Verfahrenstechnik Theorie RWTH
ss15 Theorie der Grundlagen der Verfahrenstechnik für Umweltingenieure
ss15 Theorie der Grundlagen der Verfahrenstechnik für Umweltingenieure
Kontinuirlicher idealer rührkesselreaktor:
Allgemeine Bilanz, StoffmengenBilanz,Konzentration im Auslauf
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Kontinuirlicher idealer rührkesselreaktor mit reaktion 1 ordnung
Stoffmengenbilanz, Reaktorvolumen, verweilzeit
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Ideales Strömungsrohr
Stoffmengenbilanz, Allgemeine Bilanz,Differentialgleichung
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Warum gibt es keine ideale durchmischung?
Durch ausbildung von totzonen (längere verweilzeit) und kurzschlussstömen.
Durch die Messung der realen Verweilzeit erhält man
Die verweilzeitdichte funktion E(t) als impulsantwort und die verweilsummenfunktion F (t) als Sprungantwort
Was sidn bioreaktoren?
Bioreaktoren oder Fermenter sind besondere Reaktoren, in denen lebende Organismen eingesetzt werden, um meist organische Edukte oder Substrate in Reaktionsprodukte, z.B. chemische Produkte wie Zitronensäure oder Ethanol oder auch Biomasse umzuwandeln. Dem Äußeren sieht man die besondere Betriebsweise dieser Bioreaktoren nicht an.
Wie werden Bioreaktoren betrieben?
kontinuirlicher gasversorgung ; diskontinuirlicher flüssigphase
Über welche verdünungsrate wird der kontinuirliche vermeter beschreiben?
D= 1/t (t =verweilzeit)
welche formel beschreibt den logarytmischen wachstum im batch fermeter?
x= xo*exp (y t)
Wie lautet die formel für die Monodkinetik
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Ordnen Sie den folgenden Arten von Fließbildern ihren zugehörigen Grad der Prozessentwicklung zu:
Verfahrensfließbild
Konstruktionszeichnug
Ri Fließbild
Grundfließbild
Verfahrensfließbild Grundplanung
Deteilplanung
Deteilplanung
Konzeption
Wo reichert sich der schwersieder während der destilation an ?
Im sumpf strom
Wie stehen in einer theoretischen trennstufe die phasen zueinander?
Im gleichgeweicht
Welche formeln werden genutz um destilation auszuwerten ?
Rayleight,Mccable-thiele verfahren
Aufgrund welcher Eigenschaft(en) erfolgt bei der Destillation/Rektifikation die Auftrennung des Stoffgemisches?
Flüchtigkeit, Dampfdruck, Siedetemperatur
Wählen Sie die jeweils preisgünstigste Ausführung der Boden- und Packungskolonnen aus
Siebboden-Kolonne, unstrukturierte Packungskolonne
Welches Verhältnis beschreibt der Schnitt?
Kopfprodukt- zu Zulaufstrom
Wie viele theoretische Trennstufen werden bei einer Destillation mit minimalem Rücklaufverhältnis benötigt?
Es werden unendlich viele Trennstufen benötigt.
Welche Voraussetzung(en) muss/müssen zur Ermittlung der minimalen Trennstufenzahl erfüllt sein?
ein unendlich großes Rücklaufverhältnis
Definition Stauanlage + welche gibt es ?
Stauanlagen sind Einrichtungen zum Anheben des Wasserspiegels, oder dienen der Speicherung von Wasser.
Nach DIN 19700 wird unterschieden zwischen Hochwasserrückhaltebecken Staustufen (Wehre) Pumpspeicherbecken Sedimentationsanlagen Talsperren
• Was sind Erhaltungsgrößen und welche sind Ihnen bekannt?
