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2002 | Buch

Allgemeine Grundlagen Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Thermische Verfahrenstechnik

Grundlagen und Berechnungsmethoden für Ausrüstungen und Prozesse

verfasst von: Prof. Dr. rer. nat. Axel Schönbucher

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Professional Book Archive

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Über dieses Buch

Der Leser bzw. die Leserin findet anschaulich dargestellte Grundlagen verfahrenstechnischer Fragestellungen unter Berücksichtigung moderner Methoden. Das Buch enthält sowohl Berechnungsmodelle als auch praxisnahe Berechnungsformeln bzw. bewährte Lösungswege zur Auslegung thermischer Trennanlagen. Außerdem wird die industrielle Realisierung anhand von Abbildungen und Tabellen inklusive der technischen Daten detailliert behandelt. Viele Querverweise und ein umfangreiches Sachverzeichnis erleichtern das Auffinden von Zusammenhängen bzw. alternativen Lösungswegen. Die Inhalte sind mit Abbildungen, Tabellen und mathematischen Formeln illustriert.
Das Buch vermittelt keinesfalls nur Grundlagen, sondern zeichnet sich durch einen deutlichen Praxisbezug aus, unter anderem durch die Darstellung zahlreicher technisch realisierter Prozesse und Apparate.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Allgemeine Grundlagen
Zusammenfassung
Industrielle Chemie (Technische Chemie) [1.189, 1.215] ist die eigenständige Disziplin, die sich in Forschung, Entwicklung, konstruktiver Gestaltung und Betrieb mit der technischen Durchführung der Prozesse befasst, die Stoffe hinsichtlich ihrer Art, Eigenschaften und Zusammensetzung verändern. Sie wird daher auch als Stoff(um)wandlungstechnik oder als Prozessverfahrenstechnik bezeichnet.
Axel Schönbucher
2. Thermodynamische Größen und Einheiten
Zusammenfassung
In den folgenden Abschnitten werden wichtige thermodynamische Größen (→ DIN 1345 [2.9]) sowie die Zusammensetzung von Mischphasen (→ DIN 1310 [2.6]) — inklusive ihrer Einheiten [2.1 — 2.4, 2.10, 2.11] — behandelt, die in der thermischen VT von großer Bedeutung sind. Formelzeichen physikalischer Größen, z.B. für Thermodynamik und Wärmeübertragung sind in DIN 1304 [2.5] festgelegt.
Axel Schönbucher
3. Stoffübertragung
Zusammenfassung
Die Vorgänge der Stoffübertragung (sog. Stofftransportvorgänge) sind in Natur und Technik von großer Bedeutung. So wird beispielsweise in Pflanzen das dem Erdreich entzogene Wasser insbes. mit Glucose, die ein wichtiges Fotosyntheseprodukt darstellt, beladen und zu den Orten des Verbrauchs und der Speicherung transportiert. In der menschlichen Lunge geben die roten Blutkörperchen Kohlenstoffdioxid ab und beladen sich mit Sauerstoff zur Versorgung der Zellen.
Axel Schönbucher
4. Wärmeübertragung
Zusammenfassung
Für eine richtige Dimensionierung (Auslegung) insbes. von Trennapparaten, Wärmeübertragern und Rohrleitungen sowie von chemischen Reaktoren, sind detaillierte Kenntnisse nicht allein der Stoffübertragung (→ Kap. 3) sondern auch der Wärmbeübertragung [4.3, 4.37, 4.39, 4.47, 4.69‐4.71] unbedingt erforderlich. Bedeutsam sind hier neben verfahrenstechnischen und chemischen Aspekten insbes. auch wirtschaftliche Betrachtungen, z.B. deshalb, weil die Energiekosten eines Prozesses möglichst minimal sein sollten. Außerdem bedeuten Energieverluste häufig eine Umweltbelastung.
Axel Schönbucher
5. Impulsübertragung (Strömungsmechanik)
Zusammenfassung
