Chemische Verfahrenstechnik
Klausur E.Henrich - Einführung in die chemische Verfahrenstechnik
Klausur E.Henrich - Einführung in die chemische Verfahrenstechnik
Kartei Details
| Karten | 128 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Chemie |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 18.02.2015 / 01.11.2022 |
| Weblink |
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Welches sind die physikalischen Grundgrößen im SI System und ihre Einheiten (ohne Candela)?
Länge (m), Masse (kg), Stromstärke (A), Temperatur (K), Stoffmenge (mol), Zeit (s)
Schreiben Sie 3 beliebige zusammengesetzte Größen und ihre Dimension im SI System!
v = m/s J = kg*m²/s² F = kg*m/s²
Rechnen Sie den „overall heat transfer coefficient“ (Wärmedurchgangskoeffizient)
BTU/ft2∙Δ0F∙h in SI-Einheiten um;
s.Bild
Was bedeuten die Abkürzungen BTU und SI?
British thermal unit, System International (d’unites)
Für welche physikalischen Größen stellt man Bilanzgleichungen auf?
Geben Sie mindestens 3 Beispiele für solche Größen!
Für die Erhaltungsgrößen --> Masse-, Impuls-, Energieerhaltung
Nennen Sie 2 mechanische und 2 thermische Grundoperationen!
Nennen Sie dazu jeweils einen entsprechenden Apparate- oder Maschinentyp!
Mechanisch: Mischen, Zerkleinern --> Rührkessel, Mühle
Thermisch: Extrahieren, Kristalisieren --> Mischabsetzer, Spritzturm
Ein chemisches Verfahren lässt sich idR in folgende Sektionen unterteilen:
1. Vorbereitung der Edukte (Rohstoffe) 2. Chemische Umsetzung (im Reaktor)
3. Aufarbeitung der Produkte
In welchen Fachdisziplinen werden Punkte 1-3 behandelt? (englische Begriffe?)
Grundoperation (1), chemische Reaktionstechnik (2), Grundoperation (3) (unit operation, reaction engineering)
Welche Grundoperationen werden zur Herstellung von Weihnachtsplätzchen gebraucht? Mindestens vier !
Mischen, Zerkleinern, Heizen, Kühlen
Übersetzen Sie folgende Fachausdrücke ins Englische bzw. Deutsche!
heat transfer coeffient (Wärmeübergangskoeffizient), overall heat transfer coeffient (Wärmedurchgangskoeffizient), diffusivity (Diffusionskoeffizient), thermal diffusivity (Temperaturleitfähigkeit), reaction rate coeffient (Reaktionsratenkoeffizient), reaction engineering (Reaktionstechnik), HETS (Height equivalent to theoretical stage), HHV (Brennwert), LHV (Heizwert), s (Feststoff), l (Flüssigkeit), g (Gas); OPEX (Betriebskosten), CAPEX (Investitionskosten), entrainment (Mitschleppen bei Gegenstrom)
Übersetzen Sie folgende Fachausdrücke ins Englische bzw. Deutsche!
Grenzschicht (film, boundary layer), Wärmeleitfähigkeit (thermal diffusitvity), Ähnlichkeit (similarity, chemical affinity), Fluid (Fluid (Flüssigkeiten und Gase)), Wirbelschicht (fluid bed), Reynolds Kennzahl (Reynolds number)
Skizzieren Sie mit Stichworten die Herleitung eines Kennzahlen-Satzes mit der Matrixmethode wenn die Relevanzliste bekannt ist.
Bilden der Kernmatrix (Zahl der Grundgrößen) à Einheitsmatrix à Kennzahlen errechnen
(Größen außerhalb der Kernmatrix durch darunterliegenden Größen der Spalte)
Was versteht man unter partieller Ähnlichkeit?
Wenn die wichtigsten Kennzahlen gleich sind (alle gleich = Ähnlichkeit)
Welche Vorteile hat die Beschreibung physikalischer Phänomene mit dimensionslosen Kennzahlen?
Weniger Parameter, die zu untersuchen sind à weniger Experimente
Die Dimensionsanalyse liefert mit Hilfe einer korrekten Relevanzliste nur einen Kennzahlen-Satz
(a) Was liefert die Dimensionsanalyse nicht?
(b) Was muss man tun, um ohne Beziehungsformel-Formel weiter zu arbeiten?
(a) Eine Formelmäßige Beziehung der Kennzahlen
(b) Die Kerngrößen gegeneinander auftragen --> Messungen
Was versteht man unter einer Grenzschicht (engl. boundery layer, film) in einer turbulenten Fluidphase; wie dick ist sie idR größenordnungsmäßig in Liquids und Gasen?
Bereich, der molekular durchlaufen werden muss (nicht berührte dünne Schicht)
L = 10-4 m, G = 10-3 m
Durch welchen Mechanismus erfolgt der Wärmetransport durch die Grenzschicht?
Diffusion
Durch welche Mechanismen erfolgt der Wärmetransport! Welcher Mechanismus fehlt beim Stofftransport?
Strömung (Konvektion), Diffusion, Strahlung
Strahlung
Gehört die Wärmeleitung zu den mechanischen oder den molekularen Transportmechanismen?
Wie wird die Temperaturleitfähigkeit in Englisch bezeichnet?
Molekular (kleine Energiepaketewerden zufällig weitergegeben)
Thermal difussivity
Auf was ist die gute Wärmeleitung der Metalle zurückzuführen? Erläutern Sie kurz.
Auf das freie Elektronengas im Metallgitter. Dieses ist 2000-fach leichter und schneller als ein Molekül.
