64. Was versteht man unter Sedimentation, Filtration und Flotation? Welche Kräfte
können hier jeweils wirken?
Sedimentation: Ablagern von Teilchen aus Flüssigkeiten oder Gasen unter Einfluss der Gewichts- oder Zentrifugalkraft Filtration: Abscheidung von Partikeln mittels Filtermedium. Kräfte: Gewichtskraft, Druckkraft, Kapillarkraft Flotation: Trennung aufgrund Dichteunterschied, da Luftblasen an Partikeloberfläche anhaften. Kräfte: Gewichtskraft, Auftriebskraft, Haftkraft von Blässchen an Oberfläche
65. Nennen Sie Gründe für die Abweichung der Sedimentationsgeschwindigkeit von
der der Einzelkugel.
- Schwarmsedimentation: Teilchen beeinflussen sich gegenseitig - Formfaktoren: Teilchen besitzen keine Kugelform
66. Erläutern Sie die Vorgänge während eines Absetzversuchs.
1. Anlaufperiode: Grobe Partikel setzen sich ab 2. Bereich konstanter Absetzgeschwindigkeit: Bildung von Klärflüssigkeitszone, Sedimentationszone, Übergangszone und Kompressionszone 3. Sedimentationszone verkleinert sich, Klärflüssigkeits- und Kompressionszone werden größer 4. Kompressionspunkt: Sedimentations- und Übergangszone verschwinden. Die Kompressionszone verkleinert sich durch Eigengewicht
67. Erläutern Sie Aufbau und Funktionsweise von Absetzbecken
Skizze in Fotos von Stephane. Suspension trifft als Zulauf in Klärbecken. Teilchen sedimentieren auf den Grund. Klarlauf verlässt Becken durch Überlauf. Schlamm wird am tiefsten Punkt abgezogen. Teilchen größer x* verlassen das Klärbecken mit Klarlauf. Die Grenzkornbahn ist diejenige Bahn, welche das Partikel erfährt, welches geradeso abgeschieden wird.
68. Wieso sind Absetzbecken im Bereich der Feststoffentfernung besonders tief?
Sammlung von Klärschlamm ⇒ Kompression sorgt für natürliche Eindickung des Klärschlamms
69. Was versteht man unter der sog. Grenzkornbahn?
Die Grenzkornbahn erfährt das Grenzkorn x* , welches gerade noch so abgeschieden wird. Dabei wird der schlechteste Aufgabe- und Entnahmepunkt berücksichtigt.
70. Wie verläuft die Grenzkornzbahn eines Partikels, das dichter als die Umgebung
ist, für folgende Fälle (Skizze + Begründung):
• Rechteckiges Sedimentationsbecken
• Rundes Sedimentationsbecken
• Zylindrische Sedimentationszentrifuge
• Tellerzentrifuge
Skizze von allen 4 Becken in Fotos von Stephane • Rechteckiges Sedimentationsbecken (Begründung für Verlauf: Schwerkraft)• Rundes Sedimentationsbecken (Begründung für Verlauf: Schwerkraft)• Zylindrische Sedimentationszentrifuge (Begründung für Verlauf: Zentrifugalkraft)• Tellerzentrifuge (Begründung für Verlauf: Zentrifugalkraft)
71. Wie verlaufen die Grenzkornbahnen (s.o.) eines Partikels, das weniger dicht als
die Umgebung ist?
Siehe Skizzen in Fotos von Stephane (Ein paar Fragen davor) ρp < ρf
72. Was versteht man unter Lamellenabscheidern und wieso werden sie eingesetzt?
Schrägklärer = Lamellenklärer Klärbecken mit mehreren geneigten Flächen übereinander + kompakte Bauweise bei großer spez. Klärfläche Skizze in Fotos von Stephane
73. Wieso sind die Lamellen in Lamellenabscheidern immer schräg zum wirkenden
Gravitationsfeld/Zentrifugalfeld angeordnet?
