Buch, Deutsch, 1236 Seiten, Format (B × H): 175 mm x 240 mm, Gewicht: 1655 g
Grundlagen, Methodik, Technik, Praxis
Buch, Deutsch, 1236 Seiten, Format (B × H): 175 mm x 240 mm, Gewicht: 1655 g
ISBN: 978-3-527-33270-0
Verlag: Wiley-VCH GmbH
Diese umfassendste Darstellung des Themas in deutscher Sprache wurde von namhaften Experten aus Hochschule und Industrie geschrieben. Grundlagen und Praxis der Fluidverfahrenstechnik werden allgemeinverständlich und mit vielen Praxisbeispielen erklärt.
Die Studienausgabe enthält den kompletten Inhalt der Erstausgabe: über 1200 Seiten mit Expertenwissen, die keine Fragen offen lassen.
Mit seiner breit gefächerten Thematik ist das Buch ein zuverlässiger Begleiter für Planungs- und Betriebsingenieure wie für Neueinsteiger und Hochschulabgänger, die Grundlagenwissen in die Praxis umsetzen wollen.
". zeichnet sich neben der Methodik vor allem auch durch den Praxisbezug und das beschriebene Erfahrungswissen aus. Es kann als Wissensvermittler, Ratgeber und auch als Nachschlagewerk empfohlen werden." (Filtrieren und Separieren)
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
Weitere Infos & Material
EINFÜHRUNG
VERFAHRENSENTWICKLUNG
Vorgehensweise und Methodik
Recherche thermophysikalischer Stoffdaten
Prozesssynthese in der Trenntechnik
Methoden und Werkzeuge der Simulationstechnik
Miniplant-Technik
VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN ZU STOFFAUSTAUSCH UND WÄRMEÜBERTRAGUNG
Stoffaustausch
Wärmeübertragung
ADSORPTION
Grundlagen
Technische Adsorbentien
Thermodynamik der Adsorption
Adsorptionskinetik und Adsorptionsdynamik
Desorption und Regenerierung
Apparate und Verfahren
CHROMATOGRAPHIE
Nomenklatur chromatographischer Verfahren
Grundlagen
Verfahrensentwicklung
Beispiel zur Auslegung und Optimierung von Batch- und SMB-Chromatographie
Apparate- und Anlagentechnik
Spezifische Trennkosten der Prozesschromatographie
Ausblick
MEMBRANTECHNIK
Einführung
Membranen
Stofftransport
Verfahren und Anlagen
Kosten
VERDAMPFUNG UND KONDENSATION
Einführung und Einordnung
Grundlagen
Verdampfung und Verdampfer
Kondensation und Kondensatoren
Software zur thermischen Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren
REKTIFIKATION
Einführung
Phasengleichgewicht
Destillation, Rektifikation
Rektifikationsprozesse
Gestaltung und Dimensionierung von Rektifikationskolonnen
Kostenrechnung
Regelung
Troubleshooting
ABSORPTION
Einführung
Stoffdatenbasis
Berechnungsmethoden für Absorber
Auswahl und Auslegung von Absorbern
Direkte Gaskühlung
Anwendungsbeispiele
Vergleich und Kosten verschiedener Absorber
FLÜSSIG-FLÜSSIG-EXTRAKTION
Einleitung
Erarbeitung der Aufgabenstellung
Apparate für die Flüssig-Flüssig-Extraktion
Einschränkung der Bauarten für typische Extraktionsaufgaben
Versuche und Modellierung von Extraktoren im Technikumsmaßstab
Wahl des optimalen Betriebspunkts
Auslegung technischer Extraktionsapparate
TRENNVERFAHREN MIT ÜBERKRITISCHEN FLUIDEN
Grundlagen, Thermodynamik, Trenntechnik
Überkritische Extraktion - aus Sicht der Industrie
SCHMELZKRISTALLISATION
Einleitung
Grundlagen
Verfahrensauswahl
Ausgewählte Anwendungsbeispiele
Konzepte für die Zukunft
1 Einfçhrung 1
Ralf Goedecke
2 Verfahrensentwicklung 5
2.1 Vorgehensweise und Methodik 6
Ralf Goedecke und Willi Hofen
2.2 Recherche thermophysikalischer Stoffdaten 28
Richard Sass und Helmut Wendeler
2.3 Prozesssynthese in der Trenntechnik 38
Gerhard Schembecker
2.4 Methoden und Werkzeuge der Simulationstechnik 86
Gçnter Wozny und Helmut Wendeler
2.5 Miniplant-Technik 166
Henrik Hahn und Wolfgang Albert
3 Verfahrenstechnisch Einordnung 166
3 Verfahrenstechnische Grundlagen zu Stoffaustausch und Wårmeçbertragung 187
3.1 Stoffaustausch 187
Andreas Pfennig
3.2 Wårmeçbertragung 238
Holger Martin
4 Adsorption 303
Dieter Bathen und Jçrgen Ciprian
4.1 Grundlagen 303
5 Chromatographie 381
Jochen Strube, Michael Schulte und Wolfgang Arlt
5.1 Nomenklatur chromatographischer Verfahren 381
6 Membrantechnik 495
Hartmut Brçschke und Thomas Melin
6.1 Einfçhrung 495
6.2 Membranen 501
6.3 Stofftransport 522
6.4 Verfahren und Anlagen 539
6.5 Kosten 573
7 Verdampfung und Kondensation 581
Stephan Scholl und Michael Rinner
7.1 Einfçhrung und Einordnung 581
7.2 Grundlagen 584
7.3 Verdampfung und Verdampfer 609
7.4 Kondensation und Kondensatoren 666
7.5 Software zur thermischen Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren 681
8 Rektifikation 689
Ralf Dçssel und Johann Stichlmair
8.1 Einfçhrung 689
8.2 Phasengleichgewicht 690
8.3 Destillation, Rektifikation 700
8.4 Rektifikationsprozesse 729
8.5 Gestaltung und Dimensionierung von Rektifikationskolonnen 748
8.6 Kostenrechnung 778
8.7 Regelung 781
Verfasst von Herrn Dr. M. Groebel, Degussa AG.
