Teorifrågor Tentamens. Flashcards
Följande ämnen detekteras i avgaserna från en anläggning för förbränning av stenkol: Koldioxid (CO2), svaveldioxid (SO2), vätgas (H2), kvävgas (N2), vattenånga (H2O), kolmonoxid (CO), metan (CH4) och syre (O2). Dessutom uppsamlas även avfall i form av aska och tjära. Vilken eller vilka av ovanstående är produkter av ofullständig förbränning? (
H2, CO, CH4, tjära
Figuren nedan illustrerar ett isolerat system med kropparna A och B som ursprungligen har olika temperatur (TA>TB). Under en kort tid då TA och TB kan anses konstanta överförs värmemängden ΔQ. Visa att den totala entropin i det isolerade system alltid måste öka
Δ𝑆𝐴=−Δ𝑄𝑇𝐴 Δ𝑆𝐵=Δ𝑄𝑇𝐵 Δ𝑆𝑠𝑦𝑠=Δ𝑄𝑇𝐵−Δ𝑄𝑇𝐴=Δ𝑄𝑇𝐴𝑇𝐵(𝑇𝐴−𝑇𝐵)
Eftersom TA är större än TB måste entropin i det isolerade systemet alltid öka.
Kan en icke-kvasistatisk process vara reversibel? Motivera!
En icke-kvasistatisk process kan EJ vara reversibel. Är den ej kvasistatisk föreligger t.ex. tryck eller temperaturskillnader inom systemet. En tryckskillnad t.ex. hade kunnat utnyttjas till att uträtta arbete med omgivningen, men denna energitransport föreligger nu enbart inom systemet. För att återskapa den interna tryckskillnaden måste arbete tillföras utifrån, och därmed är processen icke-reversibel.
Härled en ett uttryck för beräkning av volymändringsarbete vid en reversibel isoterm process med en ideal gas.
Volymändringarbete: 𝜀𝑦𝑟=∫𝑝𝑑𝑣21 För en ideal gas gäller: 𝑝=𝑅𝑇𝑣 där T är konstant vid isoterm process. Insättning ger: 𝜀𝑦𝑟=𝑅𝑇∫1𝑣𝑑𝑣=𝑅𝑇𝑙𝑛(𝑣2𝑣1)
Ange två formuleringar av termodynamikens 2:a huvudsats
Värme kan ej av sig själv övergå från en kallare till en varmare kropp. Arbete kan endast utvinnas när värme faller från en varme till en kallare kropp.
Två kretsprocessmaskiner, A och B, är sammankopplade enligt figur. Både tillfört och bortfört värme liksom det tekniska arbetet är givna för maskin A. Hur stort är det största värme, QB1, som teoretiskt kan avges av maskin B till det varma magasinet
𝑄𝐵1≤𝑄𝐴1. Detta motiveras av andra huvudsatsen. Betrakta de två maskinerna som en enda sammanslagen maskin. Eftersom arbetet endast utväxlas intern utgör den sammanslagna maskinen en maskin vars enda verkan är att överföra värme från det kallare magasinet till det varmare. Detta är inte möjligt enligt andra huvudsatsen. Alltså kan det från B avgivna värmet (till beloppet) inte vara större än det till maskin A tillförda värmet. I praktiken är det alltid mindre.
För fast bränslen reduceras emissioner av svaveloxider (SOx) oftast i rökgasen. För flytande och gasformiga bränslen reduceras istället oftast svavelhalten i bränslet. I båda fallen bildas en kommersiell biprodukt. Redogör kort för de båda svavelreningsprocesserna och vilken produkt som bildas genom respektive teknik
Rökgasrening: Kalkbaserad mineral binder svavel till kalciumsulfat, CaSO4.Kalciumsulfat ger tillsammans med vatten gips, som ju är en produkt. Innan förbränning. H2S kan tvättas bort ur gaser. Clausprocessen, H2S reagerar med O2 och ger elementärt svavel, som ju är en produkt.
All förbränning av kolbaserade bränslen har som mål att producera koldioxid (CO2).
a) Vad är de negativa konsekvenserna av stora CO2 utsläpp
b) Varför är målet med förbränning att producera CO2?
c) Sortera följande termiska kraftverk efter netto CO2 utsläpp per producerad kWh el?
Högst utsläpp först.
