Verfahrenstechnik in Beispielen

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

In der Verfahrenstechnik werden für die Gas-, Flüssig- und Festphase meist folgende Konzentrationsmaße für eine Komponente i verwendet, welche häufig umgerechnet werden müssen:

Gasphase:

• Konzentration \({{c}_{i}}[\frac{mo{{l}_{i}}}{m_{Gas}^{i}}].\) Zur besseren Vergleichbarkeit werden die Konzentrationen üblicherweise auf den Normzustand des Gases (0° C, 1 atm = 1,01325 bar) bezogen.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

2. Thermodynamik I: Grundbegriffe

Zusammenfassung

Die Thermodynamik ist das Wissensgebiet, welches sich mit Energieumwandlungen beschäftigt. Dies beinhaltet einerseits Energieflüsse vom oder in das betrachtete System und andererseits die Erscheinungsform und den Zustand des Systems selbst.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

3. Grundlagen Wärme-, Stoff- und Impulstransport

Zusammenfassung

Stoff-, Wärme- und Impulstransport beruhen auf demselben Mechanismus: Der Bewegung von Teilchen bzw. Molekülen oder Atomen. Am deutlichsten kann dies für ein ideales Gas dargestellt werden, siehe Abbildung 3-1.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

4. Bilanzen

Zusammenfassung

Ausgangspunkt für alle Arten von verfahrenstechnischen Berechnungen ist das Aufstellen und Lösen von Bilanzgleichungen. Bilanzen sind die Grundlage für die Apparatedimensionierung, aber auch für alle Stufen einer Wirtschaftlichkeitsanalyse.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

5. Druckverlust

Zusammenfassung

Der Druckverlust wurde teilweise schon in den Kapiteln 3 und 4 behandelt. Bevor das Thema in einem eigenen Kapitel noch einmal diskutiert wird, soll die zu Grunde liegende Systematik hervorgehoben werden. In Kapitel 3 wurden die Transportgleichungen vorgestellt; der Impulstransport wurde in Analogie zum Wärme- und Stofftransport dargestellt. Der spezifische Impulstransport hat die Dimension eines Druckes und die entsprechenden Transportgleichungen führen direkt zu den wichtigen Druckverlustgleichungen.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

6. Partikelgrößen und Partikelgrößenverteilungen

Zusammenfassung

Die Bezeichnung „Partikel“ ist ein Überbegriff für Körner, Tropfen und Blasen, welche sich in einem Gas oder einer Flüssigkeit befinden und allgemein als disperse Systeme bezeichnet werden.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

7. Partikeltrennverfahren

Zusammenfassung

Es werden die Sedimentation und die Zyklonabscheidung dargestellt. Einige Filtrationsverfahren wurden bereits im Kapitel Druckverlust behandelt.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

8. Thermische Trennverfahren I

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden ideale Gleichgewichtsberechnungen durchgeführt, d. h. alle Aktivitäts- und Fugazitätskoeffizienten werden vernachlässigt, bzw. eins gesetzt. Neben Massenbilanzen werden auch Temperaturänderungen mittels Energiebilanzen berücksichtigt, sowie chemische Gleichgewichtsreaktionen. Kinetik und Apparateauslegung werden in Kapitel 14, Thermische Trennverfahren II, behandelt.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

9. Wässrige Lösungen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die Chemie und Thermodynamik von Ionen im Lösungsmittel Wasser behandelt. Andere Lösungsmittel werden nicht betrachtet; Indizes die auf Wasser als Lösungsmittel hinweisen, wie z. B. ein tiefgestelltes w oder aq werden daher weg gelassen. Ionenreaktionen sind üblicherweise auch sehr schnelle Reaktionen, kinetische Aspekte bleiben daher unberücksichtigt. Es werden nur Gleichgewichtsberechnungen betrachtet.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

10. Chemische Kinetik

Zusammenfassung

Die chemische Kinetik ist ein Teilgebiet der chemischen Verfahrenstechnik bzw. der chemischen Reaktionstechnik. Die Reaktionstechnik umfasst alle Bereiche, die für die Auslegung eines Reaktors notwendig sind, wie z. B. Stofftransport, Wärmetransport, Vermischungs- und Strömungsvorgänge mit Verweilzeitverhalten im Reaktor und natürlich auch die eigentliche chemische Reaktion, die stattfinden kann, wenn alle Reaktionspartner in bestimmten Konzentrationen am Reaktionsort vorliegen.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

11. Reaktionstechnik

Zusammenfassung

Umsatz U _i : (conversion)

Der Umsatz gibt an, welcher Anteil einer Komponente reagiert hat. Der reagierte Anteil berechnet sich aus der Differenz der anfänglich vorhandenen Molzahl \({\rm{N}}_{\rm{i}}^0\) und der nach Reaktionsende noch vorhandenen Molzahl N_i dividiert durch die anfänglich vorhandene Molzahl.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

12. Thermodynamik II

Zusammenfassung

Im Kapitel Thermodynamik I wurden Energieumwandlungen und Gleichgewichtssysteme unter idealen Bedingungen betrachtet. Hier werden diese Betrachtungen für reale Bedingungen (reale Fluide, reale Mischungen) erweitert. Unterteilungen werden getroffen hinsichtlich ein- und mehrkomponentiger Systeme in einer oder mehreren Phasen. Zuvor erfolgt aber noch eine Erweiterung der in Thermodynamik I vorgestellten thermischen Zustandsgleichungen.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

13. Wärme-, Stofftransport II

Zusammenfassung

Alle in diesem Kapitel verwendeten und abgeleiteten Gleichungen für den Wärmetransport gelten ebenso für den Stofftransport, wenn statt der Temperatur T die Konzentration c_i eingesetzt wird, statt der Wärmeleitfähigkeit λ bzw. dem Temperaturleitkoeffizienten a der Diffusionskoeffizient D und anstelle des Wärmeübergangskoeffzienten α der Stoffübergangskoeffizient β.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

14. Thermische Trennverfahren II

Zusammenfassung

Die Berechnung der Kolonnenhöhe H von Stoffaustauschapparaten kann nach zwei Konzepten erfolgen: dem Trennstufen- und dem Stoffaustauschkonzept. Beim Trennstufenkonzept wird die Anzahl der theoretischen Trennstufen N_th mit der Höhe einer theoretischen Trennstufe HETS (Height Equivalent to one Theoretical Stage) multipliziert, H = N_th·HETS. Anstelle des HETS wird auch der Reziprokwert verwendet, die Wertungszahl n_th, welche dann die Anzahl der theoretischen Stufen pro Meter aktive Höhe angibt. Beide Werte können aus Angaben der Hersteller von Kolonneneinbauten berechnet werden.

Josef Draxler, Matthäus Siebenhofer

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