Leseprobe zu

„Verfahrenstechnik für Ingenieure“ von Karl Schwister und Volker Leven

ISBN (Buch): 978-3-446-46136-9 ISBN (E-Book): 978-3-446-46138-3

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sowie im Buchhandel

© Carl Hanser Verlag, München

Vorwort

Das Lehr- und Übungsbuch Verfahrenstechnik für In-genieure bietet eine kompakte, verständliche und an den Bedürfnissen der Praxis ausgerichtete Gesamt-darstellung über den vielfältigen und weit verzweig-ten Bereich der Verfahrens technik. Es gibt eine ers-te Einführung in die notwendigen Grundlagen wie Thermodynamik, Kinetik, Katalyse, Strömungstech-nik sowie Statistik und behandelt natürlich die Grundverfahren der Mechanischen und Thermi-schen Verfahrenstechnik sowie die Chemische Re-ak tionstechnik. Neben den zahlreichen Übungsauf-gaben und Exkursen wird auch dem Fachfremden ein Einstieg in diese wichtige Ingenieurdisziplin er-möglicht.

Die Abgrenzung der vier Teilbereiche erfolgt nach traditionellem Verständnis. Danach basieren die Grundoperationen der Mechanischen Verfahrens-technik im Wesentlichen auf den Grundgesetzen der Mechanik. Hinzu kommen die in der Thermischen Verfahrenstechnik zusammengefassten Gesetzmäßig-keiten des Stoff- und Wärmetransports. Das kom-plexe Gebiet der Chemischen Reaktionstechnik be-schäftigt sich mit chemischen Umsetzungen, für deren quantitative Beschreibung sowohl die Ther-modynamik als auch die Kinetik benötigt wird. Bei der Anwendung der dargelegten Theorien und Be-rechnungsmethoden stoßen Studenten und Absol-venten häufig auf Probleme, die den Einstieg in Lehrveranstaltungen, Seminare oder Praktika er-schweren.

Die Zielsetzung des vorliegenden Lehr- und Übungsbuches besteht darin, den Studenten der Fach- und Vertiefungsrichtungen Verfahrenstechnik, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie, Pharma- und Kosmetikindustrie, Kunststoffindustrie, Metall-verarbeitung, Bergbau und Hüttenwesen sowie einer Reihe von Industrie- und Umweltbereichen das nö-tige Grundwissen einerseits, aber auch eine Auf-gaben samm lung von Berechnungsbeispielen und Stoffdaten andererseits, zur schnellen und erfolgrei-chen Einarbeitung an die Hand zu geben.

Ausführliche Übungsbeispiele mit Lösungen so-wie Stoffdaten, Glossar und Formeln sind auf der Webseite des Buches abrufbar. Weitere Informa-tionen für den Download der Daten finden Sie auf S. 381.

Besonders bedanken möchten wir uns bei Frau Antje Kim Fraedrich für die Konzeption und Erstel-lung der Aufgabensammlung. Herrn Klaus Vogel-sang und Frau Janine Mater möchten wir für das Korrekturlesen danken.

Wie immer sind allein wir für die in diesem Buch enthaltenen Fehler verantwortlich.

Düsseldorf, im Juni 2019 Volker Leven und Karl Schwister

Inhalt

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

VTG – Verfahrenstechnische Grundlagen . . 13

1 Physikalische Größen und Einheitensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.1 Größen und Größenarten . . . . . . . . . . . . . . 141.2 Größen- und Zahlen wertgleichungen . . . . 161.3 Zustandsgrößen und Prozessgrößen . . . . 171.4 Zustandsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5 Gehalts- und Konzentra tionsangaben . . . 19

1.5.1 Massenanteil . . . . . . . . . . . . . . 201.5.2 Stoffmengenanteil . . . . . . . . . . 201.5.3 Volumenanteil . . . . . . . . . . . . . 211.5.4 Massenkonzentration . . . . . . . 211.5.5 Stoffmengenkonzentration . . . 211.5.6 Volumenkonzentration . . . . . . 211.5.7 Molalität . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.5.8 Aktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.6 Umrechnungen und Mischungs- rechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2 Statistische Grundlagen . . . . . . . . . . . 252.1 Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1.1 Grobe Abweichung von Messwerten . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1.2 Systematische Abweichung von Messwerten . . . . . . . . . . . 25

2.1.3 Zufällige Abweichung von Messwerten . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2 Darstellung von Messreihen . . . . . . . . . . . 262.3 Erfassung der Messwert abweichung . . . . . 29

2.3.1 Normalverteilung nach Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3.2 Standardabweichung . . . . . . . 302.3.3 Vertrauensbereich . . . . . . . . . . 31

2.4 Fehlerfortpflanzung . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.4.1 Methode der oberen und

unteren Grenze . . . . . . . . . . . . 322.4.2 Gausssche Fehler-

fortpflanzung . . . . . . . . . . . . . . 332.4.3 Lineare Fehlerfortpflanzung . 33

2.5 Grafische Auswertung von Messdaten . . . 342.5.1 Lineare und nichtlineare

Skalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.5.2 Anfertigung einer grafischen

Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.3 Grafische Auswertung linearer

Zusammenhänge . . . . . . . . . . . 36

3 Aggregatzustände und Phasenlehre . 383.1 Gasförmiger Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.1 Ideales Gas . . . . . . . . . . . . . . . . 383.1.2 Gasgemische . . . . . . . . . . . . . . 403.1.3 Reale Gase . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2 Flüssiger Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.2.1 Dichte und Volumen-

ausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . 453.2.2 Viskosität von Flüssigkeiten . 473.2.3 Oberflächenspannung . . . . . . 48

3.3 Fester Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.3.1 Kristallgitter und Kristall-

systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.3.2 Methoden zur Ermittlung

der Festkörperstruktur . . . . . . 513.4 Phasenumwandlung von Reinstoffen . . . 52

3.4.1 Druck-Temperatur-Phasen-diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.4.2 Clausius-Clapeyron- Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.4.3 Regel von Trouton . . . . . . . . . 553.5 Binäre Phasen gleich gewichte . . . . . . . . . . 553.6 Ternäre Phasen gleich gewichte . . . . . . . . . 59

8 Inhalt

3.7 Verdünnte Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.7.1 Kolligative Eigenschaften . . . . 603.7.2 Löslichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4 Strömungstechnische Grundbegriffe 654.1 Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 654.2 Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . 664.3 Strömung ohne Reibung . . . . . . . . . . . . . . 67

4.3.1 Gleichung von Bernoulli . . . . 674.3.2 Gleichung von Torricelli . . . 69

4.4 Strömung mit Reibung . . . . . . . . . . . . . . . 704.4.1 Viskosität . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.4.2 Widerstandsbeiwert . . . . . . . . 71

4.5 Rohrströmung mit Reibung . . . . . . . . . . . 724.5.1 Laminare Strömung . . . . . . . . 724.5.2 Turbulente Strömung . . . . . . . 734.5.3 Druckverlust in Rohrleitungen 734.5.4 Druckverlust in Formstücken

und Armaturen . . . . . . . . . . . . 75

5 Produktionstechnische Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

5.1 Verfahrensentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . 765.2 Verfahrensinformationen . . . . . . . . . . . . . . 775.3 Fließschemata von Anlagen . . . . . . . . . . . 78

5.3.1 Grundfließschema . . . . . . . . . . 795.3.2 Verfahrensfließschema . . . . . . 795.3.3 Rohrleitungs- und

Instrumenten fließschema . . . 805.3.4 Mess- und Regelschema . . . . . 82

5.4 Stoffdaten und Verfahrensablauf . . . . . . . 825.4.1 Stoffdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 825.4.2 Sicherheitstechnische Daten . 835.4.3 Toxikologische Daten . . . . . . . 84

5.5 Scale-up – Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

CRT – Chemische Reaktionstechnik . . . . . . . 87

6 Grundlagen der Reaktionstechnik . . . 886.1 Einführung und Grundbegriffe . . . . . . . . 88

6.1.1 Klassifizierung chemischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.1.2 Beurteilungsgrößen und Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.2 Chemische Thermo dynamik . . . . . . . . . . . 926.2.1 Systeme und Zustandsgrößen 92

6.2.2 Erster Hauptsatz . . . . . . . . . . . 926.2.3 Standardenthalpien . . . . . . . . 936.2.4 Zweiter Hauptsatz . . . . . . . . . . 946.2.5 Chemisches Gleichgewicht . . 96

6.3 Stoff- und Wärme bilanzen . . . . . . . . . . . . 986.3.1 Transportprozesse . . . . . . . . . 996.3.2 Erhaltungssätze . . . . . . . . . . . . 100

7 Kinetik chemischer Reaktionen . . . . . 1027.1 Reaktions geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . 1027.2 Gesetze der Reaktions kinetik . . . . . . . . . . 103

7.2.1 Differenzialgleichungen . . . . . 1047.2.2 Reaktionen nullter Ordnung . 1057.2.3 Reaktionen erster Ordnung . . 1057.2.4 Reaktionen zweiter Ordnung 1077.2.5 Reaktionen dritter Ordnung . . 1087.2.6 Molekularität einer Reaktion 109

7.3 Bestimmung von Reaktionsordnungen . . 1097.3.1 Differenzialmethode . . . . . . . . 1107.3.2 Methode der Anfangs-

geschwindigkeiten . . . . . . . . . 1107.3.3 Integrationsmethode . . . . . . . . 1117.3.4 Halbwertszeitmethode . . . . . . 1117.3.5 Konzentrationsabhängige

Messgrößen . . . . . . . . . . . . . . . 1117.3.6 Experimentelle Bestimmungs-

methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . 1127.4 Kinetik komplexer Reaktionen . . . . . . . . . 113

7.4.1 Gleichgewichtsreaktionen . . . 1147.4.2 Parallelreaktionen . . . . . . . . . . 1157.4.3 Folgereaktionen . . . . . . . . . . . . 116

7.5 Theorie der Reaktions geschwindigkeit . . 1177.5.1 Temperaturabhängigkeit der

Reaktionsgeschwindigkeit . . . 1187.5.2 Theorie des aktivierten

Komplexes . . . . . . . . . . . . . . . . 120

8 Aktivierung von Reaktionen und Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.1 Aktivierung von Reaktionsprozessen . . . . 1238.1.1 Thermische Aktivierung . . . . 1238.1.2 Katalytische Aktivierung . . . . 1248.1.3 Aktivierung durch Initiator-

zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268.1.4 Biokatalytische Aktivierung . 1268.1.5 Fotochemische Aktivierung . . 128

