- Hintz Partikeltrennprozesse Trennfunktion. Müller Müller Pulverfließeigenschaften Heilige Drei Könige

Transkript

1 Institut für Verfahrenstechnik Wintersemester 2016/2017 Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik Unterlagen: Folien, Vorlesungsskript, Seminaraufgaben, Lösungen und Praktikumsanleitungen Vorlesung: "Partikeltechnologie (Mechanische Verfahrenstechnik)" Mo. 13:15-14:45 Uhr G Seminar: Fr. 07:30-09:00 Uhr G Datum V/S Inhalt verantw V S Einführung/ Grundlagen des Zerkleinerns Zerkleinerung V S Zerkleinerung Partikelgrößenverteilungen Hintz V S Partikelgrößenverteilungen Partikelmesstechnik Hintz Hintz S Reformationstag Partikelcharakterisierung - Hintz V S Partikeltrennprozesse Trennfunktion V S Siebklassierung Siebklassierung V S Partikelbewegung im Fluid Partikelbewegung im Fluid V S Turbulente Stromklassierung Turbulente Stromklassierung V S Trennmodelle der Stromklassierung Trennmodelle der Stromklassierung V S Partikelwechselwirkungen/Haftkräfte Partikelwechselwirkungen/Haftkräfte V Pulverfließeigenschaften Heilige Drei Könige V S Silodimensionierung Silodimensionierung V S Partikelagglomeration Partikelagglomeration V S Partikelmischen Partikelmischen Schriftliche Prüfung a 120 min

2 2 empfohlene und weiterführende Literatur zur Lehrveranstaltung Partikeltechnologie : Verfasser/Herausg. Titel Verlag Jahr Schubert, H. Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik Whiley-VCH, Weinheim 2003 Schubert, H. Mechanische Verfahrenstechnik Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1990 Gotoh, K. Powder Technology Handbook Marcel Dekker Inc., New York 1997 Löffler, F., Raasch, J. Grundlagen der Mechanischen Verfahrenstechnischweig Vieweg & Sohn Verlag, Braun Schubert, H. Aufbereitung fester mineralischer Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1989 Rohstoffe, Bnd I Schubert, H. Aufbereitung fester Stoffe, Bnd II: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1996 Sortierprozesse Stuttgart Schubert, H. Aufbereitung fester mineralischer Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1984 Rohstoffe, Bnd III Stiess, M. Mechanische Verfahrenstechnik - Springer Verlag, Berlin 2009 Partikeltechnologie 1 Stiess, M. Mechanische Verfahrenstechnik 2 Springer Verlag, Berlin 1994 Höffl, K. Zerkleinerungs- und Klassier- AVS-Institut, Unterhaching 1987 maschinen Pahl, M. H., Zerkleinerungstechnik Verl. TÜV Rheinland Köln / Fachbuchverlag 1993 Brundiek, H. Buhrke, H., Kecke, Strömungsförderer F. Vieweg Verlag, Braunschweig 1989 H.J., Richter, H. Löffler, F., Raasch, J. Staubabscheiden Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1988 Schulze, D., Pulver und Schüttgüter Fließeigenschaften Springer Verlag, Berlin 2006 und Handhabung Pahl, M. H., Ernst, Lagern, Fördern und Dosieren von Verl. TÜV Rheinland Köln / Fachbuchverlag 1993 R., Wilms, H. Schüttgütern Dialer, K., Onken, U., Grundzüge der Verfahrenstechnik Carl Hanser Verlag, München 1986 Leschonski, K. u.a. und Reaktionstechnik Grassmann, P. Physikalische Grundlagen der Verfahrenstechnik Salle / Sauerländer Verlag, Aarau 1983 Zogg, M. Einführung in die Mechanische Verfahrenstechnik B.G. Teubner, Stuttgart 1987 Chemical Engineering Science Particle Characterization Chemie-Ingenieur-Technik Powder Handling and Processing Chemische Technik Powder Technology Verfahrenstechnik

