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Praxiswissen der chemischen Verfahrenstechnik

Handbuch für Chemiker und Verfahrensingenieure

AutorDaniel S. Christen
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl690 Seiten
ISBN9783540268260
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis109,99 EUR

Ein umfassendes Werk der chemischen Verfahrenstechnik. Projektierung, Werkstoffe, Reaktionstechnik, Strömungslehre, Wärme- und Stofftransport, mechanische und thermische Einheitsverfahren, Regelungs- und Prozessleittechnik werden ausgehend von den theoretischen Grundlagen bis hin zu komplexen Beispielen aus der Praxis einheitlich dargestellt.



Prof. Dr. Daniel. S. Christen ist seit 1988 für die chemische Industrie tätig. Nach einem Anfang als Projektingenieur war er schließlich weltweiter Produktionsexperte und Werkskoordinator eines bedeutenden chemischen Großkonzerns. Seit 1995 ist er vollamtlicher Dozent an der Berner Fachhochschule in Burgdorf.

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Leseprobe

4 Reaktionstechnik (S. 147-148)

4.1 Begriffe

Die chemische Reaktionstechnik befasst sich mit der sicheren und umweltverträglichen Umsetzung einer chemischen Reaktion aus dem Labor in den technischen Maßstab. Im Zentrum steht die Auslegung eines chemischen Reaktors im Hinblick auf seine Form, Größe und Betriebsweise bei gegebener Reaktion und verlangter Produktionsleistung. Voraussetzungen dafür sind fundierte und detaillierte Kenntnisse über die Stöchiometrie, Reaktionskinetik und Thermodynamik aller möglichen Reaktionen inklusive der Bildung von Nebenprodukten.

Homogene und heterogene Reaktionen

Ein Reaktionsgemisch, d.h. das Gemisch, in dem die Reaktion stattfindet, besteht üblicherweise aus Rohstoffen, Hilfsmitteln und Begleitstoffen (Reaktanden, Lösungsmittel, Katalysatoren, Produkten, Nebenprodukten, Verunreinigungen, Verdünnungsmittel, Inertstoffe etc.). Das Reaktionsgemisch kann entweder homogen (einphasig) oder heterogen (mehrphasig) sein. Entsprechend unterscheidet man homogene und heterogene Reaktionen. Eine homogene Reaktion läuft in einer einzigen Phase ab, die alle für die Reaktion notwendigen Komponenten enthält. Die Phase kann gasförmig oder flüssig sein. Bei einer homogenen Reaktion in flüssiger Phase müssen alle Komponenten in einander löslich sein. Bei einer heterogenen Reaktion besteht das Reaktionsgemisch aus mindestens zwei verschiedenen Phasen, z.B. gasförmig-flüssig, gasförmig-fest, flüssig-flüssig oder flüssig-fest. Die Phasen sind hier miteinander auf molekularer Ebene nicht mischbar. Die Reaktion beruht auf dem Stoffaustausch mindestens einer Komponente über die Phasengrenze hinweg.

