Thermische Verfahrenstechnik

by Mersmann, Alfons; Kind, Matthias; Stichlmair, Johann

• ISBN13: 9783540236481
• ISBN10: 3540236481
• Edition: 2nd
• Format: Hardcover
• Copyright: 2005-06-20
• Publisher: Springer Verlag

Summary

Die Neuauflage hält am bewährten und anerkannten Konzept der Vorauflage fest: ein Grundlagenwerk zum Einsatz in der universitären Lehre, aber vor allem ein Nachschlagewerk für den Beruf zum tieferen Verständnis der verfahrenstechnischen Zusammenhänge. Gegenüber der Vorauflage wurde das Werk allerdings erheblich erweitert sowie durch aktuelle Forschungsergebnisse und ein Kapitel zur konzeptuellen Prozessentwicklung ergänzt.Die Grundverfahren werden auf der Basis der Thermodynamik, der Wärme- und Stoffübertragung und der Fluiddynamik übergreifend dargestellt. Damit erhält der Praktiker erste Informationen über die Auswahl, die Auslegung und den Betrieb von Apparaten. Nach einer komprimierten Darstellung wichtiger Grundlagen werden u.a. das Destillieren, die Rektifikation, die Absorption, die Kristallisation und die Adsorption behandelt. Es wird aufgezeigt, wie sich grundlagenorientierte Berechnungsansätze für fluiddynamische und kinetische Vorgänge in bekannten und neuen Apparaten finden lassen.