8.8 Troubleshooting 786
9 Absorption 799
Karl Hælemann und Andrzej GÕrak
9.1 Einfçhrung 799
9.2 Stoffdatenbasis 804
9.3 Berechnungsmethoden fçr Absorber 809
9.4 Auswahl und Auslegung von Absorbern 829
9.5 Direkte Gaskçhlung 857
9.6 Anwendungsbeispiele 868
9.7 Vergleich und Kosten verschiedener Absorber 884
10 Flçssig-Flçssig-Extraktion 907
Andreas Pfennig, Theo Pilhofer † und Jçrgen Schræter
10.1 Einleitung 907
10.2 Erarbeitung der Aufgabenstellung 912
10.3 Apparate fçr die Flçssig-Flçssig-Extraktion 918
10.4 Einschrånkung der Bauarten fçr typische Extraktionsaufgaben 937
10.5 Versuche und Modellierung von Extraktoren im Technikumsmaßstab 942
10.6 Wahl des optimalen Betriebspunkts 958
10.7 Auslegung technischer Extraktionsapparate 962
11 Trennverfahren mit çberkritischen Fluiden 993
11.1 Grundlagen, Thermodynamik, Trenntechnik 993
Gerd Brunner
11.2 Ûberkritische Extraktion – aus Sicht der Industrie 1074
Stephan Pilz, Eduard Lack, Helmut Seidlitz, Volkmar Steinhagen und Kurt Stork
12 Schmelzkristallisation 1131
Joachim Ulrich und Stefan Nordhoff
12.1 Einleitung 1131
12.2 Grundlagen 1132
12.3 Verfahrensauswahl 1161
12.4 Ausgewåhlte Anwendungsbeispiele 1182
12.5 Konzepte fçr die Zukunft 1186
1 Einfçhrung 1
Ralf Goedecke
2 Verfahrensentwicklung 5
2.1 Vorgehensweise und Methodik 6
Ralf Goedecke und Willi Hofen
2.1.1 Ziele, Zeit- und Kostenaspekte 6
2.1.2 Miniplant-Technologie, Scale-up-Faktoren 7
2.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Unterstçtzung der Verfahrensentwicklung 8
2.1.4 Verfahrensablauf zur Entwicklung eines chemischen Prozesses 12
2.1.5 Praxisbeispiel einer Prozessentwicklung 23
2.1.6 Ausblick 26
2.2 Recherche thermophysikalischer Stoffdaten 28
Richard Sass und Helmut Wendeler
2.2.1 Bedeutung von thermophysikalischen Stoffdaten zur Prozessauslegung und -optimierung aus Sicht der chemischen Industrie 28
2.2.2 Welche thermodynamischen Eigenschaften braucht die chemische Industrie? 29
2.2.3 Quellen von thermophysikalischen Daten 30
2.2.4 Beispiele fçr Datenbanken mit thermophysikalischen Eigenschaften 31
2.2.5 Datenbank-Recherche am Beispiel von DETHERM 32
2.2.6 Messung von thermophysikalischen Daten 35
2.2.7 Neuere Eigenschaften der Stoffklassen Ionische Flçssigkeiten und Hochverzweigte Polymere 36
2.3 Prozesssynthese in der Trenntechnik 38
Gerhard Schembecker
2.3.1 Einleitung 38
2.3.2 Aufgabe der Prozesssynthese 38
2.3.3 Methoden der Prozesssynthese in der Industrie 40
2.3.3.1 Evolutionåre Methode 41
2.3.3.2 Hierarchisch-heuristische Methoden 42
2.3.3.3 Mathematische Methoden 44
2.3.4 Synthese von Trennverfahren 46
2.3.4.1 Grundlagen 47
2.3.4.2 Vorgehen bei der heuristisch-numerischen Synthese von Trennprozessen 51
2.3.4.3 Entwurfsmethodik fçr Trennprozesse 59
2.3.5 Prozesssynthese in der industriellen Praxis 65
2.3.5.1 Management von Prozesssyntheseprojekten 65
2.3.5.2 Informationsbeschaffung und Berçcksichtigung von Unsicherheiten 68
2.3.5.3 Vergleichskosten 68
2.3.5.4 Anlagensicherheit, Umweltschutz und Werkstoffe 69
2.3.5.5 Prozesssynthese und Debottlenecking 69
2.3.6 Beispiel fçr die Anwendung der Methodik zur Synthese von Trennprozessen 70
2.3.6.1 Wesentliche Prozessdaten 70
2.3.6.2 Input-Output-Ebene 71
2.3.6.3 Fliessbildentwicklung auf der Aktionen- und Fließbildebene 72
2.3.6.4 Anmerkungen zum Beispiel 82
2.3.7 Ausblick 84
2.4 Methoden und Werkzeuge der Simulationstechnik 86
Gçnter Wozny und Helmut Wendeler
2.4.1 Einteilung der Simulationsverfahrenstechnik 87
2.4.2 Verfahrenstechnische Prozesse 89
2.4.3 Simulation in der Prozessanalyse und Prozesssynthese 92
2.4.4 Modellierungssystematik 93
