Einführung in die thermische Verfahrenstechnik

Peter Grassmann, Fritz Widmer, Hansjörg Sinn

• Verlag: De Gruyter
• Jahr: 2011
• ISBN:
  9783110814972
• Auflage: 3
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Maschinenbau Allgemein

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• Häufig benutzte Formelzeichen
• 1 Allgemeine Grundlagen
• 1.1 Mechanische und thermische Verfahrenstechnik
• 1.2 Erhaltungssätze und Bilanzgleichungen
• 1.3 Exergiebilanzen
• 1.4 Konzentrationsmaße
• 1.5 Absatzweiser und kontinuierlicher Betrieb
• 1.6 Sicherheitsbetrachtungen
• 1.7 Einige Hinweise für die Literatursuche
• 2 Wärmetauscher
• 2.1 Einleitung
• 2.2 Bilanzgleichungen für Gleich-, Gegen- und Kreuzstrom
• 2.3 Wärmeübergang und Wärmedurchgang
• 2.4 Einführung dimensionsloser Kennzahlen
• 2.5 Gebrauchsformeln und Diagramme für den Wärmeübergang und den Druckverlust
• 2.6 Wirtschaftlichkeit
• 2.7 Konstruktives und Sonderbauarten
• 2.7.1 Rohrbündelwärmeaustauscher
• 2.7.2 Sonderbauarten (ohne Rohrbündel)
• 2.7.3 Einige allgemeine Richtlinien zur Konstruktion von Wärmeaustauschern
• 2.8 Beheizte Gefäße
• 2.8.1 Wasserdampf als Heizmittel
• 2.8.2 Induktionsheizung
• 2.8.3 Dielektische Heizung
• 2.9 Wärmeübertragungsmittel
• 2.10 Wärmeübertragung in der Wirbelschicht
• 2.10.1 Einleitung
• 2.10.2 Wärmeübertragung zwischen Fluid und Partikeln in der Wirbelschicht
• 2.10.3 Wärmeübertragung zwischen Gas/Feststoff-Wirbelschichten und Einbauten
• 2.10.4 Wirbelschicht-Wärmeübertrager
• 3 Verdampfer und Kondensatoren
• 3.1 Der Wärmeübergang beim Verdampfen
• 3.2 Bauarten von Verdampfern
• 3.3 Der Wärmeübergang beim Kondensieren
• 3.4 Bauarten von Kondensatoren
• 4 Grundlagen der Trennprozesse
• 4.1 Definitionen
• 4.2 Gasgemische
• 4.3 Die reversible Trennarbeit idealer Gasgemische
• 4.4 Aggregatszustandsänderungen von reinen Stoffen
• 4.5 Lösungen
• 4.5.1 Das Raoultsche Gesetz
• 4.5.2 Anwendung auf ideal verdünnte Salzlösungen
• 4.5.3 Mischungswärme
• 4.6 Enthalpie-Konzentrations-Diagramme
• 4.6.1 Das Hebelgesetz und die Mischungsgerade
• 4.6.2 Der Verlauf der Isothermen in der flüssigen und in der gasförmigen Phase
• 4.6.3 Der Verlauf der Isothermen im Zweiphasengebiet, Gleichgewichtsverhalten
• 4.7 Stoffdaten
• 4.7.1 Viskosität
• 4.7.2 Wärmeleitfähigkeit
• 4.7.3 Diffusionskoeffizient
• 4.7.4 Oberflächenspannung
• 4.7.5 Weitere Angaben
• 5 Zerlegung von Gemischen durch Verdampfer
• 5.1 Eindampfen und Verdampfen wäßriger Lösungen
• 5.1.1 Darstellung im h, w-Diagramm und Berechnung der Wärmemengen
• 5.1.2 Verbesserung der Wärmenutzung
• 5.2 Destillation
• 5.2.1 Zur Theorie der Lösungen
• 5.2.2 Die offene Destillation
• 6 Rektifikation
• 6.1 Einführung
• 6.2 Die Bilanzgerade im McCabe-Thiele-Diagramm
• 6.2.1 Die Verstärkungsgerade
• 6.2.2 Die Abtriebsgerade
• 6.3 Die Bodenkolonne
• 6.3.1 Aufbau einer Bodenkolonne
• 6.3.2 Die Zahl der theoretischen Böden
• 6.3.3 Das Verstärkungsverhältnis
• 6.3.4 Das Mindestrücklaufverhältnis
• 6.3.5 Berechnung einer vollständigen, stetig arbeitenden Bodenkolonne
• 6.3.6 Berechnung im h,w-Diagramm
• 6.3.7 Der Druckabfall in der Bodenkolonne
• 6.3.8 Kolonnenquerschnitt und Bodenabstand
• 6.4 Die Packungskolonne
• 6.4.1 Einführung
• 6.4.2 HETP, NTU, HTU und Kolonnenhöhe
• 6.4.3 Druckabfall und Belastbarkeit von Packungskolonnen
• 6.5 Spezielle Rektifikationsprozesse
