Tb151-01; - Deeltoets I; UITWERKING Vrijdag 6 April, 2001, 14:00-16:00
Deze deeltoets bestaat uit 3 vraagstukken. De beschikbare tijd is 2 uur.
Uitsluitend gebruik van schrijfmateriaal en een rekenmachine is toegestaan.
Lees alle vraagstukken eerst snel door, en deel dan je tijd in per vraagstuk.
Succes!
Het molgewicht [g/mol] van H=1; C=12; N=14, O=16; S=32;
Vraagstuk 1
a) Benzine: autobrandstof; kerosine: vliegtuigbrandstof b) Verbranding DME bestaat uit:
-1 * 2e reactie + 2* 1e reactie + -3*3e reactie
∆H = -1*-46 + 2*-677 + -3*-60 = -1128 [kJ/mol]
c) 40.000/100 * 5 = 2000 [L/jaar] = 2000 * 0,8 = 1600 [kg/jaar] = 1600 * 0,2% = 1600 * 0,002 = 3,2 [kg/jaar] zwavel
d) Er wordt meer vermeden, omdat er ook zwavel vrijkomt bij de productie van diesel zelf.
Vraagstuk 2 a) Aardgas b)
koelwater
malen verbranding
rookgasreiniging
turbine koeling
hoge drukpomp
elektriciteit poeder steenkool
rookgas rookgas gips
warmte- uitwisseling
WATER- CYCLUS
c) Elektriciteit uitvoer: 1500 MW. Rendement 42% Æ Invoer: 3571 [MW].
30 [MJ/kg] steenkool Æ 3571 / 30 = 119 [kg] steenkool per seconde = 429 [ton/uur] steenkool.
d) CHS0,05 + 1,6O2 Æ CO2 + 0,05SO2. Æ 1,6 mol O2 per mol CHS0,05 = 1,6/0,2 = 8 mol lucht per mol CHS0,05. 1 mol CHS0,05 = 14,6 [g]. 429*109 / 14,6 = 2,94 * 1010 [mol] Æ 8 * 2,94 * 1010 = 2,351 * 1011 [mol/uur] lucht.
e) 1 kg: 30 MJ, 14,6 g: 14,6/1000 * 30 * 106 = 438 [kJ/mol]
E = cm(Tuit-Tin) = Æ Tuit = Tin + E/cm = 10 + 438000/1*400 = 1105 [oC]
f) Chemische energie Æ Arbeid
g) Wmax = Qh * (Th – Tc)/Th = 438000 * (1105+273 – 10+273)/(1105+273) = 348 [kJ]
Vraagstuk 3
Om te voldoen aan de CO2 verplichtingen voortvloeiend uit het verdrag van Kyoto wil de Nederlandse regering het bijstoken van biomassa of afvalhout in kolencentrales stimuleren. Zowel biomassa als hout bestaan uit cellulose (CHOH) en water (H2O). Steenkool is te beschrijven als CxHy Sz, waarbij x=y=1 z=0.05.
De onderste verbrandingswaarde van de in Nederland gebruikte kolen is gemiddeld 30 [MJ/kg], die van
‘natte’ biomassa 10, terwijl afvalhout een onderste verbrandingswaarde heeft van 15 [MJ/kg]
a) Windenergie, en zonne-energie.
b) Hout: 15 [MJ/kg]. Biomassa: 10 [MJ/kg]. Het gedeelte dat niet water is = 10/15*100% = 67%. Het watergedeelte = 100 – 67% = 33%.
c) 500 MW Æ per jaar: 500 * 106 * 3600 * 24 * 365 = 15,77 * 1015 [J/jaar]. Aanname: Rendement 60%
Æ 26,28 * 1015 [J/jaar]. Dit komt overeen met 26,28 * 1015 / 30 * 106 = 8,76 * 108 [kg/jaar] steenkool.
Verbranding steenkool: CHS0,05 + 1,6O2 Æ CO2 + 0,05SO2, uitgaande van de aanname dat de aanwezige hoeveelheid zwavel als SO2 wordt verbrand. 1 mol CHS0,05komt overeen met 1 mol CO2. Molverhouding: CHS0,05: 12 + 1 + 0,05*32 = 14,6 [g/mol]. CO2: 12 + 32 = 44 [g/mol].Uitstoot CO2 = 44/14,6 * 8,78 * 108 = 2,6 * 103 [ton] CO2.