Skizze in Fotos von Stephane Auf Oberseite rutscht Feststoff nach unten, während an der Unterseite Klärflüssigkeit nach oben strömt. Der Winkel ist durch das Rutschverhalten des Schlamms begrenzt.
74. Was versteht man unter der sog. Zentrifugenziffer?
Maß für das Verhältnis von Zentrifugalbeschleunigung zur Erdbeschleunigung
75. Was versteht man unter der sog. äquivalenten Klärfläche? Nennen Sie Beispiele.
Die äquivalente Klärfläche gibt an welche Klärfläche in einem Absetzbecken notwendig wäre und eine gleiche Trennleistung wie bsp. eine Zentrifuge hat. AZentrifuge : 250.000 m2 = Klärbecken (50 Fußballfelder groß)
76. Worin besteht der Nutzen in der Angabe der äquivalenten Klärfläche?
- größerer Durchmesser - größere Drehzahl - Längere Trommel - ri vergrößeren
77. Mit welchen Maßnahmen kann der Durchsatz einer Vollmantelzentrifuge gesteigert
werden?
Stoffparameter: - Partikel vergrößeren der Flockung - ηF durch erwärmen verkleinern Geom. / Konstr.: - Länge vergrößern - Wehr verändern - Durchmesser vergrößern Betriebsparameter: - Drehzahl erhöhen
79. Nennen und beschreiben Sie unterschiedliche Sedimentationszentrifugen.
Röhrenzentrifuge, Schälzenzentrifuge, Schneckenzentrifuge, Schubzentrifuge, Tellerzentrifuge, Vollmantelzentrifuge
102.Worin besteht der Unterschied zwischen einer Kammerfilterpresse und einer
Membranfilterpresse?
Membranfilterpresse ⇒ kompressibler Filterkuchen, kann ausgedrückt werden Kammerfilterpresse ⇒ nur durch aufbringen Luftdifferenzdruckes, wird befeuchtet
103.Erläutern Sie unterschiedliche filtrierende Zentrifugen.
Siebzentrifuge ⇒ diskontinuierlich, Grundschicht verbleibt auf dem Filtertuch, lange Schleuderzeiten möglich Stülpzentrifuge ⇒ diskontinuierlich, keine Grundschicht, gute Filtertuchreinigung Schälzenzentrifuge Schubzentrifuge
104.Was versteht man unter einer Querstromfiltration? Diskutieren Sie Vor- und
Nachteile.
Eine Suspension wird quer zum Filtermedium gefördert. Die Partikel werden einem Permeatstrom auf das Filtermedium (Membran) gezogen + FK-Bildung wird vermieden + kaum Druckverlust - geringe Partikelgrößen um Membran - großer Energiebedarf
105.Was versteht man unter Tiefenfiltration? Erläutern Sie eine typische Einteilung von
Tiefenfiltern zur Flüssigkeitsfiltration.
Partikel werden in der Tiefe des Filtermediums abgeschieden und das Filtrat wird ausgetragen - Schüttschichtfilter ⇒ Sand, Aktivkohle - Vlieschichten
106.Wieso verwendet man Tiefenfilter nicht für mittlere bis große Feststoffbeladungen?
weil der Tiefenfilter dann zu schnell voll werden würde bzw. führt zu einer geringeren Lebensdauer ⇒ Partikel lagern sich oberhalt des Filtermediums ab
110. Definieren Sie die Grundoperation "Mischen". Was ist die Umkehroperation
Def.: 2 unterschiedliche System werden zu homogenem System vereint - Umkehroperation ⇒ Trennen
111. Nennen Sie Beispiele für technische und alltägliche Mischaufgaben.
technisch: Mischen von Tierfutter, Menschenfutter (Müsli, Kakao, Tütensuppen) alltäglich: Kuchen backen, Mischbatterie
112. Nennen Sie andere Bezeichnungen für "Mischen", die auch gleichzeitig eine
Aussage über die verwendeten Phasen enthalten.
