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Verfahrenstechnik (Fach) / KURVA MNCH 2 (Lektion)

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• 31. Was ist eine Zweistoffdüse (Funktion/Aufbau)? Ggf. Vor- und Nachteile? Zweistoffdüse:Zerstäubung mit Hilfe eines Treibmittels (Durckluft, Druckgas, Dampf)Vorteil: Sehr gute Steuerbarkeit des Prozesses über Treibmittel.
• 32. Was versteht man unter Rotationszerstäubung (Funktion/Aufbau)? Vor- und Nachteile? Rotationszerstäubung:Zerstäubung mit Zerstäuberscheiben / flügelbesetztenZerstäuberrädern.Vorteil: Gute Steuerbarkeit des Prozesses über Rotationsgeschwindigkeit.Nachteil: Drehende Teile/Verschleiß
• 33. Was versteht man unter einem Ultraschallzerstäuber (Funktion/Aufbau)? Vor- und Nachteile? Ultraschallzerstäuber:Zerstäubung durch Hochfrequente Schwingungen.Tropfengeschwindigkeit abhängig von der Schwingungsamplitude.Vorteil: Sehr gute Steuerbarkeit des Prozesses
• 34. Skizzieren Sie die Flüssigkeitszerteilung mit der Hilfe der Ohnesorge- und Reynoldszahl und erklären Sie kurz die Flüssigkeitszerteilung FlüssigkeitszerteilungZertropfen:Kleine Austrittsgeschwindigkeit + großen Öffnungen => Strahl löstSich in einzelne Tropfen auf (Durchmesser ungefähr Düsenöffnung) Düsenöffnung liegt.Zerwellen:Höhere Geschwindigkeiten => Strahlen, die in Wellen übergehenund ZerfallenZerstäuben:Sehr hohe Geschwindigkeiten => Tropfen, die einen kleinerenDurchmesser als die Düsenöffnung besitzen.Dimensionslose Beschreibung -> Theorie von Ohnesorgen
• 35. Was versteht man unter Begasung? Geben sie ihr Ziel an. Unter Begasen versteht man das Einbringen fein verteilter Blasen in eine Flüssigkeit zurVergrößerung der Kontaktfläche.Ziel:- Verbesserung von Wärme- und Stoffübergängen- Effektivere Reaktionen- Sättigungszustand (z.B in Kläranlage, damit Mikroorganismen überall verteilt sind =>komplettes Wasser wird gereinigt, nicht nur die obere Schicht) zu erreichen.
• 36. Benennen Sie die verschiedene Begaser. Zeichnen Sie eine Skizze. Dynamischer BegaseRührer:Spezifische Oberfläche steigt. Statischer Begaser:
• 37. Benennen Sie 3 Ziele der Partikelmesstechnik - Die Größen und Formanalyse einzelner Partikel- Die Messung der Größenverteilung von Partikelkollektiven- Die Oberflächenmessung - (Die Konzentrationsbestimmung von Partikeln in Flüssigkeiten und Gasen)- (Die Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit bzw. Relativgeschwindigkeit zwischen Partikelund Fluid)- (Die Messung von Haftkräften zwischen Partikeln, Partikeln und Wänden)
• 38. Erläutern Sie das Verfahren Siebanalyse. Zwischen welchen Sieben unterscheidet man Grundsätzlich? Die Siebanalyse ist ein Verfahren zur Ermittlung der Korngrößenverteilung von Schüttungen.Bestimmt werden die Massenanteile (Fraktionen), die in einzelnen Korngrößenintervallen zwischenzwei Sieben verschiedener Maschenweiter erhalten sind.Man unterscheidet zwischen trockner und nasser Siebung.
• 39. Erläutern Sie die Beiden Begriffe Suspensionsverfahren und Überschichtungsverfahren. Zu welchen Hauptverfahren gehören diese beiden? Das Überschichtungsverfahren wird nochmal in 2 Methoden unterteilt. Erläutern sie diese Kurz + Diagramm (Konzentration/Massenanteil in Abhängigkeit von der Zeit). Diese beiden Verfahren gehören zum Sedimentationsverfahren.Suspensionsverfahren:Der Feststoff ist zum Beginn der Messung gleichmäßig in der Sedimentationsflüssigkeit verteiltÜberschichtungsverfahren:Der Feststoff ist zum Beginn in einer dünneren Schicht über die reine Sedimentationsflüssigkeitkonzentriert a) Inkrementale MethodeWährend dem Absetzten wird überprüftwieviel Licht durch das Fluid durchdringt z.B Lichtquelle durch die Schüttung ->erfasst ein Detektor b) Kumulative MethodeMittels einer Sedimentationswaage wird nacheiner gewissen Zeit die abgesetzte Suspensiongemessen.Vorteil: Suspension im ursprünglichen Zustandkann vermessen werden.