2.4.5 Physikalisch-chemische Modelle (First-Principle-Modelle) 95
2.4.5.1 Flussgetriebene Simulation 100
2.4.5.2 Druckgetriebene Simulation 101
2.4.6 Rolle der Dokumentation in der Modellentwicklung 102
2.4.7 Prozesssimulation 104
2.4.7.1 Fließschema-Simulation – Grundlagen 104
2.4.7.2 Fließschemasimulation – Strukturen 106
2.4.7.3 Prozesse der Fluidverfahrenstechnik in der Fließschemasimulation 110
2.4.8 Prozessoptimierung in der Fluidverfahrenstechnik 111
2.4.8.1 Stationåre Optimierung 112
2.4.8.2 Dynamische Optimierung unter Einschluss von Unsicherheiten 113
2.4.9 Bedeutung der Stoffdaten in der Prozesssimulation 113
2.4.10 CFD-Simulation in der Fluidverfahrenstechnik 115
2.4.11 Anwendungen – Beispiele (1) 116
2.4.11.1 CFD fçr Mehrphasenstræmung 116
2.4.11.2 CFD-Simulation fçr Packungskolonnen 117
2.4.11.3 Neuere Simulationsergebnisse 118
2.4.12 Anwendungen – Beispiele (2) 120
2.4.12.1 Anfahren von Kolonnen 120
2.4.12.2 Batchkolonnen 121
2.4.12.3 Nichtreaktive Destillation 122
2.4.12.4 Reaktivdestillation 123
2.4.12.5 Druckentlastung von Kolonnen 124
2.4.12.6 Automatisierung von Kolonnen 127
2.4.12.7 Operatorschulung 128
2.4.12.8 Reaktivrektifikation, Reaktivabsorption 129
2.4.12.9 Dreiphasenrektifikation 138
2.4.12.10 Energetisch und stofflich gekoppelte Kolonnen 140
2.4.12.11 Herstellung von hochreinem MTBE aus technisch reinem MTBE 142
2.4.12.12 Industrielle Anwendungsbeispiele der Prozesssimulation in der Fluidverfahrenstechnik 150
2.5 Miniplant-Technik 166
Henrik Hahn und Wolfgang Albert
2.5.1 Hintergrund und Einordnung 166
2.5.2 Merkmale und Anwendungsgrenzen 168
2.5.3 Ausfçhrungsdetails 172
2.5.4 Automatisierungstechnik 174
2.5.5 Praxisbeispiele 180
2.5.6 Neue technologische Ansåtze und Methoden 182
3 Verfahrenstechnische Grundlagen zu Stoffaustausch und Wårmeçbertragung 187
3.1 Stoffaustausch 187
Andreas Pfennig
3.1.1 Einleitung 187
3.1.2 Gleichgewicht 189
3.1.2.1 Phasengrenzen 196
3.1.3 Stofftransport 196
3.1.3.1 Diffusion 197
3.1.3.2 Stoffçbergang 199
3.1.3.3 Stoffdurchgang 202
3.1.3.4 Instabilitåten an Phasengrenzen 204
3.1.4 Stufenmodell 206
3.1.4.1 Berçcksichtigung von zwei unabhångigen Bilanzgræßen 208
3.1.4.2 Stufenkonstruktion mit einer Bilanzgræße 211
3.1.4.3 Short-Cut-Ansåtze mit analytischen Beziehungen fçr das Gleichgewicht 222
3.1.4.4 Stufenmodell bei einer stationåren Phase 224
3.1.5 HTU-NTU-Modell 229
3.1.6 Detaillierte Modelle 233
3.2 Wårmeçbertragung 238
Holger Martin
3.2.1 Begriffe, Grundgesetze 238
3.2.1.1 Wårme, Arbeit, Energiebilanz 238
3.2.1.2 Kinetik der Wårmeçbertragung 240
3.2.1.3 Græßenordnung von Wårmestræmen 242
3.2.1.4 Græßenordnung der wichtigsten Stoffeigenschaften 244
3.2.2 Berechnung von Wårmeçbergangskoeffizienten 247
3.2.2.1 Definition des Wårmeçbergangskoeffizienten 248
3.2.2.2 Stationåre Wårmeleitung in ruhenden Medien 250
3.2.2.3 Instationåre Wårmeleitung in ruhenden Medien 253
3.2.2.4 Stationår durchstræmte Kanåle 256
3.2.2.5 Ûberstræmte Einzelkærper 267
3.2.2.6 Durchstræmte Haufwerke 270
3.2.2.7 Freie Auftriebsstræmung 275
3.2.2.8 Kondensation und Verdampfung reiner Stoffe und Gemische 277
3.2.3 Zur Auslegung von Wårmeçbertragern 283
3.2.3.1 Begriffe 283
3.2.3.2 Wårmedurchgangskoeffizienten 284
3.2.3.3 Temperaturverlauf, mittlerer Temperaturunterschied, Stromfçhrung 285
3.2.3.4 Kennzahlen fçr Wårmeçbertrager 286
3.2.3.5 Wirtschaftlich optimale Auslegung 289
3.2.4 Mæglichkeiten zur Verbesserung der Wårmeçbertragung 293
3.2.4.1 Vergræßerung der Ûbertragungsflåche 293
3.2.4.2 Vergræßerung der Wårmeçbergangskoeffizienten 296
3.2.4.3 Hinweise 298
4 Adsorption 303
Dieter Bathen und Jçrgen Ciprian
4.1 Grundlagen 303
4.1.1 Definitionen 303