Erhaltungsgrößen sind bilanzierte Größen, die im Bilanzraum weder gebildet noch verbraucht werden Bsp.: Gesamtmasse, Energie, Impuls, Stoffmenge des Elements
• Was sind offene, geschlossene, adiabate und isolierte Systeme?
offene: tauschen Energie und Stoff mit der Umgebung aus
geschlossene: tauschen nur Energie, aber kein Stoff aus
adiabate: tauschen keine Energie aus, können aber Stoff austauschen
isolierte: kann weder Energie noch Stoff austauschen
• Was zeichnet eine stationäre Massenbilanz aus?
keine zeitliche Änderung der Massenbilanz (dm dt = 0)
Summe zu- und abfließender Massenströme gleich
• Welche Betriebsweisen von Prozessen gibt es und wie sind diese definiert?
kontinuierlich: alle Komponenten werden kontinuierlich zu-/abgeführt
satzweise (batch): alle Komponenten werden vorgelegt
halb-kontinuierlich (fed-batch): die meisten Komponenten werden vorgelegt, eine Komponente wird kontinuierlich zugeführt
• Welche Energieformen gibt es? und wie sind sie definiert?
potentielle Energie: Energie, die ein Körper durch seine Fallhöhe freisetzen kann kinetische Energie: Energie, die aufgewendet wurde, um Körper in Bewegung zu versetzen Innere Energie: thermische, kernphysikalische Energie, Energie in chemischen Bindungen, Energie aufgrund magnetischen bzw. elektrischen Feldern Arbeit: Energie, die durch mechanische Bewegung der Kontrollgrenzen/ Kontrollvolumen ausgeübt wird Wärme: Übertragende Energie zwischen zwei Körpern/Medien aufgrund unterschiedlicher Temperaturen
• Was sind Zustandsgrößen und wie Verhalten sie sich im Gleichgewicht?
physikalische Größen, die nur vom aktuellen Zustand eines System abhängen sie sind im Gleichgewicht konstant
• Was ist eine extensive bzw. intensive Zustandgröße? Geben sie jeweils ein Beispiel an
extensiv: abhängig von Systemgröße (Bsp.: m, n, V, H, S, U)
geschlossene: unabhängig von der Größe des Systems (T, p, u, s, h, v)
Siehe bild
xx
• In welcher Phase reichert sich der Leichtsieder während der Destillation an?
Der Leichtsieder reichert sich in der Gasphase an
• Wann wird eine 1-stufige diskontinuierliche/kontinuierliche Destillation angewandt? Wie verändern sich die Produktströme mit der Zeit?
Diskontinuierliche Destillation: bei geringen Mengen von Vielkomponentengemischen Siedetemperatur steigt mit der Zeit, Anteil Leichtsieder in der Flüssigkeit und im Destillat sinkt. Kontinuierliche Destillation: bei größeren Mengen an destillierende Flüssigkeit keine zeitliche Abhängigkeit
• Was ist die Rektifikation und weshalb verwendet man diese?
Die Rektifikation ist eine kontinuierliche mehrstufige Destillation Mehrstufige Destillation notwendig bei hoher gewünschter Reinheit Produktion von Abfallströmen durch Rückführung verhindert
• Was ist das Grundprinzip der Extraktion?
selektive Abtrennung einer Komponente aus dem Feed mit Hilfe eines fluiden Lösungsmittels basierend auf dem thermodynamischen Gleichgewicht verteilt sich die übergehende Komponente auf die beiden fluiden Phasen - Wahl des Lösungsmittels entscheidend!
• Kriterien für ein gutes Lösungsmittel?
gute Löslichkeit der Zielkomponente schlechte Löslichkeit der Trägerphase nicht toxisch nicht korrosiv niedrige Siedetemperatur
• Wann wird Extraktion verwendet?
Wenn Destillation nicht funktioniert Dampfdruck von Trägerphase und Wert-/Schadstoff sind ähnlich Mischung enthält ein Azeotrop Übergangskomponente hat keinen signifikanten Dampfdruck Überganskomponente ist temperaturempfindlich
• Welche Bauarten von Extraktionskolonen gibt es?
siehe Bild
• Was ist eine Trombe und welche konstruktive Maßnahmen kann man zur Vermeidung ergreifen?