Dispergieren, Homogenisieren
113. Was meint ein Milchexperte, wenn er von "Homogenisieren" spricht?
Bsp.: Homogenisieren von ineinander löslichen Flüssigkeiten durch rühren ⇒ gleichförmiges Gemisch ⇒ zusammenhängende fl. Phase
114. Erläutern Sie die unterschiedlichen Längenskalen bei der Vermischung.
Unterscheiden Sie dabei flüssige und feste Systeme.
Konvektiv: Größenordnung d. Rührorgans in m Dispersiv: ⇓ der Wirbel in mm - cm Diffusion: ⇓ μm
115. Gibt es Mischprozesse ohne eine Relativbewegung der Komponenten?
Ja, z.B Schwerkraftmischer ⇒ durch trennen und neu zusammensetzen der Mischung ⇒ das komplette Gemisch ist in Bewegung
116. Wieso hat die Längenskala der Vermischung auch etwas mit der Zeitskala der
Vermischung zu tun?
je größer die Längenskala, desto kleiner die Mischzeit, da höhere Anzahl an Platzwechselvorgängen
117. Nennen und erläutern Sie die Kennzeichnung des Mischerfolgs für das Mischen
von Feststoffen und Flüssigkeiten.
Fest + Flüssig ⇒ Suspendieren! Ziel: Feststoffteilchen in Schwebe Maß Suspendiervarianz s2 = 0,5 ⇒ 100% Suspendiert
127.Worin besteht der Haupt-Vorteil eines Intensivmischers, worin der Nachteil?
+ kurze Verweilzeit im Mischer - hohe Mechanische Belastung des Produkts
128.Was versteht man unter Silomischern?
Feststehender, meist großer Behälter mit Einbauten für große Chargen
129.Wieso werden bei Silomischern z.T. konische Förderschnecken eingesetzt?
Um aus allen (Schritten = ?) zu fördern
130.Was versteht man unter Mischhalden? Wieso werden sie benötigt? Was ist das
Grundprinzip zum Auf- und Abbau einer Mischhalde?
Großräumige Lagerplätze, in denen ankommendes Produkt gelagert und grobvermischt wird durch Aufschüttsysteme Grundprinzip: Chevron-Methode Skizze in Fotos von Stephane
131.Nennen Sie unterschiedliche Familien von Flüssigkeitsmischern und
unterscheiden Sie zwischen Apparaten und Maschinen. (ggf. Skizze).
Maschinen: diskont. / Kont. Rührkessel Apparate: statischer Mischer / Stahlmischer
132.Worin können Ziele des Flüssigkeitsmischens, insbes. des Rührens bestehen?
Homogenisieren oder Dispergieren
133.Erläutern Sie die wesentlichen Bestandteile eines Rührkessels? Wo findet man
entsprechende weitere Informationen?
Antrieb, Rührer + Welle, Strombrecher, Außenmantel, Mannloch, Mess- und Anlaufstutzen Tech. Blatt
134.Worin bestehen die Vorteile von Stromstörern beim Rühren? Gibt es auch
Nachteile beim Einsatz von Stromstörern innerhalb eines Prozesses?
+ Verhindern Trombe und tangentiale Strömung + Erhöhung der Turbulenz - Toträume - höherer Energieeintrag in Form von Leistung
135.Erklären Sie den Unterschied von Axial- und Radialrührern (Begründung, Skizze).
Geben Sie Beispiele für Rührer an.
Axialrührer: z.B Propellerrührer Strömung in Richtung der Achse Radialrührer: z.B Schaufelrührer Strömung in radiale Richtung
137.Erläutern Sie Vor- und Nachteile von Färbe- und Sondenmethoden zur
Bestimmung der Mischzeit. Worin liegen hier grundsätzliche Schwierigkeiten?