3 Wintersemester 2014/15 Prüfungsschwerpunkte Partikeltechnologie - Mechanische Verfahrenstechnik 3 1) Dispersitätszustände, physikalische Produkteigenschaften, was ist die Partikelgröße? Verteilungsfunktionen, Partikelgrößenkennwerte, Meßmethoden für Partikelgrößen- u. formverteilungen, spezifische Oberfläche und Meßmethoden, Partikelpackungszustand; 2) Prozeßziele der Zerkleinerung, Festkörperbindungen, Mikroprozesse und Beanspruchungsmechanismen, Rißausbreitung und Bruchvorgänge, Bilanzierung, Prozeßbewertung des Zerkleinerungserfolges, Wirkprinzipien ausgewählter Brecher und Mühlen, deren Prozeßbewertung, Auslegung und praktische Einsatzgebiete; 3) Wirkprinzipien von Trenn- bzw. Klassierprozessen, Einfluß- u. Zielgrößen, Prozeßbewertung mittels Trennfunktion, Partikelgrößenbereiche, Triebkräfte u. Haftkräfte bei der Siebung, Wirkprinzipien der Exzenterschwingsiebe, Wuchtschwingsiebe, Stößelschwingsiebe, deren Prozeßbewertung u. Auslegung, Schwingungsparameter u. Einsatzgebiete; 4) Wirkprinzipien der Stromklassierung, Partikelbewegung in fluiden Strömungen, Partikelumströmung, Sinkgeschwindigkeit, Mikroprozesse der Turbulenz, turbulente Partikeldiffusion, Prozeßbewertung mittels Trennmodelle der turbulenten Gegenstrom- und Querstromklassierung, Einfluß der Turbulenz, Arbeitsweise eines Gegenstrom- und Querstromklassierers, Hydrozyklons, Zentrifugalradsichters, Auslegungsmodelle, typische Trennfunktionen, praktische Einsatzgebiete; 5) Schaltung von Zerkleinerungs- u. Klassierprozessen, verfahrenstechnische Grundschaltungen, Kreisläufe, Zielgrößen, Bilanzierung, Variantenvergleiche u. Optimierung nicht Gegenstand der mündlichen Prüfung! 6) Haftkräfte und Bindungen zwischen Partikeln, Spannungszustände, Mohrkreis, Fließorte und Fließkennwerte von Schüttgütern, Wirkprinzipien der Schergeräte, Methodik eines Scherversuches, Auslegung von Massenflußtrichtern, Kern- und Massenflußbunker, Vor- und Nachteile, Fließfähigkeit eines Produktes; 7) Wirkprinzipien des Mischens, Prozeßbewertung mittels Mischungszustand, Mischkinetik, Durchströmung von Partikelschichten, Permeabilität, Wirbelverhalten, Arbeitsweise Trommelmischer, Zwangsmischer, Wirbelschichtmischer, Vor- u. Nachteile, Einfluß- u. Zielgrößen, Auslegungsmodelle, praktische Einsatzgebiete; 8) Wirkprinzipien der Agglomeration, Partikelhaftkräfte, Agglomeratfestigkeit zwecks Produktbewertung, Prozeßbewertung durch Kompressibilität und Kompaktierbarkeit, Kompressions- und Scherarbeit, Aufbau u. Arbeitsweise von Pelletierteller und -trommel, Stempel- und Tablettenpresse, Walzenpresse, Einfluß- u. Zielgrößen, Auslegungsmodelle, praktische Einsatzgebiete.

4 4 0 Einleitung 2 1 Kennzeichnung disperser Systeme, Eigenschaften und Zustandsbeschreibung Überblick über disperse Systeme Partikelgrößenverteilungen und Kennwerte Partikelgrößenmerkmale Partikelgrößenverteilungen Partikelgrößenverteilungsfunktion und verteilungsdichte Statistische Momente Umrechnung der Mengenarten der Verteilungsfunktionen Analytisch darstellbare Partikelgrößenverteilungsfunktionen Kenngrößen der Partikelgrößenverteilungen Messung von Partikelgrößenverteilungen Prüfsiebmethoden Sedimentations- und Stromklassiermethoden Zählmethoden Abbildende Methoden Feldstörungen Streulichtmethoden und Laserlichtbeugung Beurteilung der Einsetzbarkeit Messung der Oberfläche eines Partikelkollektivs Permeabilitätsmethoden Adsorptionsmethode der Oberflächenmessung Gasadsorption und BET-Methode Einpunkt-BET-Methode Probenvorbehandlung und Platzbedarf A M,g Messgeräte Partikelformmerkmale und Partikelformanalyse Packungszustand von Partikeln Probenahme Auswahl der Probenentnahmemethode Bestimmung der optimalen Einzelprobenanzahl Technische Durchführung der Probennahme Zerkleinerung Bruchvorgänge und Mikroprozesse des Zerkleinerns Materialverhalten und Bruchvorgänge Materialverhalten Ausbreitung von Dichtestörungen bzw. Schallwellen Bruchvorgänge Mikroprozesse des Zerkleinerns Beanspruchungsarten Einzelpartikelbeanspruchung Bruchstückgrößenverteilung Partikelschichtbeanspruchung Mechanische Aktivierung und Mechanochemie Parameter der Makroprozesse in Zerkleinerungsmaschinen... 92

