TC allgemein an der Universität Duisburg-Essen

Karteikarten und Zusammenfassungen für TC allgemein an der Universität Duisburg-Essen

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Werkstoffe Industire

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V4A-Stahl

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Chargenbetrieb

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Kopplungsprodukt

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halbkontinuierlicher Reaktionsführung oder dem Teilfließbetrieb (engl. semi-batch process).

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Nebenprodukte

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Wertprodukte

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kontinuierliche Verfahren oder den Fließprozess (engl. flow process).

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Rohstoffbasis der anorganischen Chemie:

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Wann benutzt man in der Technik   Chargenbetrieb

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Wann benutzt man in der Technik kontinuierliche Reaktionsführung

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Durchmischung Industrie

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TC allgemein

Werkstoffe Industire

  • Werkstoffe: Wie bereits erwähnt, kommt der Werkstoff Glas aus Konstruktions- und Sicherheitsgründen für große Reaktoren nicht in Frage. Technische Reaktoren werden in der Regel aus Stahl gebaut, im einfachsten Fall aus unlegiertem Stahl, der ausschließlich aus Eisen und maximal 1,5 % Kohlenstoff besteht. Bei hohen thermischen Belastungen muss der Stahl mit bis zu 5 % an anderen Metallen legiert werden. Solche „niedrig legierten Stähle“ enthalten meist Chrom, Nickel, Mangan oder Molybdän, die die Festigkeit des Stahls sehr stark verbessern. Bei der Verwendung aggressiver Chemikalien, wie Chlor, sind aber auch niedrig legierte Stähle ungeeignet. In diesem Fall nutzt man hoch legierte Stähle wie z. B. den V4A-Stahl, der 18 % Chrom, 10 % Nickel, 2 % Molybdän und etwas Titan enthält. Durch den Molybdän-Anteil ist dieser Werkstoff gegen die durch Chlorid-Ionen induzierte Lochfraß- und Spannungsrisskorrosion geschützt. Alle wichtigen Werkstoffe haben eine Werkstoffnummer, die in Tabellenwerken nachgeschlagen werden kann. V4A-Stahl hat beispielsweise die Werkstoffnummer 1.4571.

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V4A-Stahl

, der 18 % Chrom, 10 % Nickel,
2 % Molybdän und etwas Titan enthält

Werkstoffnummer 1.4571

Durch
den Molybdän-Anteil ist dieser Werkstoff
gegen die durch Chlorid-Ionen induzierte
Lochfraß- und Spannungsrisskorrosion
geschütz

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Chargenbetrieb

  • man befüllt einen
    Kolben mit den Ausgangsstoffen, lässt eine gewisse
    Zeit lang reagieren und bricht dann die Reaktion ab,
    um die Produkte aufzubereiten. Nach dem Leeren
    und Säubern des Kolbens kann dieser Ansatz, wenn
    man weitere Produktmengen benötigt, noch mehrfach wiederholt werden.
  • Diese Art der Durchführung
    nennt man auch Chargenbetrieb, Satzbetrieb oder
    diskontinuierliches Verfahren. Nach dem englischen
    Ausdruck batch process wird dieses Verfahren auch
    als Batch-Betrieb bezeichnet

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Kopplungsprodukt

Kopplungsprodukte entstehen immer unabhängig von der Reaktionsführung,
da sie sich aus der Reaktionsstöchiometrie ergeben

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halbkontinuierlicher Reaktionsführung oder dem Teilfließbetrieb (engl. semi-batch process).

  • Eine Variante des Chargenbetriebs ist ebenfalls bereits aus dem Labor bekannt: Legt man die
    meisten Edukte, Lösungsmittel und Katalysatoren im
    Kolben vor, tropft aber mithilfe eines Tropftrichters
    eine weitere Komponente langsam zu
  • Diese Methode kann sehr sinnvoll sein, wenn man
    z. B. die zugetropfte Komponente bei einer möglichst
    niedrigen Konzentration halten möchte oder wenn
    es sich um eine stark exotherme Reaktion handelt,
    deren Temperaturverlauf auf diese Weise gut geregelt werden kann. Diese Fahrweise wird auch in der
    chemischen Industrie häufiger angewendet

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Nebenprodukte

Nebenprodukte entstehen durch Parallelreaktionen, können
durch Reaktionsführung zurückgedrängt werden

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Wertprodukte

Preise verschiedener Chemieprodukte sind oft aneinander
gekoppelt z.B. Cl2 und NaOH

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kontinuierliche Verfahren oder den Fließprozess (engl. flow process).

