Thermische Verfahrenstechnik (Fach) / Kontrollfragen (Lektion)

Kontrollfragen zu meiner TVT-2-Klausur, gegeben vom Dozenten.

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• Kapitel 5 Rektifikation 5.01 Was ist eine Rektifikation? Bei der Rektifikation werden Flüssigkeiten mit zwei oder mehr Komponenten durch mehrfache Verdampfung und Kondensation getrennt.Hierbei spielt die Siedetemperatur der einzelnen Komponenten eine sehr wichtige Rolle. Je weiter auseinander die Siedetemperatur, desto einfacher die Trennung. Die sich wiederholenden Vorgänge finden in einer vertikalen Kolonne statt, in der der aufsteigende Dampfstrom und der herabfließende Kondensatstrom (Gegenstromprinzip) im ständigen Stoff- und Wärmeaustausch stehen. Die Triebkraft ist, wie für jeden thermischen Trennprozess, das Streben nach Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts zwischen allen im Bilanzraum auftretenden Phasen
• Kapitel 5 Rektifikation 5.02 Was unterscheidet eine Rektifikation von einer Destillation? Rektifikation ist die durch mehrere Trennstufen gekennzeichnete Destillation. Am Kopf der Rektifikation wird der Leichtsieder als Destillat gewonnen, während im Sumpf der Kolonne der Schwersieder gewonnen wird. Mit Leichtsieder und Schwersieder können einzelne Stoffe, aber auch mehrere Stoffe gemeinsam gemeint sein.
• Kapitel 5 Rektifikation 5.09 Welchen Einfluss auf die Trennung hat der Zustand (siedend, unterkühlt,...) des Feeds (Zulaufs)? (+Zeichnung) Je größer e, desto energieärmer das Feed. 1) überhitzter Dampf               e<0 2) gesättigter Dampf               e=0 3) nasser Dampf                 0<e<1                       4) siedende Flüssigkeit           e=1                  5) unterkühlte Flüssigkeit        e>1         
• Kapitel 5 Rektifikation 5.10 Erklären Sie das Prinzip des McCabe-Thiele Verfahrens und zeigen Sie dessen Grenzzustände. (minimale Bodenzahl, minimales Rücklaufverhältnis) (+ Zeichnung) Ein einfaches Verfahren zur grafischen Ermittlung der theoretischen Trennstufenzahl ist das McCabe-Thiele-Verfahren. Dieses Verfahren ist aber nur für binäre Systeme anwendbar. Das Berechnungsverfahren beruht auf der Lösung der Mengenbilanz unter Anwendung des Gleichgewichtsdiagramms, wobei die Enthalpiebilanz vernachlässigt wird. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Geraden in das Gleichgewichtsdiagramm der zu trennenden Komponenten konstruiert, um dann ausgehend von diesen Geraden und der Gleichgewichtskurve ein Stufensystem einzuzeichnen. Die Anzahl der Stufen lässt sich durch einfaches Auszählen bestimmen und gibt die Anzahl der benötigten theoretischen Trennstufen für das gegebene Trennproblem wieder. Die zu konstruierenden Geraden sind:VerstärkungsgeradeAbtriebsgeradeSchnittpunktgerade minimale Bodenzahl: Je größer die Verstärkungsgerade, desto weniger Trennstufen und desto kleiner die Bodenzahl minimales Rücklaufverhältnis: Hier berühren sich die Bilanzgerade und die Gleichgewichtslinie
• Kapitel 5 Rektifikation 5.11 Was besagt das Rücklaufverhältnis? Das Rücklaufverhältnis bestimmt, wie viel Flüssigkeir im Verstärkerteil der Kolonne nach unten strömt. Fahre ich keinen Rücklauf, läuft dieser Teil "trocken" und ich habe keine Trennwirkung. Ich muss also stehts einen Rücklauf einstellen.  Je größer das Rücklaufverhältnis, desto steiler die Verstärkungsgerade, desto weniger Stufem benötige ich, um die gewünschte Reinhiet zu erreichen.  Generell gilt: Je größer v, desto kleiner n.  Das senkt die Baukosten, erhöht aber die Betriebskosten, da ich mehr Flüssigkeit im "Kreis" fahre. Es gibt ein kostenbedingtes Optimum. 
