Verfahrenstechnik Theorie RWTH

extensiv: abhängig von Systemgröße (Bsp.: m, n, V, H, S, U)

geschlossene: unabhängig von der Größe des Systems (T, p, u, s, h, v)

xx

Der Leichtsieder reichert sich in der Gasphase an 

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

Die Rektifikation ist eine kontinuierliche mehrstufige Destillation Mehrstufige Destillation notwendig bei hoher gewünschter Reinheit Produktion von Abfallströmen durch Rückführung verhindert 

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! 

 gute Löslichkeit der Zielkomponente schlechte Löslichkeit der Trägerphase nicht toxisch nicht korrosiv niedrige Siedetemperatur

Wenn Destillation nicht funktioniert Dampfdruck von Trägerphase und Wert-/Schadstoff sind ähnlich Mischung enthält ein Azeotrop Übergangskomponente hat keinen signifikanten Dampfdruck Überganskomponente ist temperaturempfindlich 

siehe Bild

Mitrotieren der Flüssigkeit im Rührorgan Vermeidung: Wellenbrecher einbauen Rührwelle außerhalb der Behälterachse Schrägstellung der Rührwelle

siehe Bild

siehe Bild :D

die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Temperatur

Aktivierungsenergie ist die Mindestenergie damit Moleküle miteinander beim aufeinander treffen reagieren können

Verringerung der Aktivierungsenergie ermöglicht eine Reaktion bei geringer zugeführter Energie Selektivität erhöht Unterstöchiometrischer Einsatz möglich ändert nichts am Gleichgewicht 

idealer diskontinuierlicher Rührkessel Alle Reaktanden anfänglich in den Reaktor gegeben und nach einer gewissen Zeit abgelassen Zusammensetzung im Reaktor ändert sich mit der Zeit, Zusammensetzung im Reaktor überall identisch ideale kontinuierlicher Rührkessel Alle Reaktanden werden in Reaktor gepumpt, i.d.R. Reaktionsvolumen konstant Zusammensetzung Ablauf entspricht Zusammensetzung im Reaktor an jeder Stelle (ideal durchmischt) Wenn lange genug gewartet, ändert sich an Zusammensetzung nicht mehr, dann ist ein quasistationärer Zustand/ Fließgleichgewicht erreicht ideales Strömungsrohr Alle Reaktanden ständig in Reaktor gepumpt und genauso viel abgezogen Reaktionen entlang Reaktorlänge, Zusammensetzung ändert sich mit dem Ort Wenn lange genug gewartet, ändert sich an Zusammensetzung nicht mehr, dann ist ein quasistationärer Zustand/ Fließgleichgewicht erreicht

Totzonen Zonen die nicht konvektiv durchströmt werden aufgrund von Umlenkungen Verweilzeiten werden länger Kurzschlussströmungen eintretende Edukt sucht sich kürzesten Weg zum Auslauf Verweilzeiten werden kürzer

Extraktion ist das Trennverfahren, das Wert- oder Schadstoffe aus einer Trägerphase durch eine nicht mischbare Aufnehmerphase herauslöst. Die Trennbasis der Extraktion ist also unterschiedliche Löslichkeit des Stoffs zwischen Träger- und Aufnehmerphase. Man unterscheidet die Extraktionsverfahren zunächst nach dem Aggregatzustand der Trägerphase: - Aus festen Trägerphasen werden Inhaltsstoffe mit einem fluiden Lösungsmittel herausgelöst. Dies nennt man Feststoffextraktion oder speziell für Pflanzen Phytoextraktion. Z.B. wird Koffein beim Kaffeekochen mit heißem Wasser oder bei der Herstellung von entkoffeiniertem Kaffee mit überkritischem CO2 herausgelöst. - Aus flüssigen Trägerphasen kann man z.B. Wertstoffe aus Fermentationsbrühen anreichern, z.B. organische Säuren durch hydrophobe Amine, de in einem organischen Lösungsmittel gut löslich sind. Dies ist der Standardfall der Extraktion, der hier tiefer behandelt wird. - Aus gasförmigen Trägerphasen kann man durch Flüssigkeiten Wert- und Schadstoffe herauswaschen. Diese Wäsche oder Absorption wird z.B. bei der Rauchgaswäsche (s. Beispiel in der VL Bilanzierung) eingesetzt. Als Lösungsmittel kommen mit der Trägerphase nicht mischbare Fluid in Frage, z.B. Wasser, organische Lösungsmittel, aber auch überkritische Fluide wie scCO2 (supercritical CO2, d.h. überkritisches CO2).

