Stofftransport & Phasengleichgewichte:

Question 1

25. Welche Stofftransport-Mechanismen gibt es in einem homogenen Fluid?

Answer 1

 Konvektion (Stofftransport „durch Strömung“)
 Diffusion (Stofftransport durch molekulare Bewegung; langsamer Vorgang)
 Turbulenz (=Sonderform der Konvektion; „stochastische (=zufällige) Konvektion“; schneller Vorgang)

Question 2

26. Wozu werden Kennzahlen verwendet? Welches Teilgebiet der Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit dimensionslosen Kennzahlen?

Answer 2

 Um physikalische Prozesse darzustellen (durch empirisches Parametrisieren von Modellmessungen  Scale-Up-Methoden)
 Kennzahlen sind immer dimensionslos
 Auswahl technischer Kennzahlen, die physikalische Verhältnisse ausdrücken
 Teilgebiet der VT: Ähnlichkeitstheorie

Question 3

27. Wie lautet die Formulierung für die Reynoldszahl? Was drückt sie aus?

Answer 3

DATEI
V … mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Fluids
L … Länge des Körpers
 … kinematische Viskosität
Die Reynoldszahl sagt etwas aus über den Charakter der Strömung im Fluid aus, also ob die Strömung laminar (in parallelen Schichten) oder eben turbulent abläuft.; Verhältnis von Geschwindigkeit zu Zähigkeit

Question 4

28. Erklären Sie den Unterschied zwischen Dampfdruck und Partialdruck und wie das ideale Gleichgewicht nach Raoult und Dalton definiert ist. Warum verhalten sich nicht alle Flüssigkeitsgemische ideal?

Answer 4

Dampfdruck: Ist der Druck, der sich einstellt, wenn sich in einem abgeschlossenen System ein Dampf mit der zugehörigen flüssigen Phase im thermodynamischen Gleichgewicht befindet.; = stoff- und temperaturabhängig

Partialdruck: Teildruck einer einzelnen Komponente oder Fraktion in einem (idealen) Gasegemisch;
Druck in einem Gasgemisch, welcher einem bestimmten Gas zugeordnet werden kann. Er entspricht dem Druck, den die einzelne Gaskomponente bei alleinigem Vorhandensein im betreffenden Volumen ausüben würde.

Raoult: In einem idealen Flüssigkeitsgemisch sind die Partialdrücke pi direkt dem Molanteil proportional.

Dalton: Gesamtdruck eines Dampfgemisches setzt sich aus den Teildrücken seiner Komponenten zusammen.

Weicht in der Realität von ideal ab aufgrund von
 Kompensationsfaktoren (z.B.: Aktivität, Fugazität, Henry, u.ä.)
 Van-der-Waals-Gleichung (reale Gase): Berücksichtigung, dass Gasteilchen ein Volumen sowie Anziehungskräfte besitzen (= antagonistische Eigenschaften)
 Komponenten können sich abstoßen oder anziehen

Question 5

32. Was ist eine azeotrope Mischung? Ist das gut oder schlecht für eine Destillation (Beispiele)?

Answer 5

Azeotrope Mischung = Es gibt einen azeotropen Punkt (= Zusammenfallen von Tau- und Siedepunkt für Konzentration x  binäres Gemisch durch „einfache“ Destillation nicht weiter trennbar)
Beim Sieden verhalten sich azeotrope Gemische wie Reinstoffe  braucht mehr Aufwand um getrennt zu werden z.B.: Wasserdampfdestillation

Beispiele: Wasser-Ethanol, Chloroform-Aceton, Salpetersäure-Wasser

Question 6

33. Aus welchen Teilschritten setzt sich der Stoffdurchgang zusammen und von welchen Parametern hängt dieser ab (Skizze und Formel)?

Answer 6

Teilschritte:
 Phase 1: Stofftransport aus einem Bulk zur Phasengrenzfläche durch eine laminare Grenzfläche
 Phase 2: Stoffübergang in die andere Phase an der Phasengrenzfläche (nicht stetig  Phasengleichgewicht) durch eine laminare Grenzfläche in Flüssigkeitsbulk

Begünstigt durch:
 Hohes treibendes Konzentrationsgefälle
 Große Austauschfläche/Phasengrenzfläche ( große Apparategröße)
 Strömungsart und -geschwindigkeit
DATEI

Question 7

34. Was ist der k-Wert beim Stoffdurchgang? Wie kann der Stoffdurchgang erhöht werden (k, A, c)?

Answer 7

Der k-Wert ist definiert als Stoffdurchgangskoeffizient und entspricht in etwa der Strömungsgeschwindigkeit [m/h].

Stoffdurchgang wird begünstigt durch:
 Hohes treibendes Konzentrationsgefälle (c)
 Große Austauschfläche/Phasengrenzfläche ( große Apparategröße) (A)
 Turbulente Strömungsart und hohe Strömungsgeschwindigkeit (k)

Question 8

35. Der Stoffdurchgang läuft sehr analog zum Wärmedurchgang ab. Welche wesentlichen Unterschiede gibt es?

Answer 8

DATEI