- Kolkraftverk låg verkningsgrad
- Kolkraftverk hög verkningsgrad
- Bioeldat kraftverk (med 100% återplantering av använt bränsle)
- Gaskombi
- Kolkraftverk med koldioxidinfångning (90% infångningsgrad)
a) CO2 bidrar till växthuseffekten/global uppvärmning
b) För att maximera energiutbyttet från bränslet. Minimera utsläpp av skadliga ämnen oförbrännt.
c) 1. Kol låg, 2. Kol hög, 3. Gaskombi, 4. Kol CCS, 5. Bio
Skissera den ideala Otto-cykeln i ett pv-diagram. Markera var det tillförs och bortförs värme samt hur cykelns arbete kan utläsas ur diagrammet (2p). Bensinmotorn sägs jobba efter Otto-cykeln men skiljer sig på ett par punkter. Nämn fyra saker som skiljer arbetscykeln för en bensinmotor och den ideala Otto-cykeln
Förbränningen sker inte vid konstant volym. Kompression och expansion sker inte isentropiskt. Gasen kyls inte utan byts ut. Förbränningen motsvarar inte en extern värmetillförsel…
a) Nämn två viktiga begränsningar eller risker förknippade med en kraftig global utbyggnad av kärnkraft med konventionella lättvattenreaktorer .
b) I Sverige finns två typer av kärnreaktorer: kokvatten- och tryckvattenreaktor. Redogör för den grundläggande skillnaden mellan dessa två reaktortyper
Svar: a) Uran är en begränsad resurs. Ökad utbyggnad ökar även behovet av säker slutförvaring av utbränt bränsle. Kraftig utbyggnad innebär kraftig ökning av bränslehantering och anrikning, med medföljande risker att nödvändig infrastruktur används för kärnvapenspridning. Även om chansen är liten så ökar naturligtvis en utbyggnad risken för olyckor.
b)I kokvattenreaktorn kokar vatten till ånga medans i tryckvattenreaktorn är trycket så högt att vattnet inte börjar koka. Istället värmeväxlas det varma trycksatta vattnet mot en ånggenerator.
Redogör innebörden för följande typer av energi:
a) Arbete (1p)
b) Värme (1p)
c) Kemisk energi (1p)
Svar: a)
Energislag som beskriver vad en kraft uträttar när dess angreppspunkt
förflyttas.
b)
Energi som passerar en system gräns på grund av att de har olika temperatur.
c)
Energi bunden i ämnen som kan frigöras vid reaktion som tex förbränning.
a) Redogör kortfattat för den grundläggande skillnaden mellan kokvatten- och
tryckvattenreaktor (2p).
b) Nämn två viktiga begränsningar eller risker förknippade med en kraftig global
utbyggnad av kärnkraft med konventionella lättvattenreaktorer
I kokvattenreaktorn kokar reaktorvatten till ånga medans i tryckvattenreaktorn är
trycket så högt att vattnet inte börjar koka. Istället värmeväxlas det varma trycksatta
vattnet mot en ånggenerator.
b) Uran är en begränsad resurs.
Ökad utbyggnad ökar även behovet av säker slutförvaring av utbränt bränsle.
Kraftig utbyggnad innebär kraftig ökning av bränslehantering och anrikning, med
medföljande risker att nödvändig infrastruktur används för kärnvapenspridning.
Även om chansen är liten så ökar naturligtvis en utbyggnad risken för olyckor.
Följande ämnen detekteras i avgaserna från en anläggning för förbränning av stenkol:
Koldioxid (CO2), svaveldioxid (SO2), vätgas (H2), kvävgas (N2), vattenånga (H2O),
kolmonoxid (CO), metan (CH4) och syre (O2). Dessutom uppsamlas även avfall i form
av aska och tjära. Vilken eller vilka av ovanstående produkter borde inte finnas kvar
om förbränningen hade vart fullständig?
H2, CO, CH4, tjära
För fasta bränslen reduceras emissioner av svaveloxider (SOx) oftast genom rening av
rökgasen. För flytande och gasformiga bränslen reduceras istället oftast svavelhalten i
bränslet innan förbränning. I båda fallen bildas en kommersiell biprodukt. Redogör
kort för de båda svavelreningsprocesserna och vilken produkt som bildas genom
respektive teknik (
Rökgasrening: Kalkbaserad mineral binder svavel till kalciumsulfat, CaSO4.
Kalciumsulfat ger tillsammans med vatten gips, som ju är en produkt.
Innan förbränning. H2S kan tvättas bort ur gaser. Clausprocessen, H2S reagerar med
O2 och ger elementärt svavel, som ju är en produkt.
Höga förbränningstemperaturer (>1500°C) kan ledda till att kvävet i luften oxideras
och bildar kväveoxider (NOx). Nämn två designstrategier för att undvika för höga
förbränningstemperaturer och därmed NOx bildning. Diskutera kort vad dessa
strategier har för negativa konsekvenser för förbränningsprocessen.
Understökiometrisk förbränning (fördröjd blandning) riskerar att minska
förbränningseffektivitet vilket leder till oförbrännt bränsle.
Överstökiometrisk förbränning (höga luftfaktorer) leder till höga avgasförluster och
större anläggningar. Rökgasåterföring ökar komplexiteten och kan försvåra
utbränning/tändning.
