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Klausurfragen Teil 1 Flashcards

1
Q
  1. Wie ist der zerkleinerungstechnische Wirkungsgrad definiert?
A

η =(𝜎 ∗ ∆𝐴)/𝑊

𝜎= Oberflächenspannung
W= effektiv aufgebrachte Mahlarbeit
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2
Q
  1. Welche Fest-Flüssig Trennverfahren gibt es?
A
  1. Sedimentieren (Eindicker, Sedimenttransport)
  2. Filtrieren (Druckfilter, Saugfilter)
  3. Auspressen (Kuchen- bzw. Schlammkompression)
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3
Q
  1. 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

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4
Q
  1. 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

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5
Q
  1. Wann benutzt man Vollmantel- und wann Siebzentrifugen?
A
  1. Vollmantelzentrifuge: Abtrennen von sehr feinkörnigen oder schlecht filtrierbaren
    Feststoffen und zur Trennung nicht mischbarer Flüssigkeiten (Trennung von Wasser-Öl
    Emulsionen, Milchentrahmung)
  2. Siebzentrifuge: Bei Forderung von geringer Restfeuchte des Kuchens (z.B. weil sich eine thermische Trennung ausschließt)
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6
Q
  1. 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

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7
Q
  1. Was ist Tiefenfiltration, Siebfiltration und Kuchenfiltration und Oberflächenfiltration?
A
  1. Tiefenfiltration(Abtrennung innerhalb des Filtermediums): Abtrennung mechanisch und
    adsorptiv durch Partikelabtrennung im Inneren des Filtermediums
  2. Oberflächenfiltration (Abtrennung außerhalb des Mediums):
  3. Siebfiltration (Oberflächenfiltration): Abtrennung nach Prinzip eines Siebes
  4. 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.
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8
Q
  1. 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)

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9
Q
  1. 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

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10
Q
  1. Welche Arten von Materialverhalten gibt es? Zeichne das Spannungsdehnungsdiagramm für
    alle drei Fälle!
A

Linear-elastisches Verhalten
Plastisches Verhalten
Viskos-elastisches Verhalten

+ Diagramme!

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11
Q
  1. Wie errechnet man C_Schwarm?
A

Cschwarm=v,schwarm/v,partikel=(1-𝜎s)^y

mit Volumenanteilverhältnis 𝜎s=Vs/Vtr
Exponent y=f(Re)

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12
Q
  1. 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

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13
Q
  1. Wie berechnet man C_Form?
A

Nur wenn Teilchen nicht kugelförmig sind:

Cform= v_Teilchen/v_Kugel

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14
Q
  1. Nennen Sie die Bedingungen bei der Wahl von wiederkehrenden Variablen (Dimensionsanalyse)
A
  1. Ihre Anzahl muss der Anzahl der Grundeinheiten/Grundgrößen (M,L,T) entsprechen
  2. 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)
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15
Q
  1. Was ist die Mischgüte bzw. wie lässt sich die Güte einer Mischung beschreiben?
A

Maß für die Homogenität(Gleichmäßigkeit) einer Mischung

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16
Q
  1. Nennen Sie 3 Mischapparate
A

Freifallmischer, Zwangsmischer, pneumatische Mischer (Alle Trockenmischer)

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17
Q
  1. Nenne zwei tang. Und zwei ax. Rührer!
A

Tangential: Anker- und Scheibenrührer
Axial: Schaufel- und Propellerrührer

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18
Q
  1. Was ist die Durchmischungskennzahl?
A

Entspricht der Zahl der Rührerumdrehungen, die zur Erreichung eines Mischeffekts z.B. der
Homogenität erforderlich ist. o=n*tM

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19
Q
  1. 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
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20
Q
  1. 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

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21
Q

Wie lautet die Kennzahl Froude- Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Strömungsmechanik

Fr=v^2/g*L= Trägheitskraft/Gewichtskraft

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22
Q

Wie lautet die Kennzahl Euler-Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Strömungsmechanik

Eu=delta p/v^2*roh= Druckkraft/Trägheitskraft

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23
Q

Wie lautet die Kennzahl Newton-Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Strömungsmechanik

Ne=P/rohn^3d^5= Antriebskraft/Trägheitskraft

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24
Q

Wie lautet die Kennzahl Weber-Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Strömungsmechanik

We=(rohv^2L)/sigma= Trägheitskraft/Oberflächenkraft

25
Q

Wie lautet die Kennzahl Reynolds-Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Strömungsmechanik

Re=(vLroh)/n= Trägheitskraft/Zähigkeitskraft

26
Q

Wie lautet die Kennzahl Nusselt-Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Wärme-& Stoffübertragung ->Wärme

Nu=(a*L)/lambda= Konvektionsstrom/Leistungsstrom= f(Re,Pr)

27
Q

Wie lautet die Kennzahl Prandtl- Zahl?

Strömungsmechanik oder Wärme-& Stoffübertragung?

