Thermische Verfahrenstechnik

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1 Thermische Verfahrenstechnik Grundlagen und Berechnungsmethoden für Ausrüstungen und Prozesse Bearbeitet von Axel Schönbucher 1. Auflage Buch. xxi, 1030 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 15,5 x 23,5 cm Gewicht: 1643 g Weitere Fachgebiete > Technik > Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen, Lebensmitteltechnik > Mechanische und Thermische Verfahrenstechnik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen... XV 1 Allgemeine Grundlagen Zum Gegenstand der thermischen Verfahrenstechnik Zur atomistischen Interpretation der thermischen Trennverfahren Thermodynamische Systeme, Phase Zur Berechnung thermischer Trennverfahren Erhaltungssätze, Bilanzgleichungen, Hebelgesetz Exergie, Anergie, Exergiebilanzen Sicherheitstechnische Aspekte Thermodynamische Größen und Einheiten Zustandsgrößen Prozessgrößen Intensive und extensive Größen Konservative Größen und nicht-konservative Größen Temperatur, Druck Volumen, Stoffmenge, Masse Zusammensetzung von Mischphasen Stoffübertragung Einführung Molekulare und effektive Diffusion Ficksches Gesetz Zur physikalischen Interpretation der Diffusion Äquimolare Gegendiffusion Einseitige Diffusion Berechnungsmethoden für Diffusionskoeffizienten Ficksches Gesetz Stoffmengenbilanzgleichung Effektive Diffusion Diffusion in porösen Systemen Effektive molekulare Diffusion Knudsen-Diffusion und Makroporendiffusion Mikroporendiffusion Poiseuille-Strömung Oberflächendiffusion...87

3 X Inhaltsverzeichnis Konfigurelle Diffusion Dispersion Stoffübergang Phänomenologische Ansätze Filmtheorie Penetrationstheorie Oberflächenerneuerungstheorie Grenzschichttheorie Ähnlichkeitstheoretische Beschreibung Grenzflächenphänomene Stoffübergang an Blasen, Tropfen und Filmen Stoffübergang an festen Phasengrenzflächen Stoffdurchgang Übersicht Zweifilmtheorie Konzept der theoretischen Trennstufe Konzept der Übertragungseinheit Wärmeübertragung Einführung Molekulare und effektive Wärmeleitfähigkeit Fouriersches Gesetz Berechnungsmethoden für Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten Fouriersches Gesetz Wärmeleitungsgleichung Effektive Wärmeleitfähigkeit Wärmekonvektion Erzwungene Konvektion Freie Konvektion Wärmeübergang Filmtheorie Ähnlichkeitstheoretische Beschreibung Schütt- und Wirbelschichten Wärmeübergang bei Änderung des Aggregatzustandes Wärmedurchgang Zweifilmtheorie Zahlenwerte von Wärmedurchgangskoeffizienten technisch wichtiger Apparate Wärmetransport durch Strahlung Einführende Bemerkungen Fotometrische Größen Kirchhoffsches Gesetz Plancksches Strahlungsgesetz Stefan-Boltzmannsches Gesetz Bouguersches Gesetz Eigenschaften technischer Gasvolumina homogener Temperatur

4 Inhaltsverzeichnis XI Strahlungsaustausch zwischen zwei beliebig orientierten Körpern Wärmeübergangs- und Wärmeleitfähigkeitskoeffizient infolge Strahlung Strahlungstransportgleichung Impulsübertragung (Strömungsmechanik) Einführung Begriffe und Definitionen Stromlinien, Teilchenbahnen, Streichlinien, Stromröhren und Stromfäden Navier-Stokes-Gleichungen Kontinuitätsgleichung Impulsgleichung Energiegleichung Viskosität von Fluiden Molekularer Impulsfluss bei Gasen Newtonsches Schubspannungsgesetz bei Flüssigkeiten Viskoser Anteil des Spannungstensors Berechnungsmethoden für Viskositätskoeffizienten Rheologische Eigenschaften von Stoffen Bernoulli-Gleichung Strömungszustände Farbfaden-Versuch zur Visualisierung Laminare Strömung Turbulente Strömung Reynolds-Kriterium (Ähnlichkeitskriterium) Druckverlust Allgemeine Berechnungsformel Umströmte Einzelkörper Durchströmte ruhende Schüttschichten Durchströmte Wirbelschichten Durchströmte Rohre, Membranen, Rohrleitungselemente und Leitungssysteme Grundlagen der Trennprozesse Einführung Berechnung von Phasengleichgewichten Ideale Gemische Reale Gemische Mehrkomponentensysteme Enthalpie-Konzentrations-Diagramme Trennfaktor und Ausbeute eines Trennapparates Berechnungsmethoden für thermische und kalorische Stoffeigenschaften Charakteristische Stoffkonstanten...320