5 2.3 Technische Zerkleinerungsarbeit, Zerkleinerungsgesetze Bilanzmodelle von Zerkleinerungsprozessen Kennzeichnung des Zerkleinerungserfolges Zerkleinerungsmaschinen Backen- und Kegelbrecher Walzenbrecher und mühlen Prallbrecher und Prallmühlen Hammerbrecher und Hammermühlen Wälzmühlen Trommelmühlen Schwingmühlen Strahlmühlen Scheibenmühlen Rührwerkmühlen Scheren und Schneidmühlen Sonstige Maschinen zur mechanischen Zerkleinerung Thermische Zerkleinerung {Versprühen } Siebklassierung Kennzeichnung des Trennerfolges eines Trennprozesses Trennfunktion weitere Kennwerte des Trennerfolges eines Siebprozesses Siebklassieren Grundlagen des Siebklassierens Siebgutbewegung und Maschinenparameter Siebdurchgangswahrscheinlichkeit und Trennfunktion Siebdurchsatz Feuchtes Siebgut Siebböden Prüfsiebe Ausrüstungen für die Siebklassierung Roste und Trommelsiebe Schwing- oder Wurfsiebe Sonderbauarten Stromklassierung Relativbewegung von Partikeln in einem Fluid Wirkende Strömungs- und Feldkräfte Bewegung steifer Partikeln in einer stationären Strömung Stationäre Partikelbewegung Beschleunigte Partikelbewegung Partikelbewegung im Fliehkraftfeld einer Wirbelströmung Bewegung deformierbarer Partikeln in stationärer Strömung Bewegung von Partikelschwärmen Durchströmung von Partikelschichten Turbulente Transportvorgänge Kennzeichnung von turbulenten Strömungen

6 4.2.2 Transportvorgänge in turbulenten Strömungen Turbulenter Transport in Einphasenströmungen Turbulenter Partikeltransport Trennmodelle und Trennerfolg des Stromklassierens Allgemeines Bilanzmodell - FOKKER-PLANCK-Gleichung Querstromklassierung laminare Querstromhydroklassierung turbulente Querstromklassierung Turbulente Gegenstromklassierung Kennzeichnung des Trennerfolges eines Stromklassierprozesses Hydroklassierung Schwerkraft-Hydroklassierer Zentrifugalkraft-Hydroklassierer Windsichten Prozessziele des Windsichtens Partikeltrennung in einer Wirbelsenke Modell der Spiralwindsichtung und Trennkorngröße Turbulenzmodell der Trennkorngröße Wirkprinzipien der Windsichtung Windsichter Schwerkraft-Windsichter Zentrifugalkraft-Windsichter Staubabscheiden Entstauben Staubabsaugung Staubabscheidung Schwerkraftabscheider Zentrifugalkraftabscheider Elektrische Abscheider Filtrationsabscheider Nassabscheider Tropfenabscheider Kombination von Zerkleinerungs- und Klassierprozessen Grundschaltungen verfahrenstechnischer Prozesse Reihenschaltung und Kaskadenschaltung Parallelschaltung und Umgehungsschaltung Rückführschaltung Schaltungen von Zerkleinerungs- und Klassierprozessen Zerkleinerungsprozesse Klassierprozesse Trennfunktion einer Reihenschaltung von Klassierern Trennfunktion einer Parallelschaltung von Klassierern Schaltungsvarianten von Zerkleinerungs- und Klassierprozessen Reihenschaltung Vorzerkleinerung oder Vorklassierung Kreislaufschaltungen Kreislaufschaltung mit Nachklassierung integrierte innere Kreisläufe in den Zerkleinerungsmaschinen Kreislaufschaltung mit Vorklassierung