Table of Contents

Formelzeichen	p. XIII
Einleitung	p. 1
Phasengleichgewichte	p. 5
Flüssigkeit/Gas-Systeme	p. 6
Verhalten reiner Stoffe	p. 6
Dampfdruck	p. 7
Dampfdruck an stark gekrümmten Flüssigkeitsflächen	p. 12
Verhalten von binären Gemischen	p. 14
Dampfdruck binärer verdünnter Lösungen	p. 14
Gefrierpunkterniedrigung	p. 23
Das Raoultsche Gesetz	p. 24
Das Henrysche Gesetz	p. 26
Verhalten idealer Gemische	p. 27
Reales Verhalten von Flüssigkeitsgemischen	p. 34
Die Gibbs-Duhem-Gleichung	p. 37
Phasenumwandlungs-, Mischungs- und Bindungswärmen	p. 44
Exzessgrößen	p. 50
Aktivität und Aktivitätskoeffizient	p. 52
Fugazität und Fugazitätskoeffizient, Gleichgewichtskonstante	p. 54
Flüssigkeit/Flüssigkeit-Systeme	p. 57
Flüssigkeit/Feststoff-Systeme	p. 62
Sorptionsgleichgewichte	p. 68
Sorption einer Komponente	p. 68
Phasenänderungs- und Bindungswärme	p. 74
Adsorption von zwei und mehr Komponenten	p. 76
Voraussage von Einkomponenten-Adsorptions-Isothermen	p. 81
Molekülbasierte Voraussage von Adsorptionsisothermen	p. 84
Voraussage von Mehrkomponenten-Adsorptions-Gleichgewichten	p. 88
Enthalpie-Konzentrations-Diagramm	p. 96
Grundlagen der Ein- und Mehrphasenströmung	p. 111
Einige Gesetze der Einphasenströmung	p. 112
Massenerhaltungssatz und Kontinuitätsgleichung	p. 112
Wirbelfreie Bewegung und Wirbelbewegung	p. 113
Das zähe Fluid	p. 114
Navier-Stokes-, Euler- und Bernoulli-Gleichungen	p. 114
Laminare und turbulente Strömung in Rohren und Öffnungen	p. 117
Das turbulente Strömungsfeld	p. 122
Molekularströmung und Molekulardiffusion	p. 123
Filmströmung an senkrechten Wänden	p. 125
Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit im senkrechten Rohr	p. 128
Ähnlichkeitstheorie und Kennzahlen, Bedeutung der Kennzahlen	p. 130
Kennzeichnung von Partikelsystemen	p. 132
Durchströmte Festbetten	p. 136
Disperse Systeme im Erdschwerefeld	p. 137
Die Endsteig- oder Endfallgeschwindigkeit einzelner Teilchen	p. 140
Volumenanteile (Fließbetten, Sprüh-, Blasen- und Tropfensäulen)	p. 144
Erzwungene Großraumströmungen in Rührwerken	p. 149
Bilanzierung, Wärme- und Stoffübertragung	p. 163
Einführung	p. 163
Bilanzierung	p. 164
Grundlagen	p. 164
Beispiele für Bilanzierungen ohne kinetische Vorgänge	p. 169
Beispiel: Füllen eines Behälters	p. 169
Beispiel: Behälter mit Ablauf	p. 170
Beispiel: Temperaturverlauf eines gerührten Behälters	p. 172
Beispiel: Isotherme Verdunstung von Wasser	p. 174
Beispiel: Bilanzierung einer Kristallisationsanlage	p. 176
Wärme- und Stoffübertragung	p. 182
Kinetische Ansätze	p. 182
Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten	p. 187
Wärme- und Stoffübertragung bei erzwungener Konvektion	p. 187
Wärme- und Stoffübertragung in Partikelsystemen	p. 189
Wärme- und Stoffübertragung bei freier Konvektion	p. 192
Wärmeübertragung an fluidisierte Systeme	p. 194
Instationäre Wärme- und Stoffübertragung	p. 195
Wärmeübergang an kondensierende Dämpfe	p. 197
Wärmeübergang bei der Verdampfung von reinen Flüssigkeiten	p. 199
Beispiele für Bilanzierungen mit kinetischen Vorgängen	p. 204
Beispiel: Dampfbeheizter Rührkessel	p. 204
Beispiel: Flüssigkeitsgekühlter Rührkessel	p. 207
Beispiel: Instationärer Stofftransport in Kugeln	p. 210
Beispiel: Isotherme Verdunstung eines binären Gemisches	p. 214
Beispiel: Bilanzierung eines Rohrbündel-Wärmeübertragers	p. 219
Destillation, Rektifikation, Absorption	p. 225
Destillation	p. 226
Grundlagen	p. 226
Betriebsweisen	p. 226
Phasengleichgewicht	p. 227
Siedepunkt, Taupunkt	p. 233
Kontinuierliche geschlossene Destillation	p. 235
Binäre Gemische	p. 236
Vielstoffgemische	p. 237
Flashdestillation	p. 238
Diskontinuierliche offene Destillation, Batchdestillation	p. 240
Batchdestillation binärer Gemische	p. 240
Batchdestillation ternärer Gemische	p. 243
Rektifikation	p. 244
Grundlagen	p. 245
Kontinuierliche Rektifikation	p. 248
Rektifikation binärer Gemische	p. 248
Rektifikation ternärer Gemische	p. 262
Rektifikation von Vielstoffgemischen	p. 277
Reaktivrektifikation	p. 280
Batchrektifikation	p. 284
Batchrektifikation binärer Gemische	p. 285
Batchrektifikation ternärer Gemische	p. 289
Batchreaktivrektifikation	p. 293
Absorption, Desorption	p. 296
Absorptionsgleichgewicht	p. 297