4.1.2 Physikalische Wechselwirkungsmechanismen 304
4.1.2.1 Bindungskråfte 304
4.1.2.2 Mechanismen 304
4.1.3 Selektivitåt der Adsorption 305
4.2 Technische Adsorbentien 306
4.2.1 Klassifizierung der Adsorbentien 306
4.2.2 Kohlenstoffhaltige Adsorbentien 307
4.2.2.1 Aktivkohlen und -kokse 307
4.2.2.2 Kohlenstoffmolekularsiebe 309
4.2.2.3 Versottung und Adsorberbrand 309
4.2.3 Oxidische Adsorbentien 310
4.2.3.1 Silicagele 310
4.2.3.2 Zeolithe 310
4.2.3.3 Aluminate und Tonerden 312
4.2.4 Polymere Adsorbentien 314
4.2.5 Einsatzgebiete der Adsorbentien 315
4.3 Thermodynamik der Adsorption 317
4.3.1 Grundlagen 317
4.3.1.1 Darstellung des Adsorptionsgleichgewichts 317
4.3.1.2 Temperatur- und Druckeinfluss 317
4.3.1.3 Kapillarkondensation 318
4.3.2 Einkomponentenadsorption 319
4.3.2.1 Klassifizierung von Isothermen 319
4.3.2.2 Mathematische Beschreibung von Adsorptionsisothermen 320
4.3.2.3 Messverfahren fçr Einkomponenten-Adsorptionsgleichgewichte 323
4.3.3 Mehrkomponentenadsorption 326
4.3.3.1 Phånomene der Mehrkomponentenadsorption 326
4.3.3.2 Messverfahren fçr Mehrkomponenten-Adsorptionsgleichgewichte 328
4.3.4 Adsorptionswårme 329
4.4 Adsorptionskinetik und Adsorptionsdynamik 330
4.4.1 Adsorptionskinetik 330
4.4.1.1 Beschreibung der Phånomene 330
4.4.1.2 Heterogene Modelle 332
4.4.1.3 LDF-Ansatz (Homogenes Modell) 337
4.4.1.4 Kinetik von Mehrkomponentenprozessen 337
4.4.2 Adsorptionsdynamik 338
4.4.2.1 Durchbruchskurve 338
4.4.2.2 Einfluss der Thermodynamik 339
4.4.2.3 Einfluss der Kinetik 340
4.4.2.4 Mehrkomponentenadsorption 341
4.5 Desorption und Regenerierung 341
4.5.1 Desorption 341
4.5.1.1 Druckwechseldesorption (PSA) 342
4.5.1.2 Temperaturwechseldesorption (TSA) 344
4.5.1.3 Konzentrationswechseldesorption (CSA) 349
4.5.2 Reaktivierung und Deponierung 350
4.5.2.1 Reaktivierung 350
4.5.2.2 Deponierung 354
4.6 Apparate und Verfahren 354
4.6.1 Gasphasenadsorption 354
4.6.1.1 Apparate 354
4.6.1.2 Verfahren 356
4.6.1.3 Auslegung 364
4.6.1.4 Kosten 367
4.6.2 Flçssigphasenadsorption 369
4.6.2.1 Apparate 369
4.6.2.2 Verfahren 369
4.6.2.3 Auslegung 373
4.6.2.4 Kosten 375
4.6.3 Computergestçtzte Simulation von Adsorptionsprozessen 375
5 Chromatographie 381
Jochen Strube, Michael Schulte und Wolfgang Arlt
5.1 Nomenklatur chromatographischer Verfahren 381
5.1.1 Verfahrensvarianten 382
5.1.2 Stand der Technik 384
5.1.2.1 Großtechnische Chromatographieprozesse 384
5.1.2.2 Chromatographie in Pharma- und Feinchemieanwendungen 385
5.1.2.3 Chromatographie in biotechnologischen Produktionen 388
5.1.2.4 Weitere Entwicklungen und Forschungsansåtze 390
5.2 Grundlagen 391
5.2.1 Thermodynamik der Adsorption 391
5.2.1.1 Begriffe 391
5.2.1.2 Adsorptionsisothermen 391
5.2.1.3 Adsorptionsexzess 393
5.1.2.4 Adsorptionswårmen 394
5.2.2 Phasenauswahl und Methodenentwicklung 394
5.2.2.1 Adsorbentien 394
5.2.2.2 Mobile Phase 399
5.2.3 Charakteristische Parameter der Chromatographie 401
5.2.3.1 Retentionszeit 401
5.2.3.2 Porositåt 402
5.2.3.3 Trennfaktor 403
5.2.3.4 Såulentotvolumina 403
5.2.3.5 Volumenstromraten 405
5.2.3.6 Effektiver Dispersionskoeffizient 405
5.2.3.7 Stoffaustausch 406
5.2.3.8 Van Deemter Gleichung 407
5.2.4 Modellierungsansåtze des Stofftransportes 408
5.2.4.1 Modellierung von Extrasåuleneffekten 408
5.2.4.2 Modellierung der Chromatographiesåule 409
5.2.5 Trennsequenzentwicklung 411
5.3 Verfahrensentwicklung 414
5.3.1 Methodenentwicklung 414
5.3.2 Modellparameterbestimmung 425
5.3.2.1 Einleitende Versuche zur Auslegung pråparativer Chromatographieprozesse 431
5.3.2.2 Zu messende Parameter 431
5.3.3 Prozesskonzepte 436
5.3.3.1 Generelle Prozesseigenschaften 436
