Mechanische Verfahrenstechnik (Fach) / Altklausuren (Lektion)

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• Nennen Sie drei Grundprozesse des Filterns. Oberflächenfiltration Kuchenfiltration Tiefenfiltration
• Wie funktioniert die Filtration? Filtrieren ist ein Siebvorgang, wobei das Fluid eine Flüssigkeit ist. Partikel die größer als die Öffnungen im Filtermittel sind, werden zurückgehalten. Aber auch wenn die Porengröße des Filtermittels größer als die abzutrennenden Partikel ist, kann es zum Zurückhalten der Partikel kommen. In den Hohlräumen des Filtermittels kommt es zur Abtrennung von Partikeln.
• Bestandteile Filtration Suspension = Fluid + Partikel Filtermittel = Fläche mit Öffnungen < Partikelabmessungen Filtrat = durchgehendes Fluid Rückstand/Kuchen = Partikelablagerung
• Extraktion Beim Extrahieren werden Bestandteile aus Flüssigkeiten oder Feststoffen mit Hilfe eines Lösungsmittels ab- oder herausgelöst. Das Lösungsmittel nimmt den extrahierbaren Stoff auf. Es sind drei Stoffe beteiligt: Extrahierbarer Anteil, Trägerstoff, Lösungsmittel F + S = E + R
• Formel für Extraktion F + S = E + R Feed: Trägerstoff + Wertstoff Extrakt: hat Wertstoff aufgenommen Raffinat: hat Wertstoff verloren
• Hochdruckextraktion Einsatz von Gasen in überkritischem 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 LM, da absolut ungiftig
• Vorteile der Hochdruckextraktion Hohe Selektivität für Coffein Ungiftig Recycling möglich leichte Veränderbarkeit der Lösemittel in der Nähe des kritischen Punktes durch einfache Druck-und Temperaturänderungen
• Anwendung der Hochdruckextraktion Entkoffeinierung von Kaffeebohnen mit CO2 Aufbereitung von pflanz. Ölen und Fetten Aroma- und Geschmacksstoffgewinnung bei Hopfen und Gewürzen
• Bestandteile der Hochdruckextraktion im Phasendiagramm - Kühler, Kompressor, Erhitzer- Extraktionskessel- Expansionsventil- Separator- Produkt
• Was ist der Mischungsgrad? Als Maß des erreichten Mischungszustandes dient die Standardabweichung der Massenanteile einer Komponente des Gemisches oder Gemenges.  Diese Standardabweichung S wird auf die Standardabweichung des Ausganszustandes S0 bezogen und als relative Standardabweichung zum Bewerten des Mischvorganges in Form des Mischungsgrades M angewendet. Srel = S/S0 M =1 - Srel
• Welche zeitliche Änderung gibt sich während des Mischprozesses? M = 1- Srel Am Anfang: t = 0, Srel=1 und M=0 Das Verteilen der Komponenten geht am Anfang rasch, später langsam voran und nähert sich asymptotisch der idealen Gleichverteilung M=1 Mischgeschwindigkeit: dM/dt = A (1-M) daraus ergibt sich M(t) = 1-e-At
• Beispiele für kristalline Festkörper Diamant, Quarz
• Beispiele für amorphe Festkörper Gummi, Glas, Leim
• Eigenschaften eines kristallinen Festkörpers symmetrische Anordnung über größeren Raumbereich --> Fernordnung Art der bindenen Kräfte bestimmt den Typ des Kristalls (Ionenkristall, Molekülkristall, Metallische Kristalle) anisotrop Kristalle besitzen def. Schmelzpunkt einige zeigen piezoelektrischen Effekt
• Eigenschaften von amorphen Festkörpern regellose Verteilung der Atome und Moleküle --> Nahordnung isotrop erweichen bei Temperaturanstieg allmählich
• Elastizität Übt man auf einen Körper Zugspannung aus, dann dehnt sich dieser Körper der Länge nach aus. Ein Körper ist elastisch, wenn er nach Aufhören der formverändernen Kraft in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.
