Full Description
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.
Contents
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
