Mechanische Verfahrenstechnik (Fach) / Altklausurfragen (Lektion)

Vorlesung Stamminer WS 15/16

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• Unterschied von kristallinen und amorphen Festkörpern + Beispiele kristalline Festkörper symmetrische Anordnung der Atome über gößeren Raumbereich (Fernordnung) Art der bindenden Kräfte bestimmt den Typ des Kristalls (Ionenkristall, Molekülkristall, metallische Kristalle) anisotrop Kristalle besitzen definierten Schmelzpunkt einige zeigen piezoelektrischen Effekt Diamant, Quarz amorphe Festkörper regellose Verteilung der Atome und Moleküle (Nahordnung) isotrop kein exakter Schmelzpunkt, erweichen bei Temperaturanstieg allmählich Glas, Gummi, Leim
• Erklären Sie den Begriff Elastizität Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren (Beispiel: Sprungfeder)
• Erklären Sie den Begriff Zugfestigkeit Die Zugfestigkeit ist die höchste Zugspannung, die ein Festkörper aushält, ohne zu brechen. Die Zugfestigkeit ist das absolute Maximum im Spannungs-Dehnungs-Diagramm
• Erklären Sie den Begriff Plastizität Ein Körper ist „plastisch“, wenn seine Verformung nach Entlastung nicht mehr in seine Ausgangslage zurückkehrt. Bsp: Wachs, Blei,...
• Erklären Sie den Begriff Sprödigkeit Ein Körper heißt „spröde“, wenn er schon bei geringer Überschreitung der Elastizitätsgrenze zerreißt. Bsp: Glas, Marmor, ...
• Erklären Sie den Begriff Porosität Ein Körper ist „porös, wenn sein Körperraum nicht vollständig von Molekülen erfüllt ist. Poröse Körper besitzen zahlreiche mit Luft gefüllte Hohlräume. Daher sind sie gute Wärmeisolatoren und besitzen gute Saugfähigkeit. Beispiel: Sandstein
• Bei welcher Drehzahl einer Mahlkörpermühle mit einem Meter Durchmesser findet garantiert keine Zerkleinerung statt, weil die Mahlkörper alle an dem Trommelmantel haften? dT = ωG2 / (2g) = 1 nG = 0,225 * √(g/dT)
• Erklären Sie den Begriff Median Median d0,5 oder d50: Partikelgröße, bei der 50% aller Partikel größer und50% aller Partikel kleiner sind als diese Größe. (Median teilt die Fläche unterder Verteilungskurve in zwei gleich große Teile). Der Median xMed ist derjenige Wert (Merkmalsausprägung), der in der Mitte steht, wenn alle Beobachtungswerte xi der Größe nach geordnet sind.
• Erklären Sie den Begriff Modalwert Modalwert dmod: Die Partikelgröße bzw. Klasse mit der größten Häufigkeitkennzeichnet den Modalwert (Maximum der Verteilungsdichtekurve). Der Modalwert xMod ist der Merkmalswert, der am häufigsten vorkommt.
• Erklären Sie den Begriff Mittelwert (auch Durchschnitt) Quotient aus der Summe aller beobachteten Werte und der Anzahl der Werte. Sind die betrachteten Werte zufälliger Natur, kann das arithmetische Mittel auch als empirischer Erwartungswert angesehen werden
• Beschreiben Sie die Funktion und Wirkungsweise der Vakuum-Pervaporation technisches Membranverfahren zur Reinigung von Flüssigkeitsgemischen Für jede Anwendung muss eine Membran gewählt werden, durch die die verunreinigende Gemischkomponente sehr viel besser hindurch diffundiert als der Wertstoff bzw. die im Überschuss vorliegende Komponente Nach der Durchdringung der Membran verdampft die Verunreinigung auf deren Rückseite Der Dampf (Permeat) wird anschließend abgezogen und an anderer Stelle kondensiert Auf der Innenseite der Membran bleibt die aufkonzentrierte Lösung (Retentat) zurück.