• 40. Erläutern Sie kurz die 4 Methoden die zu den Optischen Verfahren gehören. -Mikroskopische Zählverfahren:Anhand eines Mikroskops werden die Partikel vermessen -Bildverfahren (Aufnahme und Auswertung der Fotos):Bild wird durch Computer ausgewertet. -Streulichtmessung:Teilchen reflektieren das Licht => streuen, beugen, brechen des Lichtes => Streulicht mit Sensor erfasst. -Kondensationszähler:Partikeln wird mit dem Hochspannungsprinzip Kondensat (feine Flüssigkeitströpfchen) angelagert und dadurch vergrößert => Sie können gemessen werden.SMPS – Gerät: Messbereich nmProblem: radioaktive Quelle zur Staubneutralisation
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• 41. Erklären Sie die beiden Methoden zur Konzentrationsbestimmung Gravimetrische Messung:Volumenstrom mit Staub durchströmt einen Behälter mit Papier/Glasfaserfilter. Staub wirdAbgeschieden. Kaskadenimpaktor:Mit Staub beladene Strömung trifft auf die Prallplatte,grober Staub bleibt hängen, der Rest umströmt die Prallplatte.Dies wird öfters wiederholt bis am Schluss nur noch feinerStaub übrig ist. Die Strömung wird dann mit Absolutfilterstaubfrei gemacht.
• 42. Geben Sie die Definition von Packungen, Schüttungen und Haufwerken. Was ist der Unterschied zwischen einer Packung und einer Schüttung? Als Haufwerke, Packungen, Schüttungen bezeichnet man Anordnungen von Partikeln, die nicht frei beweglich sind, sondern sich gegenseitig in ihrer Lage fixieren. Man unterscheidet ungeordnete Struktur (Schüttung) von der geordneten Struktur (Packung)
• 43. Welche Angaben sind nötig um eine Schüttung zu berechnen? Was geben diese an? Schüttungswinkel: Wie steil ist die Schüttung?Porosität: Verhältnis von Hohlraumvolumen zu GesamtvolumenFeststoffdichte: Die Dichte des Feststoffs der Schüttung(Alternativ: Statt Porosität kann auch mit der Schüttungsdichte gearbeitet werden)
• 44. Was gibt die Porosität an? Was ist eine gute Schätzung für die Porosität in Schüttungen? Porosität: Sie gibt das Verhältnis von Hohlraum- zu Gesamtvolumen an.Hohlraumvolumen geteilt durch das Gesamtvolumen. & Daumenwert für (normale) Schüttungen ε = 0,4
• 45. Was sind die Kräfte die auf ein sinkendes Partikel wirken? Schwerkraft: Erdbeschleunigung (bei Zentrifugen auch Zentrifugalbeschleunigung)Auftriebskraft: Resultiert aus dem verdrängten FluidStrömungs-Widerstandskraft: Reibung bei Umströmung des Partikels.
• 46. Welche 3 Bereiche gibt es für den Zusammenhang Reynoldszahl - Widerstandskoeffizient? Stokesbereich: Sehr kleine w und Re (Re < 10)Übergangsbereich: Mittlere w und Re (10 < Re < 2000)Newtonbereich: Hohe w und Re (Re > 2000)
• 47. Erklären Sie die prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der Absetzgeschwindigkeit. Welche Probleme können auftreten? Wie können Sie diese umgehen? Iterativer Vorgang:1. Schätzen der Geschwindigkeit2. Berechnung der Reynoldszahl3. Berechnung des Widerstandskoeffizienten4. Berechnung der neuen GeschwindigkeitProbleme: Der erste Schätzwert sollte nahe an der eigentlichen Absetzgeschwindigkeit liegen, daman sonst sehr viele Iterationsschritte benötigt und evtl. im falschen Bereich rechnet. Schauen Siesich ggf. Vergleichsrechnungen an oder fragen Sie erfahrenere Kollegen.
