Müller , . , chemischer Verfahrenstechnik

GrundoperationenMüller , . ,

chemischerVerfahrenstechnik

9., überarbeitete und erweiterte Auflage

Mit 421 Bildern und 140 Tafeln

Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie GmbH • Leipzig

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung in Wesen und Grundlagen der Verfahrenstechnik . . . . 21

1.1. Chemische Verfahrenstechnik 21Verfahrenstechnik, Apparatebau und Mikroelektronik 21

Verfahrenstechnik 21 - Apparatebau 22 - Investition 25 - Mikroelektronik undAutomatisierung 28

Grundoperationen und Reaktionstechnik 30Grundoperationen (Unit Operations) 30 - Chemische Reaktionstechnik 32

Entwerfen, Bewerten und Stellen verfahrenstechnischer Schritte . . . . 34Betriebsweise der Anlagen 34 - Prozeß- und Systemverfahrenstechnik 34 -Modellierung, Risiko und Flexibilität 35 - Flußbild und Modellprojektierung39 - Messen, Steuern und Regeln 40

1.2. Stoff, Energie und Impuls - 43Grundlagen und Transportgleichung 43Stoffbilanz 44

Masseerhaltungsgesetz 44 - Ausbeute und Durchsatzleistung 45Energiebilanz 45

Energieerhaltungsgesetz 45 - Leistung und Wirkungsgrad 45Impulsbilanz 46

Impulserhaltungsgesetz 46 - Impulsbilanzgleichung und Verweilzeitmodelle 47

1.3. Physikalische Größen und Maßeinheiten 49Physikalische Größen 49

Dimensionen und Dimensionstheorie 49 - Ahnlichkeitstheorie 51Maßeinheiten 54

Gesetzliche Einheiten 54 - Größen- und Zahlenwertgleichungen 55 -Umrechnen der Maßeinheiten 55

MECHANISCHE elektrische magnetische GRUNDOPERATIONEN 59

2. Fluidmechanik 61

2.1. Statik der Fluide 62Statischer Druck 62 - Statisches Gleichgewicht 63 - Auftrieb 64

2.2. Dynamik der Fluide 64

2.2.1. Kontinuitätsbedingung der Fluide 64Mittlere Strömungsgeschwindigkeit 64 - Kontinuitätsbedingung stationärer Strö-mung 65

2.2.2. Energiebilanz der Fluide 65EuLER-Transportgleichung und Kennzahlen der Ähnlichkeit 65 - BERNOULLI-Gleichung idealer Flüssigkeiten 66 - Spezifische Arbeit 61

8

2.2.3. Strömende reale Fluide 69Zähigkeit 69

Dynamische Zähigkeit 69 - Rheologie 69 - Kinematische Zähigkeit 71 - Tem-peratur- und Druckabhängigkeit der Zähigkeit 72

Strömungsarten 73Laminar- und Turbulenzströmung 73 - PRANDTL-Strömungsgrenzschicht 74 -Turbulenztheorie 75 - Ähnlichkeit der Strömung 77 - Wirbel, Quellen undSenken 79 - Kavitation 80

2.2.4. Druckverluste 80Energiebilanz realer Fluide 80

BERNOuixi-Gleichung realer Flüssigkeiten 81 - Widerstandszahl 81 - Förderlei-stung 81

Druckverluste in Rohrleitungen und offenen Kanälen 82Rohrleitungen 82 - Glatte Rohre 82 - Rauhe Rohre 84 - Feststoff-Flüssigkeits-gemische in Rohren 86 - Nichtkreisförmige Rohre und offene Kanäle 86 - Flüs-sigkeiten mit freier Oberfläche 87

Örtliche Druckverluste 88Krümmer 89 - Querschnittsänderungen 89 - Absperrorgane 90 - Sicher-heitsorgane 93 - Formstücke und Einzelwiderstände 94

Druckverluste in ruhenden Schüttschichten 94Einphasenstrom in Schüttschichten 95 - Fluid/Fluid-Gegen/trom in Schütt-schichten 97

2.2.5. Messen der Strömungsgeschwindigkeit 97Messen in Rohrleitungen 98

Staurohre 98 - Drosselgeräte 99 - Schwebekörper- und Schwingkörper-Mengen-messer 101 - Impuls-Mengenmesser 103 - Neue Durchflußmesser 103

Ausströmen aus Behältern 105Ausfluß aus offenen Behältern 105 - Ausfluß aus geschlossenen Behältern 106 -Gasdynamik 706