• 6.5.1 Mehrstoffrektifikation
• 6.5.2 Rektifikation mit Hilfsstoffen
• 6.5.3 Rektifikation von Azeotropen
• 6.5.4 Reaktivdestillation
• 6.5.5 Molekulardestillation
• 7 Absorption und Gaswäsche
• 7.1 Einleitung und Definition
• 7.2 Grundlegende Beziehungen, Bilanzgerade
• 7.3 Allgemeine Anforderungen an ein Waschmittel
• 7.4 Phasengleichgewichte
• 7.4.1 Phasengleichgewichte von physikalisch lösenden Waschmitteln
• 7.4.2 Phasengleichgewichte von chemisch wirkenden Lösungsmitteln
• 7.4.3 Literaturangaben über Gleichgewichtsdaten
• 7.5 Stoffaustauschvorgänge
• 7.5.1 Zweifilmtheorie
• 7.5.2 Turbulenztheorien
• 7.6 Aufnahme der Absorptionswärme
• 7.7 Berechnung der theoretischen Bodenzahl
• 7.8 Bestimmung der Höhe von Packungskolonnen
• 7.8.1 Zahl und Höhe von Übergangseinheiten
• 7.9 Absorber
• 7.9.1 Rohrabsorber
• 7.9.2 Rieselabsorber
• 7.9.3 Gegenstromabsorptionskolonnen
• 7.9.4 Gleichstromabsorptionskolonnen
• 7.9.5 Absorber mit mechanischer Zerstäubung
• 7.10 Regeneration des Waschmittels
• 7.10.1 Regeneration durch Austreiben im inerten Gasstrom
• 7.10.2 Regeneration des Waschmittels durch Entspannen
• 7.10.3 Regeneration durch Auskochen
• 7.10.4 Beispiel eines Regenerationsprozesses
• 7.11 Bemerkungen zur Betriebsweise von Absorptionskolonnen
• 7.12 Absorptionsvorgang mit einem chemisch wirkenden Waschmittel
• 8 Extraktion/Hochdruckextraktion
• 8.1 Definitionen und Anwendungen
• 8.1.1 Anwendung der Flüssig/Flüssig-Extraktion
• 8.2 Gleichgewichte von Flüssig/Flüssig-Systemen
• 8.3 Durchführung der Extraktion
• 8.3.1 Absatzweise Extraktion
• 8.3.2 Kontinuierliche Gegenstromextraktion
• 8.4 Wahl des Extraktionsmittels
• 8.5 Berechnung der Gegenstromextraktion unter vereinfachenden Annahmen
• 8.6 Verfeinerte Berechnung der Gegenstromextraktion unter Berücksichtigung der gegenseitigen Löslichkeit von Abgeber und Aufnehmer
• 8.7 Bestimmung der Höhe von Füllkörperkolonnen
• 8.8 Wahl der dispersen und der kontinuierlichen Phase
• 8.9 Extraktionsapparate
• 8.9.1 Mischer-Abscheider (Mixer-Settler)
• 8.9.2 Sprühkolonnen
• 8.9.3 Füllkörperkolonnen
• 8.9.4 Bodenkolonnen
• 8.9.5 Rührkolonnen
• 8.9.6 Extraktoren (Zentrifugalextraktoren)
• 8.9.7 Auswahl der geeigneten Extraktionseinrichtung
• 8.10 Längsmischung in Flüssig/Flüssig-Extraktionskolonnen
• 8.10.1 Stufenmodell (Zellenmodell)
• 8.10.2 Backflow-Modell
• 8.10.3 Dispersionsmodell
• 8.11 Hochdruckextraktion
• 8.11.1 Einleitung
• 8.11.2 Eigenschaften verdichteter Gase
• 8.12 Beispiele von Extraktionsprozessen
• 8.12.1 Entfernen von Mercaptanen aus Kohlenwasserstoffen
• 8.12.2 Reinigung von Rohcaprolactam
• 9 Adsorption und Ionenaustausch
• 9.1 Allgemeines
• 9.2 Adsorption
• 9.2.1 Der Adsorptionsvorgang. Sorptionsisothermen
• 9.2.2 Die technischen Adsorbentien
• 9.2.3 Die Adsorption aus der Gasphase
• 9.2.4 Die Adsorption aus der flüssigen Phase
• 9.2.5 Chromatographie
• 9.3 Ionenaustausch
• 10 Trocknung fester Stoffe
• 10.1 Einleitung, Definitionen
• 10.2 Der feuchte Körper
• 10.2.1 Die Arten der Feuchtigkeitsbindung
• 10.2.2 Die Bewegung der Feuchtigkeit im Gut
• 10.3 Das feuchte Gas
• 10.3.1 Das h,X-Diagramm
• 10.3.2 Zur Anwendung des h,X-Diagramms
• 10.4 Die Wärmeübertragung an das feuchte Gut
• 10.4.1 Konvektionstrocknung
• 10.4.2 Kontakttrocknung
• 10.4.3 Strahlungstrocknung
• 10.4.4 Trocknung durch im Gut gespeicherte Wärme (adiabate Vakuumtrocknung)