5.3.3.2 Prozesskonzepte 438
5.3.3.3 Integrierte Prozessentwicklung 443
5.3.4 Auslegung und Optimierung chromatographischer Verfahren 448
5.3.4.1 Grundsåtzliche Ûberlegungen und Methoden 448
5.3.4.2 Optimierungsansåtze 449
5.3.4.3 Auslegung von SMB-Prozessen 453
5.4 Beispiel zur Auslegung und Optimierung von Batchund SMB-Chromatographie 463
5.4.1 Beispiel zur Optimierung von Batch-Elutionschromatographie- Prozessen 463
5.4.2 Auslegungssoftware 465
5.4.3 Auslegung von SMB-Prozessen am Beispiel EMD 53986 467
5.5 Apparate- und Anlagentechnik 472
5.5.1 Anlagenbeschreibung 473
5.5.1.1 Såulen und Peripherie 474
5.5.2 Reinigung, Læsemittelrecycling und Produktkonfektionierung 479
5.5.3 Fehlersuche 479
5.5.3.1 Auswirkung von Fehlern in chromatographischen Såulen 480
5.6 Spezifische Trennkosten der Prozesschromatographie 483
5.7 Ausblick 489
6 Membrantechnik 495
Hartmut Brçschke und Thomas Melin
6.1 Einfçhrung 495
6.1.1 Gleichgewichtstrennung – Membrantrennung 496
6.1.1.1 Trennung durch Einstellung eines Gleichgewichts 496
6.1.1.2 Trennung aufgrund unterschiedlicher Transportkinetiken 497
6.1.2 Definition einer Membran 498
6.1.3 Technische Membranen 500
6.2 Membranen 501
6.2.1 Aufbau 502
6.2.2 Polymermembranen 503
6.2.2.1 Herstellung von poræsen Filmen 503
6.2.2.2 Phaseninversionsmembranen 505
6.2.2.3 Integral-asymmetrisch dichte Membranen 508
6.2.2.4 Kompositmembranen 509
6.2.3 Anorganische Membranen 510
6.2.3.1 Herstellung anorganischer Membranen 511
6.2.3.2 Asymmetrische anorganische Membranen 512
6.2.4 Module 515
6.2.4.1 Plattenmodul 515
6.2.4.2 Spiralwickelmodul 516
6.2.4.3 Kissenmodul 519
6.2.4.4 Module mit tubularen Membranen 519
6.2.4.5 Getauchte Module 521
6.3 Stofftransport 522
6.3.1 Triebkråfte und Transportwiderstånde 522
6.3.2 Modellierung des Stofftransports durch Membranen 525
6.3.2.1 Porenmodell 527
6.3.2.2 Læsungs-Diffusions-Modell 529
6.3.2.3 Stofftransport durch mikroporæse Membranen 532
6.3.3 Polarisation 534
6.4 Verfahren und Anlagen 539
6.4.1 Mikrofiltration, Ultrafiltration 539
6.4.1.1 Membranen und Module 540
6.4.1.2 Prozessfçhrung 541
6.4.1.3 Verfahren und Anwendungen 544
6.4.2 Umkehrosmose 545
6.4.2.1 Membranen 546
6.4.2.2 Osmotischer Druck 547
6.4.2.3 Scaling und Fouling 549
6.4.2.4 Module und Anlagen 550
6.4.2.5 Verfahren und Anwendungen 552
6.4.3 Nanofiltration 552
6.4.3.1 Membranen, Donnan-Effekt 553
6.4.3.2 Verfahren und Anwendungen 554
6.4.4 Elektrodialyse 555
6.4.4.1 Grundlagen 555
6.4.4.2 Membranen 556
6.4.4.3 Module 557
6.4.4.4 Verfahren und Anwendung 558
6.4.5 Gastrennung 559
6.4.5.1 Membranen 560
6.4.5.2 Module 561
6.4.5.3 Verfahren und Anwendung 561
6.4.6 Pervaporation, Dampfpermeation 563
6.4.6.1 Membranen 564
6.4.6.2 Module 566
6.4.6.3 Auslegung 566
6.4.6.4 Verfahren und Anwendungen 571
6.5 Kosten 573
6.5.1 Investitionskosten 574
6.5.2 Betriebskosten 576
6.5.3 Spezifische Kosten 577
7 Verdampfung und Kondensation 581
Stephan Scholl und Michael Rinner
7.1 Einfçhrung und Einordnung 581
7.2 Grundlagen 584
7.2.1 Wårmeçbertragung in Verdampfern und Kondensatoren 584
7.2.1.1 Wårmeçbergang und Fluiddynamik in Rieselfilmen 584
7.2.1.2 Wårmeçbergang an Platten oder Rohrwånden ohne Phasenånderung 588
7.2.2 Grundlagen zur Verdampfung 592
7.2.2.1 Verdampfung ruhender Flçssigkeiten 593
7.2.2.2 Verdampfung in erzwungener Stræmung 596
7.2.2.3 Zustandsånderung eines verdampfenden Gemisches 598
7.2.3 Grundlagen zur Kondensation 599
7.2.3.1 Film- und Tropfenkondensation 599
7.2.3.2 Filmkondensation von Reinstoffen 600
7.2.3.3 Filmkondensation von binåren Gemischen 603
7.2.3.4 Lokale Grenzfålle: Gleichgewichts- und Brutalkondensation 605
