Klausurfragen Teil 4 Flashcards
d) Welche 2 Größen bestimmen im Wesentlichen den Filtrationsvorgang bei gegebener Trübe und Filtrationsfläche?
Der Druckverlust Δ𝑝 und der Durchsatz z.B. in Form des Volumenstroms V*
g) Nennen Sie einige Methoden, die häufig zur Trennung dieser Gemische verwendet werden.
Chemische, thermische und elektromagnetische Methoden: Gaswäsche, Absorption, Adsorption,
Kristallisation, Extraktion, Reaktivextraktion, Membrankontaktoren (Apparate
für Gaswäsche, Absorption, Reaktivextraktion…) Destillation, Magnet- und Elektroscheiden,
Permeation etc.
Mechanische Methoden: Siebung, Sichtung, Sedimentation, Zentrifugation, Filtration, Membranfiltration, Flotation etc.
h) Welche charakteristischen Eigenschaften des Mediums und der Teilchen ermöglichen die Trennung durch Sedimentation? Welche apparatespezifischen Effekte beeinflussen den Sedimentationsvorgang zusätzlich?
Dichteunterschiede (Medium, Teilchen), Teilchengröÿe und Teilchenform; Teilchenschwarmverhalten,
Wandein_uss, Strömungsverhältnisse (Viskosität: laminar, turbulent) etc.
i) Welche Idee liegt dem Einsatz von Zentrifugen zur Separation von Gemischen zugrunde?
Das Prinzip der Trennung beruht wie bei der Sedimentation auf einer Dichtedifferenz zwischenden abzuscheidenden Partikeln (disperse Phase) und dem umgebenden Medium (kontinuierlichePhase). Im Gegensatz zur Sedimentation unter Schwerkrafteinfluss nutzen Zentrifugen die Zentrifugalkraft und realisieren so deutlich höhere Trennleistungen.
j) Nennen Sie 2 Wirkprinzipien nach denen Zentrifugen arbeiten können:
Zentrifugen arbeiten als:
- Vollmantelschleudern analog zur Sedimentations- bzw. Absetzapparatur
- Siebschleudern analog zu Filterapparaten
Vollmantelzentrifugen werden hauptsächlich zum Abtrennen (Absetzen) von sehr feinkörnigen oder schlecht filtrierbaren Feststoffen und zur Trennung nicht mischbarer Flüssigkeiten
(Trennung von Wasser - Öl Emulsionen, Entrahmung von Milch) verwendet. Wird eine
besonders geringe Restfeuchte des Kuchens gefordert (z.B. weil sich eine thermische Trocknung
ausschließt), so sind generell Siebzentrifugen, ganz gleich welcher Bauart, vorzuziehen.
k) Welche Art von Mehrphasensystemen bzw. Stoffgemische lassen sich durch Zentrifugation trennen?
Zentrifugen werden eingesetzt zur Trennung von:
- Suspensionen: s/l
- Emulsionen: l/l
- Gasmischungen: g/g
- 3-Phasen-Systemen: l/l/s
n) Durch welche Maßnahmen kann die Leistung einer Zentrifuge gesteigert werden?
Die Leistung einer Zentrifuge kann in vielen Fällen durch den Einbau konzentrischer Vollwandzylinder gesteigert werden, da hierdurch die Absetzfläche erheblich vergrößert wird(Ringkammerzentrifuge).
Statt der Ringzylinder, die manuell gereinigt werden müssen, werden in Separatoren auch
konische Tellerpakete eingebaut, durch die die schwerere Substanz nach außen geleitet
wird, während die leichte Substanz nach innen wandert. Die Konstruktion ist besonders
zur Trennung von Emulsionen (Milch) und zur kontinuierlichen Abtrennung kleiner Feststoffmengen geeignet. Durch eine geeignete Strömungsführung im Separator ist es sogarmöglich, 3-Phasen-Systeme (l/l/s) aufzuspalten.
o) Welche Aufgaben lassen sich für das Rühren definieren?
