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Maschinenbau (Subject) / Verfahrenstechnik Mnich (Lesson)

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• 51. Was ist ein Windsichter? Wie funktioniert er? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Ähnlich eines Absetzbecken, nur hierbei handelt es sich um einen Gasstrom, indem sich die schweren Partikel nach unten Absetzten. Die Berechnung erfolgt aus dem Verhältnis von Gasgeschwindigkeit und Sinkgeschwindigkeit. Vorteil: Keine drehenden Teile
• 52. Was ist ein Abweiserad-Sichter? Wie funktioniert er? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Durch die hohe Zentrifugalkraft wird das Grobgut aus der Anlage geschleudert, was fein genug ist wird mit dem Gasstrom nach Oben mitgenommen. Vorteil: Über Radgeschwindigkeit kann Prozess sehr gut gesteuert werden. Nachteil: Drehende Teile => Verschleiß
• 53. Was ist ein Zyklon? Wie funktioniert es? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Rohgas wird mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet und in Verwirbelung versetzt. Die Zentrifugalkraft führt dazu, dass sich schwere Partikel nach außen absetzten und dann nach unten fallen. Das Reingas wird oben abgesaugt. Vorteil: keine beweglichen Teile => billig Nachteil: Druckverlust und schlechte Abscheidung
• 54. Was ist eine Zentrifuge? Wie funktioniert es? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Funktionsweise beruht auf der Zentrifugalkraft. Medien mit höherer Dichte wandern aufgrund der höheren Trägheit nach außen. Dabei verdrängen sie die Bestandteile mit niedrigerer Dichte, die hierdurch zur Mitte gelangen. Vorteil: Deutlich höhere Absetzgeschwindigkeiten Nachteil: Schnell drehende Teile => hoher Verschleiß
• 55. Wieso benutzt man Zentrifugen (Hinweis: Partikelgröße)? Durch eine sehr hohe Drehzahl entstehen Zentrifugalbeschleunigungen deutlich größer als die Erdbeschleunigung. az >>gDurch diese höhere Beschleunigung setzten sich auch deutlich kleinere Teilchen ab, als im klassischen Absetzbecken. Abscheidbare Partikelgröße x↓
• 56. Definieren Sie den Begriff Wirbelschicht. Wo findet diese ihre Anwendung? Wirbelschicht ist eine Schüttung die durch aufwärts gerichtete Strömung eines Fluids in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand versetzt wird. Wirbelschicht bezeichnet sich durch: - sehr gute Durchmischung der Phasen, - einen sehr guten Kontakt zwischen Feststoff und Fluid, - sehr gleichmäßige Temperatur und Konzentrationsverteilung. Anwendungen: - Wärmeübertragung (Trocknung, Röstung,…), - Verbrennung (Niedertemperaturverbrennung), - Mischung, - Durchführung von chemischen Reaktionen.
• 57. Was sind die 2 entscheidenden Geschwindigkeiten bei Wirbelschicht. Erklärung + Diagramm W L = Lockerungsgeschwindigkeit W A = Austraggeschwindigkeit Druckverlust steigt bis w L zum Lockerungspunkt an. Dort bleibt er konstant bis es bei w A zur Austrag der Partikel aus der Wirbelschicht kommt. Danach steigt es wieder weiter!
• 58. Bei welchen Vorgängen ist die Wirbelschicht von Bedeutung Trocknung Feuerung Biogasgenerator Rösten
• 59. Nennen Sie zwei der gebräuchlichsten Trennverfahren von dispersen Systemen und beschreiben Sie diese. Absetzen: Hier wirken auf die Feststoffpartikel Kräfte, die zu einer Bewegung des Partikels führen. Diese Kräfte werden entweder durch Schwerkraft (Sedimentation) oder durch erzeugte Schwerefelder (Zentrifugation) hervorgerufen. Filtrieren: Dieses erfolgt an einem porösen Material, was ähnlich wie beim Sieben die Partikel zurückhält, die größer als die Poren sind.