• Kapitel 5 Rektifikation 5.12 Erklären Sie den Betriebszustand des minimalen Rücklaufverhältnisses. v > vmin Bei der Reduzierung des Rücklaufverhältnisses, reduziert sich auch der Energieverbrauch. Die Verstärkungs- und Abtriebsgerade verschiebt sich in die Richtung der GGL. Das den Stofftransport treibende Zusammensetzungsgefälle wird kleiner Die Kolonnenhöhe nimmt zu Im Grenzfall berühren die Bilanzgeraden die GGL 
• Kapitel 5 Rektifikation 5.14 Wie kann im McCabe-Thiele-Diagramm für eine Gegenstromrektifikation berücksichtigt werden, dass eine praktisch ausgeführte Trennstufe nicht einer theoretischen Trennstufe entspricht? bei ntheoretisch kann der Supf, der als Boden mitzählt, abgezogen werden. ntatsächlich entspricht dann; ntheoratisch-Sumpf= ntatsächlich Beispiel:          8,4 - 1 = 7,4 Böden benötigt ntatsächlich (7,4) Sumpf (1) ntheoretisch (8,4)
• Kapitel 5 Rektifikation 5.18 Welche Vorteile hat das Verfahren von Ponchon-Savarit zur Bestimmung der erfolgreichen Trennstufen - im Vergleich zum Verfahren nach McCabe-Thiele? Im Enthalpie-Phasendiagramm können variable Stoffmengenströme Dj und Fj berücksichtigt werden! Auch können Mischungsenthalpien und stark unterschiedliche Verdampfungsenthalpien berücksichtigt werden - im Vergleich zum Mc-Cabe-Thiele-Verfahren.
• Kapitel 5 Rektifikation 5.21 a) Wie ist eine theoretische Stufe definiert, was wird dabei voraus gesetzt? 5.21 b) Was sind die Voraussetzungen für die Anwendung des Verfahrens nach McCabe- Thiele? (4 Punkte) a) Für die Ermittlung der theoretischen Bodenzahl ist links vom Punkt W der Abtriebspol und rechts vom Punkt W der Verstärkungspol zu verwenden.Der Punkt W wird als Schnittpunkt der Hauptgeraden mit der Siedelinie gefunden. b)   Ideale Durchmischung der Flüssigkeit Idealer Wärme- und Stoffaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit Der Dampf ist trocken gesättigt, reißt also keine Flüssigkeitstropfen mit. Anschließend muss mit Hilfe des McCabe-Thiele Verfahrens die Anzahl der übereinander anzuordnenden Böden bestimmt werden, so dass die geforderte Reinheit der Produkte gewährleistet ist. 
• Kapitel 5 Rektifikation 5.22 Wozu benötigt man "short cut" Methoden? Das McCabe-Thiele Verfahren und das Verfahren nach Ponchon Savarit dient heute eher didaktischen Zwecken. Es werden eher die MESH-Verfahren angewendet, um mittels Rechner Verfahren auszulegen. Diese Gleichung berücksichtigt alle Stoffströme, Enthalpien und Gleichgewichte, die an einem Boden in der Kolonne entstehen. Jeder dieser Böden stellt einen Bilanzraum dar. Aber für solche Rechenverfahren, die oft interativ arbeiten, benötigt man sinnvolle Startwerte. Diese sind oft aus "short cut-Metoden" erhältlich, bei denen Vereinfachungen getroffen wurden, die real nicht Vorliegen, die den Rechenaufwand aber stark verringern. 
• Kapitel 5 Rektifikation 5.23 Nennen Sie drei übliche "Short cut" Methoden. Was kann man mit diesen ermitteln? Thypische "Short cut" Methoden sind: Fenske-Gleichung: bei bekannter Flüchtigkeit kann auf die Mindeststufenzahl geschlossen werden Underwood-Gleichung: zur Ermittlung des minimalen Rücklaufverhältnisses Gilliland-Diagramm: ein empirisch ermittelter Zusammenhang zwischen der Stufenzahl und dem Rücklaufverhältnis
• Kapitel 6 Absorption 6.01 Was ist Absorption? Absorption ist das Aufnehmen und Auflösen von Gasen und Dämpfen in Flüssigkeiten.
