Mechanische VT Flashcards
a) Was sind die wesentlichen Unterschiede der Oberflächen- und Tiefenfiltration?
Bei der Tiefenfiltration erfolgt die überwiegende Abtrennung mechanisch und adsorptiv
durch Partikelabtrennung im Inneren des Filtermediums. Es handelt sich dabei um eine
Strömung durch ein langsam verstopfendes Haufwerk konstanter Höhe. Wird infolge Verstopfung der Widerstand zu hoch, so müssen die Filterschichten erneuert oder regeneriert
werden.
Die Oberflächenfiltration wird bei höheren Feststoffgehalten eingesetzt. Der abgetrennte
Feststoff wird in Form eines Kuchens auf einem Filtermedium abgelagert. Das Filtermedium
soll dabei möglichst keine Feststoffe einlagern, also nicht verstopfen. Durch zurückgehaltene größere Teilchen bzw. durch Brückenbildung werden die Poren des Filtermediums für
feinere Partikel blockiert und der sich bildende Filterkuchen übernimmt die Filtration.
c) Welche Modellvorstellung liegt dem Ansatz von Carman-Kozeny zugrunde?
) Dem Ansatz von Carman-Kozeny liegt die Modellvorstellung zugrunde, dass die Schüttung eine Vielzahl parallel geschalteter Kapillaren ist. Damit liegt die Anwendung der
Widerstandscharakteristik der Rohrströmung nahe. Für schleichende Strömungen bei Vernachlässigung der Gravitation und der Annahme einer voll ausgebildeten Strömung kann
das Strömungsproblem in der Form
ξ =64/Re
dargestellt werden.
e) Nennen Sie einige Methoden, die häufig zur Trennung homogener und heterogener 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.
f) Welche charakteristischen Eigenschaften des Mediums und der Teilchen ermöglichen die
Trennung durch Sedimentation? Welche apparatespezifischen Effekte beeinflussen den Sedimentationsvorgang zusätzlich?
Dichteunterschiede (Medium, Teilchen), Teilchengröße und Teilchenform; Teilchenschwarmverhalten, Wandeinfluss, Strömungsverhältnisse (Viskosität: laminar, turbulent) etc.
g) Welche Idee liegt dem Einsatz von Zentrifugen zur Separation von Gemischen zugrunde?
Das Prinzip der Trennung beruht wie bei der Sedimentation auf einer Dichtedifferenz zwischen den abzuscheidenden Partikeln (disperse Phase) und dem umgebenden Medium (kontinuierliche Phase).
Im Gegensatz zur Sedimentation unter Schwerkrafteinfluss nutzen Zentrifugen die Zentrifugalkraft und realisieren so deutlich höhere Trennleistungen.
h) Welche Art von Mehrphasensystemen 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
i) Mit welcher Kennzahl werden Zentrifugen in der Technik charakterisiert?
In der Technik charakterisiert man Zentrifugen durch die Beschleunigungskennzahl K:
K =
(R*ω^2)/g
Als Verhältnis zwischen Zentrifugalbeschleunigung und Erdbeschleunigung entspricht die
Beschleunigungskennziffer formal der Froude-Zahl und liegt bei handelsüblichen Zentrifugen zwischen 300 und 50000.
k) 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 Stoftransports)
l) Was kann passieren, wenn ein Rührer zu schnell läuft?
Wird in einen Behälter ohne Einbauten ein Rührer zentrisch eingebaut, so wird die Flüssigkeit in Rotation versetzt, und es bildet sich eine Flüssigkeitstrombe aus. Bei schnelllaufenden Rührern und niedrigviskosen Flüssigkeiten kann die Trombe das Rührorgan erreichen,
was zur Folge hat, dass der Rührer das Gas in die Flüssigkeit einrührt. Dies ist meist
unerwünscht und fährt im übrigen wegen der fehlenden ’Flüssigkeitslagerung’ zu einer außerordentlich starken mechanischen Beanspruchung der Rührwelle sowie deren Lagerung
und Dichtung.
m) Wozu dienen Strombrecher?
m) Auch beim Ausbleiben einer Trombenbegasung ist das Rotieren der Flüssigkeit im Behälter immer dann unerwünscht, wenn ein Zweiphasensystem mit Dichteunterschieden vorliegt, da die Zentrifugalkräfte dem Mischvorgang entgegenwirken. Das Kreisen der Flüssigkeit in zylindrischen Behältern wird durch den Einbau von Strombrechern behoben. Eine sogenannte ’vollständige Flüssigkeitsbewehrung’ wird mit 4 Strombrecherleisten erreicht, welche senkrecht entlang der gesamten Behälterwand angeordnet
sind und deren Breite D/10 beträgt (D - Behälterinnendurchmesser). Zur Vermeidung von
Toträumen werden die Leisten mit einer Breite von D/12 ausgeführt und in einem Abstand
von D/50 von der Wand angebracht.
n) Worin unterscheidet sich die Funktionsweise von axialen und tangentialen Rührern?
n) Die verschiedenen Standardröhrertypen lassen sich nach der von ihnen hauptsächlich bewirkten Flüssigkeitsströmung einordnen.
+ abbildung
o) Durch welche dimensionslosen Kennzahlen lassen sich Rührvorgänge beschreiben? Was
bedeuten sie?
)Folgende dimensionslose Kennzahlen spielen in der Rührtechnik eine Rolle:
Reynolds-Zahl Re =nd^2ρ/η
Trägheitskraft/
Zähigkeitskraft
Froude-Zahl Fr =
√d *n/√g
Trägheitskraft/
Schwerkraft
Newton-Zahl Ne =
P/ρn^3d^5
Antriebskraft/
Trägheitskraft