• 60. Für was werden Bodenkolonnen grundsätzlich eingesetzt? Erläutern Sie kurz wie die Bodenkolonne Aufgebaut ist und welche verschiedenen Möglichkeiten es gibt. Geben 2 Vorteile an. Bodenkolonnen werden speziell bei Destillation und Rektifikation eingesetzt. Vorteile: - keine Füllkörper - stufenweise Entwicklung der Temperatur => womit das Gleichgewicht zwischen Dampf und Flüssigkeit eingestellt werden kann => Destillation Möglichkeiten: a) mit Bohrungen oder Schlitzen b) mit Glockenböden Volumenstrom Gas Flüssigkeit Gas c) mit Ventilböden Ventile werden auf/zu gemacht, wodurch Der Druck und das thermodynamische Gleichgewicht in der Vorstufe beeinflusst werden
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• 61. Skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf der reinseitigen Konzentration und des Druckverlustes für einen Filtrationsvorgang an einem textilen Filter mit Abreinigungseinrichtung. Diagramm
• 62. Erläutern Sie den Unterschied zwischen Realer und Idealer Trennung. Wie lässt sich eine Reale Trennung verbessern (näher an die ideale bringen)? Bei der idealen Trennung, gibt es eine exakte Trennlinie. Auf der einen Seite ist das Grobgut auf der anderen das Feingut. Bei der realen Trennung sind sowohl Grob- als auch Feingut eine Verteilung ähnlich der „Gauss-Glocke“. Es gibt einen Bereich, wo sich beide Verteilungen überschneiden. Man kann reale Trennungen „schärfer“ gestalten indem man siebt. (und ggf. zurückführt).
• 63. Was sie die Vorteile und die Nachteile von Filtern? Vorteile: Hohe Abscheidungsgrad, Breiter Partikelbereich wird abgeschieden Nachteile: Verstopfen (Druck- und Konzentrationsschwankungen), Niedrige Geschwindigkeiten
• 64. Wie kann der Druckverlust einer Filteranlage reduziert werden? Reinigen/Entfernen des Staubkuchens durch Stöße/Rütteln oder Druckluftstöße. Tiefenfilter können eine gewisse Menge von Abscheidegut speichern und werden periodisch ausgetauscht.
• 65. Erläutern Sie die Wirkungsweise eines Elektroabscheiders? Welche Vorteile gibt es? Welche Gefahren können von Elektroabscheidern ausgehen? Die Staubpartikel werden elektrostatisch aufgeladen und werden mit elektrischen Feldern zur Niederschlagselektrode transportiert an der sie angelagert und abgeschieden werden (d.h. auch „Elektrofilter“ genannt). Der Elektroabscheider zeichnet sich durch einen sehr geringen Energieverbrauch und einen geringen Druckverlust aus. Trotz sorgfältiger Einstellung der Spannung kann es zur Funkenbildung durch Kurzschlüsse kommen, was bei explosiven Gasen (z.B. Mehlstaub) zur Explosion führen kann!!! (Daher liegt die Hauptanwendung bei der Reinigung von reaktionsträgen Abgasen).
• 66. Definieren Sie den Begriff Nassabscheider. Ein Nassabscheider ist ein verfahrenstechnischer Apparat, in dem ein Gasstrom mit einem Flüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht wird, um Bestandteile des Gasstroms in der Flüssigkeit aufzunehmen und somit ein reines Gas zu erhalten. Flüssigkeit wird in Gasstrom eingeführt.
