Elementarstrom

Das Modul Elementarstrom beschreibt einen Stoffstrom mit Elementarzusammensetzung. Die Berechnung erfolgt unter der Annahme, dass es sich um einen festen Brennstoff handelt. Alternativ ist es möglich, einen Elementarstrom aus einem Gasstrom zu berechnen.
Im Tab ProcessExcel wird ein Elementarstrom über die Schaltfläche Strom einfügen -> Elementarstrom in das Arbeitsblatt eingefügt, vergleiche die Schnelle Hilfe.

Elementarstrom als fester Brennstoff

Massenstrom, Temperatur und die Massenanteile müssen vorgegeben werden. Der Massenanteil von Stickstoff wird als bilanzschließende Größe berechnet.

(1)
\begin{align} ξ_N =1- \sum ξ_i \end{align}

Der spezifische untere Heizwert in [MJ/kg] wird über Näherungsberechnungen aus der Elementarzusammensetzung in [kg/kg] und dem Massenanteil von Wasser ermittelt. Dazu stehen drei Ansätze zur Verfügung:

DULONG:

(2)
\begin{align} h_u = 33,91 \; ξ_C + 121,42 \; ξ_H - 15,1775 \; ξ_O + 10,47 \; ξ_S - 2,44 \; ξ_{H2O} \end{align}

MOTT/SPOONER:

(3)
\begin{align} h_u = 33,62 \; ξ_C + 119,97\; ξ_H + 15,32 \; ξ_O + 0,07 \; ξ_O^2 + 9,42 \; ξ_S - 2,44 \; ξ_{H2O} \end{align}

BOIE:

(4)
\begin{align} h_u = 34,83 \; ξ_C + 93,87 \; ξ_H + 10,47 \; ξ_S + 6,28 \; ξ_N - 10,8 \; ξ_O - 2,44 \; ξ_{H2O} \end{align}
Die Ansätze nach Mott/Spooner sowie nach Boie sind Modifikationen des Ansatzes nach Dulong. Für diese Ansätze stehen in Processexcel drei Funktionen zur Verfügung:
Funktionsname Eingabewerte und Dimensionen
PE_ES_hu_BOIE Elementaranteile [kg/kg] und Wasseranteil [kg/kg]
PE_ES_hu_DULONG Elementaranteile [kg/kg] und Wasseranteil [kg/kg]
PE_ES_hu_MOTTSPOONER Elementaranteile [kg/kg] und Wasseranteil [kg/kg]

Der Enthalpiestrom des unteren Heizwertes wird mit dem Massenstrom berechnet:

(5)
\begin{align} H_u = m \; h_u \end{align}

Berechnung des Enthalpiestroms der kapazitiv gebundenen Wärme, Bezugstemperatur 0°C:

(6)
\begin{align} H = m \; ϑ \; c_p \end{align}

Berechnung der spezifischen Enthalpie der kapazitiv gebunden Wärme:

(7)
\begin{align} h = ϑ \; c_p \end{align}

Die Wärmekapazität wird über eine Näherung bestimmt:

(8)
\begin{align} c_p + 4,19 \; ξ_{H2O} + ( 1 -ξ_{H2O} ) 1 + 3,19 \;ξ_{H2O} \end{align}

Elementarstrom aus einem Gasstrom

Folgende Größen werden aus dem Gasstrom übernommen: Massenstrom, Temperatur, Enthalpiestrom des unteren Heizwertes und Massenanteil von Wasser.
Die spezifische Enthalpie und der Enthalpiestrom der kapazitiv gebundenen Wärme sowie der Massenanteil von Stickstoff werden analog zum festen Brennstoff berechnet.
Die restlichen Masseanteile werden aus den Volumenanteilen der einzelnen Gaskomponenten bestimmt.

(9)
\begin{align} ξ_E = \frac{M_E}{M_{Gasstrom}} \sum ψ_i \; n \end{align}

Dabei steht E für das betrachtete Element, i für die Gaskomponente und n für die Anzahl der Atome des Elements E in der Komponente i.
Im Inertanteil sind Argon, Helium, Neon, Chlor und Flour zusammengefasst.

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