• Welche Kräfte wirken beim Zerkleinern? Nennen Sie jeweils ein Beispiel Druck (Brecher) Reibung (Rätzmühle) Scherung (Homogenisator) Schlag (Kugelmühle, Schlagmühle) Schneiden (Kutter) Prall (Prallmühle, Prallbrecher) Schleifen (Schleifapparate) Sägen (Bandsäge) Beanspruchung an einer Fläche Knicken
• Bernoulli-Gleichung p  +  ρ g h  +  1/2 ρ v2 = konst. statischer Druck + hydrostatischer Druck + dynamischer Druck Die Summe aus diesen drei ist konstant --> An jeder Stelle ist die Summe der Drücke gleich
• Nennen Sie die drei Grundprozesse des Filterns/Filtrierens. Oberflächenfiltration Tiefenfiltatrion Kuchenfiltration
• Beschreiben Sie die Hochdruckextraktion (+ Phasendiagramm) Einsatz von Gasen im überkritischen Zustand Gase verhalten sich hier ähnlich wie Flüssigkeiten (hohe Dichte), haben aber niedrige Viskosität Leichte Veränderbarkeit der Lösemittel in der Nähe des kritischen Punktes durch einfache Druck‐ und Temperaturänderungen CO2 bevorzugt für Lebensmittel, da absolut ungiftig
• Was ist der Misch(ungs)grad und welche zeitliche Änderung ergibt sich während des Mischprozesses? Als Maß des erreichten Mischungszustandes dient die Standardabweichung derMassenanteile einer Komponente des Gemisches oder Gemenges. Diese Standardabweichung s wird auf die Standardabweichung des Ausgangszustandes s0 bezogen und als relative Standardabweichung zum Bewerten des Mischvorganges in Form des Mischungsgrades M angewendet: srel = s / s0 Zur Zeit t = 0 beträgt srel = 1 und M = 0. Das Verteilen der Komponentengeht am Anfang rasch, später langsam voran und nähert sich asymptotischder idealen Gleichverteilung M= 1. Für die Mischgeschwindigkeit gilt daher dM / dt = A (1 - M)
• Erläutern Sie die Filtration/Filtrieren Grundsätzlich kann man das Filtrieren als einen Siebvorgang auffassen, wobei dasFluid eine Flüssigkeit ist. Suspension = Fluid + Partikel Filtermittel = Fläche mit Öffnungen < Partikelabmessungen Filtrat = durchgehendes Fluid Rückstand (Kuchen) = Partikelablagerung Partikel, die größer sind als die Öffnungen im Filtermittel, werdenzurückgehalten. Der Filtervorgang beschränkt sich auf das Zurückhalten der Partikeln an derOberfläche des Filtermittels. Dabei lagern sich aber die Feststoffpartikel auf dem Filtermittel ab, es kommt zur Kuchenbildung. Aber auch wenn die Porengröße des Filtermittels größer ist als dieabzutrennenden Partikel kann es zum Zurückhalten der Partikel kommen.--> In den Hohlräumen des Filtermittels kommt es zur Abtrennung von Partikeln.
• Beschreiben Sie die physikalischen Grundlagen der Extraktion. Welche Arten der Extraktion gibt es? Extrahieren ist das Ab‐ oder Herauslösen von Bestandteilen aus Flüssigkeiten oder Feststoffen mit Hilfe eines Lösungsmittels, das den extrahierbaren Stoff aufnimmt. extrahierbarer Anteil, Trägerstoff, Lösungsmittel Extraktionsvorgänge beruhen auf Diffusion, d.h. auf eine Konzentrationsdifferenz an der Grenzschicht der Phasen Flüssig-Flüssig-Extraktion Fest-Flüssig-Extraktion Hochdruckextraktion
• Charakterisieren Sie den Prozess Zerkleinern Für das Zerkleinern ist kennzeichnend, dass Trennkräfte > Haftkräfte
• Charakterisieren Sie den mechanischen Grundprozess Agglomerieren. Gehen Sie dabei auch auf die Verfahren zum Agglomerieren ein. Agglomerieren ist das Zusammenfügen von Partikeln in gasförmiger oderflüssiger Umgebung zu kompakten Stoffgebilden (Agglomeraten). erwünscht (Abtrennung) oder unerwünscht (Klumpung, Ablagerung) Agglomerate entstehen durch alle bekannten Haftkräfte mit stofflicherVerbindung und ohne stoffliche Verbindung. Aufbauagglomeration: Haftkräfte > Trennkräfte, Partikel bewegen sich aufeinander zu Pressagglomeration: Ausübung großer äußerer Kräfte mittels Presswerkzeugen auf ein trockenes Schüttgut
• Umkehrosmose Normal: Wasser fließt von Medium mit geringer Konzentration zum Medium mit hoher Konzentration Osmotischer Druck ist der Druck, der benötigt wird, um den Wasserstrom zu stoppen und ein Gleichgewicht zu erhalten Umkehrosmose: Indem ein größerer Druck als der osmotische Druck ausgeübt wird, fließt das Wasser in die umgekehrte Richtung, also vom Medium mit hoher Konzentration zum Medium mit niedriger Konzentration
• Wie lassen sich Partikelkollektive charakterisieren? Partikelmerkmale geometrische Partikelmerkmale Masse Sinkgeschwindigkeit Mengenart Anzahl Länge Fläche Masse Volumen
• Charakterisieren Sie den Grundprozess Klassieren Beim Klassieren werden alle Partikeln eines Haufwerkes so getrennt, dass eine bestimmte Trennkorngröße d erreicht wird.