• 67. Welche Methoden Sind bei der Nassabscheidung von Bedeutung? Nennen sie ggf. Vor- und Nachteile. Waschtürme: Vorteil: geringer Druckverlust - ohne Einbauten 100-200Pa –mit Einbauten 2500Pa Nachteil: schlechte Abscheidung von Feinstaub Strahlwäscher: Waschflüssigkeit mittels einer Einstoffdüse im Gleichstrom mit dem Gas wird aufgegeben. Das Staubbeladene Gas wird angesaugt und gereinigt. Wirbelwäscher: Der Staubbeladene Gasstrom prallt auf eine Wasseroberfläche wodurch eine Vorabscheidung stattfindet. Die anschließende Strömungsumlenkung in einem gekrümmten Kanal bewirkt eine Verwirbelung der mitgerissenen Flüssigkeitstropfen und weiter Staub – Abscheidung. Abscheidung von groben Stäuben. Venturiwäscher: Venturiwäscher basiert auf dem Venturirohr, in dessen engsten Querschnitt die Waschflüssigkeit bei geringem Druck axial zugeführt wird. Flüssigkeit wird dadurch in Feine Tropfen zerrissen. Viele Tropfen => hohe Abscheidungswahrscheinlichkeit vom Staub. Im Diffusor wir die kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt. Tropfenabscheidung: Nach einem Nassabscheider müssen Tropfen abgeschieden werden. 1. Lamellenabscheider mehrere parallel angeordnete Profilplatten aus Kunststoff bzw. Blech, zwischen denen der Gasstrom mehrfach umgelenkt wird. Sehr gute Abscheidung 2. Zyklon
• 68. Erläutern Sie den Unterschied zwischen Gleich und Gegenstromprinzip. Was sind die Vor- und Nachteile? Zeichnen Sie ein Diagramm. Beim Gleichstromprinzip laufen beide Medien in die gleiche Richtung. Beide Konzentrationen oder Temperaturen nähern sich aneinander an. Beim Gegenstromprinzip bewegen sie die Medien in entgegen gesetzter Richtung, deswegen kommt Gas im Endzustand nahezu an die Rohkonzentration der 2. Phase. Nachteilig ist, dass beim Gegenstrom zu „Verstopfungen“ kommt => höherer Druckverlust => Stauwirkung
• 69. Zeigen Sie den Unterschied der Trennkurven zwischen den Unterschiedlichen Verfahren: Filter, Elektroabscheidung, Nassabscheidung und Zyklon. Welche Folgerung können Sie daraus ziehen (bezüglich Anlagenaufbau)? Filter haben sehr hohe Abscheidegrade (%) über ein breites Spektrum an Partikeln. Elektrofilter haben ein ähnlich großes Spektrum, aber schlechtere Abscheidegrade (%) als Filter. Nassabscheider funktionieren nur in einer kleineren Bandbreite und mit relativ schlechten Abscheidegraden (%). Zyklone haben das kleinste Spektrum, mit schlechten Abscheidegraden (%). Eine optimale und kosteneffektive Abscheidung kombiniert mehrere Verfahren. Z.B. ein Zyklon als Vorstufe, dann ein Elektroabscheider und als letzte Stufe ein Filter.
• 70. Was versteht man unter Agglomerieren? Welche Vorteile ergeben sich dadurch? Agglomerieren ist das Gegenteil vom Zerkleinern. Teilchen werden zu Größeren verbunden. Dadurch wird die Weiterverarbeitung und Lagerung vereinfacht. (Weniger Staubbildung, bessere Riesenfähigkeit, etc…)
• 71. Welche Vorteile ergeben sich durch das Mischen? Wie wird das Mischen technisch umgesetzt? Ziel ist das herstellen eines Homogenen Stoffgefüges. Nur so kann eine gleichmäßige und kalkulierbare Reaktion (z.B. Verbrennung) erreicht werden. Die Vermischung erfolgt meist mit mechanischen Rührsystemen.
• 72. Was ist eine Packungskolonne? Was sind die Vorteile gegenüber einer normalen Packung/strukturlosen Schüttungen? Die Füllkörper einer Packungskolonne werden vorgefertigt aus Plastik, Keramik oder Metall. Anschließend werden diese in einer geordneten Struktur angebracht. Packungskolonnen haben damit eine genau definierte Spezifische Oberfläche und Porosität. Ebenso sind sie optimiert für eine gute Durchströmung (in eine Richtung).
