Entwicklung eines Kälteprozesses zur Nutzung der Exzessenthalpie beim Lösen von Salzen in Wasser

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 2 Grundlagen
  • 2.1 Das chemische Potential
    • 2.1.1 Fugazität
    • 2.1.2 Aktivität
  • 2.2 Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen
  • 2.3 Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen
  • 2.4 Löslichkeit von Salzen
• 3 Prozessbeschreibung
• 4 Modellierung
  • 4.1 Löser
  • 4.2 Verdampfer
  • 4.3 Kondensator
  • 4.4 Kristallisator
  • 4.5 Mischer
• 5 Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs
  • 5.1 Vorgehen bei der Lösung der stationären Bilanzgleichungen
  • 5.2 Annahmen, Vorgaben und Ergebnisse
    • 5.2.1 Löser
    • 5.2.2 Verdampfer
    • 5.2.3 Kondensator
    • 5.2.4 Kristallisator
    • 5.2.5 Mischer
    • 5.2.6 Energiebilanz des Gesamtprozesses
  • 5.3 Verbesserung des ersten Entwurfs
    • 5.3.1 Verwendung interner Wärmeübertrager
    • 5.3.2 Prozessmodifikation zur Rückgewinnung eines Teils der Kondensationsenergie des Wasserdampfes
• 6 Fazit und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses, der die exotherme Enthalpieänderung beim Lösen von Salzen in Wasser nutzt. Ziel ist es, die Energieeffizienz von Kältesystemen zu verbessern und die synergetische Integration in bestehende Energiesysteme zu fördern. Dies geschieht durch die Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen und die Modellierung verschiedener Anlagenvarianten.

• Verbesserung der Energieeffizienz von Kältesystemen
• Nutzung der Enthalpie von Lösungsprozessen zur Kälteerzeugung
• Modellierung und Optimierung verschiedener Anlagenkonfigurationen
• Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen
• Integration des Kälteprozesses in bestehende Energiesysteme

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt den wachsenden Bedarf an Klimatisierung und den politischen Willen zur Reduktion von Treibhausgasen. Sie führt in die Thematik der energieeffizienten Kältegeräte ein und stellt den neuen Kälteprozess als Forschungsgegenstand vor, der die endotherme Lösungsenthalpie von Salzen in Wasser nutzt.

2 Grundlagen: Dieses Kapitel behandelt die notwendigen thermodynamischen Grundlagen. Es werden das chemische Potential, die Fugazität und die Aktivität von Lösungen erläutert. Ein Schwerpunkt liegt auf der Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen, der Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen und der Löslichkeit von Salzen. Die theoretischen Grundlagen bilden die Basis für die spätere Prozessmodellierung.

3 Prozessbeschreibung: Kapitel 3 beschreibt den neuartigen Kälteprozess, der auf der endothermen Reaktion beim Auflösen von Salzen in Wasser basiert. Hier wird der grundlegende Prozessablauf detailliert dargestellt, bevor er in den folgenden Kapiteln modelliert und optimiert wird.

4 Modellierung: In diesem Kapitel werden die einzelnen Komponenten der Kälteanlage (Löser, Verdampfer, Kondensator, Kristallisator, Mischer) mathematisch modelliert. Die Modelle bilden die Grundlage für die Berechnung der Anlagenperformance und dienen als Basis für Optimierungsmaßnahmen.

5 Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Berechnungen des ersten Anlagenentwurfs und beschreibt verschiedene Optimierungsstrategien zur Verbesserung der Anlageneffizienz. Die Ergebnisse werden diskutiert und Optimierungspotenziale aufgezeigt. Es wird die Verbesserung des COP durch Wärmerückgewinnung und den Einsatz eines mehrstufigen Flash-Verdampfers detailliert beschrieben.

Schlüsselwörter

Kälteprozess, Lösungsenthalpie, Salzlösungen, Energieeffizienz, Wärmerückgewinnung, Modellierung, Thermodynamik, Ammoniumnitrat, Flash-Verdampfer, COP.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Arbeit: Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses

Was ist das Thema der vorliegenden Arbeit?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Kälteprozesses, der die exotherme Enthalpieänderung beim Lösen von Salzen in Wasser nutzt, um die Energieeffizienz von Kältesystemen zu verbessern und die Integration in bestehende Energiesysteme zu fördern.

Welche Ziele werden in der Arbeit verfolgt?

Die Hauptziele sind die Verbesserung der Energieeffizienz von Kältesystemen, die Nutzung der Lösungsenthalpie zur Kälteerzeugung, die Modellierung und Optimierung verschiedener Anlagenkonfigurationen, die Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger Salzlösungen und die Integration des Kälteprozesses in bestehende Energiesysteme.

Welche thermodynamischen Grundlagen werden behandelt?

Die Arbeit behandelt das chemische Potential, die Fugazität und die Aktivität von Lösungen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Beschreibung von Mischungen mittels Exzessgrößen, der Bestimmung der Enthalpie wässriger Salzlösungen und der Löslichkeit von Salzen.

Wie wird der Kälteprozess beschrieben und modelliert?

Der Kälteprozess, basierend auf der endothermen Reaktion beim Auflösen von Salzen in Wasser, wird detailliert beschrieben. Die einzelnen Komponenten der Kälteanlage (Löser, Verdampfer, Kondensator, Kristallisator, Mischer) werden mathematisch modelliert, um die Anlagenperformance zu berechnen und Optimierungsmaßnahmen zu ermöglichen.

Welche Ergebnisse werden präsentiert und wie wird der erste Entwurf verbessert?

Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Berechnungen des ersten Anlagenentwurfs. Verschiedene Optimierungsstrategien zur Verbesserung der Anlageneffizienz werden beschrieben und diskutiert. Die Verbesserung des COP durch Wärmerückgewinnung und den Einsatz eines mehrstufigen Flash-Verdampfers wird detailliert erläutert.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit wird durch folgende Schlüsselwörter charakterisiert: Kälteprozess, Lösungsenthalpie, Salzlösungen, Energieeffizienz, Wärmerückgewinnung, Modellierung, Thermodynamik, Ammoniumnitrat, Flash-Verdampfer, COP.

Welche Kapitel umfasst die Arbeit?

Die Arbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Einleitung, Grundlagen, Prozessbeschreibung, Modellierung, Ergebnisse und Verbesserung des ersten Entwurfs, Fazit und Ausblick. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt des neuartigen Kälteprozesses, von den theoretischen Grundlagen bis hin zur Optimierung und Verbesserung des Designs.