RT2/AnSi Klausuren an der Beuth Hochschule für Technik

Karteikarten und Zusammenfassungen für RT2/AnSi Klausuren an der Beuth Hochschule für Technik

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Beispielhafte Karteikarten für RT2/AnSi Klausuren an der Beuth Hochschule für Technik auf StudySmarter:

Mehrphasige Reaktionssysteme (7 P)

a) Nennen Sie zwei Beispiele für mehrphasige Reaktionssysteme!

b) Nennen Sie je zwei Vorteile kleiner und großer Tropfen bei dispersen Flüssig-flüssig-Systemen!



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5 Begriffe (4 P)

Erkl¨aren Sie folgende Begriffe aus der Sicherheitstechnik:

 zulässiger Fehlbereich

 auswirkungsbegrenzende Sicherheitsmaßnahme

 adiabate Temperaturerhöhung (Bedeutung verbal, nicht die Gleichung)

 Detonation

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6 PAAG-Methode (9 P)

Es wird ein neues Kl¨arwerk geplant, das gem¨aß dem beigef¨ugten Fließbild aufgebaut ist. Vor dem Bau

wird eine PAAG-Analyse durchgef¨uhrt. Eine der diskutierten Sollfunktionen lautet:

Das Zwischenpumpwerk f¨ordert zwischen 2  106 m3=h und 5  106 m3=h Abwasser in die biologischen

Stufen.

Leiten Sie daraus gem¨aß Vorgehen der PAAG-Methode drei Fehlfunktionen ab, w¨ahlen Sie eine davon

aus und formulieren Sie f¨ur diese zu jedem der Folgeschritte mindestens zwei Punkte!

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1 Reale Reaktoren (8 P)

a) Welche Aspekte realer Reaktoren k¨onnen durch die Modelle idealer Reaktoren nicht beschrieben

werden? Nennen Sie dazu zwei (im Mittel) station¨are und zwei echt instation¨are Aspekte.

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Realer Reaktor

b) Nennen Sie zwei Probleme, die beim rein geometrischen Scale-up eines R¨uhrapparats f¨ur ein disperses

System (z.B. PVC-Herstellung) auftreten k¨onnen und erkl¨aren Sie diese kurz!

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Mehrphasige Reaktionssysteme (4 P)

a) Nennen Sie vier mögliche Arten von Phasenkombinationen koninuierliche Phase / Dispersphase

f¨ur reaktive Mehrphasensysteme und geben Sie zu mindestens zweien davon Beispielreaktionssysteme

an!

b) Nennen Sie zwei Effekte, die an der Oberfläche von fluiden Partikeln (Blasen, Tropfen) auftreten

und die Relativgeschwindigkeit zwischen Partikel und kontinuierlicher Phase und die Stoffübergangsgeschwindigkeit

beeinflussen können!

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Checklisten-Methode (5 P)

Erkl¨aren Sie kurz das Vorgehen bei der Checklisten-Methode zur sicherheitstechnischen Beurteilung

einer Anlage! Wann wird diese Methode eingesetzt? Nennen Sie einen Vor- und einen Nachteil der

Anwendung dieser Methode!

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Begriffe (3 P)

a) Was versteht man unter Mikromischung?

b) Was drückt das Thiele-Modul aus und wann wird es angewendet?

c) Was ist das vertretbare Grenzrisiko?

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Numerische Strömungssimulation 

a) Nennen Sie drei Arten von Gleichungen, die zum mathematischen Modell der CFD gehören!

b) Welche beiden Größen werden in jedem Fall bei einer Strömungssimulation berechnet?

c) Welche Arten von Fehlern treten bei der CFD auf? Welcher dieser Fehler sollte am Ende für den

Gesamtfehler bestimmend sein?

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Methoden sicherheitstechnischer Bewertung (5 P)

a) Beschreiben Sie das Vorgehen bei der ’Vorl¨aufigen Gefahrfeldanalyse’! In welcher/n Phase(n) des

Planungsprozesses oder des Betriebs einer Anlage wird diese Methode eingesetzt?

b) Benennen Sie eine weitere Methode zur sicherheitstechnischen Bewertung und geben Sie an, wann

diese Methode verwendet wird!