• 10.4.5 Dielektrische Trocknung
• 10.5 Der Verlauf der Trocknung
• 10.5.1 Der erste Trocknungsabschnitt
• 10.5.2 Der Knickpunkt
• 10.5.3 Der zweite Trocknungsabschnitt
• 10.5.4 Der dritte Trocknungsabschnitt
• 10.5.5 Der Trocknungsverlauf unter technischen Bedingungen
• 10.6 Die technischen Trockner
• 10.6.1 Konvektionstrockner
• 10.6.2 Kontakttrockner
• 10.6.3 Trockner mit kombinierter Energienutzung
• 10.7 Gefriertrocknung
• 10.8 Kriterien zur Auswahl des optimalen Trocknungsverfahrens
• 11 Kristallisation
• 11.1 Allgemeines
• 11.2 Definitionen und Grundbegriffe
• 11.3 Löslichkeit
• 11.4 Lösungs- und Kristallisationswärme
• 11.5 Übersättigung und Keimbildung
• 11.6 Kristallisatoren
• 11.6.1 Verdampfungskristallisatoren
• 11.6.2 Kühlungskristallisatoren
• 11.6.3 Vakuumkristallisatoren
• 11.7 Schmelzkristallisation
• 11.7.1 Suspensionskristallisation
• 11.7.2 Schichtkristallisation
• 11.8 Weitere Kristallisationsverfahren
• 11.8.1 Adduktive Kristallisation
• 11.8.2 Zonenschmelzen
• 11.8.3 Züchtung spezieller Kristalle
• 12 Membrantrennverfahren
• 12.1 Einleitung
• 12.1.1 Begriffe
• 12.1.2 Membranmaterialien
• 12.2 Stofftransport durch Membranen
• 12.2.1 Porenflußmodell
• 12.2.2 Lösungsdiffusionsmodell
• 12.2.3 Verfahrenstechnische Grenzen
• 12.3 Membranprozesse
• 12.3.1 Einleitung
• 12.3.2 Mikrofiltration
• 12.3.3 Ultrafiltration
• 12.3.4 Nanofiltration
• 12.3.5 Umkehrosmose
• 12.3.6 Dialyse
• 12.3.7 Elektrodialyse
• 12.3.8 Pervaporation
• 12.3.9 Gaspermeation
• 12.3.10 Membrandestillation
• 12.3.11 Flüssigmembrantechnik
• 12.4 Modulkonstruktionen
• 12.5 Verfahrenstechnische Probleme
• 13 Verweilzeit und Verweilzeitspektrum
• 13.1 Verweilzeitspektrum und mittlere Verweilzeit
• 13.2 Die Übergangsfunktion
• 13.3 Frequenzgangdarstellung des Verweilzeitverhaltens
• 13.4 Verweilzeitverhalten und Längsmischung
• 13.5 Charakterisierung von Verweilzeitspektren
• 14 Das chemische Gleichgewicht
• 14.1 Einleitung
• 14.2 Erster und zweiter Hauptsatz, Reaktionsenthalpie und -energie
• 14.3 Das Massenwirkungsgesetz
• 14.4 Anwendungen des Massenwirkungsgesetzes
• 14.5 Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik auf chemische Reaktionen
• 14.6 Arbeitsleistung chemischer Reaktionen, Triebkraft
• 14.7 Berechnung der Reversiblen Arbeit chemischer Reaktionen mit Hilfe der Entropie (Nernstscher Wärmesatz)
• 14.8 Die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten
• 15 Reaktionskinetik
• 15.1 Einleitung
• 15.2 Geschwindigkeitsausdruck und Reaktionsordnung
• 15.3 Die Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit
• 15.4 Die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten
• 15.5 Reaktionsbeispiele
• 15.6 Zusammengesetzte Reaktionen
• 15.7 Polymerisationen
• 15.8 Explosionen
• 15.9 Heterogene Reaktionen
• 15.10 Die Katalyse
• Anhang zu Kapitel 15
• 16 Reaktoren
• 16.1 Einleitung
• 16.2 Einteilung der Reaktoren
• 16.3 Chargenweiser und kontinuierlicher Betrieb
• 16.4 Die drei Stufen der Reaktionskinetik
• 16.5 Dimensionierung von Reaktoren
• 16.5.1 Der homogene, instationäre Rührkessel
• 16.5.2 Der homogene, stationäre Rührkessel
• 16.5.3 Die Rührkesselkaskade
• 16.5.4 Das Reaktionsrohr
• 16.6 Wärmeumsatz und Stabilität von Reaktoren
• 16.7 Rückführungen
• 16.8 Der Einfluß des Druckabfalls und des Verweilzeitspektrums
• Lösungen zu den Aufgaben
• Literaturverzeichnis
• Register