Messen in offenen Kanälen 108

2.2.6. Messen der Temperatur und des Druckes 108Temperaturmessung 108 - Druckmessung 109

2.2.7. Mehrphasenströmung 110Strömungsarten 110 - Wake-Phänomene 111 - Transportgleichungen 113

3. Fördern der Fluide 114

3.1. Fördern der Flüssigkeiten 115

3.1.1. Hubkolbenpumpen 116Aufbau und Wirkweise . : . . . . 116Einfach-und mehrfachwirkende Hubkolbenpumpen 117

Mehrfachwirkende Hubkolbenpumpen 117 - Membranpumpen 119 - Dosier-pumpen 121

Förderstrom 122Theoretischer Förderstrom 122 - Volumetrischer Wirkungsgrad 122 - Kolbenge-schwindigkeit und Förderdiagramm 123 - Ventile 123

Pumpenarbeit 124Druck- und Saughöhe 124 - Förderhöhe und spezifische Arbeit 124 - Hydrauli-scher Wirkungsgrad 125 - Windkessel 126

Pumpenleistung 125Mechanischer Wirkungsgrad 726 - Gesamtwirkungsgrad 726

3.1.2. Kreiselpumpen 127Aufbau und Wirkweise 127

Ein-und mehrstufige Kreiselpumpen 128Kreiselpumpen mit Wellendichtungen 729 - Wellendichtungslose Kreisel-pumpen 750 - Rückwärtslaufende Kreiselpumpen 133

Pumpenarbeit 133Saughöhe 753 - Förderhöhe und spezifische Arbeit 755 - Hydraulischer Wir-kungsgrad 755

Förderstrom 135Theoretischer Förderstrom 755 - Volumetrischer Wirkungsgrad 756

Pumpenleistung 136Gesamtwirkungsgrad 756 - Charakteristik der Kreiselpumpe 756

Spezifische Drehzahl und Laufradform 137Spezifische Drehzahl 757 - Laufradform 757 - Dickstoffkreiselpumpen 758

Vergleich der Kreiselpumpen mit Hubkolbenpumpen 139

3.1.3. Umlaufkolben-, Treibmittel- und Druckgaspumpen 140Umlaufkolbenpumpen 140

Zahnrad- und Kreiskolbenpumpen 140 - Spindelpumpen 141 - Schraubenflü-gelpumpen 143 - Schlauchpumpen 745

Treibmittelpumpen 143Wasserstrahlpumpen 144 - Dampfstrahlpumpen 144

Druckgaspumpen 144Mammutpumpen 144 - Druckfässer 745

3.2. Fördern der Gase 145Thermische Zustandsgieichung der Gase 145Verdichten 146

Verdichtungsarbeit und Druckverhältnis 146 - Förderhöhe und spezifischeArbeit 147 - Verdichter 148 - Vakuumpumpen 148

3.2.1. Hubkolbenverdichter 150Förderstrom 151

Füllungsgrad 757 - Ausnutzungs- und Liefergrad 752 - Förderstrom 752Hubkolbenkompressoren 152

Druckverhältnis und Stufenzahl 752 - Mehrstufen-Hubkolbenkompressoren755 - Membranverdichter 756 - Verdichterleistung und Wirkungsgrad 756

Hubkolbenvakuumpumpen 157

3.2.2. Kreiselverdichter 159Verdichterarbeit und Verdichterleistung 159

Förderhöhe und spezifische Arbeit 759 - Verdichterleistung 760Bauarten der Kreiselverdichter 160

Kreiselkompressoren 762 - Kreiselgebläse 762 - Ventilatoren 762

3.2.3. Umlaufkolben-und Treibmittelverdichter 164Umlaufkolbenverdichter 164

Kreiskolbenverdichter 164 - Rollkolbenverdichter 765 - Drehschieberverdichter766 - Flüssigkeitsringverdichter 767 - Schraubenverdichter 767

Treibmittelverdichter 169Dampfstrahlvakuumpumpen 769 - Wasserstrahlvakuumpümpen 770

4. Trennen disperser Systeme 171

4.1. Trennen disperser Systeme mit flüssiger Dispergierphase 173Disperse Systeme mit flüssiger Dispergierphase 173

Suspensionen 7 75 - Emulsionen 7 75 - Schäume 7 73

4.1.1. Sedimentieren 174Grundlagen der Sedimentation 174

Absetzgeschwindigkeit 775 - Ähnlichkeit der Sedimentation 777 - Freies undgestörtes Sedimentieren 778 - Absetzleistung 778 - Rückstände 787

10

Sedimentieren und Auswaschen des Rückstands 182Einkammer- und Mehrkammer-Eindicker 782 - Eindicker mit Einbauten 782 -Gegenstromdekantation 184

Trennen nach Gleichfälligkeit 184Hydroklassieren 184 - Spitzkästen 785 - Spiral- und Rechenklassierer 785 -Stromapparate 787

4.1.2. Hydrozyklonieren 188Grundlagen des Hydrozyklonierens 188

Strömungs- und Absetzvorgänge 788 - Volumenströme und Druckverlust 797Hydrozyklone und Hydrozentriklone 191