  • Hierbei werden die Edukte
    und Lösungsmittel mit Pumpen oder Kompressoren kontinuierlich, also ununterbrochen, in den
    chemischen Reaktor, sei es ein Rührkessel oder ein
    Strömungsrohrreaktor , eingefüllt. Nach
    einer bestimmten Verweilzeit im Reaktor fließen die gebildeten Produkte ebenfalls stetig, also kontinuierlich, aus der Anlage heraus.
  • Der Aufwand für diese
    zweite Variante ist in der Regel größer, kann aber
    trotzdem für die chemische Industrie wirtschaftlich sein.

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Rohstoffbasis der anorganischen Chemie:

  • Oxidische und
    sulfidische Metallerze(z.B. Pyrit (FeS2
    ))
  • Schwefel
  • Steinsalz (NaCl)
  • Luft
  • Wasser

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Wann benutzt man in der Technik   Chargenbetrieb

Der Chargenbetrieb wird immer dann genutzt,

  • wenn die benötigten Mengen des Produkts relativ
    klein sind. In einem solchen Fall lohnt sich keine
    aufwendig kontinuierlich betriebene Anlage.
  • wenn mit Feststoffen oder zähen Schlämmen
    gearbeitet wird, die sich in einer kontinuierlich betriebenen Anlage oft nur schwierig
    handhaben lassen.
  • wenn es sich um Spezialprodukte (z. B. Farbstoffe
    oder Pharmaka) handelt, die in besonderer
    Reinheit hergestellt werden müssen.
  • wenn man sich eine möglichst hohe Flexibilität
    bei der Durchführung der Reaktion erhalten
    möchte. So können z. B. im selben Reaktor
    nacheinander verschiedene Farbstoffe aus
    unterschiedlichen Edukten bei verschiedenen
    Reaktionsbedingungen hergestellt werden.

Die Nachteile des Chargenbetriebs sind

  • die Totzeiten beim Befüllen, Aufheizen,
    Abkühlen und Entleeren des Reaktors,
  • die höheren Energiekosten aufgrund des
    wiederholten Aufheizens und Abkühlens bei
    jeder einzelnen Charge
  • ein meist höherer Überwachungs- und damit
    Personalaufwand.


TC allgemein

Wann benutzt man in der Technik kontinuierliche Reaktionsführung

Die kontinuierliche Reaktionsführung wird häufig
dann genutzt,

  • wenn das Produkt in großen Mengen produziert werden soll. Typische Beispiele sind die
    Produktionen der bedeutenden Polymere
    Polyethylen und Polypropylen. Für solche
    Großprodukte lohnt sich der Bau einer eigens
    für diese Produktionen ausgelegten kontinuierlich betriebenen Anlage.
  • wenn die Edukte und Produkte Fluide, also
    flüssig oder gasförmig sind. Diese lassen sich
    in kontinuierlich betriebenen Anlagen gut
    mit Pumpen und Kompressoren durch die Rohrleitungen transportieren, ohne dass es zu
    Verstopfungen kommt.
  • wenn infolge der Einhaltung stets gleicher
    Betriebsbedingungen eine gleichbleibende
    Produktqualität erwünscht ist.

Die Nachteile der kontinuierlichen Reaktionsführung
sind allerdings

  • die sehr geringe Flexibilität: Meist lässt sich
    in einer Anlage nur ein einziges Produkt
    herstellen. Auch der Durchsatz lässt sich häufig
    nur in engen Grenzen variieren
  • die relativ hohen Investitionskosten für die
    Förder-, Dosier-, Mess- und Regeleinrichtungen.

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Durchmischung Industrie

  • Durchmischung: Die Durchmischung in einem technischen Reaktor erfolgt mit einem Rührer, der meist durch den Reaktordeckel, in selteneren Fällen vom Reaktorboden aus, gasdicht in die Apparatur eingeführt wird. An der meist mehrere Meter langen Rührachse können mehrere, auch unterschiedliche Rührelemente angebracht werden (7 Kap. 9). Die Rührachse wird von einem Elektromotor angetrieben, der über ein Getriebe mit der Achse verbunden ist. Die technischen Rührer haben geringere Drehzahlen als Laborrührer, denn typische Umfangsgeschwindigkeiten aller Rührwerke liegen im Bereich von 2–15 m s−1. Die Durchmischung kann durch den Einbau von ein oder mehreren Strömungsbrechern deutlich verbessert werden. Strömungsbrecher sind seitlich angebrachte Platten, die die kreisförmige Strömung der Flüssigkeit zum Innern des Reaktors hin umlenken. Dadurch kommt es zu starken Turbulenzen und zu einer hervorragenden Homogenisierung des Reaktionsgemisches

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