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Mehrphasige Reaktionssysteme

a) Wann spricht man bei einem mehrphasigen Reaktionssystem von einer homogenen und wann von

einer heterogenen chemischen Reaktion? Nennen Sie jeweils eine Anwendung!

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Mischungsmaskierte Reaktionen


Erklären Sie das Phänomen mischungsmaskierter Reaktionen für ein System aus zwei konkurierenden

Folgereaktionen:

A+B -> R (1)

R+B -> S (2)


Die Geschwindigkeitskonstante der ersten Reaktion ist um mehrere Größenordnungen größer als die der

zweiten Reaktion. A und B werden äquimolar eingesetzt.

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RT2/AnSi Klausuren

Mehrphasige Reaktionssysteme (7 P)

a) Nennen Sie zwei Beispiele für mehrphasige Reaktionssysteme!

b) Nennen Sie je zwei Vorteile kleiner und großer Tropfen bei dispersen Flüssig-flüssig-Systemen!



a) Begasung von Fermentern

Systeme mit Feststoffkat (z.B. Claus-Prozess)

PVC-Herstellung 


b) kleine Tropfen: 

-großes A/V -> Guter Stoffübergang 

- geringe Reaktionsgeschw. -> lange Kontaktzeit ohne zusätzlichen Energieeintrag


große Tropfen: 

-große Reaktionsgeschw. -> leicht Abtrennung

- keine Emulgatoren zur Stabilisierung erforderlich



RT2/AnSi Klausuren

5 Begriffe (4 P)

Erkl¨aren Sie folgende Begriffe aus der Sicherheitstechnik:

 zulässiger Fehlbereich

 auswirkungsbegrenzende Sicherheitsmaßnahme

 adiabate Temperaturerhöhung (Bedeutung verbal, nicht die Gleichung)

 Detonation

- zulässiger Fehlbereich: Bereich, in dem die Prozesseparameter T oder p den geplanten, für den Prozess geeigneten, Beeich verlassen, in den aber keine Schäden an der Anlage oder über sie hinaus auftreten und eine Rückführung in den Gutberich möglich ist 


auswirkungsbegrenzende Sicherheitsmaßnahme: Masnahme, die wirksam wird, wenn Schäden für Mensch oder Umwelt nicht mehr zu vermeiden sind, um das Ausmaß dieser Schäden zu begrenzen


adiabate T Erhöhung: Temperaturdifferenz, die in einem System erreicht wird, wenn der gesamte Ausgangsstoff in der Soll-Rkt umgesetzt wird und keine Wäre über Systemgrenzen fließt


Detonation: Explosion, bei der sich die Explosionsfront schneller ausbreitet als der Schall



RT2/AnSi Klausuren

6 PAAG-Methode (9 P)

Es wird ein neues Kl¨arwerk geplant, das gem¨aß dem beigef¨ugten Fließbild aufgebaut ist. Vor dem Bau

wird eine PAAG-Analyse durchgef¨uhrt. Eine der diskutierten Sollfunktionen lautet:

Das Zwischenpumpwerk f¨ordert zwischen 2  106 m3=h und 5  106 m3=h Abwasser in die biologischen

Stufen.

Leiten Sie daraus gem¨aß Vorgehen der PAAG-Methode drei Fehlfunktionen ab, w¨ahlen Sie eine davon

aus und formulieren Sie f¨ur diese zu jedem der Folgeschritte mindestens zwei Punkte!

Anwendung möglicher Operationen ->Fehlfunktionen

a) nicht: Das Zwischenpumpwerk fördert nicht

b) weniger: es werden weniger als 2*10^6 gefördert

c) mehr: es werden mehr als 5*10^6 gefördert


- Ursache: Ausfall der Pumpen

                   Verstopfung der Leitung


- Auswirkung: Austrocknen der biolog. Stufe

-> Absterben von Mikroorg.

