Mersmann / Kind / Stichlmair Thermische Verfahrenstechnik

Grundlagen und Methoden
2., wesentl. erweiterte und aktualisierte Auflage 2005
ISBN: 978-3-540-28052-1
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 644 Seiten

Reihe: Life Science and Basic Disciplines (German Language)

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.

Prof. Dr.-Ing. Arnold Mersmann war Inhaber des Lehrstuhls für Verfahrenstechnik der TU München mit den Forschungsgebieten Mehrphasenströmungen und Feststoffgrenzflächen.  Prof. Dr.-Ing. Matthias Kind ist Leiter des Instituts für Thermische Verfahrenstechnik an der Universität Karlsruhe. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Prozessentwicklung und Produktgestaltung, vor allem mittels Kristallisation und Fällung. Prof. Dr.-Ing. Johann Stichlmair ist Inhaber des Lehrstuhls für Fluidverfahrenstechnik an der TU München. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Prozesssynthese und die Apparatedimensionierung in der Thermischen Verfahrenstechnik.

Autoren/Hrsg.

Mersmann, Alfons

Kind, Matthias

Stichlmair, Johann

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Formelzeichen;13
4;Einleitung;22
5;1 Phasengleichgewichte;26
5.1;1.1 Flüssigkeit/Gas-Systeme;27
5.1.1;1.1.1 Verhalten reiner Stoffe;27
5.1.2;1.1.2 Verhalten von binären Gemischen;35
5.1.3;1.1.3 Verhalten idealer Gemische;48
5.1.4;1.1.4 Reales Verhalten von Flüssigkeitsgemischen;55
5.2;1.2 Flüssigkeit/Flüssigkeit-Systeme;78
5.3;1.3 Flüssigkeit/Feststoff-Systeme;83
5.4;1.4 Sorptionsgleichgewichte;89
5.4.1;1.4.1 Sorption einer Komponente;89
5.4.2;1.4.2 Phasenänderungs- und Bindungswärme;95
5.4.3;1.4.3 Adsorption von zwei und mehr Komponenten;97
5.4.4;1.4.4 Voraussage von Einkomponenten-Adsorptions-Isothermen;102
5.4.5;1.4.5 Molekülbasierte Voraussage von Adsorptionsisothermen;105
5.4.6;1.4.6 Voraussage von Mehrkomponenten-Adsorptions- Gleichgewichten;109
5.5;1.5 Enthalpie-Konzentrations-Diagramm;117
6;2 Grundlagen der Ein- und Mehrphasenströmung;132
6.1;2.1 Einige Gesetze der Einphasenströmung;133
6.1.1;2.1.1 Massenerhaltungssatz und Kontinuitätsgleichung;133
6.1.2;2.1.2 Wirbelfreie Bewegung und Wirbelbewegung;134
6.1.3;2.1.3 Das zähe Fluid;135
6.1.4;2.1.4 Navier-Stokes-, Euler- und Bernoulli-Gleichungen;135
6.1.5;2.1.5 Laminare und turbulente Strömung in Rohren und Öffnungen;138
6.1.6;2.1.6 Das turbulente Strömungsfeld;143
6.1.7;2.1.7 Molekularströmung und Molekulardiffusion;144
6.1.8;2.1.8 Filmströmung an senkrechten Wänden;146
6.2;2.2 Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit im senkrechten Rohr;149
6.3;2.3 Ähnlichkeitstheorie und Kennzahlen, Bedeutung der Kennzahlen;151
6.4;2.4 Kennzeichnung von Partikelsystemen;153
6.5;2.5 Durchströmte Festbetten;157
6.6;2.6 Disperse Systeme im Erdschwerefeld;158
6.6.1;2.6.1 Die Endsteig- oder Endfallgeschwindigkeit;161
6.6.2;einzelner;161
6.6.3;Teilchen;161
6.6.4;2.6.2 Volumenanteile (Fließbetten, Sprüh-, Blasen- und Tropfensäulen);165
6.7;2.7 Erzwungene Großraumströmungen in Rührwerken;170
7;3 Bilanzierung, Wärme- und Stoffübertragung;184
7.1;3.1 Einführung;184
7.2;3.2 Bilanzierung;185
7.2.1;3.2.1 Grundlagen;185
7.2.2;3.2.2 Beispiele für Bilanzierungen ohne kinetische Vorgänge;190
7.3;3.3 Wärme- und Stoffübertragung;203
7.3.1;3.3.1 Kinetische Ansätze;203
7.3.2;3.3.2 Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten;208
7.3.3;3.3.3 Beispiele für Bilanzierungen;225
7.3.4;kinetischen Vorgängen;225
8;4 Destillation, Rektifikation, Absorption;246
8.1;4.1 Destillation;247
8.1.1;4.1.1 Grundlagen;247
8.1.2;4.1.2 Kontinuierliche geschlossene Destillation;256
8.1.3;4.1.3 Diskontinuierliche offene Destillation, Batchdestillation;261
8.2;4.2 Rektifikation;265
8.2.1;4.2.1 Grundlagen;266
8.2.2;4.2.2 Kontinuierliche Rektifikation;269
8.2.3;4.2.3 Batchrektifikation;305
8.3;4.3 Absorption, Desorption;317
8.3.1;4.3.1 Absorptionsgleichgewicht;318
8.3.2;4.3.2 Physikalische Absorption;320
8.3.3;4.3.3 Chemische Absorption, Chemisorption;326
8.4;4.4 Gestaltung und Dimensionierung von Stoffaustauschkolonnen;331