7.2.3.5 Offene und geschlossene Kondensation, Teil- und Totalkondensation 607
7.2.3.6 Einfluss von Inertgasen 607
7.3 Verdampfung und Verdampfer 609
7.3.1 Voruntersuchungen zum Gleichgewichts- und Verdampfungsverhalten 609
7.3.2 Verdampferbauformen 612
7.3.2.1 Aufkocher 613
7.3.2.2 Naturumlaufverdampfer 614
7.3.2.3 Zwangsumlaufverdampfer 623
7.3.2.4 Zwangsumlaufentspannungsverdampfer 624
7.3.2.5 Fallfilmverdampfer 627
7.3.2.6 Dçnnschichtverdampfer 637
7.3.2.7 Kurzwegverdampfer 643
7.3.2.8 Kletterfilmverdampfer 644
7.3.2.9 Rotationskegelverdampfer 645
7.3.2.10 Mehrphasenwendelrohr 647
7.3.3 Bereitstellung des Wårmeangebotes 648
7.3.4 Verdampfung thermisch und/oder mechanisch sensibler Produkte 651
7.3.5 Regelung von Verdampfern 653
7.3.6 Maßstabçbertragung bei Verdampfern 657
7.3.7 Hinweise zur Apparatewahl bei Verdampfern 658
7.3.8 Typische Verfahrensaufgaben fçr Verdampfer 660
7.4 Kondensation und Kondensatoren 666
7.4.1 Ûbersicht Bauformen und Einsatzzweck 666
7.4.2 Rohrbçndelkondensatoren 667
7.4.2.1 Rohrbçndelapparate mit Kondensation im Mantelraum 667
7.4.2.2 Rohrbçndelapparate mit Kondensation in den Rohren 669
7.4.3 Plattenkondensatoren 671
7.4.3.1 Apparate mit geprågten Platten 671
7.4.3.2 Thermoblechkondensatoren 673
7.4.4 Ûberschlågige Dimensionierung eines Kondensators 675
7.4.5 Kosten 676
7.4.6 Gegençberstellung von Kondensatorbauformen 678
7.4.7 Scale-down und Scale-up bei der Kondensation 678
7.4.7.1 Kondensationstechnik im Labor 678
7.4.7.2 Machbarkeitsversuche und Scale-up 680
7.4.8 Mehrstufige Kondensation 680
7.5 Software zur thermischen Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren 681
8 Rektifikation 689
Ralf Dçssel und Johann Stichlmair
8.1 Einfçhrung 689
8.2 Phasengleichgewicht 690
8.2.1 Siedepunkt, Taupunkt 691
8.2.2 Gleichgewicht binårer Gemische 693
8.2.3 Gleichgewicht ternårer Gemische 696
8.3 Destillation, Rektifikation 700
8.3.1 Einstufige Destillation 700
8.3.1.1 Kontinuierliche Destillation 700
8.3.1.2 Batch-Destillation 701
8.3.1.3 Batch-Destillation ternårer Gemische 702
8.3.2 Mehrstufige Destillation, Rektifikation 703
8.3.3 Kontinuierliche Rektifikation 705
8.3.3.1 Rektifikation binårer Gemische 705
8.3.3.2 Rektifikation ternårer Gemische 712
8.3.3.3 Rektifikation von Vielstoffgemischen 719
8.3.4 Batch-Rektifikation 721
8.3.4.1 Batch-Rektifikation binårer Gemische 722
8.3.4.2 Batch-Rektifikation ternårer Gemische 725
8.3.5 Reaktivrektifikation 727
8.4 Rektifikationsprozesse 729
8.4.1 Prozesse zur Zerlegung idealer Dreistoffgemische 729
8.4.1.1 Basisprozesse 729
8.4.1.2 Seitenkolonnen 731
8.4.1.3 Thermische Kopplung 735
8.4.2 Prozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische 737
8.4.2.1 Prozesse zur Zerlegung von Heteroazeotropen 738
8.4.2.2 Druckwechselrektifikation 739
8.4.2.3 Zerlegung azeotroper Gemische unter Verwendung eines Entrainers 740
8.4.2.4 Azeotroprektifikation 743
8.4.2.5 Extraktivrektifikation 744
8.4.3 Prozesse der Reaktivrektifikation 746
8.5 Gestaltung und Dimensionierung von Rektifikationskolonnen 748
8.5.1 Kolonneneinbauten 748
8.5.1.1 Bodenkolonnen 748
8.5.1.2 Packungskolonnen 752
8.5.2 Auslegungskriterien 757
8.5.2.1 Gasbelastung 758
8.5.2.2 Flçssigkeitsbelastung 762
8.5.2.3 Stoffçbergang und Trennleistung 764
8.5.2.4 Druckverlust und Flçssigkeitsinhalt (Hold-up) 768
8.5.2.5 Fouling 770
8.5.2.6 Fehlverteilung 771
8.5.2.7 Schaumbildung 773
8.5.2.8 Mehrphasige Systeme 773
8.5.3 Auslegungssoftware 773
8.5.4 Scale-Up 774
8.6 Kostenrechnung 778
8.6.1 Investitionskosten 778
8.6.2 Energiekosten 780
8.7 Regelung 781
Verfasst von Herrn Dr. M. Groebel, Degussa AG.