• Zugfestigkeit Höchste Zugspannung, die ein Festkörper aushält, ohne zu brechen. Die Zugfestigkeit ist das absolute Maximum im Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
• Porösität Ein Körper ist porös, wenn sein Körperraum nicht vollständig von Molekülen erfüllt ist. Poröse Körper besitzen zahlreiche mit Luft gefühlte Hohlräume. Gute Wärmeisolatoren, gute Saugfähigkeit
• Plastizität Ein Körper ist plastisch, wenn seine Verformung nach Entlastung nicht mehr in seine Ausgangslage zurückkehrt (z.B: Wachs, Blei)
• Bei welcher Drehzahl einer Mahlkörpermühle mit einem Meter Durchmesser findet garantiert keine Zerkleinerung statt, weil die Mahlkörper alle an dem Trommelmantel heften? dTωG2 /2g = 1 nG= 0,225 Wurzel (g/dT) nG = 0,225 Wurzel (9,81ms-1/1m) nG = 0,705 s-1
• Was ist der Modalwert? dmod Die Partikelgröße bzw. Klasse mit der größten Häufigkeit kennzeichnet den Modalwert (Maximum der Verteilungsdichtekurve)
• Was ist der Mittelwert? Arithmetischer 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 gesehen werden.
• Was ist der Median? d0,5 oder d50 Partikelgröße, bei der 50% aller Partikel größer und 50 % aller Partikel kleiner sind als diese Größe. Median teilt die Fläche unter der Verteilungskurve in zwei gleich große Teile.
• Was sind Modal-, Median und Mittelwert? Lageparameter, mit denen das Partikelkollektiv charakterisiert werden kann.
• Beschreiben Sie die Funktion der Vakuum-Pervaporation. technisches Membranverfahren zur Reinigung von Flüssigkeitsgemischen Vorgänge mit Lösungs-Diffusions-Modell beschreibbar
• Besonderheit der Vakuum-Pervaporation auf der Seite des Retentats: nahezu atmosphärischer Druck Raum des Permeats wird im Vakuum betrieben --> Partialdruck des Permeats auf der Gasseite abgesenkt und die Rückdiffusion in die Membran minimiert
• 4 verfahrenstechnische Grundoperationen nennen Extrahieren Mahlen Filtrieren Klassieren Zentrifugieren Magnetabscheiden
• Beispiele für Extraktionen Ölsaatextraktion Extraktion von Zucker aus Zuckerrohr oder - rüben
• Was ist Mahlen? + Beispiel Mahlen ist eine Grundoperation, bei der Stoffe durch Einwirken mechanischer Energie geformt werden  z.B. Malz in einer Schrotmühle mahlen
• Beispiel für Filtrieren Entfernen der restlichen Hefen bei der Bierherstellung
• Was ist Klassieren? + Beispiel Trennung eines Haufwerks (Partikelkollektiv) in unterschiedliche Korngrößenzusammensetzungen  z.B. nach Partikelgröße klassieren in der Zuckerindustrie
• Was ist Zentrifugieren? + Beispiel Trennung von makroskopisch bzw. mikroskopisch heterogenen Systemen im Zentrifugalfeld z.B: Klärung von Zellkulturüberständen, Entrahmung (Milchfettabtrennung)
• Welche Kräfte wirken beim Zerkleinern? (5 Kräfte nennen) Trennkräfte > Haftkräfte (Gegenteil von Agglomerieren) Einteilung erfolgt nach Art der Beanspruchung: Druck Prall Scheren Schlag Schleifen Schneiden
• Beispielgeräte: Druck Prall Scheren Schlag Schleifen Schneiden Druck: Brecher Prall: Prallbrecher Scheren: Homogenisator Schlag: Schlagmühle Schleifen: Schleifapparate Schneiden: Kutter
• Bernoulli-Gleichung Die Summe aus statischem Druck p, hydrostatischem Druck und dynamischem Druck (Staudruck) ist konstanz stat. Druck + hydrostat. Druck + dynam. Druck = konst. p + pgh + 1/2 pv2 = konst.
