Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

8 Simulation eines Rohrbündelwärmetauschers zur Biomasseaufheizung
Als aufzuheizender Feedstrom wurde wie in der Machbarkeitsstudie von Klingler 10 t h -1
angenommen [Kli-2001]. Der heiße Reaktoraustrag beträgt in erster Näherung ebenfalls
10 t h -1 . Je größer der organische Anteil im Feed ist, um so höher ist die zur Totaloxidation
zugeführte Sauerstoff- bzw. Luftmenge und damit auch die Abweichung von dieser Näherung.
Die Zahl der Rohre NR und die Länge des Rohrbündels l folgen aus dem gewählten Rohr-
innendurchmesser di, der vorgegebenen Mindest-Strömungsgeschwindigkeit u min und der be-
nötigten Wärmeaustauschfläche Aw nach Formel (8.17) und (8.18). Da die Dichte des Feeds
bei niedriger Temperatur am Wärmetauschereintritt (mit 20 °C angenommen) am höchsten
und somit die Strömungsgeschwindigkeit hier am geringsten ist, wird als Referenz für u min der
Wärmetauschereintritt gewählt. Somit ist für die Dichte in Gleichung (8.17) der Wert bei
Eintrittstemperatur und -druck zu wählen.
N R =
l =
˙m
2
�u min� d i
4
A w
N R �d i
mit umin= Mindest-Strömungsgeschwindigkeit in m s -1
(8.17)
(8.18)
Aufgrund der ausgeprägten Änderungen der Wärmekapazität des Wassers mit der Temperatur
(siehe Abb. 8.2) müssen zur Bestimmung der benötigten Wärmeaustauschfläche die
Erhaltungsgleichungen (8.8) - (8.11) numerisch gelöst werden. Praktisch wurde so vor-
gegangen, dass die Rohrlänge so lange variiert wurde, bis das hieraus berechnete Temperatur-
profil des Feedstroms in einer Eintrittstemperatur von ca. 20 °C endete (siehe Abb. 8.3).
Der Prozessdruck wurde in den vorgestellten Berechnungen auf 50 MPa angehoben, da bei
24 MPa ein peakförmiger Verlauf der Wärmekapazität cp (siehe Abb. 8.2) zu einem geringen
Wärmetausch bei Temperaturen nahe der kritischen Temperatur 374 °C und damit zu der in
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