7 5.4 verfahrenstechnische Fließbilder mit Maschinensymbolen Auslegungsschritte für Zerkleinerungs- u. Klassiersysteme Zerkleinerungs- und Klassieranlagen Transport und Lagerung von Partikelsystemen Wechselwirkungen und Partikelhaftkräfte Bindung durch Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln Bindungsarten Adhäsionskräfte Wasserstoffbrückenbindungen VAN-DER-WAALS-Kräfte elektrostatische Kräfte Vergleich der Adhäsionskräfte Kontaktdeformation durch Einwirkung von Haftkräften Einfluss von Adsorptionsschichten Modellierung der Schüttgut- bzw. Agglomeratfestigkeit Bindung mit Hilfe benetzender Flüssigkeiten Bindung durch Flüssigkeiten niedriger Viskosität Kapillarkraftmodell Zerreißarbeit einer Flüssigkeitsbrücke Viskose Bindekraft Einaxiale Zugfestigkeit Flüssigkeitsbindung in Partikelpackungen Bindung durch Flüssigkeiten hoher Viskosität Bindung durch Festkörperbrücken Kristallisationsbrücken chemische Brückenbindungen Sinterbrücken Formschlüssige Bindungen Spannungszustand und Fließverhalten von Schüttgütern Ruhedruckbeiwert Herleitung des MOHRschen Spannungskreises Bruchhypothesen und Fließkriterien Fließkennwerte von Schüttgütern Messung der Fließeigenschaften von Schüttgütern Lagerung von Schüttgütern Probleme mit Silos und Bunker Auslegung von Silos und Bunker Auslegungsschritte einer Speicheranlage Auslegung Massenflussbunker Auslegung Kernflussbunker Austraggeräte und Austraghilfen Verweilzeitverhalten bei stationärem Partikeltransport Verweilzeitverteilungsfunktion und -verteilungsdichte Kennzeichnende Prozessmodelle des Verweilzeitverhaltens Lösung der zweiten KOLMOGOROFF-Differentialgleichung Agglomeration Festigkeit der Agglomerate

8 7.2 Aufbauagglomeration Prozessgrundlagen Pelletierausrüstungen Pelletierteller Pelletiertrommeln Pellethärtung Pressagglomeration (Brikettieren, Tablettieren) Kompressibilität und Verpressbarkeit Ausrüstungen für die Pressagglomeration Stempel- und Tablettenpressen Strang- und Lochpressen Walzenpressen Mischen Mischen von Partikelsystemen Kennzeichnung des Mischungszustandes von Partikelsystemen stochastische Homogenität und Modell der vollständigen Zufallsmischung Kinetik des Mischens von Partikelsystemen Auslegung der Kinetik Mischer für Partikelsysteme rotierende Mischbehälter Prozessbedingungen Auslegung Zwangsmischer mit Agitationsorganen Homogenisiersilos (mit festen Einbauten) pneumatische Mischer Durchströmungsverhalten von Partikelschichten Durchströmung von Wirbelschichten Auslegung von Wirbelschichtmischern Strahlmischer

9 Institut für Verfahrenstechnik Wintersemester 2008/2009 Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik Prof. Dr.-Ing. habil. J. Tomas, , Tel.: , 9 Vorlesung: "Partikeltechnologie - Einführung" Die. 11:15-12:45 Uhr G 22A Unterlagen: (Folien, Vorlesungsskript, Seminaraufgaben, Praktikumsanleitungen) Datum V Inhalt verantw V hierarchische Systeme der Verfahrenstechnik Tomas V Dispersitätszustand/Partikelgrößen Tomas V Partikelmeßtechnik Tomas V Molekulare Wechselwirkungen Tomas S Partikelgrößenverteilungen Hintz S Partikelgrößenverteilungen Hintz V Partikelwechselwirkungen Tomas V Elektrochemische Doppelschichten Tomas V Rheologische Suspensionseigenschaften Tomas V Feinstzerkleinerung/Desintegration Tomas *6.1. 2V Desintegration/Verweilzeitverteilung Tomas V Nanopartikelsynthese Hintz V Sol-Gel-Prozesse Hintz V Aerosolsynthese Hintz Klausur Praktische Übungen: Partikelmesstechnik (Hintz), Pressfiltration (Kleinschmidt), Feinstzerkleinerung (Aman), Nanopartikelfällung (Yordanova)