Umdruck Aufgabe 2 - CO2-Extraktion

a) Vorwärmtemperatur
Damit das CO₂ komplett in der Gasphase ist, muss es zusätzlich vor der Kompression isobar erwärmt werden. Bei dem gegebenen Zustand von p = 52 bar und T = 15 °C liegt CO₂ flüssig wie gasförmig vor. Aus der Tabelle kann man entnehmen, dass die nächste isotherme Linie, die nicht die Taulinie unterschreitet T = 34 °C ist.

b) Prozess in Bild

(4) isenthalpe Drosselung (h = const.) T = 15°C, p = 52 bar (Nassdampfbereich)
(1) isobare Temperaturerhöhung von 15 °C auf 34 °C
(2) isotherme Kompression von 52 bar auf 110 bar
(3) isobare Temperaturerhöhung von 34 °C auf 50 °C

c) Wieviel Wärme muss in WAT 2 pro h übertragen werden?
Eine Änderung der Wärme entspricht einer Änderung der Enthalpie und die kann aus dem Diagramm abgelesen werden. 1 kcal/kg entspricht 4,19 kJ/kg

(1)

\begin{align} \dot{Q} = m \cdot \Delta h = \dot{m} (h_3 - h_2) = 1,76 \cdot 10^4~\frac{kJ}{h} \end{align}

d) Fördervolumen des Kompressors
Dazu berechnet man das spezifische Volumen am Punkt 3 und kann damit auf den Volumenstrom CO₂ am Kompressor schließen.

(2)

\begin{align} v = \frac{R T}{p} = 0,0081~\frac{m^3}{kg} \\ \dot{V_K} = \dot{m} v = 1,6~\frac{m^3}{h} \end{align}

e) Gesetz der angewandten Hebelarme
Mittels Ausmessen und der Länge der Anteile im p-h-Diagramm und dem Dreisatz können die Anteile berechnet werden.
Gesamtmenge = 54 mm = 200 kg/h
Gasmenge (6-4) = 36 mm = 133 kg/h
Flüssigmenge (4-5) = 18 mm = 67 kg/h

f) Wärmemenge zur Verdampfung
Da im Entspannungsgefäß noch eine gewisse Menge flüssiges CO₂ vorhanden ist (die Moleküle liegen auf Punkt 6), welches komplett verdampft werden soll (Ziel ist Punkt 5). Dazu muss die Enthalpiedifferenz 6-5 aufgewendet werden, die man auch aus dem Diagramm ablesen kann.

(3)

\begin{align} \dot{Q} = \dot{m_l} \cdot \Delta h_{6-5} = 1,2 \cdot 10^4~\frac{kJ}{h} \end{align}