Im Dreiecksdiagramm

In Lösungsmittelextraktionen sind Trägerphase (1) und Lösungsmittel (2) nicht mischbar miteinander, während die Übergangskomponente (3) in beiden Phasen vollständig mischbar sind. Die Zusammensetzungen, die zur Ausbildung einer zweiten Phase führen, werden im ternären Diagramm durch die Binodale verbunden. Die Binodale trennt also homogene einphasige Gemische vom Zweiphasengebiet. Mischungen einer Gesamtzusammensetzung im Zweiphasengebiet zerfallen in zwei unlösliche Phasen entlang von nahezu parallel verlaufenden Konnoden. 

s.b.

wird mit hilfe destilation wieder aufbereitet oft diereckt am anschluss der extraktion

Mischer und Abscheider sind häufig keine getrennten Apparate. Insbesondere bei großen kontinuierlichen Anlagen sind Mischung Abscheider in einem Apparat integriert. Eine Schlitzscheibe trennt den ideal durchmischten Bereich der Mischkammer vom Abscheider ab. Über die Länge der Abscheiderkammer trennen sich die beiden Phasen, Raffinat und Extrakt voneinander. Ein häufig auftretendes Problem wird auch sichtbar: In reellen Stoffgemischen führen partikuläre oder polymere Verunreinigungen dazu, dass sich an den Phasengrenzflächen ein Schlamm oder Mulm bildet, der sich ja im System anreichern würde. Daher wird auch an der Phasengrenzfläche ständig ein Abfallstrom abgezogen. 

wobei A im rohr = pi*r²

A= pi*r²

Kontinuitätsgleichung : massenstrom= dichte*A1*v1=dichte *A2*V2

man nimmt inkompressibilität an , deshalb wird dichte rausgestrichen ! alsp a1*v1=a2*v2   => v1/v2=d2²/d1²

Durch den kleineren 'durchgang' fließt die geschwindigtkeit schneller

Bernulli für inkompressible flüssigkeiten:

pges=pstat+pdynamisch=pstat2+dichte/2 *v2² =konstant

Die Viskosität ist der Proportionalitätsfaktor, der die notwendige Kraft beschreibt, um eine Fläche A mit einer Geschwindigkeit v im Abstand von y von der Wand durch die Flüssigkeit zu ziehen.

dynamische viskosität F=n A dv/dy

kinematische viskosität v= n/dichte

Laminare strömung : schichtenförmiges Abgleitgen der flüssigkeitsschichten aufeinander -> parabelströmung

Re< 2.300 hier gelten hagen poiseuille (siehe bild)  mitllere geschwindigkeit = 0,5*vmax 

Turbulenteströmung: Re> 10.000 kolbenströmung,propfemförmig , schnelle strömung, innerers rohr nahezu konstante geschwindigkeit .  

reynoldszahl re= v*d/viskosität

lambda = rohrwiederstandsbeiwert (abhänig von strömungsart und wandrauigkeit

l/d länge/durchmeser

c = wiederstandszahl

Chemiepumpen bestehen aus Motor kupplung und laterne und ...

zentrifugalpumpen

verdrängungspumpen

strömungspumpen

besteht auf der zentrifugalbeschleunigung der Flüssigkeit.

- spiralförmiges pumpgehäuse in dem ein schaufelbesetztes  laufrad mit hoher geschwindigkeit läuft

Im zentral angesetzten Saugstutzen läuft die Förderflüssigkeit ein, und wird durch das rotierende Laufrad auf eine Kreisbahn beschleunigt. Durch die Zentrifugalkraft strömt die Flüssigkeit in den Druckstutzen. Am Saugstutzen herrscht Unterdruck; am Sammelstutzen wird die Bewegungsenergie durch die Erweiterung des Querschnitts in statischen Druck gewandelt. Dieser stellt dann die sogenannte Förderhöhe der Pumpe dar und ist ein Maß für den statischen Druck, den die Pumpe aufbringen kann.

Durch kavitation oder druckstöße

FörderstromQv = volumenstrom = v/t

förderhöhe H in meter  Pu/ (dichte*g*qv*)

pumpleistung Pu= H*dichte*g*Qv

Wirkungsgrad n= Pu/Pw (pw = mechanische leistung)

Nachteil: SIe ist nicht selbstsaugend

Vorteil : Variabilität im förderstrom bei gleichmäßigem betrieb

für kkleine-mittlere drüche und volumia geeignet

Zusammenhang von Förderhöhe und förderstrom -> wirkungsgrad

In homogenen phasen als diffusion

in hetrerogenen phasengrenzen als Stoffüber bzw durchgang