+ einfach durchzuführen + freie Wahl der Messstellen - man sieht nur die äußere Schicht des Kesselsinhalts d.h Grenzschicht (keine Sicht auf das Verhalten im Inneren des Kessels - keine flächendeckende Analyse möglich, nur an Messstelle
138.Erläutern Sie das Konzept des Homogenisierungsbeiwerts.
CH = n * tv ⇒ Anzahl der Rührberechnungen für die Dauer des Mischvorgangs
139.Was versteht man unter geometrischer Ähnlichkeit?
Proportionen müssen gleich sein
140.Was versteht man unter einem Maßstabsfaktor? Wie groß ist der Maßstabsfaktor,
wenn ein Rührkessel von einem Volumen von 5L auf 600L vergrößert wird. Um
welchen Faktor verändert sich dann die Wärmeübertragungsfläche (Kesselwand)?
Entspricht "scale-up-kriterium" ⇒ dieser ist konst. für Labor- und Betriebsmaßstab μ3 = VB / VL ⇒ bspw. μ = 3√600L / 5L = 4,93 μ2 = SB / SL = 4,932 = 24,3 ⇒ Steigung
141.Sie berechnen für ein innendurchströmten Rohr und für eine umströmte Kugel
jeweils eine Re-Zahl von 1000. Ist die Strömungsform identisch? Was ist die
jeweilige Strömungsform?
Nein! Umströmung ⇒ Re = 1000 ⇒ turbulent ⇒ Grenze Re ≥ 102 (Kugel) Durchströmung ⇒ Re = 1000 ⇒ laminar (Rohr)
142.Nennen Sie Definitionen für Re-Zahlen für unterschiedliche Strömungsgeometrien.
Nennen Sie auch reale Beispiele, bei denen diese Kennzahl gebraucht wird.
Rohr ⇒ Re ≥ 2300 ⇒ turbulent Umstr. Kugel ⇒ Re = 103 ⇒ turbulent Strömung bei Rührern ⇒ Re ≥ 104 ⇒ turbulent
154.Weshalb sind Rührer zum Emulgieren meist scharfkantig und weisen ein geringes D2/D1-Verhältnis auf?
Beim emulgieren sind hohe Scherkräfte notwendig um Fetttröpfchen zu zerschlagen D2 / D1 klein , da P ~ n3 * D25 ⇒ hohe Drehzahlen, kleines D
155.Welche Zielrichtungen verfolgt man beim Begasen? Worin besteht das
Hauptkriterium bei einer Maßstabsübertragung beim Begasen?
hoher Stoffübergang zwischen dem dispergierten Gas und der Flüssigkeit ⇒ große Austauschfläche, d.h. feine Blässchen, somit große spez. Oberfläche und hohe Verweilzeit
156.Was versteht man unter Überflutung beim Begasen? Wie kann dieser Zustand
vermieden werden?
⇒ Rührt fast nur Gas, anstelle von Flüssigkeit ⇒ Rührer mit hoher Schaufelzahl Ns und großes D2 / D1 - Verhältnis
157.Woran erkennt man eine gute Begasung, wenn man auf die Oberfläche der
Flüssigkeit schaut?
viele kleine Blasen auf der Oberfläche der Flüssigkeit, da hierbei eine hohe Verweilzeit und spez. Oberfläche erzielt wird.
158.Was versteht man unter Zwangsbegasung und Oberflächenbegasung?
Zwangsbegasung: Einbringen des Gases unter den Flüssigkeitsspiegel Oberflächenbewegung: Anbringen eines Gas(-polsten=?) auf die Oberfläche der Flüssigkeit
159.Wieso sinkt die Rührleistung mit zunehmender Gasbelastung?
weil Dichte und Viskosität mit zunehmender Gasbelastung abnhemen!
165.Welche Maßnahmen kennen Sie, um beim Zerkleinern abrasiver Produkte den
Materialverschleiß zu verringern?
Nassmahlung oder Mahlhilfsmittel (z.B Äthylglykol) verwenden