Hydrozyklone 797 - Hydrozentriklone 795 - Adhäsions-Hydroklassierer 795

4.1.3. Filtrieren und Auspressen 193Grundlagen 193

Filtrieren 795 - Auspressen 795Filterschichten 195

Lose Filterschichten 795 - Filtergewebe 795 - Poröse Filtermassen 796 - Filter-kuchen 796 - Filterhilfsstoffe 797 - Oberflächen- und Tiefenfiltration 798

Filtrations- und Auspreßdrücke 198Filtrationsdruck 798 - Auspreßdruck und Bauart der Pressen 798

Filterströmung und Filtriergeschwindigkeit 199Hydraulische Widerstände 200 - Schüttschichten und Flächenfilter 202 - Kon-stanter Filtrationsdruck 203 - Konstanter Filtratstrom 204 - InhomogeneSchlämme 205 - Verstopfungsmodelle für konstante Filtrationsdrücke 205 -Waschen und Entfeuchten des Filterkuchens 206

Diskontinuierlich arbeitende Filter 208Kies- und Sandfilter 208 - Filternutschen 209 - Kerzenfilter 277 - Blattfilter275 - Zentrifugalscheibenfilter 275 - Filterpressen 276

Kontinuierlich arbeitende Filter 218Drehfilter 220 - Rotationsdruckfilter 226 - Bandfilter 228

4.1.4. Zentrifugieren 229Grundlagen der Zentrifugation 229

Zentrifugalkraft 229 - Beschleunigungsverhältnis 230 - Ausnutzungsgrad undTrommelfestigkeit 257 - Trommeldrehzahl 232 - Energiebedarf 232 - Automa-tisierung 233

Vollmantelzentrifugen 234Absetzvorgang und Kennzahlen 234 - Überlauf- und Schälrohrzentrifugen 236 -Rohrzentrifugen 238 - Schälzentrifugen 239 - Schneckenaustragzentrifugen239 - Tellerzentrifugen 240

Siebzentrifugen 242Filtrier- und Trockenvorgang 242 - Stehende und hängende Siebzentrifugen245 - Siebschälzentrifugen 245 - Siebschneckenzentrifugen 247 - Schubzentri-fugen 248 - Siebzentrifugen mit flexiblem Trommelmantel 249 - Taumelzentri-fugen 249

4.2. Trennen disperser Systeme mit gasförmiger Dispergierphase 250Schüttgutverhalten in Fluiden 250

Festbett und Schüttgutmechanik 250 - Fließbett 257 - Flugstaub 254 - Pneu-matisches und hydraulisches Fördern 254

Disperse Systeme mit gasförmiger Dispergierphase 256Staub, Sprüh, Rauch und Nebel 256 - Abscheidegrad 257

4.2.1. Trennen durch Massekräfte 258Sedimentieren und Prallabscheiden 258

Kammerabscheider 258 - Prallabscheider 259Aerozyklonieren 260

Grundlagen des Aerozyklonierens 260 - Aerozyklone 262

11

Naßabscheiden 263Wäscher 264 - Schaumentstauber 265

Akustisches Abscheiden 266Schallaerozyklone 267 - Schalltürme 267

4.2.2. Filtrieren 268Filtergewebe und poröse Filtermassen 268

Tuchfilter 268 - Keramik-Kerzenfilter 270- Papiervlies-Luftfilter 277Benetzte Metallfilter 271

Schichtenfilter 277 - Streichfilter 272 - Umlauffilter 272

4.2.3. Elektroabscheiden 272Grundlagen des Elektroabscheidens 272

Feldstärke und Ionisation 273 - Absetzgeschwindigkeit 274 - Leistungsauf-nahme 275

Elektroabscheider 275Hochspannungsanlagen 275 - Elektrofilter 276

5. Trennen der Feststoffe 279

5.1. Zerkleinern 279

5.1.1. Grundlagen des Zerkleinerns der Feststoffe 279Zerkleinerungsgrad 280 - Zerkleinerungsapparate 280 - Brechen undMahlen 280

Zerreißspannung und Zerkleinerungsarbeit 282Zerreißspannung 282 - Kerbstellen und Bruch 283 - Tribochemie 284 - Physi-kalische und technische Zerkleinerungsarbeit 285 - Mahlbarkeit 288

Körnungsgesetze und Körnungsnetze 289Feinheit und Kornverteilung 289 - Spezifische Mahlgutoberfläche 294

5.1.2. Brechen 295Backenbrecher 295

Einschwingen-Backenbrecher 296 - Kniehebel-Backenbrecher 296 - Schwing-Backenbrecher 297

Rundbrecher 297Rundbrecher mit Pendelwelle 298 - Rundbrecher mit feststehender Welle 299