Physikalische Absorption	p. 299
Minimale Waschmittelmenge	p. 299
Minimale Strippgasmenge	p. 300
Graphische Bestimmung der Zahl der Gleichgewichtsstufen	p. 300
Vergleich zwischen Absorption/Desorption und Rektifikation	p. 304
Chemische Absorption, Chemisorption	p. 305
Gestaltung und Dimensionierung von Stoffaustauschkolonnen	p. 310
Bodenkolonnen	p. 310
Arbeitsbereich von Bodenkolonnen	p. 312
Zweiphasenströmung auf Kolonnenböden	p. 315
Stoffübergang in der Zweiphasenschicht auf Kolonnenböden	p. 322
Packungskolonnen	p. 324
Arbeitsbereich von Packungskolonnen	p. 328
Zweiphasenströmung in Packungskolonnen	p. 330
Stoffübergang in Packungskolonnen	p. 336
Extraktion	p. 345
Phasengleichgewicht	p. 346
Wahl des Extraktionsmittels	p. 349
Thermodynamische Berechnung der Extraktion	p. 350
Einstufige Extraktion	p. 351
Vielstufige Kreuzstrom-Extraktion	p. 353
Vielstufige Gegenstrom-Extraktion	p. 354
Bauformen von Extraktionsapparaten	p. 358
Apparate für die Solventextraktion	p. 358
Wahl der dispersen Phase	p. 363
Phasenscheider	p. 364
Dimensionierung von Flüssig/flüssig-Extraktoren	p. 368
Fluiddynamische Auslegung	p. 368
Stoffübergang in Extraktraktionsapparaten	p. 376
Verdampfen und Kondensieren	p. 385
Verdampferbauarten	p. 386
Vielstufenverdampfung	p. 391
Kondensatorbauarten	p. 399
Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren	p. 401
Brüdenverdichtung	p. 408
Verdampfungsverfahren	p. 409
Kristallisation	p. 413
Grundlagen und Gleichgewichte	p. 413
Grundlagen	p. 414
Gleichgewichte	p. 417
Kristallisationsverfahren und -apparate	p. 418
Kühlungskristallisation	p. 419
Verdampfungskristallisation	p. 420
Vakuumkristallisation	p. 421
Verdrängungs- und Reaktionskristallisation	p. 422
Kristallisationsapparate	p. 423
Kristallisation aus Lösungen	p. 423
Kristallisation aus Schmelzen	p. 427
Bilanzen	p. 434
Stoffbilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators	p. 434
Stoffbilanz des Batch-Kristallisators	p. 439
Energiebilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators	p. 442
Anzahlbilanz	p. 444
Kristallisationskinetik	p. 448
Keimbildung und metastabiler Bereich	p. 448
Aktivierte Keimbildung	p. 449
Heterogene Keimbildung	p. 454
Abriebskeimbildung	p. 457
Kristallwachstum	p. 458
Diffusionskontrolliertes Kristallwachstum	p. 460
Integrationskontrolliertes Kristallwachstum	p. 460
Wachstum mit Diffusions- und Integrationswiderstand	p. 462
Aggregation und Agglomeration	p. 465
Keimbildung und -Wachstum in MSMPR-Kristallisatoren	p. 474
Auslegung von Kristallisatoren	p. 476
Adsorption	p. 483
Technische Adsorbentien	p. 483
Adsorptionsapparate	p. 487
Sorptionsgleichgewichte	p. 493
Ein- und mehrstufige Adsorber	p. 494
Die einstufige Apparatur	p. 494
Die Kreuzstromschaltung	p. 495
Die Gegenstromschaltung	p. 497
Adsorptionskinetik	p. 499
Vereinfachte Lösungen für das Festbett	p. 504
Vereinfachte Lösung für das Einzelpartikel	p. 509
Kinetische Transportkoeffizienten	p. 512
Der adiabate Festbettadsorber	p. 518
Regenerieren der Adsorbentien	p. 524
Adsorptionsverfahren	p. 527
Trocknung	p. 533
Bauarten von Trocknern	p. 534
Trocknungsgüter und Trocknungsmittel	p. 539
Trocknungsgüter	p. 539
Trocknungsmittel	p. 544
Trocknen durch Strahlung	p. 544
Die einstufige Apparatur im Enthalpie-Beladungs- Diagramm	p. 545
Bilanzen einer mehrstufigen Apparatur	p. 551
Strömungs- und wärmetechnische Auslegung	p. 553
Trocknungsverlauf	p. 554
I. Trocknungsabschnitt	p. 555
Der Knickpunkt	p. 558
II. Trocknungsabschnitt	p. 559
Einige Trocknungsverfahren	p. 564
Konzeptuelle Prozessentwicklung	p. 569
Prozesse zur Zerlegung binärer Stoffgemische	p. 571
Prozesse zur Zerlegung zeotroper Mehrkomponentengemische	p. 578
Basisprozesse zur Zerlegung ternärer Gemische	p. 579
Prozesse mit Seitenkolonnen	p. 583
Thermische Kopplung	p. 589
Prozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische	p. 593
Prozesse zur Zerlegung von Heteroazeotropen	p. 593
Druckwechselrektifikation	p. 595
Zerlegung azeotroper Gemische unter Verwendung eines Entrainers	p. 597
Hybridprozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische	p. 602
Reaktivrektifikation	p. 610
Literaturverzeichnis	p. 613
Sachverzeichnis	p. 635
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