Mitrotieren der Flüssigkeit im Rührorgan Vermeidung: Wellenbrecher einbauen Rührwelle außerhalb der Behälterachse Schrägstellung der Rührwelle
• Wann liegt eine laminare und wann eine turbulente Strömung vor?
siehe Bild
• Was beschreibt die Kontinuitätsgleichung bzw. das Gesetz von Bernoulli?
siehe Bild :D
• Welche Einfluss besitzt die Temperatur auf die Reaktionskinetik und mit welchem Gesetz ist dies zu beschreiben, Was sagt die Aktivierungsenergie aus?
die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Temperatur
Aktivierungsenergie ist die Mindestenergie damit Moleküle miteinander beim aufeinander treffen reagieren können
• Erklären sie den Vorteil der Katalyse
Verringerung der Aktivierungsenergie ermöglicht eine Reaktion bei geringer zugeführter Energie Selektivität erhöht Unterstöchiometrischer Einsatz möglich ändert nichts am Gleichgewicht
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Cartes-fiches
Durch die Messung der realen Verweilzeit erhält man
Die verweilzeitdichte funktion E(t) als impulsantwort und die verweilsummenfunktion F (t) als Sprungantwort
Was sidn bioreaktoren?
Bioreaktoren oder Fermenter sind besondere Reaktoren, in denen lebende Organismen eingesetzt werden, um meist organische Edukte oder Substrate in Reaktionsprodukte, z.B. chemische Produkte wie Zitronensäure oder Ethanol oder auch Biomasse umzuwandeln. Dem Äußeren sieht man die besondere Betriebsweise dieser Bioreaktoren nicht an.
Wie werden Bioreaktoren betrieben?
kontinuirlicher gasversorgung ; diskontinuirlicher flüssigphase
Über welche verdünungsrate wird der kontinuirliche vermeter beschreiben?
D= 1/t (t =verweilzeit)
welche formel beschreibt den logarytmischen wachstum im batch fermeter?
x= xo*exp (y t)
Wie lautet die formel für die Monodkinetik
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Ordnen Sie den folgenden Arten von Fließbildern ihren zugehörigen Grad der Prozessentwicklung zu:
Verfahrensfließbild
Konstruktionszeichnug
Ri Fließbild
Grundfließbild
Verfahrensfließbild Grundplanung
Deteilplanung
Deteilplanung
Konzeption
Wo reichert sich der schwersieder während der destilation an ?
Im sumpf strom
Wie stehen in einer theoretischen trennstufe die phasen zueinander?
Im gleichgeweicht
Welche formeln werden genutz um destilation auszuwerten ?
Rayleight,Mccable-thiele verfahren
Aufgrund welcher Eigenschaft(en) erfolgt bei der Destillation/Rektifikation die Auftrennung des Stoffgemisches?
Flüchtigkeit, Dampfdruck, Siedetemperatur
Wählen Sie die jeweils preisgünstigste Ausführung der Boden- und Packungskolonnen aus
Siebboden-Kolonne, unstrukturierte Packungskolonne
Welches Verhältnis beschreibt der Schnitt?
Kopfprodukt- zu Zulaufstrom
Wie viele theoretische Trennstufen werden bei einer Destillation mit minimalem Rücklaufverhältnis benötigt?
Es werden unendlich viele Trennstufen benötigt.
Welche Voraussetzung(en) muss/müssen zur Ermittlung der minimalen Trennstufenzahl erfüllt sein?
ein unendlich großes Rücklaufverhältnis
Definition Stauanlage + welche gibt es ?
Stauanlagen sind Einrichtungen zum Anheben des Wasserspiegels, oder dienen der Speicherung von Wasser.
Nach DIN 19700 wird unterschieden zwischen Hochwasserrückhaltebecken Staustufen (Wehre) Pumpspeicherbecken Sedimentationsanlagen Talsperren