Walzenbrecher und Walzenmühlen 299Walzenbrecher 299 - Walzenmühlen 300 - Schnecken- und Daumenbre-cher 302

Prall- und Hammerbrecher 302Prallbrecher 302 - Hammerbrecher 305

Elektrohydraulische Brecher 305

5.1.3. Mahlen 306Wälzmühlen 306

Kollergänge 306 - Rollenwälzmühlen 308Kugelmühlen 312

Rotierende und schwingende Kugelmühlen 572 - Grundlagen rotierender Kugel-mühlen 572 - Trommelmühlen 314 - Konusmühlen 575 - Rohr- und Verbund-rohrmühlen 577 - Grundlagen schwingender Kugelmühlen 579 - Schwing-mühlen 527 - Rührwerkskugelmühlen 322

Schlag- und Schleudermühlen 324Prallmühlen 325 - Hammermühlen 325 - Schlagkreuzmühlen 327 - Schlagstift-mühlen 328 - Schleudermühlen 529

Strahlmühlen 329Flachzylindrische Strahlmühlen 329 - Ringleitungsstrahlmühlen und Strahlprall-mühlen 557 - Fließbettstrahlmühlen 332

12

5.1.4. Schneiden, Reißen und Veneiben 332Schneidapparate 332Scheibenmühlen 333

Zahnscheibenmühlen 333 - Korundscheibenmühlen 334Walzenstühle 334

5.2. Aufbereiten 335

5.2.1. Klassieren 336Sieben 336

Siebböden und Siebgütegrad 337 - Siebroste 339 - Rundsiebe 339 - Luftstrahl-siebe 339 - Schwingsiebe 340 - Taumelsiebe 344 - Schallsiebe 344

Sichten 345Schwingsiebsichter 346 - Streutellersichter 346 - Spiralstromsichter 348 - Zick-zacksichter 349 - Luftstromsichter 557

5.2.2. Sortieren 351Dichtesortieren 351

Setzen 352 - Schwerflüssigkeitssortieren 354 - Herdsortieren 356Magnetsortieren 358

Magnetfeld und Ziehbarkeit 358 - Magnetscheider 360Elektrosortieren 364

5.2.3. Flotieren 365Grundlagen der Flotation 365

Polare Sammler 366 - Regler 367 - Sammleraktivität 367 - Schäumer 367Flotationsapparate 369

6. Vereinigen der Stoffe 370

6.1. Mischen 371Mischverfahren 371

Statische und dynamische Mischer 577 - Mischungsgrad 373

6.1.1. Versprühen 374Grundlagen des Versprühens 374Versprüher 376

6.1.2. Pneumatisches Rühren 378

6.1.3. Mechanisches Rühren 379Grundlagen des mechanischen Rührens 379

Rührströmung 379 - Rührleistung 380 - Ähnlichkeit des Rührvorgangs 587 -Trombenbildung 387 - Rührzeit 387 - Auflösen 388 - Rührarbeit 390

Rührerarten und Rührwerke 391Einachsige Rührer 392 - Mehrachsige Rührer 394

6.1.4. Homogenisieren 396

6.1.5. Kneten 398Grundlagen des Knetens 398

Knetleistung 398Kneter 399

Schaufelkneter 399 - Schneckenkneter 401

6.1.6. Vermengen 402Grundlagen des Vermengens 402

Mischgeschwindigkeit 402 - Ähnlichkeit des Vermengens 405Mischer 405

Fallmischer 406 - Schaufelmischer 408 - Schnecken- und Taumelscheibenmi-scher 408 - Fluidmischer 410

13

Dosieren und Kompaktieren der Feststoffe 410Dosieren 410Kompaktieren 411

Granulatformen 412 - Sintern 414 - Pressen 414

THERMISCHE GRUNDOPERATIONEN 417

7. Übertragen der Wärme 419

7.1. Wärmetransport 419Stationärer und nichtstationärer Wärmetransport 420

Temperatur und Zeit 420 - Nichtstationärer Wärmetransport 420Arten des Wärmetransports 421

Wärmeleitung 421 - Konvektion, Wärmeübergang und Wärmedurchgang 427 -Wärmestrahlung 422

7.2. Wärmeleitung 422Wärmeleitung ebener Wände 422

Wärmeleitzahl 422 - Wärmeleitung mehrschichtiger Wände 424Wärmeleitung der Rohrwände 425

7.3. Wärmeübergang 425Wärmeübergangszahl 425Ähnlichkeit des Wärmeübergangs .̂ . 426

PRANDTL-Zahl 427 - REYNOLDS-Zahl 428 - GRASHOF-Zahl 428 - NussELT-Zahl429 - Kriteriengleichungen des Wärmeübergangs 429

Wärmeübergang erzwungener und freier Strömung 429Wärmeübergang erzwungener Strömung 429 - Wärmeübergang freier Strö-mung 433