Die Wärmeübertragung zwischen einem kalten und einem warmen Fluidstrom in einem Rekuperator kann im Gleichstrom oder um Gegenstrom erfolgen.
(a) Skizzieren Sie mit Hilfe eines Temperatur T zu Wärmemenge Q Diagramms den Temperaturverlauf in beiden Phasen für beide Fälle!
s. Graphik
Temperaturverlauf in einem Gegenstromkondensator
s. Graphik
Was sind Rekuperatoren, was sind Regeneratoren? (Kurzbeschreibung)
Was ist ein typisches Anwendungsgebiet für Regeneratoren?
Rekuperatoren: Wärmetauscher mit Wand
Regeneratoren: Direkte Wärmetauscher, bei hohen Temperaturen, Wärmerückgewinner, um Wärme nicht zu verlieren
Gasaustausch (heiße Gase bei Verbrennungsanlagen)
Zur kompakten Beschreibung des Wärmeübergangs und des Stoffübergangs haben sich bestimmte Kennzahlen bewährt und „eingebürgert“.
(a) Nennen Sie mindestens 3 mit Namen und Abkürzung!
Nusselt – Kennzahl (Nu) , Sherwood – Kennzahl (Sh), Reynolds – Kennzahl (Re)
Wie lautet das Stefan-Boltzmann’sche Gesetz für die Wärmeabstrahlung heißer Oberflächen?
Wie reduziert man Wärmeverluste durch Strahlung?
Wärmeabstrahlung ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur 𝑞̇=𝛿∙e∙𝑇4
Mit einer Folienisolation (am besten mehrere) (1/n+1)
Ab etwa welcher Temperatur muß man i.d.R. Strahlungsbeiträge im Vergleich zur Wärmeleitung und Konvektion in Betracht ziehen?
Ab ca. 500 – 600 °C ist die Strahlung zu berücksichtigen (bei technischen Prozessen)
Nennen Sie mindestens 3 Bautypen von Rekuperatoren.
Rohrbündel, Platten, Gaserhitzer
Skizzieren Sie den Konzentrationsverlauf eines Stoffdurchganges im Bereich der Phasengrenze nach der Filmtheorie bei turbulenten Phasenkernen!
s. Graphik
Skizzieren Sie den Konzentrationsverlauf nach Gleichgewichtseinstellung. (Filmtheorie, Stoffübergang durch Grenzschicht)
s. Graphik
Wodurch entstehen Grenzflächeninstabilitäten?
Änderung der Grenzflächenspannung durch lokale Konzentrations-, und Temperaturunterschiede à Grenzflächenströmungen
Erläutern Sie kurz das Filmmodell und das Oberflächenerneuerungsmodell für den Stoffübergang!
Filmmodell: unendlich dünne Grenzfläche, belegt von laminaren Grenzschichten der Dicken §; Keine Mischbarkeit der Phasen; Stofftransport durch Grenzschicht per Diffusion;
Oberflächenmodell: kein Film, ein Turbulenzballen trifft auf eine andere Phase und es kommt zu einer direkten Diffusion
Hauptunterschiede zwischen Film- und Oberflächenmodell?
Filmmodell: laminare Strömung: Stoffübergang proportional zu Wurzel aus D
Oberflächenmodell: turbulente Strömung: Stoffübergang direkt proportional zu D
Gehört die „Eddy-Diffusion“ zu den molekularen oder mechanischen Stofftransportmechanismen?
mechanisch
Nennen Sie (mindestens 4) verschiedene Staubfiltertypen!
Gewebefilter, Zyklon, Elektrofilter, Absitzkammer
Welche beiden Filtertypen werden typischerweise in Großanlagen (z.B. Kohlekraftwerken) zur Entstaubung eingesetzt?
Wie werden sie regeneriert?
Zyklon, Gewebe- (Druckstöße) und Elektrofilter (Platten) (Klopfschläge mit Hammer)
Wodurch wird die Abscheidung feinster Partikel begrenzt?
Welche Größenordnung hat diese Partikelgröße?
Partikelgröße (wenn keine Ladung mehr ansetzen kann) --> 0,1 μm
Wie unterscheiden sich Oberflächen und Tiefenfilter? (mindestens 3 Charakteristika)
Durch welche Kräfte werden Staubpartikel in Tiefenfiltern festgehalten.
Oberflächenfilter: regenerierbar, Druckverlust, niedrige Porosität
Tiefenfilter: nicht regenerierbar, van-der-Waals-Kräfte im Inneren, hohe Porosität
Van-der-Waals-Kräfte
Ab welcher Konzentration agglomerieren Staubteilchen (Partikel/m3) bei Normalbedingungen in einigen Sekunden oder schneller?
Welcher Feinstaubkonzentration (g/m3) entspricht das maximal?
1012 Partikel/m³
Wenigen (1-4) g/m³
Wie hoch ist die Wasserdichte in regnenden Wolken?
Ca. 4 g/m³
Welche Filtermedien werden neben Fasern (Geweben, Vliesen) noch zur Staubabscheidung eingesetzt?
In welcher Größenordnung liegt dabei die Anströmgeschwindigkeit in m/s?
Sand oder andere feinkörnige Materialien
Wenige cm/s
Wie erfolgt die Entstaubung nach dem Mischwolken-Prinzip?
Erläutern Sie mit Hilfe der Dampfdruckkurve !
Einblasen 2er gesättigter Gase, die beim Zusammenstoß kondensieren --> Kondensat bleibt am Staub und macht diesen „größer“ --> einfachere Abscheidung