• Charakterisieren Sie den Grundprozess Mischen Unter Mischen versteht man Prozesse, bei denen unterschiedlichzusammengesetzte Ausgangsstoffe möglichst gleichmäßig verteilt werden, sodass das Mischgut an jeder Stelle die gleiche Zusammensetzung aufweist.
• Was besagt die Ähnlichkeitstheorie? Die Ähnlichkeitstheorie besagt, dass physikalische Vorgänge zueinanderähnlich sind, wenn die die Vorgänge beschreibenden Kenngrößen gleichgroß sind. physikalische Ähnlichkeit erfordert geometrische Ähnlichkeit gleiche physikalische Gesetze gleiche Randbedingungen
• Würfel: Oberfläche und Volumen S = 6 * a2 V = a3
• Kugel: Oberfläche und Volumen S = π * d2 V = 1/6 * π * d3
• Kreis: Oberfläche π * r2
• Ultrafiltration Membranseparationstechnologie verwendet, um extrem kleine Partikel und gelöste Moleküle aus Flüssigkeiten abzutrennen Grundlage der Abtrennung: besteht in der Molekülgröße, obwohl andere Faktoren wie Molekülgestalt und -ladung ebenfalls eine Rolle spielen. Moleküle, die größer sind als die Poren der Membran, werden auf der Membranoberfläche zurückgehalten (nicht in der Polymermatrix wie in mikroporösen Membranen) und während des Ultrafiltrationsprozesses aufkonzentriert.
• Welche Mischprozesse gibt es? Gehen Sie näher auf Rührprozesse ein. Dispergieren Suspendieren Emulgieren Homogenisieren Rühren Propellerrührer, Impellerrührer, Scheibenrührer, Blattrührer, Ankerrührer, Schrägblattrührer, Kreuzbalkenrührer, MIG-Rührer, Wendelrührer, Schneckenrührer Rührerleistung kann mit Hilfe des Ähnlichkeitsmodelles durch Dimensionsanalyse berechnet werden P = ƒ (d, n, η, ρ, g)
• Zylinder: Oberfläche und Volumen S = 2 * π * r * h + 2 * π * r2 V = π * r2 * h
• Umrechnung Liter 1 l = 1 dm3 = 1.000 cm3 = 1.000 ml 1 ml = 1 cm3 1 m3 = 1000 dm3
• Dreiecksdiagramm Die drei beteiligten Stoffe sind:1. der extrahierbare Anteil (component) C2. der Trägerstoff oder Abgeber T3. das Lösungsmittel (solvent) S Jeder Zustand eines Dreikomponentengemisches lässt sich durch einen Punkt im Dreiecksdiagramm beschreiben Die Ecken des gleichseitigen Dreiecks stellen die reinen Stoffe dar, die Seiten ein Zweistoffgemisch Die Fläche des gleichseitigen Dreiecks kann ich zwei Gebiete aufgeteilt werden: in einem liegen die homogenen (stabilen) Gemische (oberhalb), im anderen die heterogenen Gemische, die sich in zwei Phasen auftrennen (unterhalb) Grenzlinie zwischen homogenem und heterogenem Gemisch: Löslichkeitskurve, Binode, Sättigungsisotherme heterogenes Gebiet (unterhalb der Binode): Löslichkeitslücke In diesem Bereich trennt sich ein Gemisch entsprechend der Konode, auf der es liegt, in zwei nicht miteinander mischbare Phasen E und R mit unterschiedlicher Konzentration an C auf Die Zusammensetzung dieser beiden Phasen wird durch die Schnittpunkte der jeweiligen Konode mit der Binode beschrieben. E ist der lösungsmittelreiche Extrakt, R das lösungsmittelarme Raffinat Konoden werden experimentell bestimmt, ihre Anzahl ist unendlich

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