Strömungsführung

Die Strömungsführung zweier nicht mischbarer stofflicher Phasen in einem Reaktor kann gleichsinnig, gegensinnig, kreuzweise oder stationär durchdringend sein. Bei Gleichstrom treten beide Stoffströme auf der gleichen Seite in den Reaktor ein, verlaufen innerhalb des Reaktors parallel und treten beide auf der anderen Seite des Reaktors wieder aus. Bei Gegenstrom tritt ein Stoffstrom am Austrittsort des anderen in den Reaktor ein, und umgekehrt. Innerhalb des Apparates verlaufen die Stoffströme antiparallel. Bei Kreuzstrom verlaufen die Stoffströme innerhalb des Apparates im rechten Winkel zu einander. Bei Teilstrom ist der eine Stoffstrom ortsfest, während der zweite durch ihn hindurch fließt. Die verschiedenen Arten der Strömungsführung sind in der Abb. 4.1 schematisch dargestellt.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Aufbau des Buches7
Inhalt9
Teil I Grundlagen20
1 Einführung21
1.1 Definitionen21
1.2 Fachorganisationen26
1.3 Maßeinheiten29
1.4 Fragen aus der Praxis36
1.5 Literatur36
2 Projektierung38
2.1 Maßstabsvergrößerung38
2.2 Planung von Chemieanlagen50
2.3 Projektmanagement58
2.4 Zeit- und Ressourcenplanung66
2.5 Fragen aus der Praxis74
2.6 Literatur75
3 Werkstoffe76
3.1 Mechanische Eigenschaften76
3.2 Korrosion88
3.3 Korrosionschutz95
3.4 Eisen & Stahl105
3.5 Nicht-Eisenmetalle113
3.6 Keramiken127
3.7 Kunststoffe138
3.8 Naturstoffe159
3.9 Fragen aus der Praxis161
3.10 Literatur162
4 Reaktionstechnik164
4.1 Begriffe164
4.2 Reaktoren169
4.3 Stoffbilanzen180
4.4 Verweilzeitverteilung186
4.5 Fragen aus der Praxis190
4.6 Literatur191
5 Berechnungen und Antworten zu Teil I192
5.1 Einführung192
5.2 Projektierung193
5.3 Werkstoffe195
5.4 Reaktionstechnik196
Teil II Ausgleichsvorgänge199
6 Strömungslehre201
6.1 Einleitung201
6.2 Strömung ohne Reibung203
6.3 Strömung mit Reibung206
6.4 Rohrströmung212
6.5 Filmströmung226
6.6 Impulskraft230
6.7 Rheologie232
6.8 Fragen aus der Praxis242
6.9 Literatur245
7 Wärmeübertragung246
7.1 Einleitung246
7.2 Strahlung248
7.3 Wärmeleitung258
7.4 Konvektion274
7.5 Wärmedurchgang292
7.6 Wärmeübertrager305
7.7 Fragen aus der Praxis317
7.8 Literatur318
8 Stofftransport319
8.1 Einleitung319
8.2 Diffusion321
8.3 Konvektion331
8.4 Stoffdurchgang339
8.5 Stofftransport und chemische Reaktion350
8.6 Stofftransport und Wärmeübertragung356
8.7 Analogien des Impuls-, Wärme- und Stofftransports361
8.8 Fragen aus der Praxis366
8.9 Literatur366
9 Berechnungen und Antworten zu Teil II368
9.1 Strömungslehre368
9.2 Wärmeübertragung377
9.3 Stofftransport381
Teil III Grundoperationen385
10 Mischen, Rühren388
10.1 Einleitung388
10.2 Rührertypen389
10.3 Strömungsbild390
10.4 Wahl des Rührertyps392
10.5 Leistungsbedarf eines Rührwerks392
10.6 Statische Mischer394
10.7 Fragen aus der Praxis395
10.8 Literatur396
11 Sedimentieren397
11.1 Definition397
11.2 Maßgebende Kräfte398
11.3 Strömung um ein kugelförmiges Teilchen399
11.4 Sinkgeschwindigkeit beliebig geformter Teilchen402
11.5 Sinkgeschwindigkeit eines Teilchenschwarms404
11.6 Auslegung von Sedimentationsapparaten405
11.7 Fragen aus der Praxis406
11.8 Literatur407
12 Verdampfen408
12.1 Begriffe und Definitionen408
12.2 Verdampfungsarten417
12.3 Verdampferbauarten426
12.4 Fragen aus der Praxis434
12.5 Literatur435
13 Kondensieren436
13.1 Begriffe und Definitionen436
13.2 Wärmeübergang bei Filmkondensation438
13.3 Kondensatorbauarten443
13.4 Fragen aus der Praxis446
13.5 Literatur446
14 Destillation448
14.1 Einleitung448
14.2 Physikalische Grundlagen449
14.3 Destillationsverfahren465
14.4 Fragen aus der Praxis473
14.5 Literatur473
15 Rektifikation475
15.1 Einleitung475
15.2 Berechnung der theoretischen Stufenzahl478
15.3 Einbauten von Rektifikationskolonnen492
15.4 Dimensionierung einer Rektifikationskolonne501
15.5 Sonderfälle der Rektifikation509
15.6 Fragen aus der Praxis516
15.7 Literatur517
16 Trocknung519
16.1 Einleitung519
16.2 Zustandsänderung des feuchten Guts524
16.3 Zustandsänderung der feuchten Luft530
16.4 Trocknungsapparate542
16.5 Fragen aus der Praxis557
16.6 Literatur558
17 Berechnungen und Antworten zu Teil III560
17.1 Mischen, Rühren560
17.2 Sedimentieren561
17.3 Verdampfen562
17.4 Kondensieren565
17.5 Destillation567
17.6 Rektifikation570
17.7 Trocknung574
Teil IV Regelungstechnik579
18 Einleitung in die Regelungstechnik581
18.1 Aufgabe einer Regelung581
18.2 Begriffe und Bezeichnungen582
18.3 Beispiele von Regelungen583
18.4 Fragen aus der Praxis586
19 Steuerung und Regelung587
19.1 Wirkungsplan587
19.2 Steuerung590
19.3 Regelung592
19.4 Fragen aus der Praxis597
20 Übertragungsverhalten598
20.1 Beharrungskennlinie599
20.2 Dynamische Eingangsfunktionen600
20.3 Sprungantworten600
20.4 Frequenzgänge610
20.5 Fragen aus der Praxis614
21 Reglertypen615
21.1 Stetige Regler617
21.2 Unstetige Regler621
21.3 Fragen aus der Praxis625
22 Regelgüte627
22.1 Führungsverhalten627
22.2 Störverhalten629
22.3 Bewertung der Regelgüte630
22.4 Bewertung der Regelbarkeit633
22.5 Fragen aus der Praxis635
23 Einstellregeln für industrielle Regler637
23.1 Ziegler-Nichols638
23.2 Chien-Hrones-Reswick639
23.3 T-Summen-Regel640
23.4 Fragen aus der Praxis642
24 Komplexe Regelsysteme643
24.1 Split-Range-Regelung643
24.2 Kaskadenregelung645
24.3 Verhältnisregelung647
24.4 Fragen aus der Praxis649
25 Prozessleittechnik650
25.1 Entwicklung der Prozessleittechnik650
25.2 Aufbau eines Prozessleitsystems653
25.3 Funktionen eines Prozessleitsystems654
25.4 Darstellungen im Prozessleitsystem656
25.5 Sicherheit computergesteuerter Anlagen657
25.6 Fragen aus der Praxis659
26 Berechnungen und Antworten zu Teil IV661
26.1 Einleitung661
26.2 Steuerung und Regelung662
26.3 Übertragungsverhalten665
26.4 Reglertypen668
26.5 Regelgüte671
26.6 Einstellmethoden für industrielle Regler673
26.7 Komplexe Regelsysteme676
26.8 Prozessleittechnik678
27 Literatur zur Regelungstechnik681
27.1 Normenwerke681
27.2 Lehrbücher681
27.3 Fachaufsätze682
Sachverzeichnis683

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