• 73. Definieren Sie die Begriffe: Trocknung, Destillation, Rektifikation, Sublimieren Trocknung: Einem Feststoff, Flüssigkeit, Gas wird Feuchte entzogen Destillation: Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, um verdampfbare Flüssigkeiten zu gewinnen oder Lösungsmittel von schwer verdampfbaren Stoffen abzutrennen. Die Destillation hat gegenüber anderen Trennverfahren den Vorteil, dass in der Regel keine weiteren Stoffe wie Adsorbentien oder Lösungsmittel hinzugefügt werden. Rektifikation: Die Rektifikation, auch Gegenstromdestillation genannt, ist ein Verfahren zum Auftrennen eines Vielstoffgemisches. Sublimieren: Als Sublimation, seltener auch Sublimierung, bezeichnet man in der Thermodynamik den Prozess des unmittelbaren Übergangs eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, ohne sich vorher zu verflüssigen
• 74. Nennen sie die wichtigsten Trocknungsarten Konvektionstrocknung: Wärme mit Gasstromübertragen Kontakttrocknung: Wärme über beheizte Wände an das feuchte Gut übertragen Strahlungstrocknung: z.B Infrarotstrahler Gefriertrocknung: (Vakuumsublimationstrocknung, aus dem gefrorenen feuchten Gut wird das Feuchte in Vakuum unterhalb des Tripelpunkts direkt aus dem festen in den Gasförmigen Zustand überführt.
• 75. Welche Produkte entstehen bei der Verdampfung/Eindampfung in einem Wärmeübertrager? 1. Brüdendampf -> Kondensieren: Reiner Stoff 2. Eingedampfte Phase -> angereicherte Lösung
• 76. Was versteht man unter Verdampfungskristallisation? Erklärung + Diagramm. Bei der Verdampfungskristallisation wird ein Teil des Lösungsmittels aus der homogenen Lösung verdampft, es erfolgt ein Ausfallen der Kristalle. Dadurch entsteht aus einem homogenen ein heterogenes Gemisch, die gelöste Stoffmenge in der Restlösung überschreitet den Sättigungsgehalt (Verdampfungskristallisation).
• 77. Was versteht man unter Kühlkristallisation? Erklärung + Diagramm Eine gesättigte Lösung wird auf eine tiefere Temperatur abgekühlt, wo eine deutlich geringere Sättigungsbeladung vorliegt, und die Kristalle scheiden sich soweit ab, bis diese erreicht wird (Kühlkristallisation).
• 78. Was bestimmt bei der Kühlung die Anzahl der Kristallisationskeime? Die Geschwindigkeit! Falls w Kühl = klein -> wenige Kristalle (größere Durchmesser) Falls w Kühl = groß -> viele Kristalle (kleinere Durchmesser)
• 79. Beschreiben Sie kurz wie Aussalzen/Fällen funktioniert. Wo findet diese Methode ihre Anwendung und wieso? Beispiel: zu einer wässrigen Lösung (Stoff A) wird Stoff B zugegeben. Daraus entstehen Salze die Ausfallen. Ca(OH) 2 + CO 2 -> CaCO 3 (Salz, was ausfällt) + H 2 O Diese Methode wird in der chemischen Wasserklärung angewendet. Die Produkte werden thermisch zerlegen, weil man dadurch die Edukte als reine Substanzen bekommt.
• 80. Was versteht man unter Absorption? Absorption: Chemische Absorption beschreibt den Prozess der Aufnahme oder des „Lösens“ eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase. Hierbei handelt es sich nicht um eine Anlagerung an der Oberfläche (Adsorption), sondern um eine Aufnahme in das freie Volumen der absorbierenden Phase.
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• 81. Was versteht man unter Adsorption? Erklären Sie in diesem Zusammenhang die Begriffe Adsorbens und Adsorptiv. Adsorption: Als Adsorption bezeichnet man die Anreicherung von Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche eines Festkörpers, allgemeiner an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen. Adsorbens: Feststoff (Stoff, der die Substanz aufnimmt) Adsorptiv: Gas, Flüssigkeit (Substanz die aufgenommen wird) Die Oberfläche des Adsorbens ist begrenzt, deswegen besitzt der Adsorbens eine Aufnahmekapazität für Adsorbtiv.
• 82. Was versteht man unter dem Membranverfahren? Beispiel: In der Mitte befindet sich eine Ionenselektive Membran, die nur gewissen Ionen wegen der hohen Affinität durchlässt (in diesem Fall Cl-Ionen). Auf der negativen Polseite wird Wasser Mit NaCl durchgeleitet. Die negativen Cl-Ionen werden vom positiven Pol angezogen und durchdringen somit die Membran. Auf der positiven Polseite wird Wasser durchgeleitet, welches Mit Cl 2 desinfiziert wird.
