TB142E
Opgaven werkcollege 4 juni 2014
Voor het verwarmen van een huis is 4 [GJ] nodig. De LHV van methaan is ongeveer 50 [MJ/kg].
1) Welk volume aan methaan bij standaardcondities (STP) is nodig om deze warmte te leveren?
De aardgasgestookte CV-ketels in huishoudens zijn niet geschikt voor het stoken op zuivere methaan; de temperatuur in de ketel zou te hoog oplopen. Dit kan opgelost worden door aan het methaan stikstof toe te voegen. Neem aan dat het thermisch rendement van een CV-ketel 80% is en dat er stoechiometrische verbranding plaatsvindt. Ga er verder van uit dat de LHV van methaan gelijk is aan 50 [MJ/kg], dat de begintemperatuur in de CV-ketel 25 [°C] is en dat de gemiddelde
warmtecapaciteiten (cp) van N2, O2, CO2 en H2O gelijk zijn aan respectievelijk 30, 30, 45 en 35 [J/molK]. Neem tenslotte aan dat lucht voor 80 [vol.%] uit stikstof en voor 20 [vol.%] uit zuurstof bestaat.
2) Hoe hoog moet het [vol.%] aan stikstof in het methaan/stikstof-mengsel minimaal zijn om de temperatuur in de ketel niet hoger te laten worden dan 450 [°C]?
De Amercentrale in Geertruidenberg verstookt steenkool met de volgende
eigenschappen. De LHV is 28 [MJ/kg] en de steenkool bestaat voor 90 [gew.%] uit organische verbindingen (CxHy), 0,5 [gew.%] stikstof, 2,0 [gew.%] zwavel en 7.5 [gew.%] asrest. De molverhouding C:H in de steenkool is 2:1. De hoogste temperatuur in de stoomcyclus van de centrale (120 [bar]) is 1200 [°C] en de gemiddelde jaartemperatuur van water/lucht gebruikt voor koeling is 10 [°C]. Het netto elektrisch vermogen van de
Amercentrale is 1245 [MW].
3) Wat is het theoretisch maximale elektrische rendement van de stoomcyclus?
In werkelijkheid is het netto elektrisch rendement van de centrale betrokken op de onderste verbrandingswaarde (LHV) van de gebruikte steenkool ongeveer 40%.
4) Hoeveel ton SO2 produceert de centrale per jaar?
5) Bij de verbranding van vast koolstof tot kooldioxide komt 393,7 [kJ/mol] aan warmte vrij en bij de verbranding van koolmonoxide tot kooldioxide is dit 283,3 [kJ/mol]. Wat is de enthalpieverandering van de verbranding van vast koolstof tot koolmonoxide?
6) De verbrandingsenthalpieën van de gassen C4H4, C4H8 en H2 zijn respectievelijk -2341 [kJ/mol], -2755 [kJ/mol] en -286 [kJ/mol]. Wat is de enthalpieverandering van de reactie C4H4(g) + 2H2(g) -> C4H8(g)?
7) 30 [g] water met een temperatuur van 280 [K] mengt met 50 [g] water van 330 [K]. Bepaal de eindtemperatuur van het mengsel aangenomen dat er geen warmteverlies naar de omgeving plaatsvindt.
