Chemische Verfahrenstechnik
Klausur E.Henrich - Einführung in die chemische Verfahrenstechnik
Klausur E.Henrich - Einführung in die chemische Verfahrenstechnik
Set of flashcards Details
| Flashcards | 128 |
|---|---|
| Language | Deutsch |
| Category | Chemistry |
| Level | University |
| Created / Updated | 18.02.2015 / 01.11.2022 |
| Weblink |
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| Embed |
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Welchen Zwecken kann Rühren dienen (mindestens 3)?
Homogenisieren, Verbesserung des Wärmeübergangs, Suspension von Feststoffen
Welche Mischmethoden außer Rühren kennen Sie noch? (mindestens 2)
Blasensäule, Freistrahl
Was versteht man unter turbulentem Makromischen und Mikromischen; durch welche Mechanismen werden sie bewirkt?
Was versteht man unter der sog. Kolmogorov-Länge?
Mikro: Konzentrationsausgleich durch molekulare Diffusion;
Makro: Eddydiffusion (mechanisch) Durch Turbulenzballen bewirkt
Kleinste Länge der Turbulenzballen (abhängig von der Viskosität des Fluids)
Die turbulente Vermischung durch sog. „Diffusion“ der Wirbelballen („eddy diffusion“) wird durch einen effektiven Diffusionskoeffizienten Deff beschrieben
Um wieviel ist Deff üblicherweise größer als der molekulare Diffusionskoeffizient D (in Gasen bei Normalbedingungen)? Warum?
Mehrere Größenordnungen, da die „Eddies“ viel kleiner sind
Welche gemeinsamen Merkmale haben Extraktions-, Absorptions- und Rektifikations-Verfahren?
Stoffverteilung zwischen 2 nicht mischbaren Phasen
Wie ist der dimensionslose Extraktionsfaktor E (bzw. Absorptionsfaktor A) definiert
(Benutzen Sie 1 und 2 als Phasenindex)
Verhältnis der Stoffmengen beim Abfluss aus einer Stufe
Was versteht man unter einer theoretischen (idealen) Trennstufe beim Kontaktieren von 2 nicht mischbaren fluiden Phasen? Wie viele Trennstufen hat ein Gleichstromwäscher?
Eine Stufe bei der sich totale Gleichgewichtseinstellung einstellt; 1
Wie wird bei einer kontinuierlich betriebenen Waschkolonne (l1l2-Extraktionskolonne) das Equivalent einer theoretischen Trennstufe angegeben? Wie lautet die Abkürzung dafür?
Über die Höhe eins Abschnitts, der theoretisch einer Stufe entspricht (HETS)
Welches sind die wichtigsten Strömungsmuster zum Kontaktieren von 2 fluiden Phasen?
Gleich-, Gegen,-, Kreuzstrom
Nennen Sie je (mindestens) einen Apparat für die l1l2 und lg Gegenstrom-Extraktion bzw. –Absorption!
l1l2 (liquid,liquid) = Mischabsetzer
lg (liquid gas) = Waschkolonne
Was versteht man unter „Entrainment“ beim 2 Phasenkontakt?
In welcher Größenordnung liegt es bei der ll-Extraktion und der gl-Absorption?
Ausschleppung des Produkts, bspw. beim Waschen
ll - 1 Promille, gl - 1ppm
Was versteht man unter „Schlunz“, „Mulm“, „crud“ bei der ll-Extraktion?
Bei welcher Verfahrensweise entstehen dadurch Probleme?
Ansammlung von Schmutzteilchen in der Grenzfläche
Bei einem kontinuierlichen Verfahren, bei dem die Phasengrenzfläche nicht abgezogen wird
Welcher Zeitbedarf muss neben der Extraktionsdauer vor allem bei technischen Prozessen berücksichtigt werden?
Absitzzeit
Was versteht man unter physikalisch und chemischer Absorption?
