Thermische Trennverfahren

Aufgaben und Auslegungsbeispiele
2. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2016
ISBN: 978-3-527-33896-2
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 430 Seiten, Format (B × H): 169 mm x 246 mm, Gewicht: 929 g

Thermische Trennverfahren verursachen bei der Herstellung von Produkten und Verbrauchsgütern in verfahrenstechnischen Produktionsanlagen häufig den größten Teil der Investitions- und Betriebskosten des Gesamtverfahrens - ihre optimale Gestaltung ist deshalb von größer wirtschaftlicher Bedeutung.
Anhand von über 80 Aufgaben und Auslegungsbeispielen hilft das Buch, praxisrelevante Vorgehensweisen im industriellen Umfeld zu verstehen. Die Schritt für Schritt abgehandelten Beispiele reichen von der Aufgabenstellung am Beginn eines Projektes über die thermodynamische Auslegung bis hin zur fluiddynamischen Dimensionierung der Apparate. Zur Lösung der Aufgaben kommen neben den didaktisch wertvollen 'Papier- und Bleistiftmethoden' auch moderne Prozesssimulations-Werkzeuge und praxisgängige Programme zur Apparatedimensionierung zum Einsatz. Der Leser gewinnt ein Gefühl dafür, an welchen Stellen überschlägige Rechnungen sinnvoll sind und bei welchen Problemen eine rigorosere Betrachtung notwendig ist. Die optimale Auslegung eines Verfahrens in einem gesamtwirtschaftlichen Zusammenhang - das Fundament jeder unternehmerischen Entscheidung - kann im Rahmen von Parameterstudien mit Tabellenkalkulationsblättern (EXCEL) online geübt werden, auch wenn dem Leser kein Prozesssimulationswerkzeug zur Verfügung steht. Das Buch nimmt auch Bezug auf die Software WINSORP der RASCHIG GmbH, mit der beispielsweise die fluiddynamische Auslegung von Packungs- und Füllkörperkolonnen für Absorption- und Rektifikationsprozesse möglich ist. WINSORP ist auf Anfrage kostenfrei bei der Firma RASCHIG GmbH erhältlich.
Die gewählte vernetzte Darstellung von Arbeitsabläufen zeigt Studierenden und im Berufsleben stehenden Ingenieuren, Chemikern und Physiker in der Verfahrens-, Bioverfahrens- und Lebensmitteltechnik, im Chemieingenieurwesen, Umweltschutz, Anlagen- und Apparatebau den Realfall der industriellen Praxis.
 

Zielgruppe

Academic/professional/technical: Research and professional

Autoren/Hrsg.

Sattler, Klaus

Adrian, Till

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen
Destillation, Rektifikation
Absorption
Adsorption
Trocknung
Extraktion

Vorwort zur 1. Auflage xi

Vorwort zur 2. Auflage xiii

Die Autoren xv

1 Grundlagen 1

Aufgabe 1.1 Dichten und Konzentrationsangaben für Gemische 2

Aufgabe 1.2 Stoffbilanzen 9

Aufgabe 1.3 Energiebilanz 19

Aufgabe 1.4 Phasengleichgewicht Flüssigphase-Flüssigphase, Nernst’scher Verteilungssatz 25

Aufgabe 1.5 Phasengleichgewicht Dampfphase-Flüssigphase für Einkomponentensysteme, Clausius-Clapeyron-Gleichung 35

Aufgabe 1.6 Phasengleichgewicht Dampfphase-Flüssigphase für Mehrkomponentensysteme, Raoult’sches Gesetz 38

Aufgabe 1.7 Phasengleichgewicht Dampfphase-Flüssigphase für Mehrkomponentensysteme, verallgemeinertes Raoult’sches Gesetz 43

Aufgabe 1.8 Phasengleichgewicht Gasphase-Flüssigphase, Gaslöslichkeit, Henry’sches Gesetz 50

Aufgabe 1.9 Phasengleichgewicht Gasphase-Festphase, Adsorptionsisothermen, Langmuir-Ansatz 55

Aufgabe 1.10 Konzentrierung, Dampfdruckerniedrigung, Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung von Lösungen 59

Aufgabe 1.11 Lösungsenthalpie, Kristallisationsenthalpie 69

Aufgabe 1.12 Konsistenzprüfung, Trennfaktor (relative Flüchtigkeit) 72

Aufgabe 1.13 Mindesttrennarbeit 86

Aufgabe 1.14 Phasengleichgewicht Dampfphase-Flüssigphase für Einkomponentensysteme, kubische Zustandsgleichungen 89

Aufgabe 1.15 Phasengleichgewicht Dampfphase-Flüssigphase für Zweikomponentensysteme, kubische Zustandsgleichungen 108

Literatur 122

2 Destillation, Rektifikation 123

Aufgabe 2.1 Diskontinuierliche, einstufige Destillation 123

Aufgabe 2.2 Kontinuierlich betriebene, einstufige, offene Destillation 139

Aufgabe 2.3 Wasserdampfdestillation 149

Aufgabe 2.4 Einstufige kontinuierliche geschlossene Destillation 156

Aufgabe 2.5 Partialkondensation aus Gemischen mit Inertgas 160

Aufgabe 2.6 Rektifikation eines Zweistoffgemischs, Kolonnenbilanzierung 166

Aufgabe 2.7 Rektifikation eines Zweistoffgemischs, Mindestrücklaufverhältnis und Kolonnenstufenzahl 175