• Vorgänge des Lösungs-Diffusions-Modell bei der Vakuum-Pervaporation die verunreinigende Gemischkomponente diffundiert viel besser durch die Membran als der Wertstoff/die im Überschuss vorliegende Komponente die Verunreinigung durchdringt die Membran und verdampft auf deren Rückseite der Dampf (Permeat) wird anschließend abgezogen und an anderer Stelle kondensiert --> zur Außenseite wird die Konzentration der gut löslichen Komponente geringer Über dem Membranquerschnitt stellt sich ein Konzentrationsgefälle ein --> treibende Kraft für die Diffusion des Permeats durch die Membran auf der Innenseite der Membran bleibt die aufkonzentrierte Lösung (Retentat) zurück
• Charakterisieren Sie aus verfahrenstechnischer Sicht den Prozess Zerkleinern.  Trennkräfte > Haftkräfte (Gegenteil von Agglomerieren) Ziel: Herstellung günstigerer Korngröße oder besserer Kornformverteilung Aufschließen von Inhaltsstoffen Strukturveränderungen Herbeiführen chemischer Reaktionen
• Wirkprinzipien von Zerkleinern Druck, Schlag, Scheren, Reiben, Prall, Scherwirkung
• Apparate zum Zerkleinern Brecher --> für Produkte > 5mm Mühlen --> für Produkte < 5mm
• Brechertypen Backenbrecher Rundbrecher Walzenbrecher Prall- und Hammerbrecher
• Mühlentypen Wälzmühle Kollergang Kugelmühlen Schlag- und Schleudermühlen Strahlmühlen
• Sinkgeschwindigkeit Formel Ne = f (Re)
• Was ist sedimentieren? Trennung der dispersen Phase von der kontinuierlichen Phase durch Schwerkrafteinwirkung
• Was gilt für die Sinkgeschwindigkeit? Sinkgeschwindigkeit im Schwerefeld ist charakteristische Größe zur Beurteilung des Sedimentationsprozess Gleichgewichtszustand zwischen Schwerkraft und Widerstand stellt sich ein --> Teilchen sinkt, wenn seine Dichte > Dichte der Flüssigkeit Bewegung ist durch Viskosität und Massenträgheit bestimmt Ne = f (Re)
• Welche Extraktionsarten gibt es? Flüssig-Flüssig-Extraktion (z.B. Aromastoff aus wässrigen Lsg durch flüssiges CO2 unter Druck, Ölsäure aus Öl, Abtrennung von Antibiotika aus Fermentationsbrühen) Fest- Flüssig-Extraktion (z.B: Auslagen von Zuckerrübenschnitzeln, Herstellung von Kaffeezubereitungen aus gemahlenen gerösteten Kaffeebohnen) Hochdruckextraktion
• Gehen Sie genauer auf die Zentrifugation ein. Trennung von makroskopisch bzw. mikroskopisch heterogenen Systemen im Zentrifugalfeld Auf die Teilchen wirkt die Zentrifugalbeschleunigung (Unterschied zu Sedimentation) Fallbeschleunigung << Zentrifugalbeschleunigung - diskontinuierlich vs. kontinuierlich - flüssig-flüssig und fest-flüssig Trennung
• Welche Kräfte wirken bei der Zentrifugation? Fliehkraft (Zentrifugalkraft), Auftriebskraft, Widerstandskraft (Fz, Fa und Fw) --> wirken in radialer Richtung Absatzgeschwindigkeit v ist radial gerichtet --> nach außen, wenn die Kugel spezifisch schwerer ist als das Fluid --> nach innen, wenn die Kugel spezifisch leichter ist
• Beispiele für Zentrifugen + Anwendung Kammerzentrifuge, Becherzentrifuge, Tellerzentrifuge, Schneckenzentrifuge z.B: Rohmilchreinigung, Entrahmung, Speisequarkherstellung
• Charakterisiere den mechanischen Grundprozess Agglomerieren aus verfahrenstechnischer Sicht Agglomerieren ist das Zusammenfügen von Partikeln in gasförmiger oder flüssiger Umgebung zu kompakten Stoffgebilden Andere Begriffe: Granulieren, Pelletieren, Tablettieren erwünscht: Pressagglomeration, Aufbauagglomeration unerwünscht: Klumpung, Ablagerung Agglomerate entstehen durch alle bekannten Haftkräfte mit stofflicher Verbindung (Festkörperbrücken, Flüssigkeitsbrücken) und ohne stoffliche Verbindung (Anziehungskräfte, formschlüssige Bindungen)
• Verfahren zum Agglomerieren Aufbauagglomeration- Mischgranulation- Wirbelschichtgranulation- Rollgranulation Pressagglomeration- Kompression- Extrusion (Tablettieren, Kompaktieren, Formieren)

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