Überlauf der Vorklärung


-Maßnahmen: redudantes Leitungs- /Pumpsystem 

über PLS stop Nachförderung in mech. Klärstufe und Wegförderung aus biolog Stufe

RT2/AnSi Klausuren

1 Reale Reaktoren (8 P)

a) Welche Aspekte realer Reaktoren k¨onnen durch die Modelle idealer Reaktoren nicht beschrieben

werden? Nennen Sie dazu zwei (im Mittel) station¨are und zwei echt instation¨are Aspekte.

Im mittel stationär

-Lokale Unterschiede in

  - Temperatur

  - Konzentration 

  - Reaktionsgeschw.


- Wärmestrom über Behälterwand hängt von lokalen T-Gradienren ab, die vom idealer Mischung abweichen


- Toträume reduzieren effektives Apparatevolumen 


echt instationär

- Anfahrvorgänge

- Schwankungen im Betriebsparameter (z.B. Konz. der Edukte im Zulauf)

- Störungen

RT2/AnSi Klausuren

Realer Reaktor

b) Nennen Sie zwei Probleme, die beim rein geometrischen Scale-up eines R¨uhrapparats f¨ur ein disperses

System (z.B. PVC-Herstellung) auftreten k¨onnen und erkl¨aren Sie diese kurz!

- Partikelgröße nicht proportional zu geometrischer Länge 


Bei Änderung der Apparateskalierung ändert sich die Partikelgröße i.d.R. aber nicht direkt proportional, da sie von spezifischen Leistungseintrag und anderen Größen abhängt. Daher ändern sich alle Größen die von der Partikelgröße oder spezifischen Oberfläche abhängen (z.B. Stoffübergangs- oder Reaktionsgeschw.) nicht proportional zur geometrischen Skalierung.


- Wärmeaustauschfläche ändert sich nicht proportional zum Reaktionsvolumen


Austauschfläche skaliert i.d.R quadratisch mit de Abmessung, Volumina hingegen kubisch. Das kann dazu führen, dass die freigesetzte Reaktionswärme nicht ausreichend schnell abgeführt werden kann (bei enotherme Rkt. umgekehrter Effekt)

RT2/AnSi Klausuren

Mehrphasige Reaktionssysteme (4 P)

a) Nennen Sie vier mögliche Arten von Phasenkombinationen koninuierliche Phase / Dispersphase

f¨ur reaktive Mehrphasensysteme und geben Sie zu mindestens zweien davon Beispielreaktionssysteme

an!

b) Nennen Sie zwei Effekte, die an der Oberfläche von fluiden Partikeln (Blasen, Tropfen) auftreten

und die Relativgeschwindigkeit zwischen Partikel und kontinuierlicher Phase und die Stoffübergangsgeschwindigkeit

beeinflussen können!

a) 

g s  Kohleverbrennung in Wirbelschicht

l g (+s) Fermentation mit belüftung

g l

l l

l s


b) marangoni-Konvektion

    Tensidanlagerung

     Verformung

RT2/AnSi Klausuren

Checklisten-Methode (5 P)

Erkl¨aren Sie kurz das Vorgehen bei der Checklisten-Methode zur sicherheitstechnischen Beurteilung

einer Anlage! Wann wird diese Methode eingesetzt? Nennen Sie einen Vor- und einen Nachteil der

Anwendung dieser Methode!

Vorgehen: Liste von Ja/nein-Fragen erstellt

Basis sind Musterlisten, früherer Listen, die ein Unternehmen existieren, eigene Erfahungen

Fragen weerden für untersuchten Entwurf/Anlage beantwortet


Einsatzbereich: Abgeschlossene Planungs- Oder Bauphase, wobei das zu 


Vorteil: mit geringem Zeit und Personalaufwand zu handhaben


Nachteil: nicht kreativ

täuscht nicht vorhandene Vollständigkeit vor


RT2/AnSi Klausuren

Begriffe (3 P)

a) Was versteht man unter Mikromischung?

b) Was drückt das Thiele-Modul aus und wann wird es angewendet?

c) Was ist das vertretbare Grenzrisiko?

a) Mikromischung: Mischung auf molekularer Ebene


b) Thiele Modul: Verhältnis aus Reaktionsgeschwindigkeit und Geschwindigkeit der Porendiffusion. ermöglicht vorhersage des Reaktionsortes (oder der Eindringkräfte der Edukte) bei porösen Feststoffkatalysatoren


c) Risiko, das für Betroffene annehmbar und aus Sicht dritter zumutbar ist.