8.2 Homogene und heterogene Systeme . . . . . 128

9Inhalt

8.3 Heterogene Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 1288.3.1 Heterogene Reaktionen mit

Feststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . 1288.3.2 Heterogene Reaktionen mit

Fluiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1348.3.3 Reaktionsablauf . . . . . . . . . . . . 135

8.4 Homogene Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 1368.4.1 Einphasige Reaktionssysteme 1378.4.2 Säure- und Basenkatalyse . . . 1388.4.3 Enzymkatalytische Reaktionen 1408.4.4 Reversible Hemmung von

Enzymen . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

9 Ideale Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 1469.1 Klassifizierung von Reaktoren . . . . . . . . . 146

9.1.1 Allgemeine Betriebsformen . . 1469.1.2 Vermischung im Reaktor . . . . 1479.1.3 Wärmetechnische Betriebs-

formen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.1.4 Grundtypen chemischer

Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.1.5 Stoff- und Wärmebilanzen . . . 151

9.2 Diskontinuierlich betriebener Rührkessel 1529.2.1 Isotherm betriebener

Rührkessel . . . . . . . . . . . . . . . . 1539.2.2 Adiabat betriebener

Rührkessel . . . . . . . . . . . . . . . . 1549.2.3 Polytrop betriebener

Rührkessel . . . . . . . . . . . . . . . . 1559.3 Kontinuierliche Betriebs führung ohne

Rückvermischung der Reaktionsmasse . . 1569.4 Kontinuierliche Betriebsführung mit

Rückvermischung der Reaktionsmasse . . 1599.5 Rührkesselkaskade . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

9.5.1 Gestaltung und stoffliche Bilanzierung . . . . . . . . . . . . . . 162

9.5.2 Berechnung von Rührkessel-kaskaden . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

9.6 Vergleichende Betrachtung der Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

10 Reale Reaktoren und Verweilzeit­verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

10.1 Abweichungen vom idealen Verhalten . . . 16810.2 Verweilzeit unter suchungen zur

Charakterisierung des Vermischungs-verhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

10.2.1 Verweilzeitspektrum und Verweilzeit-Summenfunktion 170

10.2.2 Messung der Verweilzeit-verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . 171

10.3 Berechnung und Aus wertung von Verweil zeit verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . 17210.3.1 Idealer kontinuierlicher

Rührreaktor . . . . . . . . . . . . . . . 17210.3.2 Kaskade von kontinuierlich

betriebenen idealen Rührreaktoren . . . . . . . . . . . . . 173

10.3.3 Laminar durchströmter Rohrreaktor . . . . . . . . . . . . . . . 174

10.4 Reaktoren mit realem Verhalten . . . . . . . 17510.4.1 Dispersionsmodell . . . . . . . . . 17510.4.2 Kaskadenmodell . . . . . . . . . . . 17810.4.3 Berechnungsbeispiele . . . . . . . 179

MVT – Mechanische Verfahrenstechnik – Grundoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . 183

11 Charakterisierung von Partikeln und dispersen Systemen . . . . . . . . . . . . . . 184

11.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18411.2 Partikelgrößen und Merkmale . . . . . . . . . 18511.3 Kenngrößen einer Verteilung . . . . . . . . . . 187

11.3.1 Verteilungssumme . . . . . . . . . 18711.3.2 Verteilungsdichte . . . . . . . . . . 188

11.4 Verteilungsgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19011.4.1 Potenzverteilung nach Gates-

Gaudin-Schumann . . . . . . . . . 19111.4.2 Gausssche Normalverteilungs-

funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19111.4.3 Logarithmische Normal-

verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . 19211.4.4 RRSB-Verteilung . . . . . . . . . . . 19211.4.5 Vergleich der Verteilungen

und Kennwerte . . . . . . . . . . . . 19311.5 Messen einer Partikel größenverteilung . . 195

12 Zerteilung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen . . . . . . . . . . . 198

12.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19812.2 Zerkleinerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

12.2.1 Näherungsformeln . . . . . . . . . 20012.2.2 Zerkleinerungsgrad . . . . . . . . 201

10 Inhalt

12.2.3 Bruchvorgang . . . . . . . . . . . . . 20112.2.4 Zerkleinerungsmaschinen . . . 202

12.3 Flüssigkeitszerteilung . . . . . . . . . . . . . . . . 20412.3.1 Berieselung . . . . . . . . . . . . . . . 20412.3.2 Zerstäubung . . . . . . . . . . . . . . . 20412.3.3 Zerspritzung . . . . . . . . . . . . . . 208

12.4 Begasung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

13 Trennen disperser Systeme . . . . . . . . 21113.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21113.2 Absetzprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

13.2.1 Sedimenter . . . . . . . . . . . . . . . . 21513.2.2 Trennschärfe und

Abscheidegrad . . . . . . . . . . . . . 21713.2.3 Zentrifuge . . . . . . . . . . . . . . . . 21913.2.4 Zyklone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22413.2.5 Koagulation und Flokkulation 22713.2.6 Flotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

13.3 Filtrationsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22813.3.1 Kuchenfiltration . . . . . . . . . . . 22913.3.2 Querstromfiltration . . . . . . . . . 23313.3.3 Tiefenfiltration . . . . . . . . . . . . . 235

14 Mischen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23814.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23814.2 Mischen von Feststoffen . . . . . . . . . . . . . . 24014.3 Statisches Mischen von Fluiden . . . . . . . . 24314.4 Dynamisches Mischen von Flüssigkeiten 245

14.4.1 Laminarer Bereich . . . . . . . . . 24814.4.2 Turbulenter Bereich . . . . . . . . 24914.4.3 Übergangsbereich . . . . . . . . . . 24914.4.4 Rühren von nicht-Newton-

schen Flüssigkeiten . . . . . . . . 25014.4.5 Scale-up – Maßstabs-

übertragung . . . . . . . . . . . . . . . 25014.4.6 Weitere Anwendungsgebiete 251

15 Agglomerieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25415.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25415.2 Einteilung der Agglomeration . . . . . . . . . 255

15.2.1 Aufbauagglomeration (Pelletieren) . . . . . . . . . . . . . . . 255

15.2.2 Pressagglomeration (Formpressen) . . . . . . . . . . . . . 257

16 Transport von Stoffen . . . . . . . . . . . . . 26016.1 Arten der Förderung . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

16.2 Transport von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . 26016.2.1 Verdrängungspumpen . . . . . . 26116.2.2 Zentrifugalpumpen . . . . . . . . . 26216.2.3 Strahlpumpen . . . . . . . . . . . . . 26316.2.4 Berechnungen . . . . . . . . . . . . . 264

16.3 Transport von Gasen . . . . . . . . . . . . . . . . 26816.3.1 Lüfter und Gebläse . . . . . . . . . 26816.3.2 Verdichter . . . . . . . . . . . . . . . . 271

16.4 Feststoffförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27416.4.1 Gurt-, Gliederbandförderer

und Becherwerke . . . . . . . . . . 27416.4.2 Schnecken- und

Spiralförderer . . . . . . . . . . . . . 27516.4.3 Pneumatische Förderung . . . . 275

TVT – Thermische Verfahrenstechnik – Grundoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . 279

17 Verdampfen und Kondensieren . . . . . 28017.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

17.1.1 Dampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28217.1.2 Wärmeübertragung . . . . . . . . 28317.1.3 Wärmeaustauscher . . . . . . . . . 286

17.2 Verdampfen und Eindampfen . . . . . . . . . 288

18 Kristallisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29018.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29018.2 Berechnungen zur Kristallisation . . . . . . 29118.3 Technische Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . 294

19 Trocknen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29519.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29519.2 Trocknungsarten und Trocknungs-

kurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29919.3 Bauarten von Trocknern . . . . . . . . . . . . . . . 301

20 Destillation und Rektifikation . . . . . . . 30220.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

20.1.1 Ideales Zweistoffgemisch . . . . 30220.1.2 Reales Zweistoffgemisch . . . . 30820.1.3 Mischungslücken . . . . . . . . . . 310

20.2 Destillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31220.2.1 Absatzweise (einfache)

Destillation . . . . . . . . . . . . . . . . 31220.2.2 Fraktionierte Destillation . . . . 31620.2.3 Kontinuierliche Destillation . . 317

11Inhalt

20.2.4 Trägerdampfdestillation . . . . . 31820.2.5 Vakuumdestillation . . . . . . . . . 319

20.3 Rektifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31920.3.1 Grundlagen der Rektifikation 32020.3.2 Bilanzen an einer Rekti-

fikations kolonne . . . . . . . . . . . 32320.3.3 Wärmebedarf und Heiz-

leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33420.3.4 Füllkörper- und Packungs -

kolonnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33620.3.5 Rektifikationsverfahren . . . . . 338

21 Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34221.1 Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

21.1.1 Grundlagen der Absorption . . 34221.1.2 Bilanzierung und Berechnung 34721.1.3 NTU/HTU-Konzept für die

Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . 35321.1.4 Kenngrößen eines Absorbers 357

21.1.5 Wärmebilanz bei der Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . 358

21.1.6 Anwendung der Absorption . . 36021.2 Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

21.2.1 Grundlagen der Adsorption . . 36221.2.2 Adsorptionsmittel . . . . . . . . . . 36421.2.3 Beispiele einiger Adsorptions-

mittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36521.2.4 Mechanismen der Adsorption 36721.2.5 Bilanzierung von Adsorbern . 37521.2.6 Wärmebilanz an einem

Festbettadsorber . . . . . . . . . . . 37821.2.7 Technische Anwendungen

und Bauformen . . . . . . . . . . . . 379

Hinweise zum Zusatzmaterial . . . . . . . . . . . . 381

Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

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VTG Verfahrenstechnische Grundlagen

1 Physikalische Größen und Einheitensysteme2 Statistische Grundlagen3 Aggregatzustände und Phasen4 Strömungstechnische Grundbegriffe5 Produktionstechnische Grundbegriffe

einer Strömung, einer Wärmeübertragung oder des Stofftransports ist in allen Fällen mit der inneren und äußeren Reibung zu begründen. Bei der Über-tragung der Wärme werden Teilchen mit hoher ther mischer Bewegung Energie an benachbarte Teil-chen abgeben. Strömungsimpulse entstehen, wenn schnelle auf langsame Teilchen treffen. Der Stoff-transport entsteht, wenn Teilchen aufgrund ihrer kinetischen Bewegungsenergie in andere Bereiche vordringen. Alle Vorgänge, die auf eine submikros-kopische Bewegung von Teilchen zurückzuführen sind, lassen sich mit mathematischen Gleichungen beschreiben.

