Klausurfragen Teil 1 Flashcards
1
Q
- Wie ist der zerkleinerungstechnische Wirkungsgrad definiert?
A
η =(𝜎 ∗ ∆𝐴)/𝑊
𝜎= Oberflächenspannung W= effektiv aufgebrachte Mahlarbeit
2
Q
- Welche Fest-Flüssig Trennverfahren gibt es?
A
- Sedimentieren (Eindicker, Sedimenttransport)
- Filtrieren (Druckfilter, Saugfilter)
- Auspressen (Kuchen- bzw. Schlammkompression)
3
Q
- Mit welcher Formel berechnet man v_real (Sinkgeschwindigkeit)?
A
In der Praxis gibt es Abweichungen der Sinkgeschwindigkeit durch Einflüsse von:
- Partikelschwarmverhalten - Partikelform - Wandeinfluss (endliche Abmessung)
v(unendlich,Real)=v(unendlich,Kugel)CschwarmCwand*Cform
4
Q
- Wie lautet die Trennbedingung einer Zentrifuge und der Einsatzbereich?
A
Einsatzbereich:
- Trennung von Suspensionen, Emulsionen oder Gasmischungen
- Abtrennung von sehr feinkörnigen oder schlecht filtrierbaren Stoffen
Trennbedingung:
tr<=tz
-> tr=Zeit, die das Partikel braucht um Flüssigkeitsschicht zu durchqueren; tz= Zeit, die Partikel braucht um die Länge der Zentrifuge zu durchqueren
5
Q
- Wann benutzt man Vollmantel- und wann Siebzentrifugen?
A
- Vollmantelzentrifuge: Abtrennen von sehr feinkörnigen oder schlecht filtrierbaren
Feststoffen und zur Trennung nicht mischbarer Flüssigkeiten (Trennung von Wasser-Öl
Emulsionen, Milchentrahmung) - Siebzentrifuge: Bei Forderung von geringer Restfeuchte des Kuchens (z.B. weil sich eine thermische Trennung ausschließt)
6
Q
- Wie funktioniert Filtration und welche beiden Strömungsführungen unterscheidet man?
A
Prozess, bei dem eine Suspension (Trübe) in ihre Bestandteile Feststoff und Flüssigkeit getrennt
werden. Dies erfolgt mithilfe eines flüssigkeitsdurchlässigen Filtermediums.
Filtrat -> was unten durchkommt
Filterkuchen -> zurückbleibende Feststoff im Filtermedium
1. Einphasige Durchströmung
2. Zweiphasige Durchströmung
7
Q
- Was ist Tiefenfiltration, Siebfiltration und Kuchenfiltration und Oberflächenfiltration?
A
- Tiefenfiltration(Abtrennung innerhalb des Filtermediums): Abtrennung mechanisch und
adsorptiv durch Partikelabtrennung im Inneren des Filtermediums - Oberflächenfiltration (Abtrennung außerhalb des Mediums):
- Siebfiltration (Oberflächenfiltration): Abtrennung nach Prinzip eines Siebes
- Kuchenfiltration (Oberflächenfiltration): Auf dem Filter sammelt sich eine mit der Zeit
anwachsende Schicht des abzutrennenden Feststoffs an (Filterkuchen) und leistet einen
wesentlichen Beitrag bei der Reinigung der Flüssigkeit. Durch das Anwachsen der zu
durchströmenden Schicht steigt der Durchströmungswiderstand und damit der Druckverlust an.
8
Q
- Welche Größen beeinflussen die Filtration und welche die Filtrationsgeschwindigkeit?
A
Filtration:
1. Einflussgrößen des Mediums: Dichte und Viskosität des Fluids
2. Einflussgrößen der Schüttung: Mittlerer Korndurchmesser, Spezifische Oberfläche S(v),
Porosität
Filtrationsgeschwindigkeit: Vom gesamten Druckverlust ( Druckverlust Kuchen + Druckverlust
Filtration)
9
Q
- Was ist das Darcy-Gesetz?
A
Ist nur im laminaren Bereich gültig und beschreibt den empirischen Zusammenhang zwischen
dem Strömungsdruckverlust Delta p und der Anströmgeschwindigkeit des Fluids v in einer nicht
näher beschriebenen Schüttung
10
Q
- Welche Arten von Materialverhalten gibt es? Zeichne das Spannungsdehnungsdiagramm für
alle drei Fälle!
