Verfahrenstechnik Theorie RWTH

- Ein Axialrührer, z.B. der gezeigte Propellerrührer erzeugt primär axiale Strömungen entlang der Rührachse. Am Behälterboden wird diese radial umgelenkt, so dass insgesamt eine Umwälzbewegung entsteht.

- Ein Radialrührer, z.B. ein Scheibenrührer (sog. Rushton-Turbine) erzeugt primär radiale Strömungen. Insbesondere, wenn mehrere Scheibenrührer in hohen Rührbehältern angeordnet sind, entstehen mehrere Rührzellen.

- Ein Tangentialrührer, z.B. der Ankerrührer erzeugt primär eine tangentiale Strömung.

Fr= d*n²/g

Bei Axialrührern besteht das Risiko, dass sich durch Mitrotieren der Flüssigkeit Tromben bilden. Das Risiko des Mitrotierens der Flüssigkeit wird durch eine hohe Froude-Zahl Fr beschrieben, die das Verhältnis von Rühr- zu Gewichtskraft darstellt. Das Mitrotieren kann durch Stromstörer oder asymmetrischen Einbau des Rührorgans vermindert werden.

Drehmoment Mr= r*Ftag (r= rüheredurchmesser ftag=tangialkraft

Leitung Pr =v*ftang= w*r*ftag=Mr*w  (w winkelgeschiwindigkeit v rührerumfanggeschwindigkeit)

Volumetrischer leisungseintrag Prv=Pr/V

Leistungszahl /NE =  Prv/(n³*dichte*d^) n= Drehzahl

Hochviskos= anker + Wendelrührer

niedrigviskos= Propellrührer Schrägblattrührer

setzt physikalische größen unabhänig von deren einheiten zusammen

Jedes physikalische Gesetz mit einer Anzahl von n relevanten Variabeln xi und dem Rang r  seiner Dimensionsmatrix m kann in einer äquivalenten darstellung mit p dimensionslosen variabeln < überführt werden.

F(x1,x2,x3,xn...)=0 o(<1,<2,<3,<n...)=0

<j=x1^a1*x2^a2....=1

Dimensionsmatrix m m*n = M*a=0

Anzahl der  dimensionslosen kennzahlen p=n-r

Re = v*d/viskosität

Laminareströmung Re<2300, Hagen poiseuille lamda= 64/RE

übergangsbereich, glatte rohre 5000<re<80000 blasius  lamda = 0,316*re^-0,25

Turbulenteströmung , glatte rohre 80000<re<200000 hermann lambda=0,0054+ (0,4/(re^0,3)

100000<re<100000000 Nikuradse  l= 0,0032+(0,22/re^0,24)

Turbulenteströmung , raue rohre Re>1300 prandl= (1,14+2*lg(d/k))^-2

Reynoldszahl Re= v*d/vis Srömungslehre (Konvektion/impuls)

Sheerwoodzahl Sh= ß*L/D (konvektion/diffusion)

schmidtzahl Sc= v/d (Impuls/Diffusion)   stoffübertragung

 Nusseltzahl Nu = a*l/d  (konvektion/diffusion)

Pradtzahl Pr = v/a (impuls/wärmeleitung)

wärmeübertragung

Die dimensionslosen Kennzahlenkönnen jetzt genutzt werden, um einerseitsModellversuche durchzuführen, die repräsentativ für das reelleSystem sind, oder andererseits Anlagen von Labor- oder Technikumsgröße auf Demonstrations- oder Projektierungsmaßstab zu skalieren. Dabei gilt, das Modell und Realität sich ähnlichverhalten, wenn die dimensionslosen Kennzahlen übereinstimmen.Daraus ergibt sich direkt, dass sich bei der Maßstabsübertragung für die physikalischen Größen ggf.unterschiedliche Übertragungsverhältnisse ergeben

nö :D

Die scale up kriterien

Konstante mischzeit

konstante RE (reynoldszahl)

konstante suspendeireung

konstanter leistungseintrag

Konstante umpfangsgeschwindigkeit

Konstante Froudezahl

konstante wärmeübertragung

Bei einer chemischen reaktion werden 1 oder mehrere Produnkte durch veränderungen ihrer chemischen Bindungen in ein oder mehrere Produkte umgewandelt.

vA+vb....-> vP+VQ

wobei  A = Substrate / edukte

und P/ q = Produkte

v=stöchometrische produkte

..

