Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1

verfasst von: Professor Dr.-Ing. Matthias Stieß

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer-Lehrbuch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Band 1 dieses bewährten zweibändigen Lehrbuchs gibt aufbauend auf den Grundlagen eine Einführung in die verfahrenstechnische Behandlung der vielfältigen Probleme mit dispersen Stoffen.

In der 3. Auflage wurden alle Kapitel aktualisiert und z.T. neu bearbeitet. Dies sind: Kennzeichnung von Partikeln und dispersen Systemen sowie ihre wichtigsten Wechselwirkungen mit dem umgebenden Fluid, fluidmechanische Grundlagen mit einer knappen Darstellung der Ähnlichkeitslehre und Dimensionsanalyse, Klassieren, Lagern und Fließen von Schüttgütern sowie Feststoffmischen und Rühren. Erheblich erweitert wurde das Kapitel Partikelmesstechnik.

Jedes Kapitel enthält neben zahlreichen Beispielen im Text Übungsaufgaben mit durchgerechneten Lösungen sowie Kontrollfragen mit Antworten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung

Die Verfahrenstechnik ist die Ingenieurdisziplin, die sich mit der Behandlung und Umwandlung von Stoffen befasst. Häufig wurde für die Verfahrenstechnik auch die treffendere Bezeichnung Stoffwandlungstechnik vorgeschlagen. Da das Berufsbild des Verfahrensingenieurs seinen Ursprung in der Chemischen Industrie hat, wird sein Arbeitsgebiet auch als Chemie-Ingenieur-Technik bezeichnet. Das entspricht der weltweit benutzten Bezeichnung Chemical-Engineering, im Deutschen auch Chemieingenieurwesen. Gegenstand der mechanischen Verfahrenstechnik sind alle diejenigen Einwirkungen auf Stoffe, die deren Eigenschaften und Verhalten mit mechanischen Mitteln beeinflussen und verändern.

Matthias Stieß

Kapitel 2. Kennzeichnungen von Partikeln und dispersen Stoffsystemen

Die Stoffsysteme, mit denen man sich in der mechanischen Verfahrenstechnik überwiegend beschäftigt, liegen als körnige Schüttungen oder als Pulver vor oder sie enthalten Partikeln oder Tröpfchen in einer Flüssigkeit oder einem Gas, oder Bläschen in einer Flüssigkeit. Allgemein nennen wir solche Partikelkollektive „disperse Systeme“. Sie bestehen aus meist sehr vielen Einzelpartikeln, der dispersen Phase, und dem umgebenden Medium, der kontinuierlichen Phase. Sowohl die disperse wie die kontinuierliche Phase können fest, flüssig oder gasartig sein. Disperse Stoffsysteme sind zwei oder dreiphasig. Ein Dreiphasensystem bilden z.B. feste Partikeln und Bläschen in einer Flüssigkeit.

Matthias Stieß

Kapitel 3. Ähnlichkeitslehre und Dimensionsanalyse

Die Lösungen vieler technischer Probleme vor allem der Mechanik und dort besonders der Fluidmechanik, aber auch der Thermodynamik können nicht vorausberechnet, sondern müssen durch sinnvolle Experimente ermittelt werden. Oft sind die Originalobjekte, -prozesse oder -anlagen zu groß oder zu komplexer Natur, so dass die Versuche zu teuer, wegen der eingesetzten Stoffe und extremer Temperaturen zu gefährlich oder schlicht unmöglich sind. Man muss daher systematische Experimente an kleineren Modellen durchführen und aus den Ergebnissen auf das zu erwartende Verhalten in der Originalausführung schließen. Insbesondere bei der Entwicklungsarbeit ist ein solches Vorgehen sehr hilfreich.

Matthias Stieß

Kapitel 4. Fluidmechanische Grundlagen

In der mechanischen Verfahrenstechnik spielen Vorgänge, an denen mit Partikeln, Flüssigkeiten und Gasen zwei oder drei Phasen beteiligt sind, eine überragende Rolle. Daher werden hier einige dazu gehörende Grundlagen der Mehrphasen-Fluidmechanik zusammengestellt. Elementare Kenntnisse der Fluidmechanik, die in vielen Werken zur Strömungslehre zu finden sind, werden vorausgesetzt, so dass umfassende Ausführungen nicht nötig sind. Hinsichtlich der Mehrphasenströmungen wird auf die Bücher von Brauer (1971) [4.1] und Molerus (1982, 1993) [4.4, 4.5] sowie auf den Beitrag von White (1985) [4.10] verwiesen.

Matthias Stieß

Kapitel 5. Partikelmesstechnik

Bei der Herstellung, Umwandlung und Anwendung disperser Stoffsysteme besteht die Aufgabe, den dispersen Zustand zu beschreiben und die davon abhängigen Stoffeigenschaften zu ermitteln (s. Eigenschaftsfunktionen in Abschn. 1.3). Nur wenn der disperse Zustand erfasst wird, können Veränderungen solcher Stoffsysteme festgestellt und Verfahren zu ihrer Umwandlung geplant bzw. bewertet werden.

Matthias Stieß

Kapitel 6. Mechanische Trennverfahren I – Trockenklassieren

In der Verfahrenstechnik gehören die Trennverfahren zu den wichtigsten und vielfältigsten Operationen überhaupt. Das liegt daran, dass sowohl die Rohstoffe wie auch Zwischenprodukte, aus denen letztlich Endprodukte mit bestimmten Eigenschaften hergestellt werden sollen, fast nie in reiner Form, sondern praktisch immer als Gemische aus meist sehr vielen verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften vorliegen. Diese Unterschiede in den Eigenschaften der Gemischkomponenten muss die Verfahrenstechnik für die Trennung ausnutzen.

Matthias Stieß

Kapitel 7. Feststoffmischen und Rühren

Man kann „Mischen“ definieren als eine Stoffvereinigung aus mehr oder weniger verschiedenen Stoffkomponenten. Eine gute Mischung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zusammensetzung von Proben aus der Mischung mit der Gesamtzusammensetzung der Mischung möglichst weitgehend übereinstimmt.

So erwartet man beispielsweise bei einem Arzneimittel, dass eine Tablette – sie entspricht der zufällig entnommenen Probe – möglichst genau die auf der Packungsbeilage angegebene Zusammensetzung der Gesamtproduktion oder Charge des Arzneimittels besitzt.

Matthias Stieß

Kapitel 8. Lagern und Fließen von Schüttgütern

Schüttgüter sind Haufwerke aus körnigen oder pulverigen Feststoffen. Sie kommen in nahezu allen verfahrenstechnischen Industriezweigen vor.

Diese Schüttgüter müssen gelagert und transportiert werden. Sieht man von der Lagerung auf Halden ab, so sind es vor allem Bunker oder Silos, in die sie eingefüllt werden, in denen sie mehr oder weniger lang ruhend verbleiben, und aus denen sie bei der Entnahme wieder ausfließen sollen. Dabei können vielerlei Probleme auftreten, die von den Produkteigenschaften des Schüttguts, vom „Handling“, d.h. von der Behandlung beim Einfüllen und Entleeren sowie den Lagerungsbedingungen und von der Konstruktion des Silos abhängen.

Matthias Stieß

Erratum

Publisher

Backmatter

Titel: Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1
verfasst von: Professor Dr.-Ing. Matthias Stieß
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-540-32552-9
Print ISBN: 978-3-540-32551-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978/3-540-32552-9