Die Strömungsmechanik bzw. Strömungslehre befasst sich mit den Gesetzmäßigkeiten von ruhenden und strömenden Fluiden, d.h. von Gasen (Aerodynamik) und Flüssigkeiten (Hydrodynamik). In den Fluiden existieren Zähigkeits- bzw. Viskositätskräfte (sog. innere Reibungskräfte infolge von zwischenmolekularen Wechselwirkungen) zwischen den Fluidpartikeln und zwischen verschiedenen Fluiden sowie zwischen dem strömenden Fluid und einem darin ruhenden Körper oder zwischen einem bewegten Körper und einem ruhenden Fluid. Diese Zähigkeitskräfte verursachen die vielfältige Phänomene in den Fluiden.
Axel Schönbucher
6. Grundlagen der Trennprozesse
Zusammenfassung
Beim reversiblen idealen Mischen reiner Stoffe erhöht sich die Entropie des Systems um die sog. Mischungsentropie \( \Delta \tilde s_m > 0 \). Dies bedeutet, dass die Mischung also eine um diesen Betrag \( \Delta \tilde s_m \) größere Entropie (und damit eine größere Unordnung) hat als die Entropie der ungemischten Komponenten. Entsprechend der Beziehung (mit \( \Delta \tilde h_m = 0 \) Abschn. ideale und reale Gemische):
$$ \Delta \tilde g_m = \Delta \tilde h_m - T\Delta \tilde s_m = - T\Delta \tilde s_m $$
(6.1a)
erniedrgt sich die freie Mischungsenthalpie \( \Delta \tilde g_m < 0 \) des Gemisches.
Axel Schönbucher
7. Destillation, Rektifikation
Zusammenfassung
Die Destillation ist ein mehr oder weniger vollständiges thermisches Trennen von Flüssigkeitsgemischen in ihre Bestandteil oder in Gemische, die eine andere Zusammensetzung als das Eintritts- (Feed-, Ausgangs-, Anfangs-)gemisch aufweisen. Dabei hat der Dampf i.a. eine andere Zusammensetzung als das Flüssigkeitsgemisch, d.h. er ist mit tiefersiedender (leichterflüchtigen) Komponente angereichert. Die Destillation fuhrt zu einer Entroipieabnahme des System (→ Abschn. 6.1).
Axel Schönbucher
8. Absorption
Zusammenfassung
Absorbieren ist die (selektive) Aufnahme von Gasen (G) oder Dämpfen (den sog. Absorptiven i bzw. im gebundenen Zustand den sog. Absorpten) in selektiv lösenden Flüssigkeiten (Absorptionsmittel, Lösemittel (LM), Waschflüssigkeiten, Solvent, Absorbens) oder (selten) Feststoffen unter Bildung einer molekulardispersen Verteilung (Absorbat, Absorpt) bis zum Phasengleichgewicht (GLE: Gas-Liquid-Equilibrium, Gas/Flüssig-Gleichgewicht, Gaslöslichkeit, Absorptiv-Gleichge-wicht).
Axel Schönbucher
9. Extraktion
Zusammenfassung
Auch bei der Extraktion wird, wie bei der Absorption, ein flüssiges Lösemittel (Zusatzstoff) zur Erzeugung der 2. Phase (Aufnenmerphase) benutzt.
Axel Schönbucher
10. Adsorption
Zusammenfassung
Bei der Adsorption [10.1, 10.9, 10.43, 10.56, 10.69, 10.77, 10.82, 10.86, 10.107, 10.111, 10.123, 10.129, 10.136, 10.139, 10.142, 10.182, 10.184, 10.212, 10.217, 10.220, 10.221, 10.230, 10.237] handelt es sich ebenfalls um ein thermisches Trennverfahren in Anwesenheit eines Zusatzstoffes (Adsorptionsmittel). Hier bewirkt die selektive Anlagerung (d.h. Anreicherung) der Moleküle bestimmter Komponenten an oberflächenreiche, mikroporöse Feststoffe die gewünschte Trennung. Der exotherme Adsorptionseffekt kann durch Wechselwirkungskräfte, d.h. insbes. durch van-der-Waalssche-Kräfte wie elektrostatische Wechselwirkungen (z.B. Dipol-Dipol-Wechselwirkungen) sowie durch Waasserstoff-Brückenbindungen und auch durch quasi-chemische Bindungen zwischen der Festkörperoberfläche und dem (adsorbierten) Molekül Zustandekommen.
Axel Schönbucher
Backmatter
Metadaten
Titel
Thermische Verfahrenstechnik
verfasst von
Prof. Dr. rer. nat. Axel Schönbucher
Copyright-Jahr
2002
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-56308-9
Print ISBN
978-3-642-62637-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-56308-9