5 XII Inhaltsverzeichnis Dichte, thermischer Ausdehnungskoeffizient, Kompressibilität Dampfdruckkurve Verdampfungsenthalpie Molare Wärmekapazität Berechnung der Oberflächenspannung Datensammlungen und Datenbanken für Reinstoff- und Gemischdaten Destillation, Rektifikation Einführung Konzept der idealen Trennstufe Realisierung mehrerer Trennstufen Mehrstufiges Gegenstromprinzip Rektifikationskolonne (Grundbegriffe) Zur geschichtlichen Entwicklung der Destillationstechnik Berechnung der Destillation binärer Systeme Bilanzlinien Thermischer Zustand (kalorischer Faktor) des Feeds Minimale Anzahl theoretischer Trennstufen Minimales Rücklaufverhältnis Optimales Rücklaufverhältnis Wahl des optimalen Feed-Bodens Berücksichtigung von Seitenströmen und Wärmeverlusten Berechnung der Destillation von Mehrkomponentensystemen Einführende Bemerkungen Short-cut-Methoden Exakte Methoden (Matrixverfahren) Konzept der Übertragungseinheit Rektifikation bei Drücken ungleich Atmosphärendruck Rektifikation bei erhöhtem Druck (Druckdestillation) Vakuumrektifikation (Vakuumdestillation) Sonderverfahren der kontinuierlichen Rektifikation Heteroazeotroprektifikation Zweidruckverfahren Zusatzstoff-Trennverfahren (Selektive Rektifikation) Reaktive Rektifikation Anzahl von Kolonnen und Schaltungsmöglichkeiten Energieeinsparung Diskontinuierliche Rektifikation Einfache Destillation Mehrstufige Destillation Technische Auslegung von Rektifikationskolonnen Grundlegende Bemerkungen und kommerzielle Simulationsprogramme Bodenkolonnen Packungskolonnen...498

6 Inhaltsverzeichnis XIII 8 Absorption Einführung Technisch bedeutsame Prozesse Absorptionsmittel Berechnung der Phasengleichgewichtskurve Berechnung der Absorption bei Phasengegenstrom Bilanzlinie Lösemittelrückführung (Rezirkulationsverhältnis) Minimale Anzahl theoretischer Trennstufen bei Absorption Mindestlösemittelverhältnis und Lösemittelbedarf Minimale Anzahl theoretischer Trennstufen mit der Kremser- Gleichung Minimale Anzahl theoretischer Trennstufen bei Exsorption Berechnung des Bodenwirkungsgrades Berechnung des Kolonnendurchmessers Berechnung der Kolonnenhöhe Chemische Absorption Übersicht und Modifizierung der Phasengleichgewichtskurve Einfluss der Reaktionsgeschwindigkeit auf die Absorption Experimentelle Ermittlung der Phasengrenzfläche mit der sog. chemischen Methode Nicht-isotherme Absorption Absorption im Phasengleichstrom und Phasenkreuzstrom Bauformen von Absorbern Regenerationsverfahren Aspekte zur Optimierung von Absorptionsanlagen Extraktion Einführung Technisch bedeutsame Prozesse Flüssig/Flüssig-Extraktion Fest/Flüssig-Extraktion Hochdruck-Extraktion (Gasextraktion) Flüssig/Flüssig-Extraktion Extraktionsmittel Berechnung der Phasengleichgewichtskurve Berechnung der Extraktion binärer Systeme Berechnung der Extraktion ternärer Systeme Berechnung des Stufenaustauschgrades Numerische Berechnung von Mehrkomponentensystemen Kontinuierliche Gegenstromextraktion in Kolonnen Bauformen von Extraktoren Fest/Flüssig-Extraktion Einführung Technische Prozesse Berechnung der Extraktion ternärer Systeme...752

7 XIV Inhaltsverzeichnis Bauformen von Extraktoren Hochdruckextraktion Einführung Technische Prozesse Verfahrenstechnische Anlagen Zur Berechnung der Hochdruckextraktion Adsorption Einführung Zur geschichtlichen Entwicklung der Adsorption Technisch bedeutsame Prozesse der Adsorption und des Ionenaustausches Adsorptions- und Regenerationsverfahren Technische Anwendungen der Adsorption Technische Anwendungen des Ionenaustausches Adsorptionsmittel Adsorptionsgleichgewicht Grundbegriffe und grafische Darstellungen bei ein und zwei Adsorptiven Adsorptionswärme Berechnung von Einkomponentengleichgewichten Berechnung von Mehrkomponentengleichgewichten Kinetik der Adsorption Grundlegende Bemerkungen Einzelkorn-Modelle Festbett-Modelle Berechnung von Durchbruchskurven bei isothermer Adsorption Berechnung von Durchbruchskurven bei nicht-isothermer Adsorption Berechnung der Adsorption im Phasengegenstrom Adsorption im Phasenkreuzstrom Auslegungsmethoden Vorgehensweise Shortcut-Verfahren Scale-up-Verfahren Auswahl des geeigneten Auslegungsverfahrens Aspekte bei der Detailauslegung Bauformen von Adsorbern Diskontinuierlicher Adsorptionsbetrieb Kontinuierlicher Adsorptionsbetrieb Literatur Sachverzeichnis