A
Linear-elastisches Verhalten
Plastisches Verhalten
Viskos-elastisches Verhalten
+ Diagramme!
11
Q
- Wie errechnet man C_Schwarm?
A
Cschwarm=v,schwarm/v,partikel=(1-𝜎s)^y
mit Volumenanteilverhältnis 𝜎s=Vs/Vtr
Exponent y=f(Re)
12
Q
- Welche Beziehung gilt für C_Wand?
A
v_wand=v(1-d^2/D^2)=vC_wand
für schleichenden Bereich: Cwand=(1-d/D)^2,25
für turbulenten Bereich: Cwand=(1-d/D)^1,5
13
Q
- Wie berechnet man C_Form?
A
Nur wenn Teilchen nicht kugelförmig sind:
Cform= v_Teilchen/v_Kugel
14
Q
- Nennen Sie die Bedingungen bei der Wahl von wiederkehrenden Variablen (Dimensionsanalyse)
A
- Ihre Anzahl muss der Anzahl der Grundeinheiten/Grundgrößen (M,L,T) entsprechen
- Sie müssen linear unabh. voneinander sein.
z.B. wenn man 3 Grundgrößen hat (M,L,T)
ist a) 𝜌, 𝑔 => Nach Bedingung 1 nicht erlaubt
b) 𝜌𝑝, 𝜌𝐹, 𝑔 => Nach Bedingung 1 erlaubt. Überprüfe 2. Bedingung, ob sie auch linear unabh.
voneinander sind (keine Nullzeile)
15
Q
- Was ist die Mischgüte bzw. wie lässt sich die Güte einer Mischung beschreiben?
A
Maß für die Homogenität(Gleichmäßigkeit) einer Mischung
16
Q
- Nennen Sie 3 Mischapparate
A
Freifallmischer, Zwangsmischer, pneumatische Mischer (Alle Trockenmischer)
17
Q
- Nenne zwei tang. Und zwei ax. Rührer!
A
Tangential: Anker- und Scheibenrührer
Axial: Schaufel- und Propellerrührer
18
Q
- Was ist die Durchmischungskennzahl?
A
Entspricht der Zahl der Rührerumdrehungen, die zur Erreichung eines Mischeffekts z.B. der
Homogenität erforderlich ist. o=n*tM
19
Q
- Was bezeichnet man als kritische Drehzahl?
A
Diejenige Zahl, bei der die Kräfte der rotierenden Unwucht die Maschine in Resonanzschwingungen versetzt (Sprich, wo ihre maximale Leistung erreicht wird
20
Q
- Wie ist der Verteilungskoeffizient definiert und wofür wird er eingesetzt?
A
Wenn die Phasenzusammensetzung als Stoffmengenkonzentration angegeben (kmol/m³) ist,
wird nicht das Henry’sche Gesetz benutzt, sondern der dimensionslose Verteilungskoeffizient.
Ebenfalls ein hoher Verteilungskoeffizient entspricht einer geringen Löslichkeit und andersrum.
CgA=mcA*clA
21
Q
Wie lautet die Kennzahl Froude- Zahl?
Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
A
Strömungsmechanik
Fr=v^2/g*L= Trägheitskraft/Gewichtskraft
22
Q
Wie lautet die Kennzahl Euler-Zahl?
Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
A
Strömungsmechanik
Eu=delta p/v^2*roh= Druckkraft/Trägheitskraft
23
Q
Wie lautet die Kennzahl Newton-Zahl?
Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
A
Strömungsmechanik
Ne=P/rohn^3d^5= Antriebskraft/Trägheitskraft
24
Q
Wie lautet die Kennzahl Weber-Zahl?
Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
A
Strömungsmechanik
We=(rohv^2L)/sigma= Trägheitskraft/Oberflächenkraft
25
Wie lautet die Kennzahl Reynolds-Zahl?
| Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
Strömungsmechanik
Re=(v*L*roh)/n= Trägheitskraft/Zähigkeitskraft
26
Wie lautet die Kennzahl Nusselt-Zahl?
| Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
Wärme-& Stoffübertragung ->Wärme
Nu=(a*L)/lambda= Konvektionsstrom/Leistungsstrom= f(Re,Pr)
27
Wie lautet die Kennzahl Prandtl- Zahl?
| Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?