Wenn im zu vermischenden Stoffgemisch die flüssige Komponente überwiegt, wird die Mischoperation Rühren genannt und als Mischorgan ein Rührer verwendet. Es lassen sich
folgende 5 Rühraufgaben unterscheiden:
- Homogenisieren, d.h. Ausgleichen von Konzentrations- und Temperaturunterschieden
(z.B. Konzentrationsausgleich während chem. Reaktion) - Intensivieren des Wärmeaustauschs zwischen der Flüssigkeit und der Wärmeübertragungsfläche (besonders bei viskosen Flüssigkeiten, z.B. stark exotherme Polymerisationsreaktion)
- Aufwirbeln (und ggf. Lösen) bzw. Suspendieren (ggf. Anschlämmen) eines Feststoffes
in der Flüssigkeit (z.B. feststoffkatalysierte Reaktion)
- Dispergieren (ggf. Emulgieren) zweier nicht ineinander löslichen Flüssigkeiten (z.B.
‘Homogenisieren’ von Milch)
Dispergieren (Zerteilen) eines Gases in der Flüssigkeit (z.B. Beschleunigung des Stofftransports)
s) Durch welche dimensionslosen Kennzahlen lassen sich Rührvorgänge beschreiben? Was bedeuten sie?
Reynolds-Zahl: Re=nd^2roh/Viskosität n= Trägheitskraft/Zähigkeitskraft
Froude-Zahl: Fr=d^(1/2)*n/g^(1/2)= Trägheitskraft/Schwerkraft
Newton-Zahl: Ne=P/rohn^3d^5= Antriebskraft/Trägheitskraft
Aa) Wie lautet das Fick’sche Gesetz? Geben Sie die Formel an und benennen Sie alle Größen. Was sagt das Gesetz aus?
plus Formel
Besagt, dass sich ein in einem Gas oder in einer Flüssigkeit vorhandener diffundierender Stoff (Diffusion) aus Bereichen höherer Konzentration in solche mit geringerer ausbreitet (Dispersion).
c) Erläutern Sie die Begriffe:
Elementarreaktion Bruttoreaktion Reversible Reaktion Irreversible Reaktion Die Elementarreaktion bezeichnet eine Reaktion, bei der die stöchiometrische Gleichung
den tatsächlichen Reaktionsweg wiedergibt. Die stöchiometrische Gleichung gibt die Anfangs- und Endwerte einer Reaktion an. Läuft die Reaktion aber über mehrere Zwischenschritte, die in der Regel nicht bekannt sind, handelt es sich um eine Bruttoreaktion.
Eine irreversible Reaktion bezeichnet eine chemische Reaktion, bei der die Reaktion ausschließlich von der Edukt- zur Produktseite läuft. Die Edukte werden nach einer gewissen
Zeit vollständig in Produkte umgewandelt. Bei der reversiblen Reaktion dagegen läuft die
Reaktion gleichermaßen in beiden Richtungen ab. Die Edukte werden nicht vollständig in
Produkte umgewandelt. Nach einer gewissen Zeit stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den
Edukten und Produkten ein.
a) Wodurch wird die Bewegung eines Partikels im Kläreindicker (Partikel in Fluid) beeinflusst?
- [Form] Von der Abweichung der Kugelform: Da die Widerstandskraft abhängig ist von der Schattenfläche des Partikels, beeinflusst die Form des Partikels die Kräfte und senkt die stationäre Sinkgeschwindigkeit 2. [Begrenzung durch Wände] Von der Begrenzung des Fluides durch Wände. Die Geschwindigkeit des verdrängten Fluides, das in entgegengesetzter Richtung strömt, mindert die Relativgeschwindigkeit des Partikels zu Fluid und damit die Sinkgeschwindigkeit 3. [Andere Partikel] Von anderen Partikeln. Die Partikel behindert sich gegenseitig in ihrer Bewegung. Sie bewegen sich nämlich nicht mehr in einer reinen Flüssigkeit, sondern in einem Fluid, das stark veränderte Eigenschaften aufweist.
