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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Skizzieren Sie die Grundvorstellungen der kinetischen Gastheorie in Worten!
Bälle die sich mit einer bestimmten kinetischen Energie statistisch bewegen.
Wie lautet das ideale Gasgesetz?
Wie rechnet man Drucke bzw. Partialdrucke in Konzentrationen (kmol/m³) um?
p * V = n * R *T
p = n/V *R *T = c * R * T
Wie groß ist die statisch verteilte kinetische Energie Ekin = v² von einem g-Mol Gas mit der Molmasse M und der Temperatur T in K (R = 8.314 J/mol K).
3/2 R *T (3 Freiheitsgrade)
Wie lautet der Boltzmann-Faktor?
Was bedeutet sein Wert physikalisch? (z.B. bei O Kelvin)?
e ^ Ea / R * T
Anteil der Moleküle, die größer ist als die Aktivierungsenergie
Wie viele Moleküle enthält 1 g-Mol?
Avogadro --> 6,023 * 1023
Wodurch wird der Druck auf die Gefäßwand hervorgerufen?
Stöße der Moleküle
Wie kann man aus der mittleren freien Wellenlänge λ (kurz erläutern was das ist!) und der mittleren Molekülgeschwindigkeit v die Stoßzahl z und den Diffusionskoeffizienten D des Gases bestimmen? Geben Sie die Berechnungsformel und die Dimension von D an!
Freie Weglänge: Weg von einem Stoß bis zum nächsten
z = v/λ D = 1/3 *λ * v
Welche 3 molekularen Faktoren bestimmen die chemische Reaktionsgeschwindigkeit?
Welcher der Faktoren ist stark temperaturabhängig?
Anzahl der Stöße , Bolzmannfaktor, Lage der Moleküle zueinander
Bolzmann-Faktor
Was versteht man unter einem Reaktionsmechanismus?
Welche besonderen Eigenschaften haben Elementarreaktionen, insbesondere bezüglich der Reaktionsraten-Gleichung?
Liste aller möglichen Elementarreaktionen
Stöchiometrische Koeffizienten (ν) können als Exponent stehen, haben alle eine Ordnung, Hin-/Rückreaktion
Was versteht man mit Hilfe einer Ratengleichung unter der Gesamtordnung einer Reaktion?
Haben alle Reaktionsraten-Gleichungen eine Ordnung?
Summe der Exponenten einer Ratengleichung
Nein
Skizzieren Sie den Partialdruckverlauf p jedes Reaktanden i im pi/Zeit-Diagramm für folgende Gasreaktion: A → B → C;
Wie kann man aus dem Partialdruckverlauf mit B und C = 0 erkennen, was Zwischenprodukt B oder Endprodukt C ist.
B kommt aus Ursprung mit m > 0, c mit m = 0
Was versteht man unter einer Halbwertzeit?
Bei welchem Reaktionstyp ist die Halbwertzeit konstant? Geben Sie ein Beispiel!
Zeit die vergeht bis nur noch die Hälfte eines Stoffes vorhanden ist
Radioaktiver Zerfall --> Kernreaktor
Betrachten Sie die Reaktionen A + B ⇄ C als reversible Elementarreaktion und schreiben Sie die Reaktionsgleichungen für die Hin- und Rückreaktion hin. Was sind jeweils die Gesamtordnung der Reaktionen.
Was gilt im Gleichgewicht? Leiten Sie die Gleichung ab!
v1 A + v2 B <----> v3 C Hin: r = k * (A)v1 * (B)v2; Rück: r = k * (C)v3 Ordnung = Summe der Exponenten
Im Gleichgewicht sind Hin- und Rückreaktion gleich schnell --> khin = krück
Was versteht man unter Reaktionsenthalpie rDH und freier Reaktionsenthalpie rDG (Gibb’s Energie)?
Wann verläuft eine chemische Reaktion (allgemein ein Vorgang mit Anfangs- und Endzustand) freiwillig, wenn sie nicht anderweitig gehemmt ist?
rDH = Wärmeenergie, rDG = komplett in mechanische- und Wärmeenergie überführbare Energie
Wenn die freie Reaktionsenthalpie abnimmt à rDG < 0
Wie lautet die dimensionslose Gleichgewichtskonstante Kp der Reaktion n1A1 + n2A2 ⇄ n3A3,
eg. N2 + 3H2 ⇄ 2 NH3 ;
Wie beeinflusst der Druck p die Gleichgewichtszusammensetzung und K?