Wärmeübergang bei Phasenänderung 434Blasen- und Filmverdampfung 434 - Film- und Tropfenkondensation 437

•1A. Wärmestrahlung 440Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit 440

Energiebilanz der Wärmestrahlung 440 - Selektive Absorption 441Emissionsvermögen 442

Emissionsvermögen schwarzer Körper 442 - Schwärzegrad 442Strahlungsaustausch zweier Flächen 444

Wärmestrahlung geschlossener Räume 444 - Wärmestrahlung paralleler Flä-chen 444

7.5. Wärmedurchgang 445Wärmedurchgangszahl 445Wärmedurchgang bei ortsgleichen Temperaturdifferenzen 446

Wärmedurchgang ebener Wände 446 - Wärmedurchgang der Rohrwände 447Wärmedurchgang bei ortsveränderlichen Temperaturdifferenzen . . . . 448

Gleichstrom 448 - Gegenstrom 450 - Kreuz- und Mischstromführung 452Nichtstationärer Wärmedurchgang 452

Periodisches Aufheizen 452 - Periodisches Kühlen 454

8. Beheizen und Kühlen 455

8.1. Beheizen 456Energiequellen und Energieeinsparung 456

Energiewirtschaft 456 - Energieoptimierung und Pinch-Methode 458

14

Heizverfahren 461Unmittelbare Energiezufuhr 467 - Stoffliche Wärmeträger 467 - Wahl der Heiz-art 467

8.1.1. Brennstoffheizung 462Heizwerte 462Luftbedarf und Verbrennungstemperatur 463

Luftbedarf 463 - Verbrennungstemperatur 465Wirkungsgrad und Brennstoffbedarf 466Feuerungsanlagen 467

Feuerraum 467 - Rostfeuerung 467 - Müllverbrennung 469 - Brenner- undFließbettfeuerung 470

Dampferzeuger und Chemieöfen 475Dampferzeuger 475 - Röhren-Chemieöfen 477

8.1.2. Elektroheizung 479Widerstandsheizung 479

Direkte Widerstandsheizung 479 - Indirekte Widerstandsheizung 479Lichtbogenheizung 482

Bogenentladung 482 - Lichtbogenöfen 483Induktivheizung 485

Elektromagnetische Induktion 485 - Induktivbeheizte Chemieapparate 486 -Direkte Induktivheizung 486

Dielektroheizung 488Dielektrika 488 - Dielektroöfen 489

8.1.3. Strahlungsheizung 490

Elektrostrahler 490 - Gasglühstrahler 492

8.1.4. Gasumlaufheizung 492

8.1.5. Dampfbeheizung und Wärmeübertrager 493Heizdämpfe 493

Kondensationswärme 494 - Wasserdampf 494 - Diphenylgemisch 495Direkte Wasserdampfbeheizung 495Indirekte Dampfbeheizung und Wärmeübertrager 496

Wärmeübertrager 496 - Kondensatabieiter 498 - Mantelwärmeübertrager 499 -Schlangenrohrwärmeübertrager 507 - Doppelrohrwärmeübertrager 502 - Rohr-bündelwärmeübertrager 502 - Rippenrohrwärmeübertrager 506

8.1.6. Flüssigkeitsumlaufheizung und Wärmeübertrager 506Heizflüssigkeiten 506

Fühlbare Wärme 506 - Umlauf- und Badflüssigkeiten 507Wasserbeheizung und Wärmeübertrager 507

Drucklose Wasserbeheizung 507 - Spiralwärmeübertrager 508 - Plattenwärme-übertrager 508 -'Druckwasserbeheizung 509

Beheizen mit organischen Flüssigkeiten 510Organische Heizflüssigkeiten 570 - Diphenylumlaufheizung 570

8.1.7. Feststoffumlaufheizung 511

8.2. Kühlen 512

8.2.1. Kälteträger und Wärmeübertrager 512Kälteträger 512

Wasser 572 - Kühlsole 572 - Luft 575 - Kältemischungen 575 - Eis 575Direkte Eiskühlung 514Indirektes Kühlen 514

Fühlbare Wärme 574 - Luftgekühlte Wärmeübertrager 575 - Flüssigkeitsge-kühlte Wärmeübertrager 576 - Graphit-Plattenwärmeübertrager 576 - Riesel-kühler 577

15

Rückkühlen durch Verdunsten 518Luft-Wasserdampf-Gemisch 518Verdunstungskühlung 520

Kühltürme 520 - Kühlteiche 523

Kälteerzeuger 523Kälteprozesse 523

Wärmepumpen 523 - Kältetechnik 524 - Tieftemperaturtechnik 524Kompressions-Dampfkälteanlagen 524