• 83. Was ist ein kontinuierlicher Adsorptionsfilter? Der Adsorptionsfilter dreht sich mit geringer Winkelgeschwindigkeit. Dieser ist mit Rohren (Flächen) bestückt, die ein Adsorbens beinhalten. Z.B. im oberen Teil wird feuchte Luft zugeführt, dabei wird das Wasser adsorbiert und an der Oberfläche ausgetragen. Die gewünschte trockene Luft strömt aus. Im unteren Teil wird warme Trockene Luft zugeführt die das Wasser desorbiert.
• 84. Was ist ein Ionenaustauscher? Ionentauscher sind Materialien, mit denen gelöste Ionen durch andere Ionen gleichnamiger Ladung (d. h. positiv oder negativ) ersetzt werden können; es findet ein Ionentausch statt Beispiel: Harze die bestimmten Ionen binden
• 85. Was ist ein FID – Analysator? Die bei der Ionisierung freiwerdenden Elektronen werden aufgefangen (mittels eines Gitters, das um die Flamme angebracht ist)
• 86. Bestimmen Sie die Konzentration von (z.B.) NO 2 in mg/mN3 , wenn 200ppm NO 2 gemessen wurde. Berechnung
• 87. Was versteht man unter Sorption und Desorption? Erklären Sie in diesem Zusammenhang die Begriffe Physiosorption und Chemiesorption. Desorption: Als Desorption bezeichnet den Vorgang, bei dem Atome oder Moleküle die Oberfläche eines Festkörpers verlassen. Die Desorption stellt damit den Umkehrvorgang der Sorption dar. Sorption: Der Begriff Sorption beschreibt den Vorgang, bei dem kondensierte Phasen (Flüssigkeiten oder Feststoffe) aus ihrer Umgebung Stoffe aufnehmen. Er schließt die Begriffe Absorption und Adsorption ein. Physiosorption: physikalischer Hintergrund z.B. Temp., pH-Wert,…. Chemiesorption: chemisch gebunden.
• 88. Für welche Zwecke werden Silicagel, Aktivkohle und Zeolithe verwendet? Diese Materialien werden als Adsorbtionsmittel verwendet. Silicagel: Aufnahme von Wasserdampf. Aktivkohle: für viele Substanzen geeignet (organische Verbindungen, Chlor,…). Zeolithe: Über 150 Modifikationen von Alumosilikate (Gestein) sind bekannt. Aufnahme von organischen Verbindungen.
• 89. Was versteht man unter Extraktion? Extraktion: Extraktion nennt man jedes Trennverfahren, bei dem mit Hilfe eines (festen, flüssigen oder gasförmigen) Extraktionsmittels eine oder mehrere Komponenten aus einem Stoffgemisch (aus festen, flüssigen oder gasförmigen Einzelstoffen bestehend), dem Extraktionsgut, herausgelöst wird.
• 90. Was ist die physikalische Voraussetzung bei der Destillation von zwei Flüssigkeiten. Unterschiedliche Siedepunkte der verschiedenen Flüssigkeiten.
• 91. Was charakterisiert den azeotropen Punkt. Wie soll die Destillation weiter durchgeführt werden, wenn der azeotrope Punkt erreicht wurde. Als den azeotropen Punkt bezeichnet man die Extremwerte der Kondensationskurve und der Siedekurve, die sich berühren. Im azeotropen Punkt ist die weitere Destillation nicht möglich (keine weitere Anreichung möglich). Maßnahmen: - es wird ein Schleppmittel verwendet (Schleppmitteldestillation), z.B. Benzol für Wasser-Ethanol-System, - es wird Druck verändert (erniedrigt oder erhöht).