Steigender Druck begünstigt den Teil mit dem geringeren Volumen
Für die Einzelstoffe i einer Reaktion findet man in der Literatur Tabellenwerte für die freie Bildungswärme fDGi (Gibb’s energy of formation) und die Bildungswärme fDHi (enthalpy of formation).
Wie berechnet man damit die Reaktionsenthalpie rDH und die freie Reaktionsenthalpie rDG?
Wie berechnet man daraus die Gleichgewichtskonstante Kp der Reaktion?
Summe aller Teilenthalpien der Beteiligten Stoffe (Reaktionsenthalpie --> Edukte – Produkte)
ln K = ∆G/R*T
Schreiben Sie eine realistische stöchiometrische Verbrennungsgleichung für Biomasse (Lignocellulose » C3H4O2)
Wieviel kg bzw. Norm-m³ Rauchgas entstehen danach pro kg Biomasse?
Biomasse 72g --> 900 g Rauchgas --> 1 kg verursachen knapp 12,5 kg Rauchgas!
Die Vergasung von CHO-Biomasse mit (unterstöchiometrischem) O2 bei Temperaturen über 1000°C liegt oberhalb der (thermodynamischen) Rußbildungsgrenze. Man findet daher nur noch CO, CO2, H2 und H2O.
Wie viele Schlüsselreaktionen gibt es?
Stellen Sie die Element/ Spezies Matrix auf und bestimmen Sie die Schlüsselreaktion(en)!
Anzahl der Schlüsselreaktionen (4 Spezies - 3 Elemente) --> Es wird nur eine benötigt.
Wie viele Schlüsselreaktionen braucht man zur Beschreibung eines Reaktionssystems mit 7 beteiligten organischen CHO-Spezies.
Was sagen die Schlüsselreaktionen über den Reaktionsmechanismus aus?
7 – 3 = 4 Schlüsselreaktionen
nichts
Wie ermittelt man einen Satz von Schlüsselreaktionen, wenn die beteiligten Spezies (formelmäßig) bekannt sind?
Wie kann man den Satz von Schlüsselreaktionen evtl. vereinfachen?
Matrix aufstellen --> Kernmatrix wird diagonlisiert (Einheitsmatrix) --> dann jeweilige Schlüsselreaktion aufstellen. Zahl der Schlüsselreaktionen = Zahl der Schlüsselkomponenten
Durch addieren und subtrahieren umformen
Wo in der Chemieindustrie werden Rohrreaktoren großtechnisch eingesetzt?
Speziell zur Herstellung welcher großtechnischer Produkte? (mindestens 2)
Auf welche allgemeinen Merkmale stützt sich die Anwendung (mindestens 2)
Erdölindustrie
Steam Cracker --> (setzt Leicht Benzin in Ethen um)
Hochdruck Polyethylenherstellung
Hohe Drücke, große spezifische Oberfläche
Beschreiben Sie den Aufbau einer Stoffbilanzgleichung mit Stichworten nach folgendem „Kasten-Schema“:
Schreiben Sie die Wärmebilanz nach dem gleichen Schema! Worin unterscheiden sich Stoff- und Wärmebilanz?
Stoff: Dispersion, Diffusion, Konvektion
Wärme: Konvektion, Leitung, Strahlung
Wieviel simultane Bilanzgleichungen braucht man üblicherweise zur Beschreibung eines chemischen Reaktors?
Durch welche Annahmen (Näherungen) kann die Lösung des simultanen Gleichungssystems meist vereinfacht werden? Welche Folgen hat das?
Für jede Schlüsselspezies und eine allgemein für Wärmebilanz
Erstes Glied = 0, kein Zu-/Abstrom
Welche Vereinfachungen der Bilanzgleichungen ergeben sich
(1) beim Chargen(Satz-)Betrieb, (2) kontinuierlichen stationären Betrieb, (3) ohne chemische Umsetzung
Was muss man tun um isotherm zu fahren?
(1) beim Chargen(Satz-) --> Betrieb zu-/abfuhr = 0,
(2) kontinuierlichen stationären Betrieb --> keine zeitliche Änderung,
(3) ohne chemische Umsetzung --> chem. Umsetzung = 0
Wärmetauscher einbauen
Ein Rührkessel mit 20 m³ Lösung wird mit 2m³/min einer wässrigen Reaktionslösung konstant durchströmt. Wenn zur Zeit t=0 eine Substanz zugemischt wird, wie lange dauert es
bis sie auf 0,1% Rest
bis auf 1ppm Rest ausgespült ist?
Ca. e-7
Ca. e-14
Welches war wann? die größte Chemiekatastrophe und ihre Ursachen? (Stichworte)
Bhopal Indien; Freisetzung von Methylisocyanat 1984
Welches war wann? die größte Explosionskatastrophe in der Chemie und ihre Ursache?