In diesem Teil des Buches werden neben grund-legenden naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkei-ten die verfahrenstechnischen Grundlagen bespro-chen. Es geht um Definitionen von Begriffen, um das Vergrößern von Laborverfahren in den Produktions-maßstab (Scale-up) und um chemische Stoffum-wandlungsprozesse in verschiedenen Reaktionsap-paraten. Daneben werden Transportvorgänge von Fluiden, Wärme und Stoffen in ihren physikalischen Grundprinzipien dargestellt. Bei diesen drei Er-scheinungsformen handelt es sich um Ausgleichs-vorgänge auf submikroskopischer Ebene, bei denen Volumenelemente sich gegeneinander verschieben oder aneinander reiben können. Der Widerstand

1 Physikalische Größen und Einheitensysteme

1 .1 Größen und GrößenartenEin wesentliches Ziel der naturwissenschaftlichen und technischen Forschung ist die Beschreibung der in der Natur ablaufenden Vorgänge bzw. der technischen Prozesse durch mathematische Glei-chungen. Diese werden entweder durch Experimen-te oder durch theoretische Überlegungen erhalten. Diese Gleichungen stellen einen funktionalen Zu-sammenhang zwischen den für den betrachteten Prozess maßgeblichen erfassbaren Eigenschaften oder Erscheinungen des Systems her, die auch allge-mein Einflussgrößen genannt werden. Solche Grö-ßen sind z. B. Länge, Masse, Zeit, Stromstärke, Kon-zentration, Arbeit oder Energie. Jede dieser Größen G lässt sich aufspalten in ein Produkt aus dem Zah­lenwert {G} und der dazugehörigen Einheit [G]:

G = {G} · [G] (1-1)

Die Einheit ist eine willkürlich wählbare, aber ver-einbarte Größe der gleichen Art wie die betrachtete Größe. Die physikalische Größe der Zeit t = 60 s be-steht beispielsweise aus dem Zahlenwert {t} = 60 und der Einheit [t] = s. Statt der Einheit „Sekunde“ kann auch eine andere Zeiteinheit verwendet wer-den, z. B. „Minute“ oder „Stunde“.

Eine Gleichung zwischen verschiedenen Ein-flussgrößen (Größengleichung) beinhaltet immer die Arten (Einheiten) dieser Größe und deren Zah-lenwerte. Größengleichungen sind daher im Unter-schied zu den reinen Zahlenwertgleichungen (z. B.: 4 · 2 = 8) auch Einheitengleichungen. Eine Größen-gleichung ist demzufolge auch nur dann erfüllt, wenn Zahlenwert und Einheit auf beiden Seiten übereinstimmen.

Gleichartige Größen werden unter dem Begriff Größenarten zusammengefasst. So stellen die Grö-ßen Arbeit und Wärme etwas grundsätzlich anderes dar, gehören jedoch beide der gemeinsamen Grö-ßenart Energie an. Der überwiegende Teil der physi-kalischen und chemischen Größenarten ist durch Naturgesetze miteinander verknüpft. Einige müssen jedoch unabhängig voneinander festgelegt werden. Sie werden als Grundgrößenarten oder Basisgrö­ßen bezeichnet. Aus diesen Basisgrößen werden die abgeleiteten Größen definiert.

Bisher existierte eine Vielzahl von Einheitensys-temen, z. B. das physikalische und das technische Einheitensystem u. v. a.; daneben kommen noch die britischen und US-Einheitensysteme. Die Gremien der Meterkonvention haben das sog. Internationa­le  Einheitensystem (Système International d’Uni-tés = SI) empfohlen. Durch das „Gesetz über Einhei-ten im Meßwesen“ vom 2. Juli 1969 wurde das Internationale Einheitensystem für die Bundesrepu-blik Deutsch land gesetzlich vorgeschrieben Die Ba-sisgrößen, Basiseinheiten und Einheitenzeichen sind in Tabelle 1.1 gezeigt.

Tabelle 1 .1 SI-Basisgrößen und Basiseinheiten

Basisgröße BasiseinheitName

Länge

Masse

Zeit

Stromstärke

Temperatur

Stoffmenge

Lichtstärke

Meter

Kilogramm

Sekunde

Ampere

Kelvin

Mol

Candela

Einheiten-zeichen

m

kg

s

A

K

mol

cd

1.1 Größen und Größenarten 15

1Die Basiseinheiten des Internationalen Einhei-tensystems sind gegenwärtig wie folgt definiert:

1 Meter ist gleich der Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/299 792 458 Sekunden durchläuft.

1 Kilogramm ist die Masse des Internationalen Kilogrammprototyps in Paris, einem Zylinder aus einer Pt-Ir-Legierung von 39 mm Höhe und glei-chem Durchmesser.

1 Sekunde ist die Zeitdauer von 9 192 631 770 Schwingungsperioden der Strahlung des 133-Cä-sium isotops.

1 Ampere ist die Stärke eines zeitlich unverän-derlichen Stromes, der durch zwei im Vakuum par-allel im Abstand von 1 m voneinander angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachläs-sigbar kleinem Querschnitt fließend zwischen die-sen Leitern elektrodynamisch eine längenbezogene Kraft von 2 · 10–7 Newton je 1 m Leiterlänge hervor-rufen würde.

1 Kelvin ist der 273,16te Teil der thermodyna-mischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser genau definierter Isotopenzusammensetzung.

1 Candela ist die Lichtstärke einer monochro-matischen Strahlungsquelle mit einer Frequenz von exakt 540 · 1012 Hz, deren Strahlstärke in die her-ausgegriffene Richtung 1/683 W/sr beträgt.

1 Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das so viele Teilchen enthält, wie Atome in 0,012 kg des Kohlenstoffisotops 12C enthalten sind. (Diese Zahl

NA = 6,022 141 · 1023 Atome/Mol heißt Avogadro-Konstante.)

Dezimale Vielfache und Teile von Einheiten wer-den durch Voransetzen von Präfixen ausgedrückt (vgl. Tabelle 1.2).

Die Vielzahl möglicher Größen lässt sich auf die sieben Basisgrößen zurückführen. Eine Basisgröße kann nicht weiter auf andere Größen reduziert wer-den. Daher gibt es für eine Basisgröße keine Defini-tion, sondern nur eine Messvorschrift, mit der ihre Einheit festgelegt wird.

Exkurs 1 .1 Vom Urmeter bis zur Neudefinition der Längen-einheit Meter

Die ist seit Ende des 18. Jahrhundertsin Gebrauch. Der Ursprung ist ein Beschluss derfranzösischen Nationalversammlung, ein einheitlichesLängenmaß zu schaffen. Das Königreich Bayern trat 1870,noch vor der Reichsgründung, der InternationalenMeterkonvention bei und erhielt als einer der damals 27beteiligten Staaten eine offizielle Kopie des Prototyps von1889 aus einer Platin-Iridium-Legierung. Während des 3.Reiches musste Bayern ein Exemplar an die Physikalisch-Technische Reichsanstalt Berlin abgeben.

Der wurde erst 1960 abgelöst, als dieGeneralkonferenz für Maß und Gewicht das Meter als das1 650 763,73-Fache der Wellenlänge der von Atomen desNuklids Krypton-86 im Vakuum ausgesandten Strahlungdefinierte. Damit wurde eine etwas höhere Genauigkeitdefiniert.

Da die früheren Definitionen des Urmeters auf der Basis desinternationalen Prototyps bzw. einer bestimmten Wellenlängeim Vergleich zur mit Atomuhren gemessenen SI-BasiseinheitSekunde relativ ungenau waren, entschloss man sich, dasMeter neu zu definieren. Seit 1983 ist die

wie folgt festgelegt:

ist die Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeitvon 1 / 299 792 458 Sekunden durchläuft.

Längeneinheit Meter

Meterprototyp

SI-BasiseinheitMeter

1 Meter

Alle anderen Größen sind abgeleitete Größen und können entsprechend ihrer Definition als solche dargestellt werden. Als Beispiel einer abgeleiteten Größe soll die Kraft betrachtet werden. Für sie gilt das physikalische Gesetz:

Kraft = Masse · BeschleunigungF = m · a

Mit der Masse m = 1 kg als Basisgröße und der Be-schleunigung a = 1 m/s2 als bereits abgeleitete Grö-ßenart ergibt sich:

Tabelle 1 .2 Präfixe für dezimale Vielfache und Teile von Ein-heiten (DIN 1301, Auszug)

Präfixe Kurz-zeichen

Bedeutung der Präfixe

ExaPetaTeraGigaMegaKiloHektoDeka

DeziZentiMilliMikroNanoPikoFemtoAtto

EPTGMkhda

dcmµnpfa

10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit

18

15

12

9

6

3

2

1

10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit10 -Faches der Einheit

–1

–2

–3

–6

–9

–12

–15

–18

1 Physikalische Größen und Einheitensysteme16

F = m · a = 1 kg · 1 m/s2 = 1 kg · m/s2 = 1 N

Die abgeleitete Einheit kg · m · s−2 hat die neue Be-zeichnung Newton erhalten. 1 N ist daher die Kraft F, die der Masse m = 1 kg die Beschleunigung a = 1 m/s2 erteilt.

Tabelle 1 .3 Einige abgeleitete Größenarten und Einheiten des Internationalen Einheitensystems

Größenart Einheit physikal.Gleichung

N (Newton)

Pa (Pascal)

J (Joule)

W (Watt)

Hz (Herz)

Kraft

Druck

Energie

Leistung

Frequenz

F = m a

p = F / A

W = F s

P = W / t

f = / t

�

�

1

Einheiten-gleichung

N = kg m / s

Pa = kg / (m s )

J = kg m / s

W = kg m / s

Hz = 1/s

�

�

�

�

2

2

2 2

2 3

Viele der häufig verwendeten Einheiten sind keine SI-Einheiten. Sie sind jedoch Vielfache von SI-Ein-heiten, wie z. B. die Einheit Liter (1 l = 10–3 m3). In der folgenden Tabelle 1.4 sind einige gebräuchliche Umrechnungsfaktoren für übliche Einheiten zusam-mengestellt.