RT2/AnSi Klausuren

Numerische Strömungssimulation 

a) Nennen Sie drei Arten von Gleichungen, die zum mathematischen Modell der CFD gehören!

b) Welche beiden Größen werden in jedem Fall bei einer Strömungssimulation berechnet?

c) Welche Arten von Fehlern treten bei der CFD auf? Welcher dieser Fehler sollte am Ende für den

Gesamtfehler bestimmend sein?

a) differentielle Bilanzen für Impuls, Masse, Energie

Turbulenzmodelle

Zusatndgleichungen /thermodyn. Modelle

Mehrphasenmodelle


b) Druck p und Geschwindigkeit w


c) Fehlerarten: Modellfehler

                          nummerischer Fehler (diskretisierung)

Rundungsfehler


Der Modellfehler sollte bestimmend sein

RT2/AnSi Klausuren

Methoden sicherheitstechnischer Bewertung (5 P)

a) Beschreiben Sie das Vorgehen bei der ’Vorl¨aufigen Gefahrfeldanalyse’! In welcher/n Phase(n) des

Planungsprozesses oder des Betriebs einer Anlage wird diese Methode eingesetzt?

b) Benennen Sie eine weitere Methode zur sicherheitstechnischen Bewertung und geben Sie an, wann

diese Methode verwendet wird!

a) Brainstorming Methode: Szenarien werden in multidisziplinärer Gruppe hinsichtlich Auswirkung und Vermeidbarkeit diskutiert 


Ganzheitliche Betrachtung

in früher Planungsphase eingesetzt


b) Checklisten-Methode

nach Fertigstellung einer Planungs- /Bau- oder Wartungsschritts


PAAg oder Fehlerbaum

gegen Ende der Anlagenplanung, wenn prinzipiell alles fertiggestellt, aber kleinerer Änderungen noch möglich sind

RT2/AnSi Klausuren

Mehrphasige Reaktionssysteme

a) Wann spricht man bei einem mehrphasigen Reaktionssystem von einer homogenen und wann von

einer heterogenen chemischen Reaktion? Nennen Sie jeweils eine Anwendung!

a) homogen: Reaktion im Inneren einer Phase, Edukt oder Produkt wechselt Phase

z.B. enzymat. Reaktion in wässeriger Phase mit O2_Versorgung durch Belüftung


heterogen: Reaktion an Phasengrenzfläche

z.B. Rkt. mit Feststoffkatalysator (NH3-Synthese, kat. Stufe Claus-Prozess)

RT2/AnSi Klausuren

Mischungsmaskierte Reaktionen


Erklären Sie das Phänomen mischungsmaskierter Reaktionen für ein System aus zwei konkurierenden

Folgereaktionen:

A+B -> R (1)

R+B -> S (2)


Die Geschwindigkeitskonstante der ersten Reaktion ist um mehrere Größenordnungen größer als die der

zweiten Reaktion. A und B werden äquimolar eingesetzt.

Bei unzureichender Mikromischung wird Reaktionsverlauf durch verfügbare Reaktionspartner bestimmt.

Annahme: Bereich mit reinem A neben Bereich mit reinem B

An Grenzen zwischen beiden Bereichen findet 1.Rkt. statt, dann nicht mehr möglich, da Trennschicht aus R zwischen A und B.

-> ausreichend Zeit für langsame Rkt. zwischen R und B, da A für B nicht verfügbar

-> Hauptprodukt S, während bei idealer Mikromischung Hauptprodukt R

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