Aufbau und Wirkweise 524 - Kälteleistungszahl 525 - Kältemittel 525 - Ver-dichter und Apparate 526

Absorptionskälteanlagen 527Aufbau und Wirkweise 527 - Wärmeverhältnis 528 - Kältemittel und Apparate528 - Vergleich der Absorptions- und Kompressionskälteanlagen 528

Dampfstrahlkälteanlagen 528

Kondensieren 530Kälteträger und Kondensatoren 530Oberflächenkondensatoren 531

Aufbau und Wirkweise 557 - Nichtkondensierende Gase 557 - Kühlwasserbe-darf und Austauschfläche 557

Mischkondensatoren 533Kühlwasserbedarf 533 - Nasse Mischkondensatoren 533 - Trockne Mischkon-densatoren 533

9. Übertragen der Stoffe 535

9.1. Phasengleichgewichte 536

9.1.1. Phase und Phasengesetz 536Phasenbegriff 536

Thermische Zustandsgieichung 557 - Ideale und reale Gase 557 - Phasenzu-sammensetzung 538

Thermodynamische und technologische Freiheitsgrade 541Freiheitsgrade 547 - GiBBS-Phasengesetz 547 - Technologische Freiheits-grade 543

9.1.2. Einkomponentensysteme 544Varianz der Einkomponentensysteme 544

Nonvarianz 544 - Monovarianz 544Dampfdruck 545

CiAusius-CLAPEYRON-Gleichung 545 - DÜHRiNG-Regel 546

9.1.3. Mehrkomponentensysteme ^. 547Varianz der Zwei- und Mehrkomponentensysteme 547

Zweikomponentensysteme 547 - Mehrkomponentensysteme 547Phasengleichgewichte der Lösungen nichtflüchtiger Stoffe 548

Dampfdruck, Siede- und Gefrierpunkt 548 - Löse- und Schmelzgleichge-wichte 550

Phasengleichgewichte mischbarer Flüssigkeiten 553Dampfdruck und Phasenzusammensetzung 553 - Siede- und Gleichgewichtsdia-gramme 557

Phasengleichgewichte begrenzt mischbarer Flüssigkeiten 559Löslichkeitsdiagramme 560 - Dampfdruck 567

Verteilungsgleichgewichte 562NERNST-Verteilungsgesetz 562 - HENRY-Verteilungsgesetz 564

Phasengleichgewichte an festen Oberflächen 566Adsorptionsvorgang 566 - Adsorptionsisotherme 567 - Mischadsorption 568

16

9.2. Stofftransport 569

9.2.1. Phasengrenzschichten und Triebkraft 570Diffusionsschicht und Phasengrenzfläche 570 - Zweifilmtheorie fluider Phasen577 - Grenzflächenkonvektion 573 - Penetrationstheorie 574

9.2.2. Molekularer Stofftransport 575Diffusionsgeschwindigkeit 575 - Diffusionszahl 577

9.2.3. Konvektiver Stofftransport 577Stoffübergang und Stoffdurchgang 578

Stationärer und nichtstationärer Stofftransport 579 - Stoffübergangsgeschwindig-keit 579 - Stoffübergangszahlen 580 - Stoffübergang und mittlere Triebkraft580 - Stoffdurchgang und mittlere Triebkraft 583 - Stoffdurchgangs- und Stoff-übergangszahlen 585

Ähnlichkeit des Stofftransports 587SHERWOOD-Zahl 587 - ScHMiDT-Zahl 588 - REYNOLDS-Zahl 589 - ARCHIMEDES-Zahl und GALiLEi-Zahl 589 - Kriteriengleichungen des Stoffübergangs 590 -Analogie des Stoff- und Wärmeübergangs 590 - Stoffübergang erzwungener Strö-mung 592

10. Trennen und Vereinen der Stoffe 595

10.1. Verdampfen 595

10.1.1. Grundlagen des Verdampfens 596Beheizen der Verdampfer 596Verdampferanlagen 597

Spezifischer Heizdampfbedarf 597 - Extradampf 598 - Lösungsführung inMehrkörperverdampfern 598 - Thermokompression 599

Materialstrombilanz der Verdampfer 600Wärmestrombilanz der Verdampfer 600

Einkörperverdampfer 607 - Verdampfer mit Thermokompression 602 - Mehr-körperverdampfer 603

Temperaturverluste in Verdampferanlagen 604Einfluß der Siedepunktserhöhung 604 - Einfluß des hydrostatischen Druckes605 - Einfluß der Strömungswiderstände 605 - Einfluß der Gase im Heizdampf606 - Gesamttemperaturverlust und Gesamttemperaturdifferenz in Mehrkörper-verdampfern 606

Wärmetransport in Verdampfern 607Einfluß der Zirkulation und Zähigkeit 607 - Einfluß des Flüssigkeitsstandes608 - Feste Niederschläge an Heizflächen 609