• Kapitel 6 Absorption 6.02 Was versteht man unter Chemisorption? 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.
• Kapitel 6 Absorption 6.03 Welche Art der Regeneration der Waschflüssigkeit kennen Sie? Erhitzen der Waschflüssigkeit (Desorption)
• Kapitel 6 Absorption 6.12 Nennen Sie 3 Anforderungen an ein Absorbens. hohe Löslichkeit für die zu absorbierende Komponente hohe Selektivität einfache und günstige Regeneration geringe Viskosität Umweltverträglichkeit keine Neigung zur Schaumbildung
• Kapitel 6 Absorption 6.13 nennen sie 5 Anforderungen an einen Absorber. Effektive Stoffaustauschvorgänge über die Phasengrenze zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase Erzeugung einer großen Phasengrenzfläche Hohe Turbulenz und damit große Stoffübergangskoeffizienten Hohe Oberflächenerneuerungsrate der Phasengrenzfläche Bestmögliche Nutzung der Absorptionstriebkraft  Einfacher und billiger Aufbau
• Kapitel 6 Absorption 6.14 Welche beiden Verfahren zur Bestimmung der Kolonnenhöhe kennen Sie? Es gibt 2 Konzepte zur Berechnung der Kolonnenhöhe. Modell des stufenweisen Kontaktes beider Phasen (Modell des theoretischen Bodens) Modell des stetigen Kontaktes der beiden Phasen 
• Kapitel 6 Absorption 6.15 Was ist der Benetzungsgrad einer Kolonne? Benetzungsgrad: Anteil der Oberfläche, die mit Flüssigkeit benetzt ist.
• Kapitel 6 Absorption 6.16 Worauf beruht das HTU-NTU-Konzept? Wird verwendet zur berechnung der Höhe im "Modell des stetigen Kontaktes der beiden Phasen" HTU: hight of transfer units (Flächenberechnung zwischen der GGl und der                         Gleichgewichtsgerade) NTU: number of transfer units (Stoffdurchgang)
• Kapitel 6 Absorption 6.04 Unter welchen beiden Bedingungen ergibt die Bilanzgerade bei der Absorption eine Gerade? Wenn Nw/N2 = constant ist (Als Beladung) Und N1SG + N1KF = N1KG + N1SF ist (Ein = Aus: Als Strom) 
• Kapitel 6 Absorption 6.07 Wie bestimmt man die minimale Waschflüssigkeitsmenge im XY-Diagramm? Die minimale Waschflüssigkeitsmenge Nmin ist so definiert, dass die Phasengrenzfläche unendlich groß wird, d.h. die Kolonne wird unendlich groß. (Das ist eine analoge Definition für minimales Rücklaufverhältnis bei der Destillation.) Für den minimale Waschflüssigkeitsstrom muss mindestens ein Punkt der Bilanzlinie mit der GGL zusammenfallen; Das kann nur für den Schnittpunkt Y1S mit X1S* auf der GGL der Fall sein.
• Kapitel 6 Absorption 6.08 Durch welche beiden Maßnahmen lässt sich die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten erhöhen? hoher Druck niedrige Temperatur
• Kapitel 6 Absorption 6.10 Auf welchem Gesetz beruht die GGL bei der Absorption? Im Beladungsdiagramm stellt sich das Gesetz von Henry als Kurve gemäß folgender Gleichung dar: Y1*/(1+Y1*) = HA/p * X1/(1+X1) HA: die Henry-Konstante (pi = yi * p = HA * xi) Y*= ist die Beladung der Gasphase, die mit der Flüssigkeitsbeladung X im Gleichgewicht steht
• Kapitel 6 Absorption 6.11 Auf welche 3 Annahmen beruht das Konzept des theoretischen Bodens? Auf jedem Boden ist das Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit/Gas erreicht. Die Flüssigkeit auf dem Boden hat eine konstante Zusammensetzung. Gas, das den Boden verlässt, hat über den Querschnitt ene konstante Zusammensetzung.

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