Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

8 Simulation eines Rohrbündelwärmetauschers zur Biomasseaufheizung
Überlegung. In den hydrothermalen Experimenten bei 300 °C lag schon nach 30 s Verweilzeit
ein Glucose-Umsatz von 75 % und ein Defizit in der Kohlenstoffbilanz von 35 % vor (siehe
Kapitel 6.1). Damit Braunproduktbildung ausgeschlossen werden kann, muss die zulässige
Verweilzeit des Feeds im Temperaturbereich 300 - 420 °C deutlich unter diesen 30 s liegen.
Eine genauere Abschätzung der im Wärmetauscher zu erwartenden Braunproduktbildung
erfolgt über die in Kapitel 6.4 ermittelten globalkinetischen Gleichungen zum Glucoseabbau
und zur Bildung von Braunprodukten.
8.1 Wärmetauscher mit reibungsfreier Strömung
Für einen effizienten Wärmetausch bei einem Fluid unter hohem Druck bietet sich ein
Rohrbündelwärmetauscher (siehe Abb. 8.1) an. Zur Simulation dieses Wärmetauschers für
heißes Hochdruckwasser sind die Erhaltungsbilanzen für Masse, Impuls und Energie zu lösen.
Diese lauten allgemein für ein kartesisches Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen xi
(i = 1, 2, 3) unter Verwendung der Einsteinschen Summationskonvention:
Kontinuitätsgleichung: [Spu-1993]
Impulsbilanz: [Spu-1993]
Energiebilanz: [War-1997]
160
∂�� h�
∂t
− ∂ p
∂t
∂ �
�
∂
�� u
∂t ∂ x
i� = 0 (8.1)
i
∂
∂t �� ui� � ∂
�� ui u
∂ x
j� = � k i �
j
∂
� ji
∂ x
(8.2)
j
�
∂
∂u i
�� ui h � j
∂ x
q,i� − �ij −
i
∂ x j
∂
� p u
∂ x
i� = qr i
(8.3)