Tabelle 1 .4 Umrechnungsfaktoren häufig verwendeter Einheiten

Basisgröße BasiseinheitName

Einheiten-zeichen

Minute (min)

Stunde (h)

Tag (d)

Jahr (a)

1 min = 60 s

1 h = 3 600 s

1 d = 86 400 s

1 a = 31 536 000 s

Zeit ( )t

Länge ( )l

Volumen ( )V

Druck ( )p

Energie ( )E

Liter (l)

Bar (bar)

Elektronvolt (eV)

1 l = 10 m–3 3

1 bar = 100 000 Pa1 eV = 1,602 · 10 J–19

1 A = 10 m–10Angström (A)

1 .2 Größen­ und Zahlen­wertgleichungen

Größengleichungen sind im Unterschied zu den frü-her häufig verwendeten Zahlenwertgleichungen un-abhängig von den verwendeten Einheiten und ent-halten daher auch keine Umrechnungsfaktoren. Es

ist daher zweckmäßig, Definitionen und Gesetze stets als Größengleichungen anzugeben.

Größengleichungen sind Gleichungen zwischen physikalischen Größen. Sie enthalten nur die Sym-bole der physikalischen Größen und Zahlenwerte, die aus mathematischen Operationen entstanden sind. Andere Zahlenwerte oder Zeichen, die aus der Umrechnung unterschiedlicher Einheiten stammen, enthalten sie nicht.

In Größengleichungen ist die physikalische Grö-ße vollständig angegeben, also als Produkt aus Zah-lenwert und Einheit. Folgendes Beispiel soll diesen Sachverhalt verdeutlichen:

Kraft = Masse · BeschleunigungF = m · g

Bei einer Masse von m = 90 kg sind der Zahlenwert {m} = 90 und die Einheit [m] = kg in die Größenglei-chung einzusetzen. Mit der Fallbeschleunigung von g = 9,81 m/s2 ist ebenso zu verfahren. Im Inter natio-nalen Einheitensystem ergibt sich:

F m g= ⋅ = ⋅ = ⋅90 9 81 882 9kg , m/s , kg m/ s2 2

Mit 1 kg · m/s2 = 1 N ist die Kraft F = 882,9 N.Im Technischen Einheitensystem wäre

m Fg

= = = ⋅909 81

9 17kp

, m/s, kp s

m2

2

Wird die Kraft F = 882,9 N in die Krafteinheit des Technischen Einheitensystems umgerechnet, so er-gibt sich mit 1 kp = 9,81 N:

F = 882,9 N = 882,9 N · (1/9,81) · kp/N = 90 kp

Mathematische Beziehungen zwischen reinen Zah-len werden Zahlenwertgleichungen genannt. Sie werden nur in Sonderfällen verwendet, z. B. bei der Umrechnung verschiedener Temperatureinheiten. Die gebräuchlichste Einheit ist Grad Celsius. In den USA ist auch die Einheit degree Fahrenheit in Ge-brauch. Die meistverwendete Einheit für wissen-schaftliche Zwecke ist das Kelvin.

Die Zahlenwerte der unterschiedlichen Einhei-ten sind durch Zahlenwertgleichungen verknüpft. Die Umrechnung einer Temperaturangabe von Fah-

1.3 Zustandsgrößen und Prozessgrößen 17

1renheit in Celsius ist in dem folgenden Beispiel ge-zeigt:

{ϑC} = 0,5556 · ({ϑF} − 32) (1-2)

Nach Gleichung (1-2) lässt sich der Zahlenwert der Celsius-Temperatur errechnen. Für die Tempe-ratur nach der Fahrenheit-Skala ist der reine Zah-lenwert einzusetzen. Für 140 °F ergibt sich bei-spielsweise:

{ϑC} = 0,5556 · (140 − 32) = 60

Weitere Temperaturumrechnungsformeln sind in Tabelle 1.5 zusammengestellt.

Tabelle 1 .5 Temperaturumrechnungsformeln häufig verwen-dete Einheiten wie Grad Celsius (°C), Grad Fahrenheit (°F), Kelvin (K), Grad Rankine (°Ra) und Grad Réaumur (°Re)

Umrechnungsformeln

{ } = 0,5556 · ({ } – 32){ } = (1,80 · { }) + 32

C F

F C

{ } = 0,5556 · ({ } – 491,67){ } = (1,80 · { }) + 491,67

C Ra

Ra C

{ } = { } – 273,15{ } = { } + 273,15

C

C

TT

{ } = 1,25 · { }{ } = 0,80 · { }

C Re

Re C

Grad Celsius Grad Farenheit

Grad Celsius Grad Réaumur

Grad Celsius Kelvin

Grad Celsius Grad Rankine

Neben diesen wichtigsten Temperaturskalen gibt es noch eine Reihe veralteter Skalen, wie die nach Delisle, Newton oder RØmer.

1 .3 Zustandsgrößen und Prozessgrößen

Eine Zustandsgröße (Zustandsvariable) ist eine physikalische Größe oder ein Parameter in einer Zustands gleichung, die nur vom aktuellen Zustand eines betrachteten Systems abhängt. Der Weg, auf dem dieser Zustand erreicht wurde, ist daher nicht von Interesse. Eine Zustandsgröße beschreibt nur eine Eigenschaft des Systems in diesem Zustand.

Temperatur, Druck, Masse, Dichte, Energie und En-tropie sind Beispiele von Z ustandsgrößen.

In der Thermodynamik wird ein System eindeu-tig beschrieben, beispielsweise durch Angabe der Zustandsgrößen Druck p, Temperatur T, Volumen V, Stoffmenge n bzw. Masse m, Enthalpie H und Entro-pie S. Diese Zustandsgrößen bleiben konstant, wenn sich das System im thermodynamischen Gleichge-wicht befindet.

Physikalische Größen, die den Zustand eines thermodynamischen Systems beschreiben, werden thermodynamische Zustandsgrößen genannt. Es wird unterschieden:

Thermische Zustandsgrößen: Temperatur T, Volumen V und Druck p.

Kalorische Zustandsgrößen: Innere Energie U, Enthalpie H, Entropie S und weitere.

Spezifische Zustandsgrößen: Physikalische Größen, die in der Regel auf die Masse eines Stoffes oder Körpers oder auf Raumdimensionen eines Sys-tems (Volumen, Flächeninhalt, Länge) bezogen sind. Nach DIN-Norm ist der Begriff spezifisch jedoch nur für den Massenbezug reserviert. Spezifische Größen werden mit Kleinbuchstaben bezeichnet (Ausnah-men: Masse m und Stoffmenge n). Beispiel: Spezifi-sches Volumen v = V /m.

Molare Zustandsgrößen: Auf die Stoffmenge n (Substanzmenge, Molmenge) bezogene Zustands-größen, auch stoffmengenbezogene Zustandsgrößen genannt. Sie werden durch den Index m gekenn-zeichnet. Beispiel: Molares Volumen Vm = V / n.

Extensive Zustandsgrößen: Physikalische Grö-ßen, die zur Teilchenzahl proportional sind. Der Wert einer solchen Zustandsgröße ändert sich mit der Größe des betrachteten Systems. Beispiele sind Masse m, Stoffmenge n, Volumen V, Enthalpie H und Entropie S. Das Pendant der extensiven Größe ist die intensive Größe.

Intensive Zustandsgrößen: Physikalische Grö-ßen, die sich bei unterschiedlicher Größe des be-trachteten Systems nicht ändern. Es werden sys­tem eigene intensive Größen wie beispielsweise Temperatur T und Druck p und stoffeigene inten­sive Größen wie alle spezifischen und molaren Grö-ßen unterschieden.

Es ist natürlich auch möglich, extensive in inten-sive Größen umzuwandeln, indem diese auf eine

Sachwortverzeichnis

AAbgas 359Abgeberphase 342Abhängigkeit der Reynolds-Zahl und

des Widerstandsbeiwerts 214Ablaufstrom 317Abschätzung der Messunsicherheit 31Abscheidegrad 217Abscheiden 219Absenkung des Druckes 319Absetzen 211Absetzprozesse 211Absorbat 342Absorbens 342Absorbensverhältnis 347, 351Absorpt 342Absorption 342Absorption von CO2 358Absorption, physikalische 343Absorptionsgeschwindigkeit 370Absorptionsgrad 357Absorptionskolonne 360Absorptiv 342Abstoßung zwischen den Molekülen 58Abtrennen unerwünschter

Komponenten 198Abtriebsgerade 325Abtriebsteil 323Abweichung von Messwerten, grobe

25Abweichung von Messwerten,

systematische 25Abweichungen der Messwerte 25Abweichung vom idealen Verhalten

168Addition, quadratische 33adiabatisch 92Adsorbens 132Adsorber, diskontinuierlich betriebene

379

Adsorption 342, 362Adsorptionsanlage, (quasi)

kontinuierliche 380Adsorptionsbetrieb, kontinuierlicher

380Adsorptionsisobare 368Adsorptionsisothermen 368Adsorptionsmittel 364 f.Adsorptiv 132Agglomerieren 254 ff .Aggregatzustände und Phasenlehre

38 ff .Aktivierung der C=C-Doppelbindung

139Aktivierung der C=O-Bindung 139Aktivierung der N-Bindung 139Aktivierung durch Initiatorzerfall 126Aktivierung von Reaktionen und

Katalyse 122 ff .Aktivierung von Reaktionsprozessen

123Aktivierung, biokatalytische 126Aktivierung, fotochemische 128Aktivierung, katalytische 124Aktivierung, thermische 123Aktivierungsenergie 118Aktivität 22, 125Aktivkohle 365amorph 49Ampere 15Analyse, elektrische 196Analyse, optische 196Änderung der Anlagenkennlinie 267Änderung des Verlaufs der

Pumpenkennlinie 267Anfertigung einer grafischen

Darstellung 35Anforderungen, sicherheitstechnische

77Angaben zur Wärmedämmung 80

Anlagenkennlinie 266Anlagerung 362Anomalie des Wassers 46Ansaugen 271Anteilsgrößen 89Antriebsmotor 270Anwendungsgebiete 251Anzahl der Übertragungseinheiten

(NTU) 337Anziehung zwischen den Molekülen 58Apparate 79 f.Äquivalentdurchmesser 185Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) 84Armaturen 80Arrhenius-Gleichung 118Arten der Förderung 260Aufbauagglomeration (Pelletieren)

255Aufbereitung am Ende der Filtration

229Aufgabenstellung 80aufkonzentriert 288Aufnehmerphase 342Ausbeute 90Ausdehnen 272Ausdehnungskoeffizient, linearer 46Ausgangsgemisch 306Außenmischung 208Austauschzonen (Böden) 321Austritt 271Auswertung linearer Zusammenhänge,

grafische 36Auswertung von Messdaten, grafische

34autokatalytisch 137Avogadro-Konstante 39Axialpumpen 263azeotrop 307Azeotropie 309 f.