• 92. Was sind die Vorteile der Rektifikation gegenüber der Destillation. Es können höhere Konzentrationen erreicht werden
• 93. Erklären Sie den Sinn der Äquivalentkonzentration. Die Äquivalentkonzentration, (Formelzeichen: c eq ) ist eine spezielle Stoffmengenkonzentration, bei der die zu Grunde gelegten Teilchen im allgemeinen nicht ganze Atome, Moleküle oder Ionen, sondern gedachte Bruchteile 1/z solcher Teilchen sind. Hierbei ist z die stöchiometrische Wertigkeit, die auch Äquivalentzahl genannt wird. Im Falle z = 3 ist also die Äquivalentkonzentration 3-mal so groß wie die Stoffmengenkonzentration, weil sozusagen jedes ganze Teilchen z-mal gezählt wird. Die Bruchteile 1/z nennt man auch Äquivalentteilchen oder Äquivalente. c eq ist ein Maß dafür, wie viele Äquivalentteilchen eines Stoffes sich in einem bestimmten Volumen der Lösung befinden.
• 94. Formulieren Sie allgemein die Antoine-Gl. Und Erklären Sie deren Anwendung ANTOINE Gleichung, siehe FS Berechnung vom Sättigungsdampfdruck abhängig von der Temperatur.
• 95. Was sind die prinzipiellen Unterschiede zwischen mech. Und th. Verfahren? Die thermische Verfahrenstechnik beschäftigt sich insbesondere mit thermischen Trenn- und Reinigungsprozessen. Die mechanische Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit Stoffwandlungsprozessen, die auf mechanischer Einwirkung beruhen.
• 96. Gleichgewichte zwischen welchen Phase werden mit : - Henry, - Nerst, - Roult, beschrieben. - Henry, Löslichkeit der Gasphase in Flüssigkeitsphase - Nerst, Gas-/Flüssigkeitsphase in Flüssigkeitsphase - Roult, Flüssig- und Gasförmige Phase, flüssige Phase besteht aus mehreren Komponenten Gesetzen
• 97. Wie wird beispielhaft eine Absorptionsflüssigkeit regeneriert? Untermauern Sie die Antwort mit entsprechenden physikalischen Gesetzen. Beispiel: CO 2 Abscheidung aus Abgas. Das Abgas mit CO 2 wird mit einer Aminhaltigen Substanz bespritzt, dadurch vermischt es sich und erreicht den Sättigungszustand. Es wird weitergeleitet in einen Behälter bei dem die Temperatur höher ist, dadurch wird ein Teil des CO 2 abgeschieden. Die Aminflüssigkeit wird regeneriert und kann wieder zum Bespritzen verwendet werden. Dies beruht auf dem Henry-Gesetz, dass die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten sehr stark Temperaturabhängig ist.
• 98. Was sind die pauschalen Tendenzen in der Abhängigkeit von der Temperatur bzgl. der Aufnahmen (Löslichkeiten) von: - Gasen in Flüssigkeiten - Flüssigkeitsdämpfen in Gasen, - Feststoffen in Gasen (????) - Feststoffen in Flüssigkeiten, die in der Verfahrenstechnik angewendet werden? - Gasen in Flüssigkeiten In der Regel nimmt die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten mit steigender Temperatur ab - Flüssigkeitsdämpfen in Gasen, In der Regel nimmt mit steigender Temperatur die Löslichkeit von Flüssigkeitsdämpfen in Gasen zu (vgl. Mollier h,x-Diagramm). - Feststoffen in Gasen (????) In der Regel nimmt mit steigender Temperatur die Löslichkeit von Feststoffen in Gasen zu (Sublimation, der gleiche Mechanismus wie bei Flüssigkeiten, Dampfdruckkurve) - Feststoffen in Flüssigkeiten, Es gibt keine Regel!
• 99. Definieren Sie den Begriff chemische Verfahrenstechnik / chemische Reaktionstechnik und Erläutern Sie den Ablauf einer chemischen Reaktion Kernaufgabe der chemischen Reaktionstechnik ist die Auslegung von chemischen Reaktoren zur wirtschaftlichen Herstellung der Produkte mit bestimmter Qualität Reaktanden (Substrate, Edukte) ===========> Produkte
• 100. Von was ist die chemische Reaktion abhängig? Geben Sie jeweils den Fachbegriff an. r – Reaktionsgeschwindigkeit (Mikrokinetik) K – Reaktionsgleichgewicht + Wärme-/Stofftransport, Verweilzeit -> Umsatzgrad (Makrokinetik)

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