Temperaturverteilung in Mehrkörperverdampfern X 610Verteilen der effektiven Gesamttemperaturdifferenz 677 -Verteilen der verfüg-baren Gesamttemperaturdifferenz 674

10.1.2. Verdampfer 615Verdampferarten 615Rohrverdampfer mit innenliegender Heizkammer 616

Vertikalrohrverdampfer 676 - Horizontalrohrverdampfer 678Rohrverdampfer mit außenliegender Heizkammer 618

Vertikalrohrverdampfer 678 - Schrägrohrverdampfer 679Dünnschichtverdampfer 620

Fallfilmverdampfer 620 - Blasrohrverdampfer 627 - Rotorverdampfer 627 -Zentrifugalverdampfer 624 - Schneckenverdampfer 624

10.2. Kristallisieren 625

10.2.1. Grundlagen der Kristallisation 625Kristallisieren, Erstarren und Solidisieren 625 - Kristallisieren aus Lösungenund Kristallisate 626

2 Grundoperationen 9. Aufl. - 17

Kristallisationsverfahren 627Temperaturbeiwerte der Löslichkeit 627 - Kristallisation in Ruhe und Bewegung628 - Fraktionierte Kristallisation und Fest-Flüssig-Rektifikation 628 - Adduk-tive Kristallisation 629

Kristallisationsvorgang und Stofftransport 629Kristallkeimbildung 630 - Kristallwachstum 632 - Kristalltracht 635 - Auflösenund Kristallisieren 637

Materialbilanz der Kristallisation 637

Kristallisatoren 638Kristallisatorarten 638Kühlungskristallisatoren 640

Rührkristallisatoren 640 - Kristallisierwiegen 647 - Rohrkristallisatoren 642 -Säulenkristallisatoren 643 - Klassierende Umlaufkristallisatoren 643

Vakuumkristallisatoren 643Vakuum-Rührkristallisatoren 644 - Mehrstufen-Vakuumkristallisatoren 645

Trocknen 646

Grundlagen des Trocknens 647Trocknungsverfahren 647

Verdunstungs- und Verdampfungstrocknung 647 - Gefriertrocknung 648Übertragen der Wärme zum Trockengut 648

Konvektionswärme 649 - Kontaktwärme 657Feuchte in Trockengütern 651

Flüssigkeitstransport in kapillarporösen Trockengütern 652 - Flüssigkeitstrans-port in nichtporigen Trockengütern 652 - Nichthygroskopische Trockengüter652 - Hygroskopische Trockengüter 653 - Hygroskopisches Gleichgewicht 654

Eigenschaften und Verhalten der Luft-Wasserdampf-Gemische 655Relative Luftfeuchte 657 - Wasserdampfgehalt und Wasserdampfteildruck 657 -Enthalpie feuchter Luft 658 - Taupunkt und Kühlgrenztemperatur 658

Material- und Wärmestrombilanz des Trocknens 659Materialstrombilanz 659 - Wärmestrombilanz 660 - Trocknungsverlauf in Luft-trocknern 667

Trocknungsgeschwindigkeit 662Abschnitt konstanter Trocknungsgeschwindigkeit 665 - Knickpunktfeuchte667 - Abschnitt abnehmender Trocknungsgeschwindigkeit 668 - Endtrock-nungsgeschwindigkeit 668 - Trockenfläche und Verweilzeit 669 - Trocknungsge-schwindigkeit im Vakuum 677

10.3.2. Trockner 673Normaldrucktrockner 674

Chargen-Normaldrucktrockner 674 - Kanaltrockner 675 - Bandtrockner 675 -Etagentrockner 678 - Trommeltrockner 679 - Schaufeltrockner 687 - Strom-trockner 687 - Fließbetttrockner 682 - Sprühtrockner 685 - Walzentrockner687 - Kugelbetttrockner 689 - Röhrentrockner 689

Vakuumtrockner 690Vakuumtrockenschränke 697 - Vakuumwalzentrockner 692 - Vakuumschaufel-trockner 692 - Vakuumtellertrockner 693

10.4. Destillieren 694Destillationsverfahren 695

Trennverfahren 695 - Druckbereiche 697 - Energiebedarf 698

10.4.1. Einstromdestillation 698Grundlagen der Einstromdestillation 698

Materialbilanz 698 - Wärmebilanz 699Einstromdestillationsanlagen 700

Chargendestillation 700 - Dephlegmation 702 - Dünnschichtdestillation 702 -Molekulardestillation 702 - Diffusionsdestillation 704

18

10.4.2. Gegenstromdestillation 704Grundlagen der Gegenstromdestillation 704

Gegenstrom-Rektifikation 704 - Gleichgewichtsdiagramme 705 - Wärme- undStofftransport 705 - Totaler Rücklauf 706 - Theoretische Trennstufen 708 -Rücklaufverhältnis 709