Physikalisch: Der Stoff bleibt unverändert und wird nur an der Oberfläche des adsorbierenden Stoffes (z.B. Aktivkohle) gehalten
Chemisch: Der Stoff wird im Lösungsmittel umgesetzt und somit gebunden. Dabei ändert sich seine chemische Struktur
Erläutern Sie das Prinzip eines Schnellextraktors !
Flüssig-flüssig-Mischung --> viele Tröpfchen --> Trennung durch Zentrifuge
Erläutern Sie in Stichworten die Unterschiede der physikalischen Grundlagen zwischen einer Langmuir und einer BET-Isotherme!
Was heißt das Acronym BET?
Langmuir: Viele Adsorptionsplätze an Oberfläche, Einschichtenadsorption
BET: Mehrschichtenadsorption (Schichten unterschiedlich fest, unterschiedliche Temperaturen)
Brunauer, Emmet, Teller
Welche Oberfläche kann ein Mol eines Stoffes maximal haben?
Ca. 6*10²³ pro Teilchen, bei einer Monolage wird die Oberfläche maximal. Auf jeder Kantenlänge 10^12 Moleküle, 0,3 nm also insgesamt 300 m Kantenlänge. ca. 100.000m² in einer Monolage
Wie viele Atomlagen dick ist die mittlere Wandstärke einer Aktivkohle mit 1000 m²/g
Etwa 10 Atomlagen
Was versteht man unter einer Adsorptionsisotherme?
Die adsorbierte Menge in Abhängigkeit des Partialdruckes bei konstanter Temperatur. Zeigt bei gegebener Temperatur die pro Masseeinheit adsorbierte Stoffmenge in Abhängigkeit vom Gleichgewichtspartialdruck in der Gasphase p.
Was versteht man unter molekularer und dissoziativer Adsorption?
Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen für beide Vorgänge (Platz = z) und geben Sie die Adsorptions- und Desorptionsraten an! (Annahme Elementarreaktionen)
Molekular: Ganzes Molekül wird adsorbiert (Bsp.: H2) ----- H2 + z --> zH2
Dissoziativ: Einzelne Atome werden separat adsorbiert (Bsp.: 2 H-Atome) ----- H2 + 2z --> 2zH
Wie bestimmt man das von einer vorgegebenen Festkörpermenge absorbierte Gasvolumen experimentell? Skizzieren Sie mit kurzen Worten und Bild!
Adsorptionsmittel in Gefäß mit bestimmten Volumen geben. Zugabe von definierter Menge Gas à Druckvergleich zum Sollwert (Druckverlust)
Nennen Sie mindestens 3 übliche technische Absorbermaterialien!
Wie groß ist ungefähr ihre spezifische Oberfläche pro g (pro Mol). Mit welcher Auswertungsmethode wird sie idR bestimmt?
Aktivkohle, Kieselgel, Zeolith, Aluminiumoxid
Aktivkohle: 900 m²/g (pro mol ^12 nehmen) --> Iodzahl
Kieselgel: 600 m²/g
Was wird im Diagramm einer Adsorptionsisotherme dargestellt?
Die adsorbierte Menge in Abhängigkeit des Partialdruckes (Gasphase) bei konstanter Temperatur.
Wie funktioniert ein Flugstromadsorber?
Nennen Sie ein technisches Anwendungsbeispiel!
Aktivkohlestaub mit Kalk gemischt (wegen Explosionsgefahr) ca. 0,1 Gramm in Gas einsprühen – Staubwolke fliegt fort mit großer Oberfläche die dann alles weitere adsorbiert – Kokspulver wird gefiltert -> Gas ist sauber.
Abgasreinigung in Kohlekraftwerk
Auf welcher Seite eines g/l Rekuperators ist der Wärmetransferwiderstand größer?
Wie lässt sich der Wärmeübergang verbessern? Nennen Sie ein Beispiel!
Auf der Gasseite
Grenzschicht verkleinern (Turbulenz), Strömungsverhältnis verbessern (quer anströmen)
Wie funktioniert eine Induktionsheizung?
Wie funktioniert eine Mikrowellenheizung?