• 48. Welche dimensionslosen Zahlen verwendet man bei der Beschreibung der Sedimentationsvorgänge. Warum diese? Man verwendet die Archimedeszahl und die ReynoldszahlDie Archimedeszahl ist unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und somit ändert sie sichnicht bei den Iterationsschritten
• 49. Was ist ein Ölabscheider? Wie funktioniert er? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Ein Ölabscheider, ist ein Becken, in dem Öl durch Aufschwimmenabgeschieden wird. Vorteil: Keine drehenden Teile Nachteil: Mindestgemischmenge erforderlich
• 50. Was ist ein Absetzbecken? Wie funktioniert es? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Ein Absetzbecken ist ein nahezuströmungsfreies Becken, in dem durch dieSchwerkraft Wasserinhaltsstoffesedimentiert werden und damit eineAbtrennung absetzbarer Stoffe von einerFlüssigkeit erzielt werden kann. Vorteil: Keine drehenden Teile
• 51. Was ist ein Windsichter? Wie funktioniert er? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Ähnlich eines Absetzbecken, nur hierbei handelt es sichum einen Gasstrom, indem sich die schweren Partikelnach unten Absetzten.Die Berechnung erfolgt aus dem Verhältnis vonGasgeschwindigkeit 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 derAnlage geschleudert, was fein genug ist wird mit dem Gasstromnach Oben mitgenommen.Vorteil: Über Radgeschwindigkeit kann Prozess sehr gut gesteuertwerden.Nachteil: Drehende Teile => Verschleiß
• 53. Was ist ein Zyklon? Wie funktioniert es? Zeigen sie ggf. Vor- und Nachteile auf. Rohgas wird mit hoher Geschwindigkeit eingeleitetund in Verwirbelung versetzt. Die Zentrifugalkraftführt dazu, dass sich schwere Partikel nach außenabsetzten und dann nach unten fallen.Das Reingas wird oben abgesaugt.Vorteil: keine beweglichen Teile => billigNachteil: 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 aufgrundder höheren Trägheit nach außen. Dabei verdrängensie die Bestandteile mit niedrigerer Dichte,die hierdurch zur Mitte gelangen.Vorteil: Deutlich höhere AbsetzgeschwindigkeitenNachteil: Schnell drehende Teile => hoher Verschleiß
• 55. Wieso benutzt man Zentrifugen (Hinweis: Partikelgröße)? Durch eine sehr hohe Drehzahl entstehen Zentrifugalbeschleunigungen deutlich größer als dieErdbeschleunigung. a55546 ≫ 5g6Durch diese höhere Beschleunigung setzten sich auch deutlich kleinere Teilchen ab, als im klassischenAbsetzbecken. 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 einenflüssigkeitsähnlichen 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 WL= LockerungsgeschwindigkeitWA= AustraggeschwindigkeitDruckverlust steigt bis wL zum Lockerungspunkt an.Dort bleibt er konstant bis es bei wA zurAustrag der Partikel aus der Wirbelschicht kommt.Danach steigt es wieder weiter!
• 58. Bei welchen Vorgängen ist die Wirbelschicht von Bedeutung TrocknungFeuerungBiogasgeneratorRösten
• 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, diegrößer 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 Rektifikationeingesetzt.Vorteile:- keine Füllkörper- stufenweise Entwicklung der Temperatur => womit dasGleichgewicht zwischen Dampf und Flüssigkeit eingestelltwerden kann => DestillationMöglichkeiten:a) mit Bohrungen oder Schlitzen b) mit Glockenböden c) mit VentilbödenVentile werden auf/zu gemacht, wodurchDer Druck und das thermodynamischeGleichgewicht in der Vorstufe beeinflusstwerden
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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. siehe Antworten
• 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 deranderen 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 abgeschiedenNachteile: 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 periodischausgetauscht
• 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 zurNiederschlagselektrode transportiert an der sie angelagert und abgeschieden werden (d.h. auch„Elektrofilter“ genannt).Der Elektroabscheider zeichnet sich durch einen sehr geringen Energieverbrauch und einen geringenDruckverlust 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 einemFlüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht wird, um Bestandteile des Gasstroms in der Flüssigkeitaufzunehmen 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 2500PaNachteil: schlechte Abscheidung von FeinstaubStrahlwäscher:Waschflüssigkeit mittels einer Einstoffdüse im Gleichstrom mit dem Gas wird aufgegeben. DasStaubbeladene Gas wird angesaugt und gereinigt.Wirbelwäscher:Der Staubbeladene Gasstrom prallt auf eine Wasseroberfläche wodurch eine Vorabscheidungstattfindet. Die anschließende Strömungsumlenkung in einem gekrümmten Kanal bewirkt eineVerwirbelung der mitgerissenen Flüssigkeitstropfen und weiter Staub – Abscheidung. Abscheidungvon groben Stäuben.Venturiwäscher:Venturiwäscher basiert auf dem Venturirohr, in dessen engsten Querschnitt die Waschflüssigkeit beigeringem Druck axial zugeführt wird. Flüssigkeit wird dadurch in Feine Tropfen zerrissen. VieleTropfen => hohe Abscheidungswahrscheinlichkeit vom Staub. Im Diffusor wir die kinetische Energiein 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 AbscheidungZyklon
• 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 oderTemperaturen nähern sich aneinander an.Beim Gegenstromprinzip bewegen sie die Medien in entgegen gesetzter Richtung, deswegen kommtGas im Endzustand nahezu an die Rohkonzentration der 2. Phase. Nachteilig ist, dass beimGegenstrom 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 kleinerenBandbreite 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 undkalkulierbare 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 werdenvorgefertigt 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).

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