Diskontinuierliche Gegenstromdestillation 709Arbeitsweise 709 - Wärmestrombilanz 770 - Theoretische Trennstufenzahl undRücklaufverhältnis 777 -

Kontinuierliche Gegenstromdestillation 716Arbeitsweise 776 - Wärmestrombilanz 777 - Theoretische Trennstufenzahl undRücklaufverhältnis 777 ^

Mehrstoffgemische und Zusatzstoffe 720Gegenstromdestillation der Mehrstoffgemische 720 - Gegenstromdestillation mitZusatzstoffen 723

Gegenstromkolonnen 725Wärme- und Stofftransport 725 - Rücklauf 726 - Belastungsbereich und Druck-verlust 726 - Betriebsinhalt und Intensität 727 - Bodenkolonnen 728 - Füllkör-perkolonnen 738 - Rotationskolonnen 746 - Horizontalkolonnen 750 - Wahlder Kolonnenart 752

10.4.3. Gleichstromdestillation 752Grundlagen der Hochgeschwindigkeits-Gleichstromdestillation 752

Arbeitsweise 753 - Dampfgeschwindigkeit und Trennstufenhöhe 754Gleichstromkolonnen 755

10.4.4. Trägerdampfdestillation 757Grundlagen der Trägerdampfdestillation 757

Trägerdampf 757 - Materialbilanz 758 -Arbeitsweise 758

10.5. Extrahieren 759Extraktions- und Destraktionsverfahren 760

Feststoff- und Solventextraktion 760 - Destraktion 760

10.5.1. Feststoffextraktion 762Grundlagen der Feststoffextraktion 762

Extraktionsgut 762 - Extraktionsmittel 765 - Extraktionsvorgang 763 - Extrak-tionsanlagen 764

Einkörper-Feststoffextraktion 764Stehende und rotierende Extraktoren 767 - Materialbilanz und Extraktionsgradder Einkörperextraktion 767

Mehrkörper-Feststoffextraktion 769Batterieschaltung 769 - Trennstufenzahl und Extraktionsgrad der Mehrkörperex-traktion 770

Kontinuierliche Feststoffextraktion 774

10.5.2. Solventextraktion 777Grundlagen der Solventextraktion 777

Extraktionsvorgang 777 - Extraktionsmittel 778 - Stofftransport 787Kreuzstrom-Solventextraktion 781

Arbeitsweise 787 - Materialbilanz und Extraktionsgrad der Kreuzstromextrak-tion 782

Gegenstrom-Solventextraktion 783Arbeitsweise 783 - Trennstufenzahl und Extraktionsgrad der Gegenstromextrak-tion 784

Solventextraktoren 786Trennstufenzahl und Trennstufenhöhe 787 - Extraktionsbatterien 788 - Extrak-tionskolonnen 788 - Zentrifugalextraktoren 793

10.6. Sorbieren 797Sorptionsverfahren 798

Absorption und Exsorption 798 - Adsorption und Desorption 798

2' 19

10.6.1. Absorbieren 799Grundlagen der Absorption 799

Absorptionsverfahren 799 - Exsorptionsverfahren 800 - Physikalische Gaswä-sche 800 - Befeuchten und Trocknen der Gase 807 - Stofftransport 802

Trennstufen und Übergangseinheiten 806Theoretische Trennstufenzahl und Trägerstoffverhältnis 806 - Höhe und Anzahlder Übergangseinheiten 808

Absorber 811Absorptionsanlagen 877 - Trennstufen und Übergangseinheiten 875 - Oberflä-chenabsorber 874 - Absorptionskolonnen 874 - Rotationsabsorber 878

10.6.2. Adsorbieren 820Grundlagen der Adsorption 820

Adsorptionsmittel 827 - Adsorptions- und Desorptionsverfahren 822 - Stoff-transport 824

Adsorptionszeit und Übergangseinheiten 825Adsorptionszeit der Adsorbensschichten 825 - Übergangseinheiten der Gegen-stromadsorption 829

Adsorber 830Festbettadsorber 830 - Adsorptionskolonnen 832

10.7. Permeation 834Membrantrennverfahren 835

Membrantechnik 835

10.7.1. Festmembrantechnik 836Grundlagen der Festmembrantechnik 836

Festmembranen 836 - Stofftransport der Festmembranpermeation 837Technische Membrantrenneinheiten „ . . 841

10.7.2. Flüssigmembrantechnik 845Grundlagen der Flüssigmembrantechnik 845

Flüssigmembranen 845 - Stofftransport der Flüssigmembranpermeation 848 -Technologie der Flüssigmembranpermeation 849

Literaturhinweise 851

Sachwörterverzeichnis 866

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