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 Eine Reaktion 0. Ordnung ist unabhängig von der Konzentration der Edukte, die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante hat dann die Einheit der spezifischen Reaktionsgeschwindigkeit selbst. Ein Beispiel hierfür sind z.B. Elektrolysen, deren Reaktionsrate durch die Stromstärke definiert wird.

Eine Reaktion 1. Ordnung ist von der Konzentration eines Edukts abhängig. Typische Beispiele sind z.B. radioaktive Zerfallsreaktionen.

- Eine Reaktion 2. Ordnung ist von der Konzentration zweier Edukte abhängig. Das sind die am häufigsten auftretenden chemischen Reaktionen.

Eine Reaktion 3. Ordnung ist von der Konzentration dreier Edukte abhängig. Trimolekulare Reaktionen sind extrem selten, da sie vom Zusammentreffen dreier Moleküle abhängig sind

Bei einer temperatur steigerung um 10 K nimmt die reaktionsgeschwindigkeit um das 2-4 fache zu

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Ein katalysator reduziert die aktivierungsenergie einer Reaktion ohne dabei selbst verbraucht zu werden

Man unterscheidet homogene heterogene und biologische katalysatoren

..

Biokatalysatoren sorgen im biologischen System für die Reaktionsbeschleunigung und – kontrolle. Diese Enzyme sind Proteine, die im wesentlichen zwei Funktionen erfüllen: - Orientierung des Substrats, damit der Übergangszustand favorisiert wird, sowie - Orientierung katalytischer Aminosäuren (2-4), die Bindungsbruch bzw. –neubildung unterstützen. Strukturell erzielt das Enzym dies, indem - Das Apoenzym = reines Protein ggf. mit einem - Cofaktor = katalytisch wirkende Einheit, die nicht aus Aminosäuren besteht, zum - Holoenzym = gesamtes wirksames Enzym, d.h. Protein + notwendiger Cofaktor wird. Innerhalb des Enzyms bildet das - Aktives Zentrum = Hohlform innerhalb des Proteins, in dem die Substratbindung und Katalyse stattfindet, darin wiederum die - Bindungsstelle = Aminosäuren, die an der Bindung, d.h. Substratorientierung beteiligt sind - Katalytische Triade = die üblicherweise drei Aminosäuren, die an Bindungsbruch bzw. –neubildung beteiligt sind, s. links

 v = vmax s/(Km + s)

Die Michaelis-Menten-Gleichung ist eine hyperbolische Gleichung, d.h. sie beschreibt die asymptotische Annäherung der Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit v and die maximale Reaktionsgeschwindigkeit v_max bei steigender Substratkonzentration. Das kann man auch direkt aus der Geschwindigkeitsgleichung ablesen:

Ein Rührkesselreaktor in dem alle flüssigen edukte gemischt werden idealerweise mit einem rührorgan. Nach der durchmischung werden alle produkte abgepumpt und ein neure zyklus kann beginnen. 

auch Batchbetriebsweise

Im  Rohrreaktor, wo häufig gasförmige Materialien über eine Schüttung oder ein Festbett von Katalysatorpartikeln gepumpt werden. Die ständige Nachförderung von Edukten und das ständige Gewinnen von Produkten kennzeichnet den kontinuierlichen Betrieb. Aufgrund der ständigen Strömung durch den Reaktor nennt man diesen auch Fließbetrieb.

-Alle reaktanden werden in den Reaktor gegeben

-Reaktor wird ideal (gut) durchmischt

- Reaktanden bleiben für eine gewisse zeit in dem Reaktor und reagieren dort

-Anschließend wir das Reaktionsgemisch abgelassen

Reaktorbilanz=  r=dc/dt

r=kca

Die Verweilzeit entspricht also der Zeit, die ein Edukt im kontinuierlichen Reaktor für die Reaktion zur Verfügung hat

hydraulische verwerilzeit t=volumenstrom/volumen

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-

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Durch ausbildung von totzonen (längere verweilzeit) und kurzschlussstömen.