8.4.1;4.4.1 Bodenkolonnen;331
8.4.2;4.4.2 Packungskolonnen;345
9;5 Extraktion;366
9.1;5.1 Phasengleichgewicht;367
9.1.1;5.1.1 Wahl des Extraktionsmittels;370
9.2;5.2 Thermodynamische Berechnung der Extraktion;371
9.2.1;5.2.1 Einstufige Extraktion;372
9.2.2;5.2.2 Vielstufige Kreuzstrom-Extraktion;374
9.2.3;5.2.3 Vielstufige Gegenstrom-Extraktion;375
9.3;5.3 Bauformen von Extraktionsapparaten;379
9.3.1;5.3.1 Apparate für die Solventextraktion;379
9.3.2;5.3.2 Wahl der dispersen Phase;384
9.3.3;5.3.3 Phasenscheider;385
9.4;5.4 Dimensionierung von Flüssig/flüssig-Extraktoren;389
9.4.1;5.4.1 Fluiddynamische Auslegung;389
9.4.2;5.4.2 Stoffübergang in Extraktraktionsapparaten;397
10;6 Verdampfen und Kondensieren;406
10.1;6.1 Verdampferbauarten;407
10.2;6.2 Vielstufenverdampfung;412
10.3;6.3 Kondensatorbauarten;420
10.4;6.4 Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren;422
10.5;6.5 Brüdenverdichtung;429
10.6;6.6 Verdampfungsverfahren;430
11;7 Kristallisation;434
11.1;7.1 Grundlagen und Gleichgewichte;434
11.1.1;7.1.1 Grundlagen;435
11.1.2;7.1.2 Gleichgewichte;438
11.2;7.2 Kristallisationsverfahren und -apparate;439
11.2.1;7.2.1 Kühlungskristallisation;440
11.2.2;7.2.2 Verdampfungskristallisation;441
11.2.3;7.2.3 Vakuumkristallisation;442
11.2.4;7.2.4 Verdrängungs- und Reaktionskristallisation;443
11.2.5;7.2.5 Kristallisationsapparate;444
11.3;7.3 Bilanzen;455
11.3.1;7.3.1 Stoffbilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators;455
11.3.2;7.3.2 Stoffbilanz des Batch-Kristallisators;460
11.3.3;7.3.3 Energiebilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators;463
11.3.4;7.3.4 Anzahlbilanz;465
11.4;7.4 Kristallisationskinetik;469
11.4.1;7.4.1 Keimbildung und metastabiler Bereich;469
11.4.2;7.4.2 Kristallwachstum;479
11.4.3;7.4.3 Aggregation und Agglomeration;486
11.4.4;7.4.4 Keimbildung und -Wachstum in MSMPR-Kristallisatoren;495
11.5;7.5 Auslegung von Kristallisatoren;497
12;8 Adsorption;504
12.1;8.1 Technische Adsorbentien;504
12.2;8.2 Adsorptionsapparate;508
12.3;8.3 Sorptionsgleichgewichte;514
12.4;8.4 Ein- und mehrstufige Adsorber;515
12.4.1;8.4.1 Die einstufige Apparatur;515
12.4.2;8.4.2 Die Kreuzstromschaltung;516
12.4.3;8.4.3 Die Gegenstromschaltung;518
12.5;8.5 Adsorptionskinetik;520
12.5.1;8.5.1 Vereinfachte Lösungen für das Festbett;525
12.5.2;8.5.2 Vereinfachte Lösung für das Einzelpartikel;530
12.5.3;8.5.3 Kinetische Transportkoeffizienten;533
12.5.4;8.5.4 Der adiabate Festbettadsorber;539
12.6;8.6 Regenerieren der Adsorbentien;545
12.7;8.7 Adsorptionsverfahren;548
13;9 Trocknung;554
13.1;9.1 Bauarten von Trocknern;555
13.2;9.2 Trocknungsgüter und Trocknungsmittel;560
13.2.1;9.2.1 Trocknungsgüter;560
13.2.2;9.2.2 Trocknungsmittel;565
13.2.3;9.2.3 Trocknen durch Strahlung;565
13.3;9.3 Die einstufige Apparatur im Enthalpie-Beladungs- Diagramm;566
13.4;9.4 Bilanzen einer mehrstufigen Apparatur;572
13.5;9.5 Strömungs- und wärmetechnische Auslegung;574
13.6;9.6 Trocknungsverlauf;575
13.6.1;9.6.1 I. Trocknungsabschnitt;576
13.6.2;9.6.2 Der Knickpunkt;579
13.6.3;9.6.3 II. Trocknungsabschnitt;580
13.7;9.7 Einige Trocknungsverfahren;585
14;10 Konzeptuelle Prozessentwicklung;590
14.1;10.1 Prozesse zur Zerlegung binärer Stoffgemische;592
14.2;10.2 Prozesse zur Zerlegung zeotroper Mehrkomponentengemische;599
14.2.1;10.2.1 Basisprozesse zur Zerlegung ternärer Gemische;600
14.2.2;10.2.2 Prozesse mit Seitenkolonnen;604
14.2.3;10.2.3 Thermische Kopplung;610
14.3;10.3 Prozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische;614
14.3.1;10.3.1 Prozesse zur Zerlegung von Heteroazeotropen;614
14.3.2;10.3.2 Druckwechselrektifikation;616
14.3.3;10.3.3 Zerlegung azeotroper Gemische unter Verwendung eines Entrainers;618
14.4;10.4 Hybridprozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische;623
14.5;10.5 Reaktivrektifikation;631
15;Literaturverzeichnis;634
15.1;Kapitel 1;634
15.2;Kapitel 2;637
15.3;Kapitel 3;639
15.4;Kapitel 4;641
15.5;Kapitel 5;644
15.6;Kapitel 6;646
15.7;Kapitel 7;648
15.8;Kapitel 8;651
15.9;Kapitel 9;653
15.10;Kapitel 10;654
16;Sachverzeichnis;656