Inhalt. Grundlagen und Methoden

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1 Inhalt Teil I Grundlagen und Methoden 1 Grundlagen der Transportprozesse Molekulare Transportvorgänge Molekularer Impulstransport Molekularer Energietransport Molekularer Stofftransport Konvektive Transportvorgänge Konvektiver Impulstransport Konvektiver Energietransport Konvektiver Stofftransport Konvektiver Energie- und Stoffübergang Turbulente Transportvorgänge Umwandlungsvorgänge Stoffumwandlung Energieumwandlung Impulsänderung Bilanzgleichungen Differenzielle Bilanzgleichungen Integrale Bilanzgleichungen Molekulare Transportkoeffizienten und Stoffgrößen Viskosität Wärmeleitfähigkeit Diffusionskoeffizienten Verständnisfragen Aufgaben Literatur Diffusion in ruhenden Medien Stationäre Diffusion Diffusion ohne chemische Reaktion in einer ebenen Schicht IX

2 X Inhalt Diffusion mit homogener chemischer Reaktion Diffusion mit heterogener chemischer Reaktion Instationäre Diffusion Instationäre Diffusion ohne chemische Reaktion in einer Platte Instationäre Diffusion in einer Kugel Verständnisfragen Aufgaben Literatur Stoffaustausch zwischen zwei fluiden Phasen Stoffübergangstheorien Filmtheorie Grenzschichttheorie Penetrations- und Oberflächenerneuerungstheorie Turbulenztheorie Stoffdurchgang Stoffaustausch mit homogener chemischer Reaktion Penetrationstheorie Filmtheorie Generelle Auswirkungen einer homogenen Reaktion erster Ordnung auf den Stofftransport Verständnisfragen Aufgaben Literatur Beschreibung von Ausgleichsvorgängen in technischen Systemen Idealisierte Modellapparate Idealer Rührkessel Ideales Strömungsrohr Reale Apparate Mischvorgänge Kontinuierlich betriebene reale Apparate Verweilzeitverteilung Experimentelle Bestimmung einer Verweilzeitverteilung Verweilzeitverteilung idealer Apparate Verständnisfragen Aufgaben Literatur Strömungen in Rohren Impulstransport Laminare Rohrströmung Turbulente Rohrströmung Strömungswiderstand in Rohren Strömungen durch Rohrleitungssysteme

3 Inhalt XI 5.2 Stoffübergang Laminare Strömung Turbulente Rohrströmung Stoffübergang mit heterogener chemischer Reaktion Strömungen nicht-newtonscher Flüssigkeiten Geschwindigkeitsprofile Widerstandsgesetz Dispersion in Rohrströmungen Verständnisfragen Aufgaben Literatur Strömungen an ebenen Platten Impulstransport Laminare Grenzschicht Turbulente Grenzschicht Widerstandsgesetz Stoffübergang Laminare Strömung Turbulente Strömung Fluiddynamik und Stofftransport bei hohem Partialdruck Physikalische Problematik Geschwindigkeitsprofil Konzentrationsprofil Reibungsbeiwert Mittlere Sherwoodzahl Stoffübergang mit heterogener chemischer Reaktion Verständnisfragen Aufgaben Literatur Disperse Systeme Stationäre Partikelbewegung Feste Einzelpartikel Fluide Partikeln Instationäre Partikelbewegung Bewegung von Partikelschwärmen Feste Partikeln Fluide Partikeln Stationärer Stoffübergang Feste Einzelkörper Fluide Partikeln Instationärer Stofftransport bei festen und fluiden Partikeln Mathematische Grundlagen und Definitionen Diffusiver Transport in einer Kugel

4 XII Inhalt Stoffübergang bei schleichender Umströmung Spezielle Lösung für sehr kurze Zeiten Berechnung der übergehenden Masse für sehr lange Zeiten Ergebnisse der numerischen Lösung Verständnisfragen Aufgaben Literatur Einphasig durchströmte Feststoffschüttungen Kennzeichnende Größen einer Feststoffschüttung Feststoffpartikeln Lückengrad Hydraulischer Durchmesser Geschwindigkeitsverteilung innerhalb einer Feststoffschüttung Druckverlust Wärme- und Stoffübergang Wärmeübergang in Analogie zur Einzelkugel Stoffübergang in Analogie zum durchströmten Rohr Modellierung von Austauschvorgängen in Festbetten Berechnung des Konzentrationsverlaufs Dispersionskoeffizienten in Feststoffschüttungen Verständnisfragen Aufgaben Literatur Teil II Mehrphasensysteme und apparative Anwendungen 9 Filtration und druckgetriebene Membranverfahren Einteilung der Trennverfahren Prozessführung Kuchenfiltration Querstromfiltration Tiefenfiltration Kennzeichnung des Trennerfolgs Filtration Grundlegende Theorie der Filtration Kuchenfiltration von Suspensionen Staubabscheidung durch Filtration Druckgetriebene Membranverfahren Definitionen Grundlegende Theorie zu Membranverfahren Mikro- und Ultrafiltration Nanofiltration

