Technische Chemie an der Universität Duisburg-Essen

Karteikarten und Zusammenfassungen für Technische Chemie an der Universität Duisburg-Essen

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Mehrproduktanlagen“ (engl. multi purpose plants)

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Mikroplant

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Prallzerkleinerung

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Strahlmühle

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Diese größeren Dimensionen technischer Prozesse bedingen eine ganze Reihe von Problemen. Nenne Beispiele.


Zwei Problemkreise sind in diesem Zusammenhang besonders wichtig. Welche ?

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Absorption ?

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Vakuumtrommelfilter

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1) Vorbereiten der Stoffe für die Reaktion

und

3) Aufarbeiten des Reaktionsgemischs.

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verfahrenstechnische Grundoperationen

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Fließschemata

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Allgemein lassen sich chemische Verfahren in drei Abschnitte gliedern:

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Bandtrockner

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Technische Chemie


Mehrproduktanlagen“ (engl. multi purpose plants)

  • in dem verschiedene größere Einzelapparate fest aufgebaut sind, die – je nach den Erfordernissen der Synthese – miteinander verbunden werden können
  • Da in solchen Anlagen nacheinander viele Produkte in kleinerem Produktionsmaßstab hergestellt werden können, spricht man auch von „Mehrproduktanlagen“ (engl. multi purpose plants).

Technische Chemie

Mikroplant

  • In der Mikroplant werden die Umsetzungen in Anlagenteilen durchgeführt, die einen Durchmesser im Mikro- bis Millimeterbereich aufweisen
  • Mischer, Wärmetauscher und Reaktoren enthalten Kanäle mit Abmessungen von unter einem Millimeter
  • Die Besonderheit der mikrostrukturierten Reaktoren (MSR) besteht im außergewöhnlich großen Verhältnis von Kanaloberfläche zu Reaktorvolumen, meist im Bereich zwischen 10.000 und 50.000 m2 m−3 (vgl. . Tab. 3.2). Die MSR werden deshalb bevorzugt bei sehr schnellen und stark exothermen oder endothermen Reaktionen eingesetzt.

Technische Chemie

Prallzerkleinerung

Grundsätzlich werden drei verschiedene Methoden unterschieden: 

  • Material wird gegen eine Wand geworfen
  • Material prallt gegen ein bewegtes Werkzeug
  • zwei Materialpartikel stoßen gegeneinander

Das Material wird dabei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten (ca. 20 – 30 m/s) ausgesetzt.[2]


Beim Prall gegen schnell rotierende Werkzeugflächen und/oder beim Schleudern mit hoher Geschwindigkeit an Innenwände der Zerkleinerungsmaschine ist der Werkzeugverschleiß generell hoch


Deshalb wird die Prallzerkleinerung in den Fällen meist für weiche bis mittelharte spröde Stoffe verwendet.


Die verwendeten Zerkleinerungsmaschinen sind hierbei Prallbrecher, Prallmühlen, Hammerbrecher und Hammermühlen.


Bei der autogenen Zerkleinerung hingegen prallen Materialpartikel aufeinander was den Verschleiß sehr niedrig hält, so z. B. bei der Strahlmühle.[2]


Direkt an der Aufprallstelle wird das Material sehr fein zerkleinert


Von dieser Stelle breiten sich die Bruchlinien strahlenförmig aus und bilden viele mittelgroße Bruchstücke sowie einen größeren Restekegel

Technische Chemie

Strahlmühle

auch Luftstrahlmühlen genannt


werden Teilchen in einem Gasstrom vermahlen, ohne hierbei mechanische Werkzeuge wie z. B. schnelllaufende Rotore einzusetzen. 


Die Zerkleinerung der Partikel erfolgt über die durch das Mahlgas eingebrachte Energie.


Meist komprimierte Luft als Mahlgas  seltener Edelgase wie z. B. Argon


 Für die Vermahlung unter inerten Bedingungen kann Stickstoff verwendet werden


Auch der Einsatz von überhitztem Wasserdampf ist möglich und wird für spezielle Anwendungen genutzt


Das Prinzip der Strahlvermahlung wird generell überall dort eingesetzt, wo eine Feinstzerkleinerung des Mahlguts vonnöten ist.


Eine Strahlmühle zerkleinert trockene und sehr harte Stoffe auf Feinheiten im Bereich von 0,1–100 Mikrometer. Der übliche Arbeitsbereich liegt im Gebiet unterhalb von 10 Mikrometern.


Das Mahlgas wird durch spezielle Düsen so stark beschleunigt, dass die jeweiligen Teilchen mitgerissen werden und wieder aufeinandertreffen. Die Produktpartikel zerkleinern sich hauptsächlich autogen und damit auch ohne nennenswerten Verschleiß an Mahlwerkzeugen, weswegen dieses Mahlprinzip besonders zur effizienten Zerkleinerung von sehr harten Materialien geeignet ist. Nach der Mühle erfolgt die Trennung des feinen Mahlgutes von dem eigentlichen Mahlgas in einem der Mühle nachgeschalteten Zyklonabscheider bzw. einem Staubfilter.