A

Wärme-& Stoffübertragung

Pr=v/a= viskoser Impulstransport/Wärmeleitung

28
Q
  1. Benenne den Unterschied zwischen Absorption und Adsorption inkl. Skizze
A

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
Q
  1. Benenne den Unterschied zwischen Absorption und Adsorption inkl. Skizze
A

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
Q
  1. 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?
A

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
Q
  1. Durch welches Gesetz wird der Diffusionstransport beschrieben?
A

Durch das Fick’sche Gesetz

32
Q
  1. Nennen sie 2 Bauarten von Absorbern
A

Blasensäule, Strahldüsenwäscher

33
Q
  1. Was passiert bei der Desorption und wie wird dort Druck und Temperatur eingestellt
A

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
Q
  1. Nennen Sie das Gesetz von Raoult sowie das Gesetz von Dalton und benennen sie die einzelnen
    Komponenten (ideales Verhalten)
A 
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
Q
  1. Was passiert bei der Desorption und wie wird dort Druck und Temperatur eingestellt
A

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
Q
  1. Nennen Sie das Gesetz von Raoult sowie das Gesetz von Dalton und benennen sie die einzelnen Komponenten (ideales Verhalten)
A

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
Q
  1. 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.
A

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=xiyipi°

Trennfaktor:
ai=yip1°/yjp2°=yi/yj *a0

38
Q

Wie berechnet sich der Trennfaktor alpha. Wann herrscht ein geringer/hoher/azeotroper Trennaufwand? Nennen sie außerdem jeweils ein Beispielgemisch

A

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
Q
  1. Was ist ein Azeotrop?
A

-Flüssig- und Dampfphase haben die gleiche Zusammensetzung

40
Q
  1. Nennen Sie drei Kolonnenarten!
A

Bodenkolonnen, Füllkörperkolonnen, Packungskolonnen

41
Q
  1. Bei welcher Art von Destillation ist die Rayleigh Gleichung einsetzbar?
A

Bei der diskontinuierlichen Destillation

42
Q
  1. Nennen sie 4 Anforderungen die ein Lösemittel mitbringen sollte:
A

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
Q
  1. Nennen sie drei Lösemittel
A

Kaltes oder heißes Wasser Alkohole (Methanol, Ethanol) Toluol Kohlenwasserstoffe (Hexan, Benzol)

44
Q
  1. Nennen sie drei Fließbilderarten
A

Grundfließbild, Verfahrensfließbild, R&I (Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema)

45
Q
  1. Wie berechnet man die Förderhöhe, Leistung einer Pumpe und den Wirkungsgrad einer
    Pumpe? Benennen Sie alle eingesetzten Größen
A

H=Pu/rohgQv mit Qv=Förderstrom
Pu=Förderleistung=rohgHQv
n=Pu/Pw=rohgQvH/Pw

46
Q
  1. Warum werden Pumpen zusammengeschaltet?
A

Wenn der gewünschte Förderstrom oder die gewünschte Förderhöhe nicht erreicht wird mit
einer einzigen Pumpe, können zwei oder mehrere Pumpen zusammengeschaltet werden.

47
Q
  1. Definieren sie die Begriffe: Verweilzeit, Reaktorbetriebszeit, Betriebszeit
A

Verweilzeit: Zeit, die ein Flüssigkeitsvolumen in einem Reaktor verweilt.
Rüstzeit: Zeit, die verbraucht wird, um einen Reaktor zu füllen, heizen, abkühlen, entleeren etc.

48
Q
  1. 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?
A

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
Q
  1. Gegeben ist eine Folgereaktion. Welcher Reaktortyp eignet sich wenn das Folgeprodukt unerwünscht ist?
A

SRK , da beste Selektivität, da die Verweilzeit am besten gesteuert werden kann.

50
Q
  1. Welche Kennzahl charakterisiert eine Zentrifuge?
A

Die Beschleunigungskennzahl K

K=R*w^2/g

51
Q
  1. Welcher Modellvorstellung liegt Carman-Cozeny zu Grunde bzw. was besagt Carman-Kozeny?
A

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
Q
  1. Warum sollte bei einem hohen Druckunterschied bei der Filtration zu Beginn der Druck langsam gesteigert werden?
A

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
Q
  1. Was kann passieren, wenn ein Rührer zu schnell läuft?
A

Es bilden sich Flüssigkeitstromben, welche bei schnelllaufenden Rührern und niedrigviskosen Flüssigkeiten zu außerordentlich starken mechanischen Beanspruchungen der Rührwelle führen

54
Q
  1. Wozu dienen Strombrecher?
A

Das rotieren der Flüssigkeit im Behälter (Trombe) wird behoben. => Ideal sind 4 Strombrecher

55
Q
  1. Welche Vor- und Nachteile hat ein Batchreaktor?
A

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
Q
  1. Welche Vor- und Nachteile hat ein CSTR (continuous stirred tank reactor) (RKK)
A

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
Q
  1. Welche Vor- und Nachteile hat ein PFR (plug flow reactor) (SRK)
A

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
Q
  1. Nennen Sie je 3 Gründe für nicht-ideales Verhalten beim CSTR(RKK) und PFR(SRK)
A

CSTR: Kanalbildung, Totzonen, schlechte Durchmischung
PFR: Molekulare Diffusion, Wirbelbildung/Turbulenzen, Strömungsverhalten

VT (10 decks)

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