Sachwortverzeichnis 383

BBackenbrecher 202Basenkatalyse 138 f.Basisgrößen 14Bauarten der Filtrationsmodule 235Bauarten von Trocknern 301Bauform eines Wärmeaustauschers

287Becherwerke 275Bedeckungsgrad 364Begasen einer Flüssigkeit 252Begasung 198, 208Beispiele für Reaktionen 0. Ordnung

105Beispiele für Reaktionen 1. Ordnung

106Beladung 132, 346Beladung am Gasaustritt 349Beladung im Gaseintritt 349Beladung im Waschmitteleintritt 349Beladungen, geringe 371Beladungen, hohe 371Beladungskapazität 365Beladungskapazität, maximale 367Beladungsverteilung 376Beladungswert, tatsächlicher 377Benennung der Ein- und

Ausgangsstoffe 79Benennung der Stoffe zwischen den

Stufen 79Benetzungsfaktor 354Beobachtungseinheit 26Beobachtungsmenge 26Beobachtungsmerkmale 26Berechnung 264, 304, 347Berechnung und Auswertung von

Verweilzeitverteilungen 172Berechnung von Rührkesselkaskaden

163Berechnungen zur Kristallisation 291Berechnungsbeispiele 179Bereich 29Bereich, kinetischer 131Bereich, laminarer 248Bereich, turbulenter 249Berieseln 198, 204Berieselung 204Beschreibung der Messunsicherheit

31Beständigkeit 365Bestimmung der HTU-Werte 356

Bestimmung der NTU-Werte 355Bestimmung der Tropfenmasse

(Stalagmometer) 49Bestimmung von Reaktionsordnungen

109Bestimmungsmethoden,

experimentelle 112Bestwert 29BET-Gleichung 373Betrieb, diskontinuierlicher 147Betrieb, halbkontinuierlicher 147Betrieb, kontinuierlicher 147Betriebsbedingungen,

charakteristische 79Betriebsformen, allgemeine 146Betriebsformen, wärmetechnische

148Betriebsführung mit Rückvermischung

der Reaktionsmasse kontinuierliche 159

Betriebsführung ohne Rückvermischung der Reaktionsmasse, kontinuierliche 156

Betriebsparameter 209Betriebspunkt 267Betriebssicherheitsverordnung

(BetrSichV) 83Betriebsweise, kontinuierliche 91Betriebszeit 152Betriebszustand, adiabater 148Betriebszustand, instationärer 159Betriebszustand, isothermer 148Betriebszustand, polytroper 148Beurteilungsgrößen und Definitionen

89Bewehrung des Rührbehälters 247Bezeichnung der einzelnen Stufen 79Bezeichnung und Menge der

Energieart 79Bezugsgröße, unveränderliche 296Bilanzen 101Bilanzen an einer Rektifikationskolonne

323Bilanzgebiet 99Bilanzierung 347Bilanzierung von Adsorbern 375Bilanzlinie 355bimolekular 109Binäre Phasengleichgewichte 55Bingham-Fluid 71Binodalkurve 59

Biokatalysatoren 126Biokatalysatoren, immobilisierte 127Bitumen 341Blasengase 209Blitzlichtfotolyse 112Bodenstein-Zahl 180Boyle-Temperatur 42Bragg-Gleichung 51Bravais-Gitter 50Brechen 198 f.Bruchvorgang 201Brunauer-Emmet-Teller-Isotherme

(BET) 133

CCandela 15Charakterisierung von Partikeln und

dispersen Systemen 184 ff .Chemisorption 132, 134, 342 f., 363Clausius-Clapeyron-Gleichung 54 f.

DDampf 282Dampf, gesättigter 282Dampf, überhitzter ungesättigter

283Dampf, überkritischer 283Dampfbelastung 336Dampfdruck 78, 280Dampfdruckerniedrigung 60Dampfdruckerniedrigung, relative 56Dampfdruckmaximum 308 f.Dampfdruckminimum 308, 310Darstellung, grafische 304Darstellung von Messreihen 26Daten der Zentrifuge, konstruktive

222Daten zu Hauptreaktionen 77Daten zu Nebenreaktionen 77Daten zu Phasengleichgewichten 78Daten zur Toxikologie 77Daten, sicherheitstechnische 83Daten, toxikologische 84Desaktivierung 125Desorption 342, 345, 361Desorptionsgeschwindigkeit 370Destillation 312Destillation und Rektifikation 302 ff .Destillation, absatzweise (einfache)

312Destillation, einfache 312

Sachwortverzeichnis384

Destillation, einfache diskontinuierliche 312

Destillation, fraktionierte 312, 316Destillation, kontinuierliche 317Destillationslinien 341Destillatstrom 317Dichte 45, 78Dichte und Volumenausdehnung 45Dichtstromförderung 277Differenzialgleichungen 104Differenzialmethode 110, 195Differenzielle Verweilzeitverteilung

180Diffusion, äußere 131Diffusion, innere 131Diffusion, molekulare 131Diffusionsgebiet, äußeres 131Diffusionsgebiet, inneres 131Diffusionsvorgänge 364Diffusor (große Ventilatoren) 270Dilatanz 71diskontinuierlich 89Dispergieren von Flüssigkeiten 252Dispersionsmittel 184Dispersionsmodell 175Dispersionszustand 184Dosierbarkeit 198Dosis 84Drehkolbenverdichter 273Dreiecksdiagramme 341Dreieckskoordinatensysteme 59Dreikomponentengemische 341Dreiphasenreaktionen 133Druck, hydrostatischer 48Druck, konstanter 231Druck, messbarer 67Druck, osmotischer 62Druck und Osmose 62Druckabfall, konstanter 231Druckdifferenz 230, 264Druckförderanlagen 276Druckstufe 80Druck-Temperatur-Phasendiagramm

52Druckverhältnisse 228Druckverlust in Formstücken und

Armaturen 75Druckverlust in Rohrleitungen 73Dual-Flow-Böden 321Dünnstromförderung 276Durchbruchskurve (DBK) 376

Durchflüsse 80Durchflüsse und Mengen der Energien

79Durchflüsse und Mengen der Stoffe

79Durchgang 188Durchmesser, mittlerer 186Durchmesser, mittlerer arithmetischer

206Durchmischungskennzahl 249Durchregnen 322Durchströmungseigenschaften,

verbesserte 254

EEbene Wände 284Edukte 77, 88Effekt, katalytischer 140Eigenschaften der Suspension 229Eigenschaften des Filtermittels 229Eigenschaften von Gemischen 83Eigenschaften, kolligative 60Eindampfen 288Einfluss des Rücklaufverhältnisses

331Einführung und Grundbegriffe 88Einheit 14Einheitensystem, Internationales 14Einlaufdüse 270einphasig 128Einstoffdüse 205Einteilung der Agglomeration 255Einzelproblemstellungen im Labor und

Technikum 76Einzelumsatz 162Elektronenbeugung 52Elementarreaktion 109Elementarzelle 49endergonisch 95endotherm 93Energie, innere 93Energie, kinetische 93Energie, potenzielle 93Energieart 79Energieinhalt 117Energiemaximum 121Energieträger 79Enthalpie 93Enthalpie, freie 95Entmischung 240Entmischung, vollständige 239

Entropie 95Enzym-Substrat-Komplex 141Erfassung der Messwertabweichung

29Erhaltung der Masse 100Erhaltungssatz der Energie 101Erhaltungssatz der Masse 100Erhöhung des Siedepunktes 61Ermittlung der kinetischen Daten 115Erster Hauptsatz 92Erwartungswert 30Ethanol 304Exergie 95exergonisch 95exotherm 93Explosionsgrenzen 83Extinktionsmessung 196Extrusion 258Exzessvolumen (Volumendilatation),

positives 19Exzessvolumen (Volumenkontraktion),

negatives 19

FFeed 306, 323Fehler 25Fehlerabschätzung 33Fehlerarten 25Fehlerfortpflanzung 32Fehlerfortpflanzung, gaußsche 33Fehlerfortpflanzung, lineare 33Feingutkegel 201Feinheitsmerkmale 186Feldstörung 197Festkörper, idealer 49Feststoff 198Feststoffbilanz 216Feststoff-Feststoff 211Feststoff-Flüssigkeit 211Feststoff-Gas 211Feststoffförderung 274Feststoffmischung, pneumatische 241Feuchte, absolute 41Feuchte, relative 41, 296Feuchtebeladung 296Feuchtegrad 41Filmdiffusion 129Filterkuchen 229Filtermittel 228Filtermittel, primäres 229Filtermittel, sekundäres 229

Sachwortverzeichnis 385

Filtern 228Filterstützen 229Filtrat 229Filtrationsprozesse 228Filtrationsvorgang 229Filtrieren 211, 228Flammpunkt 83Fliehkraftsichter 196Fließgleichgewicht 142Fließrichtung 79Fließrichtung der Hauptstoffe 79Fließschemata von Anlagen 78Fließverhalten, Newtonsches 71Fließverhalten, verbessertes 254Fließweg 79Flokkulanten 227Flokkulation 227Flotat 228Flotation 227Flüchtigkeit, mittlere relative 329Flüchtigkeit, relative 307Fluid 364Fluide, ideale 67Fluide, inkompressible 65Fluide, kompressible 65Fluide, nicht-Newtonsche 71Fluide, reale 67Fluide, überkritische 53Fluid-Fluid-Reaktion 134Fluidisieren 241Fluidität 47flüssig – dampfförmig 302Flüssiger Zustand 45Flüssigkeit 198Flüssigkeit-Flüssigkeit 211Flüssigkeitsbelastung 336Flüssigkeitsreaktionen, einphasige

138Flüssigkeitsseite 356Flüssigkeitszerteilung 198, 204Flutgrenze 337Flutpunkt 337Folgereaktionen 116Förderbänder 274Förderhöhe 264Fördermittel 260Förderstrom 264Förderung mit Pumpen 261Förderung, pneumatische 275Förderwege 260Formfaktor 186