Strahlmühlen werden zum Beispiel bei der industriellen Herstellung von Pulvern wie Aluminiumoxid, Al2O3, als einer Grundlage für moderne Keramiken verwendet.

Technische Chemie


Diese größeren Dimensionen technischer Prozesse bedingen eine ganze Reihe von Problemen. Nenne Beispiele.


Zwei Problemkreise sind in diesem Zusammenhang besonders wichtig. Welche ?

, z. B. die Abführung der Wärme bei exothermen Reaktionen, das Aufheizen bzw. Abkühlen und das Transportieren von Einsatzstoffen, Produkten und Hilfsstoffen, sowie die Lagerung großer Stoffmengen.


die Sicherheit chemischer Anlagen und der Umweltschutz

Technische Chemie

Absorption ?

CO2


chemische“ Absorption

  • n fast quantitativ; sie zeichnen sich zudem durch hohe Selektivität hinsichtlich der abzutrennenden Gase aus.


physikalischen“ Absorption,

  • n ist die Druckwasserwäsche zur Abtrennung von CO2. Damit gelingt jedoch bei weitem nicht eine quantitative Abtrennung des CO2, da dessen Löslichkeit in Wasser näherungsweise proportional seinem Partialdruck ist

Technische Chemie

Vakuumtrommelfilter

Filtrierapparat,

  • bei dem die Zylinderwand einer sich drehenden Trommel als Filterfläche dient
  • Solche Drehfilter arbeiten kontinuierlich, was bei größeren Produktmengen von Vorteil ist

Technische Chemie

1) Vorbereiten der Stoffe für die Reaktion

und

3) Aufarbeiten des Reaktionsgemischs.







Die im ersten und dritten Abschnitt verwendeten Operationen sind im Wesentlichen physikalischer Natur. Beispiele dafür sind Erwärmen, Abkühlen, Mischen, Fördern und vor allem die vielen Arten von Trennverfahren, wie Destillieren, Extrahieren, Absorbieren, Adsorbieren, Kristallisieren, Filtrieren und Sieben.


Technische Chemie

verfahrenstechnische Grundoperationen

engl.: unit operations


und teilt sie in mechanische

Zu den mechanischen Grundverfahren gehören alle Einzelverfahren, die allein auf den Gesetzen der Mechanik basieren, 

  • z. B. Filtrieren, Zerkleinern, Mischen und Fördern.




thermische Grundverfahren ein

sind die Gesetze der Thermodynamik und des Wärme- und Stofftransports. Thermische Grundoperationen sind

  • z. B. die Wärmeübertragung (einschließlich Kondensieren und Verdampfen), das Destillieren und das Extrahieren.

Technische Chemie

Fließschemata

(engl.: flow diagrams).

Das Fließbild (auch: Flussbild oder Fließschema) ist ein Hilfsmittel in Form einer technischen Zeichnung innerhalb der Verfahrenstechnik. Es stellt in schematisierter Form die einzelnen Verfahrensabschnitte dar. Geregelt ist die Darstellung nach EN ISO 10628 (national: u. a. DIN EN ISO 10628, ÖNORM EN ISO 10628). Innerhalb dieser Norm unterscheidet man je nach dem Grad der Abstraktion in Grundfließschema, Verfahrensfließschema, Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema.


Technische Chemie

Allgemein lassen sich chemische Verfahren in drei Abschnitte gliedern:

  • 1) Vorbereiten der Stoffe für die Reaktion,
  • 2) Stoffumwandlung durch chemische Reaktion und
  • 3) Aufarbeiten des Reaktionsgemischs.

Technische Chemie

Bandtrockner

  • Trocknung des feuchten Feststoffs lässt sich kontinuierlich durchführen
  • besonders schonende Produktbehandlung
  • as Nassgut wird kontinuierlich und gleichmäßig in einer Einlaufkammer aufgegeben
  • urchläuft meist auf horizontal angeordneten, perforierten Trocknungsbändern die Trocknungskammern
  • Dabei wird es von Heizgasen durch- bzw. überströmt und getrocknet
  • Der Trocknungsraum ist in mehrere Kammern unterteilt, die jeweils mit einem Umluftventilator und einem Heizregister ausgerüstet sein können
  • Jede Trocknerzelle kann dadurch individuell gesteuert werden
  • Die Produktanströmgeschwindigkeiten der Trocknungs-/Kühlungsluft können in jeder Zelle variiert werden
  • Darüber hinaus kann die Transportgeschwindigkeit des Trocknungsguts variiert werden
  • Die Beheizung oder Kühlung der Zellen kann direkt oder indirekt erfolgen, wobei alle Heizmedien wie Öl, Dampf, Warmwasser oder Heißgase einsetzbar sind.

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