8.7.1 Stellgræßen von Destillationskolonnen 781
8.7.2 Basisregelungen 782
8.7.3 Produktregelung 783
8.7.3.1 Temperatur als Ersatzregelgræße 783
8.7.3.2 Wahl der Stellgræße 784
8.7.3.3 Prozessfçhrung ohne ausgeprågtes Temperaturprofil 785
8.8 Troubleshooting 786
9 Absorption 799
Karl Hælemann und Andrzej GÕrak
9.1 Einfçhrung 799
9.2 Stoffdatenbasis 804
9.2.1 Gaslæslichkeit, Henry’sches Gesetz 804
9.2.2 Elektrolytthermodynamik 807
9.2.3 Physikalische Stoffdaten 808
9.2.4 Chemische Gleichgewichte 808
9.3 Berechnungsmethoden fçr Absorber 809
9.3.1 Gleichgewichtsmodell 809
9.3.2 Kinetische Stofftransportansåtze 815
9.3.3 HTU-NTU-Konzept 816
9.3.4 Reaktionskinetik und Enhancement-Faktor 820
9.3.5 Hydrodynamik und Stofftransport 822
9.3.6 Rigorose Simulationsmodelle 828
9.4 Auswahl und Auslegung von Absorbern 829
9.4.1 Kontinuierliche Gas- und Flçssigphase 831
9.4.1.1 Fçllkærper- und Packungskolonnen 831
9.4.1.2 Fallfilmabsorber 835
9.4.2 Dispergierung des Flçssigstroms 839
9.4.2.1 Austauschflåche im Sprçhwåscher 840
9.4.2.2 Stoffçbergangskoeffizient 846
9.4.2.3 Sprçhabsorber 849
9.4.2.4 Strahlwåscher 852
9.4.2.5 Venturiwåscher 853
9.4.2.6 Rotationswåscher 854
9.4.3 Dispergierung der Gasphase 855
9.4.3.1 Bodenkolonnen 855
9.4.3.2 Blasensåulen 856
9.5 Direkte Gaskçhlung 857
9.5.1 Simulation eines Direktgaskçhlers 858
9.5.1.1 Rieselfilmapparate 862
9.5.1.2 Sprçhapparate 863
9.6 Anwendungsbeispiele 868
9.6.1 Physikalische Absorption 868
9.6.2 Absorption von Halogenwasserstoffen 871
9.6.3 NO X –absorption 875
9.6.4 Kokereigasreinigung 877
9.6.5 CO 2 -Absorption mit wåssrigen Aminlæsungen 882
9.7 Vergleich und Kosten verschiedener Absorber 884
9.7.1 Absorption von SO 2 in alkalischer Waschlæsung 886
9.7.2 Produktion konzentrierter HCl aus einem Abgasstrom 891
10 Flçssig-Flçssig-Extraktion 907
Andreas Pfennig, Theo Pilhofer † und Jçrgen Schræter
10.1 Einleitung 907
10.2 Erarbeitung der Aufgabenstellung 912
10.3 Apparate fçr die Flçssig-Flçssig-Extraktion 918
10.3.1 Kolonnen 919
10.3.1.1 Kolonnen ohne Energiezufuhr 919
10.3.1.2 Kolonnen mit Energiezufuhr 922
10.3.2 Mixer-Settler 928
10.3.3 Extraktionsmaschinen 930
10.3.4 Empfehlungen fçr die Anwendung der verschiedenen Extraktorbauarten 930
10.4 Einschrånkung der Bauarten fçr typische Extraktionsaufgaben 937
10.5 Versuche und Modellierung von Extraktoren im Technikumsmaßstab 942
10.5.1 Technikumsversuche als Basis fçr den Scale-up 942
10.5.2 Einzeltropfenbasierte Methode 945
10.5.2.1 Labormesszellen 945
10.5.2.2 Læsung der Tropfenpopulationsbilanzen 953
10.5.2.3 Auswahl des Apparats 958
10.6 Wahl des optimalen Betriebspunkts 958
10.7 Auslegung technischer Extraktionsapparate 962
10.7.1 Auslegung von Mixer-Settlern 964
10.7.2 Auslegung von gerçhrten Extraktionskolonnen 968
10.7.3 Auslegung von pulsierten Siebbodenkolonnen 973
10.7.4 Auslegung von pulsierten Kolonnen mit geordneten Packungen 973
10.7.5 Auslegung der Dispersphasenverteiler 974
10.7.6 Probleme bei Auslegung und Betrieb von Extraktionsapparaten 976
10.7.7 Úkonomische Aspekte der Kolonnenauslegung 978
11 Trennverfahren mit çberkritischen Fluiden 993
11.1 Grundlagen, Thermodynamik, Trenntechnik 993
Gerd Brunner
11.1.1 Einfçhrung 993
11.1.1.1 Was ist ein çberkritisches Fluid? 993
11.1.1.2 Die Dichte eines reinen Stoffs in der Nåhe des kritischen Punkts 996
11.1.2 Trennverfahren mit çberkritischen Fluiden 997
11.1.2.1 Ûbersicht zu den Trennverfahren 997
11.1.2.2 Stand der Entwicklung 1000
11.1.3 Extraktion aus Feststoffen 1001
11.1.3.1 Verfahrensauslegung 1003
11.1.3.2 Der Einfluss der Betriebsbedingungen 1004
11.1.3.3 Modellieren der Extraktion 1008
11.1.3.4 Laboranlagen zur Feststoffextraktion 1012
11.1.3.5 Andere Verfahrensweisen zur Extraktion (insbesondere mehrstufige Extraktion, Gegenstromextraktion und kontinuierliche Extraktion mit Feststoffen) 1013
11.1.3.6 Weitere Beispiele zur Feststoffextraktion 1014
11.1.4 Mehrstufen-Gegenstromextraktion 1016