Fouling 234Fraktionen 316Freifallmischer 241Freiheitsgrade 52Freundlich-Gleichung 372Füllen der Lücken 257Füllkörperkolonnen 336

GGas, absorbierendes 345Gas, ideales 38Gasbelastungsfaktor 378Gase, reale 42Gas-Flüssigkeit 211Gasgemische 19, 40Gasgleichung, allgemeine 18, 39Gasmenge, reinigende 349Gasphase 356Gasreaktionen, endotherme 137Gasreaktionen, exotherme 137Gas-Stripping 360Gasverteilung 198Gasvolumina 41Gaußsche Normalverteilungsfunktion

191Gebiet, kinetisches 132Gefrierpunkt abgesenkter 61Gefrierpunktserniedrigung 61Gefriertrocknung 301Gegenstrom 149Gegenstromdestillation 321Gegenstromprinzip 284Gegenstromsichter 196Gehalts- und Konzentrationsangaben

19Gemisch, ideales 19, 302Gemisch, reales 308Gemische, binäre 302Gemische, einphasige 56Gemische, heterogene 19Gemische, homogene 38Gemische, reale 19Gemische, zweiphasige 58Gerade 349Geradenfunktion 105Geradrohrwärmeaustauscher 287Gesamtbilanz 215, 323Gesamtumsatz 162Gesamtverfahren 77Gesamtwiderstand beider

Diffusionsschichten 355

gesättigt 290Geschwindigkeit 212Geschwindigkeitsgesetz 103Geschwindigkeitskonstante 117Geschwindigkeitsunterschiede 265Gesetz der abgewandten Hebelarme

306Gesetz von Boyle-Mariotte 38Gesetz von der Erhaltung der Energie

92Gesetz von Gay-Lussac 39Gesetze der Reaktionskinetik 103Gestaltung und stoffliche Bilanzierung

162Gibbs-Helmholtz 95Gittergerade 49Gleichgewicht, chemisches 95 f.Gleichgewichtsbeladung, maximal

mögliche 377Gleichgewichtsdiagramm 306Gleichgewichtskoeffizienten 307Gleichgewichtslinie 355Gleichgewichtslinie, lineare 356Gleichgewichtslinie, linearer Verlauf

352Gleichgewichtsreaktionen 114Gleichstrom 147, 149Gleichstromprinzip 352Gleichstromverfahren 289Gleichung, lineare 370Gleichung von Bernoulli 67Gleichung von Torricelli 69Gliederbandförderer 274Glockenboden 322Granulierkonus 256Granulierteller 256Granuliertrommel 256Grenzflächenenergie, freie 201Grenzflächenenergie, spezifische freie

201Grenzflächenreaktionen 135Größen 14Größen und Einheitensysteme,

physikalische 14 ff .Größen und Größenarten 14Größen- und Zahlenwertgleichungen

16Größen, abgeleitete 15Größen, kennzeichnende 80Größen, sonstige 78Größen, stoffeigene intensive 17

Sachwortverzeichnis386

Größen, systemeigene intensive 17Größenarten 14Größengleichungen 16Grundbegriffe, produktionstechnische

76 ff .Grundbegriffe, strömungstechnische

65 ff .Grundfließschema 78 f.Grundinformation 79 f.Grundlagen der Reaktionstechnik

88 ff .Grundlagen, statistische 25 ff .Grundlagen, verfahrenstechnische

13 ff .Grundtypen chemischer Reaktoren

150Gurt-, Gliederbandförderer

und Becherwerke 274Gütegrad, isentroper 269

HHaftflüssigkeit 295Haftkräfte 255Hagen-Poiseuillesches Gesetz 73halbkontinuierlich 89Halbwertszeit von Reaktionen

1. Ordnung 106Halbwertszeit von Reaktionen

2. Ordnung (Typ I) 107Halbwertszeit von Reaktionen

2. Ordnung (Typ II) 108Halbwertszeit von Reaktionen

3. Ordnung 109Halbwertszeitmethode 111Handling, einfaches 365Häufigkeit, absolute 27Häufigkeit, relative 27Häufigkeitsverteilungen einer

Stichprobe 26Hauptfließlinien 79Hauptprodukt 115Hauptsätze der Thermodynamik 93Heißdampf 283Heizleistung 317, 334Hemmung, kompetitive 144Hemmung, nichtkompetitive 144 f.Hemmung, unkompetitive 144 f.Henrysches Gesetz 343heterogen 128Heterogenkatalyse 140HETP-Wert 337 f.

Hilfsstoffe 77Histogramm 27Höhe einer Übertragungseinheit (HTU)

337Höhe eines Adsorberbetts 377Höhe, geodätische 264Höhenkriterium 252homogen 19, 128Homogenkatalyse 140HTU-Wert (height of transfer unit) 355Hydrolasen 141hypertonisch 62hypotonisch 62Hysterese 369

IIdealreaktor 175Impulsmethode 171Inertheit 365Inhibitoren 143Inkompressibilität von Flüssigkeiten

44Innenmischung 208Instrumentenfließschema 78, 80Integralmethode 195Integrationsmethode 111International Union of Biochemistry

and Molecular Biology (IUBMB) 141Interpretation der Ergebnisse 180Ionen 126irreversibel 94, 113isenthalp 92isentrop 92isobar 39, 92isochor 92Isolationsmethode 110Isomerasen 141isotherm 38, 92Isothermen, günstig verlaufende 369Isothermen, ungünstig verlaufende

369isotonisch 62isotrop 46

KKanalbildung 169Kapillarflüssigkeit 295Kaskade von kontinuierlich

betriebenen idealen Rührreaktoren 173

Kaskadenmodell 178

Katalysator 77, 122Katalysatoren, multifunktionelle 125Katalysatorwirkungsgrad, externer

130Katalyse 122Katalyse, heterogene 124, 128Katalyse, homogene 124, 128, 136Kavitation 266Kelvin 15Kenngrößen einer Verteilung 187Kenngrößen eines Absorbers 357Kennzahlen, dimensionslose 100Kesselzahl 180Kinetik chemischer Reaktionen 102 ff .Kinetik komplexer Reaktionen 113Klärfläche, äquivalente 222Klärung 215Klasseneinteilung 27Klassieren 217Klassifizierung chemischer Reaktionen

88Klassifizierung von Reaktoren 146Knudsen-Diffusion 130Koagulant 227Koagulation 227Koeffizienten (Umsatzzahlen),

stöchiometrische 90Koexistenzkurve 53Kolbenblasenströmung 210Kolonnen 321Kolonnenkopf 324Kompaktkatalysatoren 125Komplex, aktivierter 120Komponente, leichter siedende 304Komponenten, gasförmige 341Kompression 258Kondensationsenthalpie 54Kondensationskurve 305Kondensationsprozess 364Konoden 57, 306Konstante, ebullioskopische 61Konstante, katalytische 143Konstante, kryoskopische 62Konstruktion der Stufen 331Kontaktstellen 255Kontakttrocknung 295, 299kontinuierlich 89Kontinuitätsgleichung 66 f.Konvektion 99, 283Konvektionstrocknung 295Konzentration 84

Sachwortverzeichnis 387

Konzentration, wirksame 22Konzentrationsbeiwert 213Konzentrationsgrößen 89Konzept der Übertragungseinheit 337Kopf 323Kopfrücklauf 323Kopf-Rücklaufverhältnis 323Körnerkollektive 184Korngrößenverteilung 198Korrosionsverhalten der Werkstoffe

77Kraft, treibende 296Kreuzstrom 149, 285Kreuzstromboden 321Kristallgitter 49Kristallgitter und Kristallsysteme 49kristallin 49Kristallisation 54, 290 ff .Kristallisationsenthalpie 54Kristallisationsverdampfer (vertikale

Bauweise) 294Kristallisatstrom 292Kristallisieren 288Kristallwasser 291, 295Kritische Größen eines Gases 43Kuchenfiltration 229Kugelmühlen 203Kühlkristallisation 291Kühlkristallisation, reine 292Kurzschlussströmung 169

LLabyrinthfaktor 130Lagedruck 67Lagerbarkeit 198Länge des ungenutzten Betts 377Längenausdehnung 46Langlebigkeit 365Langmuir-Gleichung 370Langmuir-Isotherme für zwei Stoffe

133Laufrad 270Laufrad, halbaxiales 263LC50-Wert 84LD50-Wert 84Leichtbenzin 341Leichtsieder 303, 311Leistungsbedarf 247Leitung (konduktive Ströme) 99Lichtstreuung 196Ligasen 141

Linearisierung 34liquid 94Lockerungsgeschwindigkeit 242Löschverhalten 148Löslichkeit 62Löslichkeit von Gasen 63Löslichkeit, maximale 63Lösung, echte 60Lösung, gesättigte 291Lösungen 19, 290Lösungen, kolloide 60Lösungen, verdünnte 58, 60Lösungsmittel 290Lösungsmittelverhältnis 347Luft, feuchte 296Lüfter und Gebläse 268Lyasen 141

MMahlen 198 f.Mahlgrenze 199Makrokinetik 88, 129Makroporen 365Mammutpumpenprinzip 288Markierungskonzentration am

Reaktorausgang 179Maschinen 79 f.Masse, mittlere molare 40Massenanteil 20Massenanteil in Massenkonzentration

24Massenanteil in Stoffmengenanteil 23Massenanteil in

Stoffmengenkonzentration 23Massenanteil in Volumenanteil 23Massenkonzentration 21Massenübergangszone 376Massenwirkungsgesetz 96, 136McCabe-Thiele-Diagramm 325Mechanische Verfahrenstechnik

183 ff .Mechanismus 120Median 31Median, empirischer 29Medianwert 190mehrphasig 128Menge 79Mengen von Energie 80Merkmal, quantitativ-diskretes 28Merkmal, quantitativ-stetiges 28Mesoporen 365

Messen einer Partikelgrößenverteilung 195

Messgröße 29Messgrößen, konzentrationsabhängige

111Messschema 78, 82Messtechnik 79Messung der Verweilzeitverteilungen

171Messunsicherheit, absolute 25Messwerte, zufällige Abweichung 26Meter 15Methanol 304Methode der

