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Maschinenbau (Subject) / Verfahrenstechnik Mnich (Lesson)
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- 101. Von was hängt die Reaktionsgeschwindigkeit ab? - Druck - Temperatur - Konzentration - Aggregatzustand der Reaktanden - Katalysatoren
- 102. Erläutern Sie den Unterschied zwischen endothermer und exothermer Reaktion. Bei exothermen Reaktionen wird Wärme freigesetzt (-> erfordern Kühlung) Bei endothermen Reaktionen wird Wärme aufgenommen (-> erfordert Beheizung)
- 103. Definieren Sie den Begriff Reaktionsapparate (Reaktoren). Sind Teile in einer verfahrenstechnischen Anlage, in denen chemische Reaktionen durchgeführt werden. Im Reaktor werden die Zustandsgrößen des Reaktionssystems aufrechterhalten.
- 104. Welche Aspekte muss man bei der Auslegung eines chemischen Reaktors berücksichtigen? 1. Betriebsweise 2. Auslegung des Reaktors 3. Ermittlung der optimalen Reaktionsbedingungen 4. Energieversorgung 5. Katalysatoren 6. Werkstofffragen 7. Umweltschutz/Arbeitsschutz
- 105. Chemische Reaktoren werden in zwei Typen wegen der Betriebsweise untergliedert. Benennen Sie diese und Erläutern sie kurz. Kontinuierlich betrieben Reaktoren: Beim kontinuierlichen Betrieb werden die Reaktanden kontinuierlich in den Reaktor eingespeist und das Produktgemisch kontinuierlich ausgetragen. Bei Konstanthaltung der Zulaufbedingungen stellt sich ein stationärer Zustand ein, was charakteristisch für den kontinuierlichen Betrieb ist. Diskontinuierlich betriebene Reaktoren: Hier wird zu Beginn der Produktion der Reaktor mit Edukten sowie Zusatz- und Hilfsstoffen (Lösungsmittel, Katalysatoren, usw.) gefüllt. Nach einer bestimmten Reaktionszeit, wenn der gewünschte Umsatzgrad erreicht ist, wird das Reaktionsgemisch entnommen. Der Vorteil ist, dass man die Verweilzeit bestimmen kann.
- 106. Definieren Sie die Begriffe: Durchsatz, Umsatz, Selektivität, Ausbeute, Verweilzeit und Produktionsleistung bezüglich der Auslegung von Reaktoren. 1. Durchsatz: zu- bzw. abgeführte Stoffmenge pro Zeiteinheit in/aus dem Reaktor 2. Umsatz: Der Umsatz besagt, wieviel von der Ausgangskonzentration umgesetzt wird 3. Selektivität: Verhältnis der gebildeten Stoffmenge eines Produktes P zur umgesetzten Stoffmenge der Leitkomponente 4. Ausbeute: Die Ausbeute Y P ist definiert als das Verhältnis zwischen der gebildeten Stoffmenge eines Produktes P und der eingesetzten Stoffmenge der Leitkomponente k 5. Verweilzeit: Die Verweilzeit verrät, wie lange die reagierenden Teilchen sich im Reaktor aufhalten 6. Produktionsleistung L: erzeugte Stoffmenge oder Masse eines Produktes P pro Zeiteinheit
- 107. Definieren Sie Katalyse. Welche zwei verschiedenen Katalysearten gibt es? Erläutern Sie kurz anhand eines Diagramms wie sich eine Chemische Reaktion verändert bei der Verwendung eines Katalysators. Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer Reaktion erhöht ohne Beeinflussung des Gleichgewichts. Er verbindet sich in der Regel vorübergehend mit den Ausgangsstoffen und verringert somit die Aktivierungsenergie. Homogene Katalyse: Katalysator besitzt den gleichen Aggregatszustand wie die reagierenden Stoffe (gleiche Phase, meistens flüssige Lösung) Heterogene Katalyse: Katalysator ist meistens fest und wird zur Beschleunigung von Reaktionen in der Gas- / Flüssigphase eingesetzt.
- 108. Geben Sie jeweils 2 Vor- und Nachteile von Rührkesselreaktoren im kontinuierlichen und Diskontinuierlichen Betrieb an. Diskontinuierlicher Betrieb: Vorteile: - hohe Flexibilität (schnelle Umstellung auf andere Produkte) - geringe Investitionskosten durch den Einsatz von Standardapparaturen und geringen Automatisierungsgrad - (geeignet für Reaktionen mit langen Reaktionszeiten) Nachteile: - Rüstzeiten für die Befüllung und Entleerung - Höhere Energiekosten durch regelmäßiges Aufheizen und Abkühlen - (Gleichbleibende Produktqualität wird erschwert durch Konzentrationsänderungen während einer Reaktion) Kontinuierlicher Betrieb: Vorteile: - Gleichbleibende Produktqualität - Höhere Produktionsleistung - (Höherer Automatisierungsgrad ergibt geringere Personalkosten) Nachteile: - Höhere Investitionskosten, da größere und stärkere automatisierte Anlagen benötigt werden. - Geringe Flexibilität
- 109. Erklären Sie kurz die Unterschiede von kontinuierlich/diskontinuierlich betriebenen Rührkessel, ideales Strömungsrohr, Rührkesselkaskade Anhand von C,t- und C,Ort- Diagrammen Zeichnungen
- 110. Was ist eine Tracer-Substanz? Wie wird sie verwendet? Mit der Tracer-Substanz misst man die Verweilzeit in einem realen Reaktor. Sie sollte das System strömungsmechanisch nicht beeinflussen. Die Tracer-Substanz wird im Eingang des Reaktors stoßartig zugeführt. Am Ausgang wird die Antwort gemessen. Dadurch lässt sich über ein C,t-Diagramm die mittlere Verweilzeit messen. Der Tracerversuch liefert Information über die gesamte Zeitverteilung in einem Reaktor. Bsp.: Luft: als Tracer z.B. CH 4 und eine Messung mit FID-Analysator. Für Wasser Kochsalzlösung und eine Bestimmung der Leitfähigkeit.
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- 111. Wie lassen sich reale Reaktoren in Bezug auf ideale Reaktoren beschreiben? Man nimmt an, dass gleich mehrere kontinuierlich betriebene RKR mit unterschiedlichen Verweilzeiten im realen Reaktor sind.
- 112. Die Geschwindigkeit einer Reaktion beträgt 1 kmol/(dm³min). Wie viel beträgt die Geschwindigkeit, wenn die Temperatur um 10K erhöht wird (Schätzung)? Eine Temperaturerhöhung um 10K steigert die Reaktionsgeschwindigkeit um den Faktor 2.
- 113. Wie lautet die van‘t Hoff’sche Regel? Steigerung der Temperatur um 10K verdoppelt die Reaktionsgeschwindigkeit. (Näherungsregel!)
- 114. Wie ist der Arrhenius –Ansatz definiert. Formel mit der Erklärung der Bezeichnungen. siehe FS
- 115. Wie lautet das allgemeine Geschwindigkeitsgesetz einer chem. Reaktion r = k*CAn
- 116. Was ist der Unterschied zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ist unabhängig von der Ordnung. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von der Ordnung.
- 117. Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante besitzt eine Einheit: kmol/(m³s). Es handelt sich um die Reaktion der Ordnung…? 0.Ordnung
- 118. Skizzieren Sie den zeitlichen Ablauf der Konzentration eines Produktes oder Eduktes für eine Reaktion der 2.-Ordnung (1.; 3.) Skizze