11.1.4.1 Auslegungsmethode 1017
11.1.4.2 Phasengleichgewichte als Grundlage der Mehrstufen-Gegenstromextraktion 1019
11.1.4.3 Trenntechnische Analyse bezçglich der Anzahl der theoretischen Trennstufen 1020
11.1.4.4 Mehrkomponenten-Prozesssimulation 1022
11.1.4.5 Hæhe einer Trennstufe (HETP, HTU) 1023
11.1.4.6 Bestimmung des Kolonnendurchmessers 1024
11.1.4.7 Filmdicke, Stræmungsformen und Flutpunkte 1026
11.1.4.8 Laboranlage fçr die Gegenstromtrennung 1029
11.1.4.9 Beispiele zur Mehrstufengegenstromtrennung 1031
11.1.5 Chromatographische Trennungen mit çberkritischen Fluiden (SFC) einschließlich der Adsorption und Desorption 1033
11.1.5.1 Allgemeine Ûberlegungen (Brunner 1994) 1033
11.1.5.2 Chromatographie mit çberkritischen Fluiden (SFC) im pråparativen und Produktionsmaßstab 1035
11.1.5.3 Allgemeine Beschreibung einer SFC-Apparatur 1037
11.1.6 Phasengleichgewichte flçssiger und fester Stoffe mit çberkritischen Fluiden 1038
11.1.6.1 Wozu werden Phasengleichgewichte benætigt? 1038
11.1.6.2 Læslichkeit in çberkritischen Fluiden 1040
11.1.6.3 Phasengleichgewicht in binåren Systemen 1043
11.1.6.4 Phasengleichgewichte in Systemen mit drei Komponenten 1051
11.1.6.5 Gleichgewichte mit festen Substraten 1054
11.1.7 Læsungsmittelkreislauf 1058
11.1.7.1 Charakteristische Daten fçr Læsungsmittelkreislåufe 1058
11.1.7.2 Gaskreislauf im Kompressorverfahren (Brunner 1994) 1060
11.1.7.3 Læsungsmittelkreislauf mit Pumpe (Brunner 1994) 1062
11.1.7.4 Regeneration mit einem Membrantrennprozess 1065
11.1.8 Produktabscheidung (Regenerierung eines beladenen çberkritischen Fluids) 1066
11.1.8.1 Methoden zur Produktabscheidung 1066
11.1.8.2 Abscheidung von flçchtigen Substanzen 1069
11.1.8.3 Regenerierung des Læsungsmittels durch Adsorption 1070
11.1.8.4 Regenerierung des çberkritischen Fluids durch Membrantrennung 1071
11.2 Ûberkritische Extraktion – aus Sicht der Industrie 1074
Stephan Pilz, Eduard Lack, Helmut Seidlitz, Volkmar Steinhagen und Kurt Stork
11.2.1 Einfçhrung – Stand der Technik 1074
11.2.2 Verfahrensfçhrung einer SFE-Anlage 1077
11.2.3 Verfahrensauslegung 1082
11.2.3.1 Produkt- und anlagenspezifische Daten 1082
11.2.4 Versuchsanlagen und Versuchsdurchfçhrungen 1096
11.2.5 Projektierung einer kommerziellen SFE-Anlage 1102
11.2.6 Betrieb von SFE-Anlagen – Betreibersicht 1116
11.2.7 Kosten 1123
11.2.8 Ausblick – Entwicklungstendenzen 1125
12 Schmelzkristallisation 1131
Joachim Ulrich und Stefan Nordhoff
12.1 Einleitung 1131
12.2 Grundlagen 1132
12.2.1 Definitionen 1132
12.2.1.1 Læsung/Schmelze 1132
12.2.1.2 Suspensions-/Schichtkristallisation 1133
12.2.1.3 Prozessfçhrung statisch/dynamisch 1137
12.2.2 Phasengleichgewichte 1138
12.2.2.1 Experimentelle Bestimmung 1143
12.2.2.2 Berechnung 1144
12.2.3 Kinetik 1145
12.2.3.1 Bedeutung der Kinetik bei der Schmelzkristallisation 1145
12.2.3.2 Reinheitskriterien 1147
12.2.4 Nachreinigungsschritte 1151
12.2.4.1 Schwitzen 1152
12.2.4.2 Waschen 1155
12.2.5 Einfache Laboruntersuchungen 1158
12.2.5.1 Flaschentest (bottle test) 1158
12.2.5.2 Kçhlfingerexperiment 1158
12.3 Verfahrensauswahl 1161
12.3.1 Anlagentyp 1161
12.3.1.1 Schichtkristallisationsprozesse 1162
12.3.1.2 Suspensionskristallisationsprozesse 1165
12.3.1.3 Vergleich von Schicht- und Suspensionskristallisation 1175
12.3.2 Auslegung/Scale-up-Regeln 1176
12.3.2.1 Auslegung von Schichtkristallisationsanlagen 1176
12.3.2.2 Energiebedarf fçr Schichtkristallisationsprozesse 1177
12.3.2.3 Vorgehensweise bei der Auslegung 1179
12.3.2.4 Scale-up 1179
12.3.3 Investitions- und Betriebskosten 1179
12.3.4 Hybridverfahren 1181
12.4 Ausgewåhlte Anwendungsbeispiele 1182
12.4.1 Wasserstoffperoxid 1182
12.4.2 Acrylsåure 1183
12.4.3 Fette 1184
12.4.4 Abwasser 1184
12.5 Konzepte fçr die Zukunft 1186
12.5.1 Bremband 1187
12.5.2 Granupure 1187
12.5.3 Waschkolonnen 1188
12.5.4 Eutectic Freezing 1188
12.5.5 Verschiebung des Eutektikums 1189
Sachverzeichnis 1197