Anfangsgeschwindigkeiten 110Methode der oberen und unteren

Grenze 32Methoden zur Ermittlung der

Festkörperstruktur 51Michaelis-Menten-Gleichung 142Mikrokinetik 88, 129Mikroporen 365Mindestvolumen 19Mischbarkeit, verbesserte 254Mischen 238 ff .Mischen von Feststoffen 240Mischen von Fluiden, statisches 243Mischen von Flüssigkeiten,

dynamisches 39Mischer mit erhöhter Geschwindigkeit

241Mischer mit geringer Geschwindigkeit

241Mischgüte 238, 249Mischkristalle 19Mischstromförderung 276Mischung im Molekülmaßstab 169Mischung, ideale 56, 58Mischungen, nichtideale 57Mischungsgleichung 22Mischungsgrad 240Mischungskreuz 23Mischungslücke 310 f.Mischungszustand 184Mischzeit 249Mitreißen 322Mitrotieren der Flüssigkeit 246Mittel, arithmetisches 29Mitteldestillate (leicht) 341Mitteldestillate (schwer) 341Modalwert 190

Sachwortverzeichnis388

Modelle, empirische 368Mol 15Molalität 22, 61Molekulardiffusion 130Molekularität 109Molekularität einer Reaktion 109Molekularsiebe 366Momente, gewöhnliche 176 f.Momente, zentrale 176 f.Monodispersität 184monomolekular 109MTZ (Mass Transfer Zone) 376

NNachleitwerk 270Näherungsformel nach Rittinger 200Näherungsgleichung nach Bond 200Näherungsgleichung nach Kick 200Nanofiltration 234Nassdampf 282Naturumlauf 288Naturzeolithe 367Nebenprodukte 77, 115Nennweite 80Nernstscher Verteilungssatz 343Nichtidealität, globale 169Nichtidealität, lokale 169Normalverteilung, logarithmische 192Normalverteilung nach Gauß 30Normvolumen 345NTU/HTU-Konzept für die Absorption

353NTU-Wert (number of transfer units)

355

OOberfläche 186Oberfläche, massenspezifische 187Oberfläche, volumenspezifische 187Oberflächendiffusion 130 f.Oberflächenerneuerungstheorie

(Turbulenztheorie) 353Oberflächenerneuerungstheorie von

Dankwerts 353Oberflächenspannung 48Oberflächenzuwachs 198Oxidoreduktasen 141

PPackungen 337Packungskolonnen 336

Parallelbetrieb 289Parallelreaktionen 115Parallelstromprinzip 284Parameter, apparatetechnische 209Parameter, stoffliche 209Partialdruck 40Partialdruck, zunehmender 345Partialdrücke, hohe 368Partialvolumen 40Partikeldurchmesser 185Partikeleigenschaften, definierte 254Partikelgröße, abgeschiedene 228Partikelgröße, häufigste 186Partikelgröße, mittlere 186, 190Partikelgrößen und Merkmale 185Partikelgrößen, charakteristische 186Partikelkollektive 184Pfropfenströmung 147, 151Pfropfenströmung im Rohrreaktor 168Phase, disperse 184Phase, flüssige 357, 364Phase, gasförmige 364Phasen, zwei unterschiedliche 311Phasendiagramm 52Phasendiagramme binärer Systeme

308Phasengesetz von Gibbs 52Phasengleichgewichte, binäre 55Phasengleichgewichte, ternäre 59Phasenumwandlung von Reinstoffen

52Phasenwechsel 364Physisorption 132, 342, 363Poiseuille-Strömung 130 f.Pol 297Polydispersität 184Porendiffusion 130Porenvolumen, relatives 130Potenzial, intermolekulares 19Potenzverteilung nach Gates-Gaudin-

Schumann 191Prallmühle 203Pressagglomeration (Formpressen)

257Pressen 258Prinzip des kleinsten Zwanges 98Prinzip von Avogadro 39Prinzip von Le Chatelier 97Produkte 77, 88Produktionsleistung 88Projektstudie 76

Protonenübertragung 139Prozesse, Säure-Basen-katalysierte

139Prozessführung, kontinuierliche 89Prozessgrößen 18, 89Prozessweg A 53Prozessweg B 54Punkt, azeotroper 58, 309Punkt, kritischer 43, 53

QQuellflüssigkeit 295Querstromfiltration 229, 233

RRadialpumpen 263Radialventilatoren 270Radikale 126Raoultsches Gesetz 56, 302Raumgruppen 50Rayleigh-Gleichung 313Reaktion, chemische 77, 129Reaktionen dritter Ordnung 108Reaktionen erster Ordnung 105Reaktionen nullter Ordnung 105Reaktionen zweiter Ordnung 107Reaktionen, augenblickliche 135Reaktionen, enzymkatalytische 140Reaktionen, fotochemische 128Reaktionen, heterogene 103Reaktionen, homogene 103Reaktionen, katalysierte 138Reaktionen, langsame 134Reaktionen, schnelle 135Reaktionen, unkatalysierte 138Reaktionsablauf 135Reaktionsbedingungen, optimale 77Reaktionsenthalpie 93Reaktionsführung, adiabate 152Reaktionsgeschwindigkeit 102Reaktionsgeschwindigkeitskonstante

104Reaktionsmechanismus 140Reaktionsordnung 104, 109Reaktionsphase 89Reaktionsrichtung 95Reaktionsspezifität 141Reaktionssysteme, einphasige 137Reaktionstechnik, chemische 87 ff .Reaktionstyp 89Reaktionszeit 152

Sachwortverzeichnis 389

Reaktor, beidseitig geschlossener 177Reaktor, beidseitig offener 177Reaktoren, ideale 146 ff .Reaktoren mit realem Verhalten 175Reaktoren, vergleichende Betrachtung

165Reaktortyp 89Reale Reaktoren und Verweilzeit-

verteilungen 168 ff .Regel von Hirschfelder, empirische 119Regelschema 78, 82Regeltechnik 79Regel von Trouton 55Regeneratoren 287, 360Regiospezifität 127Reibungsverluste 264Reinstoffgrößen 83Rektifikation 319 f.Rektifikationsverfahren 338Rekuperatoren 287Relaxationsmethoden 113Resublimationsenthalpie 54reversibel 94, 113Reversible Hemmung von Enzymen 143Rheopexie 71Rohrbündelwärmeaustauscher 287Rohre, glatte 74Rohre, raue 74Rohrleitungen 80Rohrleitungsfließschema 78, 80Rohrreaktor, kontinuierlicher 166Rohrreaktor, laminar durchströmter

174Rohrreibungszahl 73Rohrströmung mit Reibung 72Rohrwände 284Rollagglomeration 256Röntgenstrahlbeugung 51Röntgenstrukturanalyse 51Roots-Gebläse (Drehkolbengebläse)

271RRSB-Verteilung 192R-Sätze 83Rücklaufverhältnis 326Rücklaufverhältnis, minimales 329Rücklaufverhältnis, unendliches 328Rückstand 188Rückvermischung, partielle axiale 169Rühren von nicht-Newtonschen

Flüssigkeiten 250Rührer, axial wirkende 245

Rührer, radial wirkende 245Rührer, tangential wirkende 245Rührkessel, adiabat betriebener 154Rührkessel, diskontinuierlich

betriebener 152Rührkessel, diskontinuierlicher 166Rührkessel, isotherm betriebener 153Rührkessel, kontinuierlich betriebener

159Rührkessel, kontinuierlicher 166Rührkessel, polytrop betriebener 155Rührkesselkaskade 161Rührreaktor, idealer kontinuierlicher

172Rundlaufstempelpresse 258

SSalz, kristallflüssigkeitsfreies 292Sammler 228Sattdampf 282Sättigung eines Gases mit Feuchtigkeit

41Sättigungsgrad 358Sättigungswert 371Satz von Hess 94Saugförderanlagen 278Säurekatalyse 138 f.Sauter-Durchmesser 186Sauter-Durchmesser, mittlerer 206Scale-up 250Scale-up-Kriterien 250Scale-up-Maßstabsübertragung 250Scale-up-Probleme 84Schar von Dampfdruckkurven 304Schätzung von Unsicherheiten 30Schaufeltrockner 301Schäumer 228Schemata, spezielle 78Scherrate 70Schicht, monomolekulare 364Schleuderziffer 220Schlüsselkomponenten 82Schlüssel-Schloss-Prinzip 126Schmelzen 54Schmelzen und Kristallstruktur-

änderungen 55Schmelzenthalpie 54, 78Schmelztemperatur 78Schmelzvorgänge 258Schneckenextruder 259Schneckenförderer 275

Schneckenzentrifuge (Dekanter) 223Schnitt (Cut) 317Schnittpunktsgerade 327Schubspannung 70Schwerbenzin 341Schwerkraft 260Schwersieder 303Sedimentation 211Sedimentationsanalyse 195Sedimenter 215Segregation 168Segregationsgrad nach Danckwerts

240Sekunde 15Selektivität 90, 365Separator (Tellerzentrifuge) 223Sicherheit, statistische 30Sichten 196Siebboden 322Siebklassierer 217Siebung (Analysen-) 195Siebung eines Feststoffs 189Siedebereich 306Siedediagramm 305Siedekurve 305Siedepunkt 319Siedepunktserhöhung 61Siedepunktsmaximum 308, 310Siedepunktsminimum 308 f.Siedetemperatur 78Siedeverzug 319Silicagel (Kieselgele) 366Simultanreaktionen 115Sintervorgänge 258Skalen, lineare und nichtlineare 34Solvat 291Sonderfälle 357Sorption 132, 342 ff .Sphärizität 186, 213Spiralförderer 275Spritzbreite, effektive 207Sprudelzone 323Sprühzone 323Sprungmethode 171S-Sätze 83Stabilitätskriterium 95Standardabweichung 30Standardbedingungen (SATP) 40Standardbildungsenthalpie 94Standardenthalpien 93Standardreaktionsenthalpie 94

Sachwortverzeichnis390

Standardsiedetemperatur 53Staudruck 67Staugrenze 337Steighöhenmethode 48Stereospezifität 127, 141Stoffaustauschprozesse 321Stoffbilanz 163Stoffbilanzen 98, 100, 151, 160Stoffdaten 82, 222Stoffdurchgangskoeffizienten 357Stoffdurchgangskoeffizienten,

gasseitige 357Stoffe, teillösliche 311Stoffmenge 20Stoffmengenanteil 20, 304Stoffmengenkonzentration 21Stoffmengenstrom des Dampfes 317Stoffmengenverhältnis 20Stoffstrom, konvektiver flächen-

bezogener 99Stoffströme (Durchsätze) 90Stofftransport der Edukte 129Stofftransport der Produkte 129Stofftransports durch Diffusion 99Stoffübergang 99Stoffübergangskoeffizienten 356Stoffwerte für Reinstoffe und