5 Inhalt XIII Umkehrosmose Apparative Umsetzung der Membranfiltration Verständnisfragen Aufgaben Literatur Trocknung fester Stoffe Grundbegriffe der thermischen Trocknung Eigenschaften feuchter Güter Arten der Feuchtigkeitsbindung Bewegung der Feuchtigkeit im Gut Eigenschaften des feuchten Gases Darstellung der einstufigen Trocknung im Mollier-Diagramm Beharrungstemperatur Kühlgrenztemperatur Einstufiger Trockner Wärmeübertragung an das feuchte Gut Konvektionstrocknung Kontakttrocknung (konduktive Trocknung) Kinetik der Trocknung, Trocknungsverlauf I. Trocknungsabschnitt II. Trocknungsabschnitt Bauarten von Trocknern Konvektionstrockner Kontakttrockner Strahlungstrockner Verständnisfragen Aufgaben Literatur Strömung von Flüssigkeitsfilmen Fluiddynamik von Rieselfilmen Wärmeübertragung zwischen Wand und Flüssigkeit Stoffübertragung zwischen Rieselfilm und Gas Laminare Rieselfilme Filme mit welliger Oberfläche Gasseitiger Stoffübergang Stofftransport mit homogener chemischer Reaktion Reaktion 1. Ordnung Reaktion 2. Ordnung Technische Anwendungen von Rieselfilmapparaten Verständnisfragen Aufgaben Literatur

6 XIV Inhalt 12 Bodenkolonnen Thermodynamische Grundlagen Stoffbilanz um eine Rektifizierkolonne Stoffbilanz um eine Absorptions- oder Desorptionskolonne Konstruktive Merkmale Belastungsbereich und Belastungskennfeld von Kolonnenböden Maximale Gasbelastung Minimale Gasbelastung Maximale Flüssigkeitsbelastung Minimale Flüssigkeitsbelastung Belastungskennfeld Zweiphasenströmung in Bodenkolonnen Druckverlust des Gases am Boden Phasengrenzfläche in der Zweiphasenschicht Stoffübergang in der Zweiphasenschicht Verständnisfragen Aufgaben Literatur Packungskolonnen Aufbau und Funktionsweise Fluiddynamik Flüssigkeitsinhalt Druckverlust Belastungsgrenzen, Belastungskennfeld, Arbeitsbereich Stoffübergang Axiale Dispersion Auswahlkriterien für Kolonneneinbauten Verständnisfragen Aufgaben Literatur Förderung von Fluiden Einteilung und Anwendungsfelder von Förderorganen Bauformen von Strömungsmaschinen Energieumsetzung im Laufrad Impulssatz und Eulersche Hauptgleichung Kanalwirbel und Kraftübertragung Energiebilanz und Druckerhöhung Kennlinien Theoretische Konstruktion einer Drosselkurve Stabile und instabile Kennlinien Kennfeld Kennlinie einer Kolbenpumpe

7 Inhalt XV 14.5 Betriebspunkte von Kreiselpumpen Anlagenkennlinie Regelung von Strömungsmaschinen Verschaltungen mehrerer Kreiselpumpen Kavitation Ähnlichkeitsgesetze und dimensionslose Kennzahlen Ähnlichkeitsbeziehungen Dimensionslose Kennzahlen Verständnisfragen Aufgaben Literatur Wirbelschichten Erscheinungsformen von Wirbelschichten Fluiddynamische Grundlagen Druckverlustcharakteristik Lockerungsgeschwindigkeit Expansion von Fließbetten Feststoffverhalten bei der Fluidisierung mit einem Gasstrom Betriebszustände in Wirbelschichten Gasblasen in Wirbelschichten Feststoffmischung in Wirbelschichten Gasphasenvermischung in Wirbelschichten Stoffübergang zwischen Fluid und Partikeln Modellierung von Wirbelschichtreaktoren Technische Anwendungen Acrylnitrilsynthese Verbrennung von Kohle Verständnisfragen Aufgaben Literatur Feststofftransport in Rohrleitungen Physikalische Grundlagen des Feststofftransports Pneumatische Förderung Einteilung der pneumatischen Förderung Bestimmung des Druckverlustes Luftexpansion entlang des Förderwegs Fördergeschwindigkeit Technische Fördersysteme Hydraulische Förderung Verständnisfragen Aufgaben Literatur

8 XVI Inhalt 17 Gas/Flüssigkeits-Strömungen in Rohren Strömungs- und Phasenverteilungszustände Strömungen in vertikalen Rohren Strömungen in horizontalen Rohren Grundlegende Beziehungen und Definitionen Bestimmung der Strömungsform Strömungsformen in horizontalen Rohren Strömungsformen in vertikalen Rohren Schlupf Berechnungsverfahren für Gas/Flüssigkeits-Strömungen Homogenes Modell Heterogenes Modell (Schlupfmodell) Verständnisfragen Aufgaben Literatur Mischen und Rühren Definitionen und Einteilungen Rühren Technische Rührsysteme Impulstransport Leistungscharakteristik Rühren von nicht-newtonschen Flüssigkeiten Wärmetransport Homogenisieren in Rührbehältern Suspendieren von Feststoffen Begasen Dispergieren von Flüssig/flüssig-Systemen Statische Mischer Druckverlust Mischgüte Mikromischer Einteilung Arbeitsbereiche von Mikromischern Verständnisfragen Aufgaben Literatur Blasensäulen Blasensäulen mit und ohne Einbauten Bauarten Fluiddynamik Blasengröße und -bewegung Dispersion Gasgehalt

9 Inhalt XVII Stofftransport Wärmeübergang Suspensionsblasensäulen Airlift-Schlaufenapparate Abstromblasensäulen Bauarten und Einsatzgebiete Betriebsbedingungen und Gasgehalt Stoffübertragung Modellgleichungen zur Beschreibung von Blasensäulenreaktoren Anwendungsbereiche Verständnisfragen Aufgaben Literatur Sachverzeichnis

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