Wärme-& Stoffübertragung
Pr=v/a= viskoser Impulstransport/Wärmeleitung
28
27. Benenne den Unterschied zwischen Absorption und Adsorption inkl. Skizze
Absorption: Hier werden Gase mit einer Flüssigkeit (Waschmittel) in Kontakt gebracht, wobei
durch das Waschmittel eine oder mehrere Komponenten entfernt werden.
Adsorption: Ist die Anreicherung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen (Adsorbat) an der
Oberfläche eines Feststoffs (Adsorbens, Adsorptionsmittel)
29
27. Benenne den Unterschied zwischen Absorption und Adsorption inkl. Skizze
Absorption: Hier werden Gase mit einer Flüssigkeit (Waschmittel) in Kontakt gebracht, wobei
durch das Waschmittel eine oder mehrere Komponenten entfernt werden.
Adsorption: Ist die Anreicherung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen (Adsorbat) an der
Oberfläche eines Feststoffs (Adsorbens, Adsorptionsmittel)
30
28. Was ist der Henry-Koeffizient, wie ist er definiert und wie verhält er sich bei einer großen bzw.
kleiner Löslichkeit? Inwiefern spielt die Temperatur eine Rolle?
Der Henry-Koeffizient ist ein Maß für die Aufnahmefähigkeit einer Flüssigkeit für Gase.
Ein großer Henry-Koeffizient entspricht einer geringen Löslichkeit. Ein kleiner Henry-Koeffizient
entspricht einer hohen Löslichkeit.
Mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit aller Gase in Flüssigkeiten ab -> HenryKoeffizient nimmt zu
pA=HA*xA
31
29. Durch welches Gesetz wird der Diffusionstransport beschrieben?
Durch das Fick’sche Gesetz
32
30. Nennen sie 2 Bauarten von Absorbern
Blasensäule, Strahldüsenwäscher
33
31. Was passiert bei der Desorption und wie wird dort Druck und Temperatur eingestellt
Beschreibt die Freigabe adsorbierter bzw. auch absorbierter Stoffe.
Bei der Desorption wird z.B. ein beladener Flüssigkeitsstrom (der ab-oder adsorbiert wurde)
regeneriert, sprich von der Beladung befreit.
34
32. Nennen Sie das Gesetz von Raoult sowie das Gesetz von Dalton und benennen sie die einzelnen
Komponenten (ideales Verhalten)
```
Raoult: 𝑝𝑖 = 𝑥𝑖 ∗ 𝑝𝑖
𝑠 = 𝑦𝑖 ∗ 𝑝
𝑠
𝑝𝑖 Partialdampfdruck
𝑥𝑖 Stoffmengenanteil Flüssigphase
𝑦𝑖 Stoffmengenanteil Gasphase
𝑝𝑖
𝑠
Sättigungsdampfdruck der reinen Komponente
𝑝
𝑠
Sättigungsdampfdruck des gesamten Gemischs
Dalton: 𝑝𝑔𝑒𝑠 = ∑ 𝑝𝑖
Gesamtdampfdruck in einem Dampfgemisch ist die Summe der Partialdrücke
```
35
31. Was passiert bei der Desorption und wie wird dort Druck und Temperatur eingestellt
Beschreibt die Freigabe adsorbierter bzw. auch absorbierter Stoffe.
Bei der Desorption wird z.B. ein beladener Flüssigkeitsstrom (der ab-oder adsorbiert wurde)
regeneriert, sprich von der Beladung befreit.
36
32. Nennen Sie das Gesetz von Raoult sowie das Gesetz von Dalton und benennen sie die einzelnen Komponenten (ideales Verhalten)
Raoult: 𝑝𝑖 = 𝑥𝑖 ∗ 𝑝𝑖^𝑠 = 𝑦𝑖 ∗ 𝑝^𝑠
𝑝𝑖:Partialdampfdruck
𝑥𝑖: Stoffmengenanteil Flüssigphase
𝑦𝑖: Stoffmengenanteil Gasphase
𝑝𝑖^𝑠: Sättigungsdampfdruck der reinen Komponente
𝑝𝑠: Sättigungsdampfdruck des gesamten Gemischs
Dalton: 𝑝𝑔𝑒𝑠 = Σ 𝑝𝑖
Gesamtdampfdruck in einem Dampfgemisch ist die Summe der Partialdrücke
37
34. Durch welchen Koeffizienten wird ein nicht ideales verhalten beschrieben? In welchen
Bereichen liegt welche Wechselwirkung vor? Nennen sie außerdem die neue Berechnung des
Partialdrucks und des Trennfaktors alpha für das nicht ideale System.
