VTG (Verfahrenstechnik Grundlagen)

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1 Modulhandbuch Modulbezeichnung: ggf. Kürzel 313 Naturwissenschaftliche Grundlagen verfahrenstechnischer Prozesse: VTG (Verfahrenstechnik Grundlagen) ggf. Untertitel ggf. Lehrveranstaltungen: Grundlagen der chemischen und thermischen Verfahrenstechnik (GVFTCT); Grundlagen der mechanischen Verfahrenstechnik (GVFTM) Semester: 3 Modulverantwortliche(r): Dozent(in): Sprache: Prof. Dr. Rommel Prof. Dr. Weber, Fak. AW, für GVFTCT und Prof. Dr. Rommel für GVFTM Deutsch Zuordnung zum Curriculum Bachelorstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik, Lehrform/SWS: Arbeitsaufwand: Kreditpunkte: 3 Pflichtfach, 3. Semester Vorlesung: 2 SWS, max. 60 Personen, Übung: 2 SWS, max. 60 Personen, jeweils als Blockveranstaltung mit 4 SWS V + Ü GVFTM in der ersten und 4 SWS V + Ü GVFTCT in der zweiten Semesterhälfte Präsenz: 60 h, Eigenstudium 30 h Voraussetzungen: Module 11, 13 und 14 Lernziele/Kompetenzen: Vermittlung des grundlegenden Verständnisses mathematisch-naturwissenschaftlicher Prinzipien mit spezieller Bedeutung in der Umwelt und Verfahrenstechnik sowie wie Entwicklung der Fertigkeit, diese Prinzipien später auf konkrete verfahrens- bzw. umwelttechnische Probleme/Prozess anwenden zu können Inhalt: (GVFTM) Grundlagen der mechanischen Verfahrenstechnik: Was ist Verfahrenstechnik? Verfahrensfließbilder; Bilanzierung von Unit Operations und Apparaten, Partikeleigenschaften und -kollektive, Partikelbewegung in Kontinua und Grundlagen mehrphasiger Strömungen, Grundlagen der Schüttgutmechanik

2 (GVFTCT) Grundlagen der thermischen und chemischen Verfahrenstechnik: Grundlagen physikalische Chemie und Mischphasenthermodynamik, Grundlagen Reaktionskinetik und Thermodynamik Studien-/Prüfungsleistungen: Medienformen: Literatur: schriftliche Prüfung 90 min (Fragen und praktische Beispiele) Skript, Laptop und Beamer, Tafel, Blended Learning, Übungen an Simulationsarbeitsplätzen Werner Hemming: Verfahrenstechnik, Vogel Fachbuchverlag, 9. Auflage 2002 (ca. 21,80 ) Karl Schwister u.a.: Taschenbuch der Verfahrenstechnik, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Leipzig 2000 (ca. 24,90 ) Jochem Großmuck, Karl Werner Houben, Rudolf M. Zollinger: DIN Normen in der Verfahrenstechnik, Teubner Verlag, 1994 (in Bibliothek FH) Hans Dieter Bockhart, Peter Güntzschel, Armin Potschukat: Grundlagen der Verfahrenstechnik für Ingenieure, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 1997 (in Bibliothek FH) P. W. Atkins, Kurzlehrbuch Physikalische Chemie, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2002 D. Labuhn, O. Romberg, Keine Panik vor Thermodynamik, Vieweg, Wiesbaden 2005 W. R. A. Vauck, H. A. Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, 11. Auflage (Kap. 91.), Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 2000

3 Anlage: Inhaltsverzeichnis der Lehrveranstaltung: 1 Grundlagen der mechanischen Verfahrenstechnik (GVFTM) 1.1. Was ist Verfahrenstechnik? 1.2. Verfahrensfließbilder Begriffe: Unit Operation, Verfahren, Apparat, Anlage Zeichnerische Darstellung: Grund-, Verfahrens- und R&I-Fließbilder 1.3. Bilanzierung von Verfahren und Anlagen Stoff-, Massen- und Energieerhaltung Bilanzräume und Bilanzgrenzen Stoff- und Massenbilanzen Energiebilanzen 1.4. Partikeleigenschaften und -kollektive Partikelform und größe (Äquivalenzdurchmesser und Formfaktor) Partikelgrößenverteilungen (Größendichten- und summenverteilungen, Durchgangsund Rückstandeskurven, Verteilungsfunktionen: Normal- und logarithmische Normalverteilung, RRSB-Verteilung) Siebanalyse Programmpaket PMP von Grainsoft 1.5. Mehrphasenströmungen und Partikelbewegung Eigenschaften mehrphasiger und disperser System Partikelbewegung in Kontinua (feste und fluide Partikel) Partikelschwärme 1.6. Schüttgutmechanik Eigenschaften von Schüttgütern Stabilität und Fließverhalten von Schüttgütern Scherversuch nach Jenike

4 2 Grundlagen der thermischen und chemischen Verfahrenstechnik 2.1. Grundlagen der Thermischen Verfahrenstechnik Reinstoffe, Grundlagen Thermodynamische Systeme, Zustandsgrößen (intensiv, extensiv) kinetische Gastheorie Einführung U, H, S; Gibbs`sches Phasengesetz Phasendiagramme (p/t, p/v, p/v/t) Dampfdruck von Reinstoffen T-Abhängigkeit: Clausius-Clapeyron Antoine-Gleichung Phasenübergänge Mehrstoffsysteme Charakteristik und Zusammensetzung von Mischphasen Phasengleichgewichte in Mehrstoffsystemen Ideale Gasgemische und Partialdrücke (Dalton, Raoult) Dampfdruck- und Siedediagramme binärer Systeme Positive / Negative Abweichungen vom Raoult`schen Gesetz, Aktivitäts- und Fugazitätskoeffizienten, Azeotrope Siede- und Gefrierpunkte von Lösungen nicht flüchtiger Stoffe Absorption / Desorption 2.2 Grundlagen der Chemischen Verfahrenstechnik (Mehrstoffsysteme mit Gleichgewichtsreaktionen) Reaktionsenthalpien Standardreaktionsenthalpien Abhängigkeit von Reaktionsenthalpien Reaktionsentropien MWG Gleichgewichtsreaktionen homogen / heterogen Chemisches Gleichgewicht in Lösungen, Löslichkeitsprodukt Freie Enthalpie, Freie Reaktionsenthalpie, Freie Standardbildungsenthalpie (Gibbs) Chemisches Potential

5 Freie Reaktionsenthalpie in Mischungen idealer Gase Gleichgewichtskonstante als Ausdruck von G, mit Partialdrücken, Stoffmengenanteilen Temperatureinfluss / Druckeinfluss Gleichgewichte zwischen idealen Gasen und festen oder flüssigen Phasen Katalyse (Aktivierungsenergie; heterogen / homogen)