Gemische 78Stopped-Flow-Technik 112Stoßenergie, kritische 118Stoßtheorie 123Strahlgase 209Strahlpumpen 263Strahlungstrocknung 301Strähnenförderung 276Strähnenförderung über ruhender

Ablagerung 277Streuung 31Streuung der Messwerte 25Strippingfaktor 352Stromklassierer 217Strömung mit Reibung 70Strömung, laminare 70, 72, 74, 214Strömung ohne Reibung 67Strömung, segregierte 174Strömung, turbulente 73 f., 214Strömungsbereich, heterogener 210Strömungsbereich, homogener 210Strömungsförderer 275Strömungsgeschwindigkeit, mittlere

65

Strömungsmethoden 112Strömungsrohr, ideales 175Strukturgrößen 89Strukturviskosität 71Studentscher Faktor 31Stufenkonstruktion 330Stufenwirkungsgrad 351Stufenwirkungsgrad, mittlerer 332Stufenzahl, unendliche 351Sublimationsenthalpie 54Substratspezifität 140Summenhäufigkeit, absolute 27Summenhäufigkeit, relative 27Sumpf 323Suspendieren 251Suspensionsverfahren 195System 92System, geschlossenes 92System, isoliertes 92System, offenes 92Systeme und Zustandsgrößen 92Systeme, heterogene 128Systeme, homogene 128

TTeilen 219Teilkondensation 282, 331Teilumsatz 162Temperaturen, niedrige 368Temperatur, steigende 345Temperaturabhängigkeit der

Penicillinhydrolyse 34Temperaturabhängigkeit der

Reaktionsgeschwindigkeit 118Temperaturführung 89Temperaturveränderung

(Wärmetönung) 344Theorie der Reaktionsgeschwindigkeit

117Theorie des aktivierten Komplexes

120Theorie des Übergangszustandes 120Thermische Verfahrenstechnik 279 ff .Thermodynamik, chemische 92Thixotropie 71Tiefenfiltration 229, 235Totzeit 152Totzonen 168Trägerdampfdestillation 318Trägergasmengenstrom 349Trägerkatalysatoren 125

Trägersubstanzen 346Transferasen 141Transport von Flüssigkeiten 260Transport von Gasen 268Transport von Stoffen 260 ff .Transportierbarkeit 198Transportprozesse 99Treibmittel 205Trennbarkeit, verbesserte 254Trennen disperser Systeme 211 ff .Trennschärfe 217, 219Trennschärfegrad 219Trennstufe, theoretische 330, 348,

351Trennstufen 320Trennstufenzahl, theoretische 330Trennung azeotroper Gemische 338Trennung von Mehrkomponenten-

systemen 340Triebkraft einer chemischen Reaktion

96trimolekular 109Tripelpunkt 52Trocknen 288, 295 ff .Trocknen durch Ausdampfen 295Trocknung, konvektive 299Trocknungsarten 299Trocknungsgas 295Trocknungsgeschwindigkeit 299Trocknungsgut 295Trocknungskurven 299 f.Trombe 246turbulent 71

UÜberdruck oder Unterdruck 261Überflutung des Rührers 253Übergang (Ströme an

Phasengrenzflächen) 99Übergangsbereich 74, 249Übergangsverhalten 160Übergangszustand (transition state)

120übersättigt 290Überschichtungsverfahren 195Umkehrosmose 234Umordnung im Partikelkollektiv 257Umrechnung in den tatsächlichen

Zustand 345Umrechnungen und Mischungs-

rechnung 22

Sachwortverzeichnis 391

Umsatz 90Umsatz, maximal erreichbarer 96Umsatzvariable 91, 102Umweltbelastungen, potenzielle 77Underwood-Gleichung 329ungesättigt 290Unsicherheit 29

VVakuumdestillation 319Vakuumgasöl 341Vakuumrektifikation 339Van’t-Hoff-Gleichung 98Van-der-Waals-Gleichung 44Variable, abhängige 35Variable, unabhängige 35Varianz 30Varianz der Verweilzeit 180Ventilboden 321Verdampfen und Eindampfen 288Verdampfen und Kondensieren 280 ff .Verdampfen und Sublimieren 55Verdampferbauarten 288Verdampfung 280Verdampfungsenthalpie 54, 78, 280Verdampfungskristallisation 290, 292Verdampfungswärme 280Verdichten 271Verdichter 271Verdrängerpumpen, oszillierende 262Verdrängerpumpen, rotierende 261Verdunstung 280Verdunstungstrocknung 295Veresterung von Carbonsäuren 140Verfahren, chemische 112Verfahren, diskontinuierliche 228Verfahren, kontinuierliche 228Verfahren, mikrobiologische 127Verfahren, physikalische 112Verfahrensablauf 82Verfahrensentwicklung 76Verfahrensfließschema 78 f.Verfahrenshandbuch 77Verfahrensinformationen 77Verfahrenstechnik, mechanische

183 ff .Verfahrenstechnik, thermische 279Verflüchtigung 280Vergleich der Kennwerte 193Vergleich der Verteilungen 193Verhalten eines Gases, reales 308

Verhältnis 346Vermischung, absolut ideale 239Vermischung im Reaktor 147Verstärkungsgeraden 325Verstärkungsteil 323Versuchsanlage 77Verteilerboden 204Verteilung zwischen flüssigen Phasen

64Verteilungsdichte 188Verteilungsfunktion, empirische 28Verteilungsgesetz, universelles 190Verteilungsgesetz von Nernst 64Verteilungsgesetze 190Verteilungskoeffizient 64, 307Verteilungssumme 187Vertrauensbereich 31Verweilzeit 147Verweilzeit, mittlere 147, 170, 180Verweilzeitspektrum 170Verweilzeit-Summenfunktion 170Verweilzeituntersuchungen zur

Charakterisierung des Vermischungsverhaltens 169

Verweilzeitverteilung, differenzielle 170, 180

Virialkoeffizienten 18Viskosität 70Viskosität von Flüssigkeiten 47Viskosität von Gasen 45Viskosität, dynamische 47, 70Viskosität, kinematische 47, 71Vollkatalysatoren 125Volumen 186Volumen, molares 39Volumenänderungsarbeit 93, 280Volumenanteil 21Volumenausdehnung 46Volumendurchmesser, mittlerer 206Volumenkonzentration 21Volumenstrom, konstanter 231 f.Vorgang, exothermer 54, 364Vorgang, instationärer 146Vorgang, stationärer 146Vorgänge, endotherme 54

WWachsdestillate 341Wälzdruckmaschinen 258Walzenpresse 258Wände, ebene 284

Wandrauigkeit 73Wärme 93Wärmeaustausch 253Wärmeaustausch, mittelbarer

(indirekter) 286Wärmeaustausch, unmittelbarer

(direkter) 286Wärmeaustauscher 284, 286Wärmeaustauschprozesse 321Wärmebedarf 334Wärmebilanz 163Wärmebilanz an einem

Festbettadsorber 378Wärmebilanz bei der Absorption 358Wärmebilanzen 98, 151, 160Wärmedurchgang 284Wärmedurchgangskoeffizient 284Wärmeleitung 283Wärmeleitung an einer ebenen Wand

283Wärmeleitung an einer Rohrwand 284Wärmeleitungsgleichung, Fouriersche

99Wärmespeicher 287Wärmestrahlung 283Wärmestrom, konvektiver flächen-

bezogener 99Wärmeströme, abgeführte 334Wärmeströme, zugeführte 334Wärmetausch, direkter 149Wärmetausch, indirekter 149Wärmeträgerbilanz 163Wärmeübergang 284Wärmeübertragung 283Wärmeübertragung durch Konvektion

284Wärmeübertragungskoeffizient 284Waschmittelverhältnis 347Wasser 359Wasserdampfdestillation 319Wechselzahl (turnover number) 143Werkstoff 80Widerstandsbeiwert 71Wirbelschicht, homogene 243Wirbelschichtadsorber 380Wirbelschichttrockner (zweistufig)

301Wirkung, aktivierende 124Wirkung, selektive 124

Sachwortverzeichnis392

ZZahlenwert 14Zahlenwertgleichungen 16Zellen- oder Drehschieberverdichter

273Zentren, aktive 364Zentrifugalpumpen 262Zentrifuge 219 f.Zentrifugenkennzahl 220Zeolithe 366Zeolithe, synthetische 367Zerkleinerung 198Zerkleinerungsgrad 201Zerkleinerungsgrad, bezogen auf

Korngrößen 201Zerkleinerungsgrad, bezogen auf

massenspezifische Oberflächen 201Zerkleinerungsmaschinen 202Zersetzung von Phosphin an Wolfram

36Zerspritzen 198Zerspritzung 208Zerstäuben 198, 204Zerstäubung 204

Zerteilung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen 198 ff .

Zulauf 323Zündtemperatur 83Zündverhalten 148Zusatzinformationen 79 f.Zustand A – Siedende Flüssigkeit 326Zustand B – Sattdampf 326Zustand C – Dampf-Flüssigkeits-

Gemisch 326Zustand D – Unterkühlte Flüssigkeit

327Zustand E – Überhitzter Dampf 327Zustand, aktivierter 120Zustand, fester 49Zustand, flüssiger 45Zustand, gasförmiger 38Zustand, stationärer 142, 157Zustand, übersättigter 283Zustandsfunktion 18Zustandsgleichung für Gasmischungen

40Zustandsgleichung nach Van-der-

Waals 43

Zustandsgröße (Zustandsvariable) 17Zustandsgrößen, extensive 17Zustandsgrößen, intensive 17Zustandsgrößen, kalorische 17Zustandsgrößen, molare 17Zustandsgrößen, spezifische 17Zustandsgrößen, thermische 17Zustandsgrößen und Prozessgrößen

17Zustandsgrößenänderung 92Zustandsvariablen 18Zwangsmischer 241Zwangsumlauf 288Zweifilmtheorie 134, 353Zweifilmtheorie von Lewis and

Whitman 353Zweistoffdüse 205, 207Zweistoffgemisch, ideales 302Zweistoffgemisch, reales 308Zweistoffgemisch, schwer lösliches

310Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

94 f.Zyklon 220, 224