Durch den Aktivitätskoeffizienten 𝛾
𝛾 = 1 ideales Verhalten
𝛾 > 1 positive Abweichung (repulsive Wechselwirkung), Real
𝛾 < 1 negative Abweichung (attraktive Wechselwirkung), Real
Abweichung zur idealen Betrachtung über Aktivitätskoeffizienten y
pi=xi*yi*pi°
Trennfaktor:
ai=yip1°/yjp2°=yi/yj *a0
38
Wie berechnet sich der Trennfaktor alpha. Wann herrscht ein geringer/hoher/azeotroper Trennaufwand? Nennen sie außerdem jeweils ein Beispielgemisch
Trennfaktor ist groß bei leichter Trennbarkeit und klein bei schwerer Trennbarkeit Trennfaktor = 1 bedeutet hohen Trennaufwand (Azeotrop)
𝛼=𝑝𝑖𝑆/𝑝𝑗𝑆
leichter Trennaufwand: Benzol/Toluol hoher Trennaufwand: Ethanol/Wasser Azeotroper Trennaufwand (Trennung nicht möglich): ternäres Gemisch aus Chloroform, Methanol und Aceton
39
36. Was ist ein Azeotrop?
-Flüssig- und Dampfphase haben die gleiche Zusammensetzung
40
37. Nennen Sie drei Kolonnenarten!
Bodenkolonnen, Füllkörperkolonnen, Packungskolonnen
41
39. Bei welcher Art von Destillation ist die Rayleigh Gleichung einsetzbar?
Bei der diskontinuierlichen Destillation
42
40. Nennen sie 4 Anforderungen die ein Lösemittel mitbringen sollte:
Selektivität: Lösemittel sollte selektiv nur den Extrakt lösen Löslichkeit: Lösemittel sollte den Extrakt möglichst schnell lösen und eine möglichst große Extraktmenge aufnehmen können Siedeverhalten: Siedepunkt d. Lösemittels sollte nicht zu hoch sein Wirtschaftlichkeit/Umweltverträglichkeit: preiswert, ungiftig, nicht umweltschädlich
43
41. Nennen sie drei Lösemittel
Kaltes oder heißes Wasser Alkohole (Methanol, Ethanol) Toluol Kohlenwasserstoffe (Hexan, Benzol)
44
43. Nennen sie drei Fließbilderarten
Grundfließbild, Verfahrensfließbild, R&I (Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema)
45
45. Wie berechnet man die Förderhöhe, Leistung einer Pumpe und den Wirkungsgrad einer
Pumpe? Benennen Sie alle eingesetzten Größen
H=Pu/roh*g*Qv mit Qv=Förderstrom
Pu=Förderleistung=roh*g*H*Qv
n=Pu/Pw=roh*g*Qv*H/Pw
46
47. Warum werden Pumpen zusammengeschaltet?
Wenn der gewünschte Förderstrom oder die gewünschte Förderhöhe nicht erreicht wird mit
einer einzigen Pumpe, können zwei oder mehrere Pumpen zusammengeschaltet werden.
47
48. Definieren sie die Begriffe: Verweilzeit, Reaktorbetriebszeit, Betriebszeit
Verweilzeit: Zeit, die ein Flüssigkeitsvolumen in einem Reaktor verweilt.
Rüstzeit: Zeit, die verbraucht wird, um einen Reaktor zu füllen, heizen, abkühlen, entleeren etc.
48
51. Welchen Reaktor würden sie bei Parallelreaktionen einsetzen, wenn die gewünschte Reaktion 1. eine höhere Ordnung 2. Eine niedrigere Ordnung 3. Gleicher Ordnung hat und warum?