Aufgabe 2.8 Bestimmung des Kolonnendurchmessers einer Rektifikationsbzw. Absorptionsbodenkolonne 191

Aufgabe 2.9 Bestimmung des Kolonnendurchmessers einer Rektifikationsbzw. Absorptionskolonne – Füllkörper- oder Packungskolonnen 205

Literatur 218

3 Absorption 219

Aufgabe 3.1 Simultane Absorption von verschiedenen Gasen durch ein Lösungsmittel – Berechnung der Gaslöslichkeit 219
Aufgabe 3.2 Chemisorption 224

Aufgabe 3.3 Diffusionskoeffizienten für die Diffusion in der Gasphase 233

Aufgabe 3.4 Diffusionskoeffizienten für die Diffusion in der Flüssigphase 235

Aufgabe 3.5 Bilanzierung eines Gegenstromabsorbers, Mengenund Energiebilanz 236

Aufgabe 3.6 Absorberdurchmesser einer Füllkörperkolonne 252

Aufgabe 3.7 Absorberbodenzahl 256

Aufgabe 3.8 Stoffdurchgangskoeffizient und HTU-Wert 261

Aufgabe 3.9 Füllkörperschütthöhe eines Gegenstromabsorbers, HTU-NTU-Konzept 267

Aufgabe 3.10 Gasseitiger Punktwirkungsgrad, Bodenwirkungsgrad nach Murphree und Kolonnenwirkungsgrad 273

Literatur 279

4 Adsorption 281

Aufgabe 4.1 Adsorbensbedarf, Enthalpiebilanz 281

Aufgabe 4.2 Adsorberdurchmesser, Adsorberschütthöhe 290

Literatur 294

5 Thermische Trocknung 295

Aufgabe 5.1 h, X-Diagramm nach Mollier, Taupunkt, Wärmebedarf beim Aufheizen eines feuchten Luftstroms 295

Aufgabe 5.2 h, X-Diagramm nach Mollier, Mischung von Feuchtluftströmen 305

Aufgabe 5.3 h, X-Diagramm nach Mollier, Zumischen von reiner Feuchte zu Feuchtluft 308

Aufgabe 5.4 h, X-Diagramm nach Mollier, Änderung des Bezugszustandes 313

Aufgabe 5.5 Feuchtemessung, Aßmann’sches Aspirationspsychrometer 315

Aufgabe 5.6 Einstufige Konvektionstrocknung 319

Aufgabe 5.7 Umlufttrocknung 326

Aufgabe 5.8 Stufentrocknung 329

Aufgabe 5.9 Trocknungszeit (Trocknungsdauer) 332

Aufgabe 5.10 Überschlägige Auslegung eines Trommeltrockners 336

Literatur 340

6 Extraktion 341

Aufgabe 6.1 Mehrstufige Extraktion im Kreuzstrom 341

Aufgabe 6.2 Mehrstufige Extraktion im Gegenstrom 352

Aufgabe 6.3 Extraktorauslegung, Füllkörperkolonne 363

Aufgabe 6.4 Extraktorauslegung, Rotating Disc Contactor RDC 369

Literatur 376

7 Lösungskonzentrierung, Kristallisation 377

Aufgabe 7.1 Lösungskonzentrierung durch Entspannungsverdampfung 377

Aufgabe 7.2 Kristallisatertrag, Energiebilanz 381

Aufgabe 7.3 Kristallisatorauslegung, klassierender Kristallisator 388

Anhang A Verzeichnis der Excel-Rechenblätter und Software 395

Anhang B Häufig verwendete Formelzeichen und zugehörige übliche Einheiten 401

Stichwortverzeichnis 409

Über Autor(innen)

Prof. Dr.-Ing. Till Adrian lehrt an der Hochschule Mannheim als Nachfolger von Prof. Sattler seit 2002 die Fächer Thermische Verfahrenstechnik, Thermodynamik der Gemische, Prozesssimulation, Anlagenprojektierung und Verfahrensentwicklung. Er studierte von 1988-93 Verfahrenstechnik an der Universität Karlsruhe und an der University of Minnesota, Minneapolis USA. Nach einer Promotion auf dem Gebiet der Technischen Thermodynamik an der Universität Kaiserslautern trat er 1997 in die Technische Entwicklung der BASF Aktiengesellschaft Ludwigshafen ein. Seine Betätigungsfelder waren hier insbesondere die Prozesssimulation von Gesamtverfahren im Bereich der Grundchemikalien, die Auslegung von Rektifikationsprozessen sowie Planung, Bau und Betrieb von miniplant- und Pilotanlagen für die Verfahrensentwicklung.
 
Prof. em. Sattler war bis 2002 an der Hochschule Mannheim tätig, wo er die Arbeitsbereiche Thermische Verfahrenstechnik, Anlagenbau und Umweltschutz/Entsorgungstechnik vertrat. Er hat mehrere Fachbücher zur Thermischen Verfahrenstechnik und zum Anlagenbau verfasst, die als Standardwerke für Lehre und Praxis angesehen werden.