
Wie ist hier das Ergebnis? Welche Rahmenbedingungen (Rauchgasdruck und Temperatur) werden angenommen?

Gruß

jag
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Alt 02.08.2009, 12:38   #12   Druckbare Version zeigen
zweiPhotonen  
Mitglied
Beiträge: 7.407
Blog-Einträge: 122
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Zitat:
Zitat von pfeiffy
nun fehlt mir noch C und D, es wätre super, wenn du mir hier helfen könntest.
Du wirst ja wohl eigene Ideen und v.a. Lösungsansätze haben. Schreib' sie auf.
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Alt 02.08.2009, 17:00   #13   Druckbare Version zeigen
pfeiffy  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 9
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Zitat:
Zitat von jag Beitrag anzeigen
Was ist hier denn 7 m³N/kg Kohle bzw. wie ist das Ergebnis? Was heißt Rauchgas gleich Luft?
hab ich so gerechnet: Da Rauchgasstrom = Luftstrom und Luftbedarf = 7 m³/kg Kohle werden je kg Kohle 7m³ Rauchgas freigesetzt, somit: 36000 kg * 7 m³/kg = 252000m³

Wie ist hier das Ergebnis? Welche Rahmenbedingungen (Rauchgasdruck und Temperatur) werden angenommen?
Meine Lösung:
S + O2 = SO2 mit Massen: 32kg S + 32 kg O2 = 64 kg SO2 à 1 mol O2 = 22,4m³N, daher:
32kg S + 22,4 m³N O2= 22,4 m³N SO2 à aufgelöst auf 1 kg: (1) 1kg S + 0,7 m³N O2= 0,7 m³N SO2
à 3,5% Kohle von 36000kg Kohle/h = 36000 * 0,035 = 1260 kg und somit eingesetzt in (1):
1260 kg S + 1260 * 0,7 m³N O2 = 1260 * 0,7 m³N SO2 --> 882 m³N SO2


@zweiPhoton: mein Problem ist, mir fehlt hier der Ansatz, eigentlich hätte ich wohl zuerst chemie studieren sollen... das ist auch das Problem beim Fernstudium, man hat nicht die Zeit die Dinge zu kapieren, man lernt in der wenigen Zeit, die man hat um die Prüfung zu bestehen, zum richtigen kapieren fehlt einfach die Zeit.

Gruß Pfeiffy
pfeiffy ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.08.2009, 17:17   #14   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 17.611
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Mhm. "N" bedeuted wohl Normalbedingungen. Und es soll das während der Reaktion erhaltene zusätzliche Rauchgas nicht berücksichtigt werden. Von den 882m³ SO2 werden 95% ja herausgefiltert. Macht 44,1m³ oder 1968,75 mol oder 126kg. 126kg/252000m³ = 0,00005kg/m³ Rauchgas. Das sind dann 500mg/m³ Rauchgas.

D. Grenzwert wird nicht eingehalten. Da die (zusätzliche) Zumischung von Kalkstein wohl nichts bringt (Achtung, habe mich oben mal numerisch verrechnet) würde ich einen zusätzlichen Naßwäscher in den Rauchgasstrom einbauen. Oder schwefelarme Kohle zumischen, dass der Grenzwert eingehalten werden kann.

Gruß

jag
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Geändert von jag (02.08.2009 um 17:22 Uhr) Grund: Oder... eingefügt
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Alt 02.08.2009, 17:40   #15   Druckbare Version zeigen
zweiPhotonen  
Mitglied
Beiträge: 7.407
Blog-Einträge: 122
AW: Entschwefelung mit Kalkstein

Die Menge an Schwefel je Stunde hast Du bereits ausgerechnet: 3.5 % * 36 t/h

Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Schwefel sagt Dir, wieviel kg SO2 für jedes kg Schwefel entsteht. S + O2 => SO2 / 32 g/mol + 32 g/mol => 64 g/mol
Hier brauchst Du nicht mit den N m³ zu rechnen.
Das kannst du auf die Schwefelgehalt der Kohle hochrechnen: 2 * 3.5 % * 36 t/a SO2

Du kannst den Volumenstrom berechnen: 7000 N m³/t * 36 t/h

Die Konzentration an Schwefeldioxid ist nix anderes als Masse/Zeit geteilt durch Volumen/Zeit - vgl. Angabe aus der Aufgabenstellung: Der Grenzwert ist in mg/m³ angegeben.

c(SO2) ist demnach = 2*0.035*36000 kg / (7 * 36000 N m³/kg * kg) = ... = 0.01 kg/N m³

95 % davon werden durch die Entschwefelung zurückgehalten. Wieviel bleibt über?

Dafür brauch ich nur an einer Stelle Chemie (Reaktionsgleichung) und ich habe keine Verfahrenstechnik studiert. Sogar ein Taschenrechner ist überflüssig. Wenn Du nicht weiterkommst, dann schau Dir auch mal die gegebenen Einheiten und die gesuchten an.
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