Wirbelströme werden induziert, Behälterwand wird geheizt --> indirekt
Anregung der Schwingung von OH Gruppen à Direkte Beheizung des Mediums
Durch welchen Prozess wird Wasser in einem Kühlturm heruntergekühlt?
Kann man damit unter die Umgebungstemperatur abkühlen?
Lufteinströmung --> Verdunstung --> Verdunstungswärme aus Wasser --> Kühlung
Ja, wenn die Luft nicht wasserdampfgesättigt ist
Mit welchem Typ von Wärmetauscher (Aufbau skizzieren) werden die noch heißen Rauchgase von Verbrennungskraftwerken zur Luftvorwärmung genutzt?
Rotationswärmetauscher (Ljungstrom-Wärmetauscher)
(Luftvorwärmer (Luvo))
Wie unterscheiden sich Brennwert und Heizwert eines Stoffes?
Englische Bezeichnungen?
Brennwert beinhaltet die Kondensationswärme des Wasserdampfes und ist somit größer als der Heizwert
HHV, LHV
Zeichnen Sie den Wärmeübergang in kW/ m² K von einer Heizplatte auf siedendes Wasser als Funktion der Temperaturdifferenz?
s. Graphik
Warum brennt eine Elektroheizung meist durch, wenn man versucht die Heizleistung über einen bestimmten Wert zu steigern?
Wärmeübergang sinkt ab ∆T > 30 °C --> Wärme wird nicht abgeführt --> Platte wird heiß!
Bei welcher Temperaturdifferenz DT liegt das Maximum des Wärmeübergangskoeffizienten von einer Heizplatte auf siedendes Wasser?
Welche Siederegimes werden dabei durchlaufen?
30 °C
freie Konvektion, Blasenverdampfen, Übergangsgebiet, Filmsieden
Wie wird die „Blase“ eines technischen Verdampfers üblicherweise gerührt oder umgewälzt?
Welchem Zweck dient das Umwälzen?
Blasensäule, Wischblatt-Rührer
Grenzschichtverkleinerung --> verbesserter Wärmeübergang
Was sind „Krustenbildner“ und warum sind sie gefürchtet?
Stoffe, deren Löslichkeit mit steigendem T abnimmt --> fallen aus --> Kruste isoliert
Wie werden Rohrbündel-Wärmtauscher als Kondensatoren idR montiert:
(1) senkrecht, (2) schräg, (3) waagrecht ?
schräg
Auf welche Art und Weise werden Salzlösungen in Verbrennungsanlagen üblicherweise eingedampft?
Sprühtrockner --> Per Dusche ins heiße Gas --> Wasser verdampft und Salz fällt aus
Zu welchem Zweck wird kristallisiert?
Nennen Sie (mindestens) 3 Kristallisationsapparate!
Reinigung, Konzentration, Formgabe
* Kratzkühler * Vakuumkristallisator * Verdampfungskristallisator
Geben Sie in einem Konzentrations-/ Temperatur-Diagramm mit der Löslichkeitskurve
(a) den Bereich der primären und der sekundären Kristallkeimbildung an!
(b) den Bereich der gewünschten Kristallisationsbedingungen und die Gründe dafür!
s. Graphik
Wann werden Fremdsubstanzen (Verunreinigungen) ins Kristallgitter eingebaut?
Wie kann man die Ausbildung bestimmter Kristallflächen („Tracht“) beeinflussen?
,,Wenn sie die gleiche Form haben“, zur Einleitung d. Kristallisationsvorganges
Durch Stoffe (auch Spuren), die an bestimmten Flächen selektiv adsorbiert werden, lässt sich das Wachstum und somit die Kristallform beeinflussen.
Zeichnen Sie schematisch den Kurvenverlauf der Wachstumsrate Rw und der Keimbildungsrate Rk von Kristallen in einem Diagramm gegen die Übersättigung Dc auf!
Welche Kristalle wachsen besonders langsam und warum?
Kristalle mit großen Ebenen (Trachten), große Moleküle --> ,,mehr Material“