Bei unerwünschten Nebenreaktionen (Parallel- oder Folgereaktion) ist eine gute Selektivität wichtiger als ein hoher Umsatzgrad. Je höher die Ordnung ist, desto stärker ist die relative Auswirkung einer Konzentrationserniedrigung auf die Geschwindigkeit. 1. SRK ->Strömungsrohr begünstigt Reaktionen hoher Ordnung(Weil höhere Selektivität im SRK) [Anfangskonzentration sinkt im SRK nur allmählich] 2. RKK -> Rührkessel begünstigen Reaktionen niedriger Ordnung(Weil höhere Selektivität im RKK) [starker Konzentrationsabfall am Eintritt 3. Gleiche Ordnung -> Kein Einfluss der Reaktorwahl
49
52. Gegeben ist eine Folgereaktion. Welcher Reaktortyp eignet sich wenn das Folgeprodukt unerwünscht ist?
SRK , da beste Selektivität, da die Verweilzeit am besten gesteuert werden kann.
50
53. Welche Kennzahl charakterisiert eine Zentrifuge?
Die Beschleunigungskennzahl K
| K=R*w^2/g
51
54. Welcher Modellvorstellung liegt Carman-Cozeny zu Grunde bzw. was besagt Carman-Kozeny?
Beschreibt in der Verfahrenstechnik eine Gleichung, um den Druckverlust eines Fluids zu berechnen, der durch eine Schüttung von Festkörpern verursacht wird. Z.B. bei der Filtration
52
55. Warum sollte bei einem hohen Druckunterschied bei der Filtration zu Beginn der Druck langsam gesteigert werden?
Eine plötzliche Druckerhöhung führt zunächst zu einem hohen Filtratfluss. Kleine und
kleinste Partikel werden aufgrund ihrer geringen Trägheit verstärkt mitgerissen und setzen
das Filtertuch zu. Die Verstopfung ist in diesem Fall wesentlich höher als bei langsamer
Steigerung des Druckes auf Betriebsdruck. In diesem Fall gelangen grobe und feine Partikel
in gleichem Maße zum Filtertuch. Es bilden sich Feststoffbrücken aus, die Poren des
Filtermaterials werden weniger verstopft und die Filterleistung wird wesentlich erhöht
53
56. Was kann passieren, wenn ein Rührer zu schnell läuft?
Es bilden sich Flüssigkeitstromben, welche bei schnelllaufenden Rührern und niedrigviskosen Flüssigkeiten zu außerordentlich starken mechanischen Beanspruchungen der Rührwelle führen
54
57. Wozu dienen Strombrecher?
Das rotieren der Flüssigkeit im Behälter (Trombe) wird behoben. => Ideal sind 4 Strombrecher
55
58. Welche Vor- und Nachteile hat ein Batchreaktor?
Vorteile: Produktion kleiner Mengen (Pharmazie), hohe Wertschöpfung, frei wählbare Reaktionsdauer, Herstellung hochviskoser Stoffe Nachteile: höhere Kosten bei größeren Produktionsmengen wegen Totzeiten, höhere Energiekosten wegen Aufheizen/Kühlen pro f, diskontinuierliche Rührbehälter erfordern höheren Personal- und Reinigungsaufwand
56
59. Welche Vor- und Nachteile hat ein CSTR (continuous stirred tank reactor) (RKK)
Vorteile: hohe gleichbleibende Produktqualität, keine Reinigung, geringe Totzeiten, geringe Betriebskosten bei großen Produktionsmengen Nachteile: gleichbleibende Eduktqualität notwendig, eingeschränkte Flexibilität, höhere Investitionskosten, stark variierende Verweilzeitverteilung aufgrund der idealen Vermischung
57
60. Welche Vor- und Nachteile hat ein PFR (plug flow reactor) (SRK)
Vorteile: einfache kostengünstige Bauart, einstellbare Verweilzeit, keine Rückvermischung, gute Wärmeübertragung, höhere Umsatz bei vergleichbaren Reaktionsbedingungen als im CSTR Nachteile: Transport hochviskoster Stoffe schwierig, Blockageneigung durch entstehende Feststoffe, isothereme Fahrweise kaum erreichbar
58
61. Nennen Sie je 3 Gründe für nicht-ideales Verhalten beim CSTR(RKK) und PFR(SRK)
CSTR: Kanalbildung, Totzonen, schlechte Durchmischung
PFR: Molekulare Diffusion, Wirbelbildung/Turbulenzen, Strömungsverhalten