BASF - 4500t NH4NO3 Ammoniumnitrat ca. 1921
Größte Brandkatastrophe
Flixborough England Nylonherstellung ca. 30 Jahre her
Was versteht man unter Bioakkumulation? Nennen Sie ein Beispiel!
Was versteht man unter Persistenz eines Schadstoffs? Nennen Sie zwei Beispiele!
Anreicherung von Schadstoffen in tierischem oder pflanzlichem Gewebe
Persistenz = Beständigkeit von Schadstoffen gegenüber chem.-phys. und biol. Abbau
--> org. Chlorverbindungen (Schädlingsbekämpfungsmittel) DDT, Endrin
Welche potenziell gefährlichen oder umweltgefährlichen Stoffe werden von der chemischen Industrie hergestellt weil Bedarf existiert? (3 Beispiele)
Wer trägt die Verantwortung bei Missbrauch?
* Insektizide * Herbizide * Fungizide * Kosmetika
Die korrekte Anwendung unterliegt der Selbstkontrolle (Verbraucher), Missbrauch ist häufig strafbar. Sie werden mit entsprechenden Anwendungshinweisen an praktisch jeden Endverbraucher verkauft
Mit welcher Anlagen- und Verfahrensstrategie reduziert die Chemieindustrie die Umwelt- und Sicherheitsrisiken?
Durch welches Bundesgesetz werden die Emissiongrenzen geregelt?
Anlagenverbund wird gebildet, kurze Transportwege, Produkte als Edukte
BImSchG, Bundesimmisionsschutzgesetz
Was versteht man unter Emission, was unter Immission?
Was versteht man unter dem „Aufpunkt“ einer Kaminfahne?
E=Ausscheidung I=Eintrag
Der Punkt, an dem die Kaminfahne auf den Boden trifft à höchste Schadstoffkonzentration
Welche Stufen der Fließbilddarstellung unterscheidet man nach steigender Detaillierung? Erläuterung durch Stichworte. (englische Bezeichnungen und Abkürzungen)
* Grundfließbild, * Verfahrensfließbild, * Rohrleitungs- & Instrumentierungsfließbild
*Blockflow diagram (BFD), *Processflow diagram (PFD), *Piping & Instrumentation flowshield (R/P&I)
Was ist ein PIRA+, TIRCHALA?
PIRA+ = Pressure Indicator Recorder Alarm+ (high)
TIRCHALA= Temperature Indicator Recorder Controller High Alarm / Low Alarm
Welche weiteren Unterlagen gehören neben den Fließbildern zu einer Anlagenplanung?
* Kostenschätzung- Aufstellungsplan, * Maschinenliste, * Prozessbeschreibung * Anlagenplan
Mit welcher Formel wird die Kostenänderung von Anlagen, Apparaten und Maschinen mit der Größe beschrieben?
In welchem Bereich liegt üblicherweise der Kostendegressions-Exponent?
Kostendegressionsexponent --> Kosten1/Kosten2 = (Größe1/größe2)^0,7
* Rohstoffe und Energie 1; * Personal 0,25; * Apparate 0,7
Wie schätzt man die Investitionskosten einer Anlage ab? Skizzieren Sie die Einzelschritte!
Was kommt beim Anlagenbetrieb dazu?
Liste aller Apparate und Maschinen --> dann Kosten addieren --> Kosten frei Anlage --> dann ca. * 4 oder 5 für Anschließung, Aufbau etc.
Betriebskosten: Wartungs-und Instandhaltungskosten (ca. 25% d. Anlagenkosten), Rohstoffkosten, Personal, Energie
Skizzieren Sie die Abschätzung der Herstellkosten eines Produkts!
Welche (4 bzw. 5) Faktoren werden dafür idR benötigt?
* Abschreibung * Wartung, Reparatur/Instandhaltung * Zinsen * Rohstoffe * Energie
Welcher Anteil der Anlageninvestitionen wird pro Jahr im Mittel zu den anderen Jahresposten addiert; was sind die Hauptgründe?
¼ Anlagenkosten muss bei Herstellungskosten mitberücksichtigt werden 10 % Abschreibung, Zinsen, Instandhaltung etc.
Nenne Sie mindestens 3 Gründe warum die gesamten Investitionskosten einer Anlage das Mehrfache der Kostensumme für Apparate und Maschinen (frei Anlage) betragen?
In welchem Bereich liegt der Faktor üblicherweise?
* Aufstellung * Instrumentierung * Anschließung * Eichung
Faktor +- 1
