Formelzeichen XIII. Einleitung 1. 1 Phasengleichgewichte 5
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- Curt Kraus
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1 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen XIII Einleitung 1 1 Phasengleichgewichte Flüssigkeit/Gas-Systeme Verhalten reiner Stoffe Dampfdruck Dampfdruck an stark gekrümmten Flüssigkeitsflächen Verhalten von binären Gemischen Dampfdruck binärer verdünnter Lösungen Gefrierpunkterniedrigung Das Raoultsche Gesetz Das Henrysche Gesetz Verhalten idealer Gemische Reales Verhalten von Flüssigkeitsgemischen Die Gibbs-Duhem-Gleichung Phasenumwandlungs-, Mischungs- und Bindungswärmen Exzessgrößen Aktivität und Aktivitätskoeffizient Fugazität und Fugazitätskoeffizient, Gleichgewichtskonstante Flüssigkeit/Flüssigkeit-Systeme Flüssigkeit/Feststoff-Systeme Sorptionsgleichgewichte Sorption einer Komponente Phasenänderungs- und Bindungswärme Adsorption von zwei und mehr Komponenten Voraussage von Einkomponenten-Adsorptions-Isothermen Molekülbasierte Voraussage von Adsorptionsisothermen Voraussage von Mehrkomponenten-Adsorptions-Gleichgewichten Enthalpie-Konzentrations-Diagramm 96
2 VIII Inhaltsverzeichnis 2 Grundlagen der Ein- und Mehrphasenströmung Einige Gesetze der Einphasenströmung Massenerhaltungssatz und Kontinuitätsgleichung Wirbelfreie Bewegung und Wirbelbewegung Das zähe Fluid Navier-Stokes-, Euler- und Bernoulli-Gleichungen Laminare und turbulente Strömung in Rohren und Öffnungen Das turbulente Strömungsfeld Molekularströmung und Molekulardiffusion Filmströmung an senkrechten Wänden Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit im senkrechten Rohr Ähnlichkeitstheorie und Kennzahlen, Bedeutung der Kennzahlen Kennzeichnung von Partikelsystemen Durchströmte Festbetten Disperse Systeme im Erdschwerefeld Die Endsteig- oder Endfallgeschwindigkeit einzelner Teilchen Volumenanteile (Fließbetten, Sprüh-, Blasen- und Tropfensäulen) Erzwungene Großraumströmungen in Rührwerken Bilanzierung, Wärme- und Stoffübertragung Einführung Bilanzierung Grundlagen Beispiele für Bilanzierungen ohne kinetische Vorgänge Beispiel: Füllen eines Behälters Beispiel: Behälter mit Ablauf Beispiel: Temperaturverlauf eines gerührten Behälters Beispiel: Isotherme Verdunstung von Wasser Beispiel: Bilanzierung einer Kristallisationsanlage Wärme- und Stoffübertragung Kinetische Ansätze Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten Wärme- und Stoffübertragung bei erzwungener Konvektion Wärme- und Stoffübertragung in Partikelsystemen Wärme- und Stoffübertragung bei freier Konvektion Wärmeübertragung an fluidisierte Systeme Instationäre Wärme- und Stoffübertragung Wärmeübergang an kondensierende Dämpfe 197
3 Inhaltsverzeichnis IX Wärmeübergang bei der Verdampfung von reinen Flüssigkeiten Beispiele für Bilanzierungen mit kinetischen Vorgängen Beispiel: Dampfbeheizter Rührkessel Beispiel: Flüssigkeitsgekühlter Rührkessel Beispiel: Instationärer Stofftransport in Kugeln Beispiel: Isotherme Verdunstung eines binären Gemisches Beispiel: Bilanzierung eines Rohrbündel-Wärmeübertragers Destillation, Rektifikation, Absorption Destillation Grundlagen Betriebsweisen Phasengleichgewicht Siedepunkt, Taupunkt Kontinuierliche geschlossene Destillation Binäre Gemische Vielstoffgemische Flashdestillation Diskontinuierliche offene Destillation, Batchdestillation Batchdestillation binärer Gemische Batchdestillation ternärer Gemische Rektifikation Grundlagen Kontinuierliche Rektifikation Rektifikation binärer Gemische Rektifikation ternärer Gemische Rektifikation von Vielstoffgemischen Reaktivrektifikation Batchrektifikation Batchrektifikation binärer Gemische Batchrektifikation ternärer Gemische Batchreaktivrektifikation Absorption, Desorption Absorptionsgleichgewicht Physikalische Absorption Minimale Waschmittelmenge Minimale Strippgasmenge Graphische Bestimmung der Zahl der Gleichgewichtsstufen Vergleich zwischen Absorption/Desorption und Rektifikation Chemische Absorption, Chemisorption Gestaltung und Dimensionierung von Stoffaustauschkolonnen Bodenkolonnen 310
4 X Inhaltsverzeichnis Arbeitsbereich von Bodenkolonnen Zweiphasenströmung auf Kolonnenböden Stoffübergang in der Zweiphasenschicht auf Kolonnenböden Packungskolonnen Arbeitsbereich von Packungskolonnen Zweiphasenströmung in Packungskolonnen Stoffübergang in Packungskolonnen Extraktion Phasengleichgewicht Wahl des Extraktionsmittels Thermodynamische Berechnung der Extraktion Einstufige Extraktion Vielstufige Kreuzstrom-Extraktion Vielstufige Gegenstrom-Extraktion Bauformen von Extraktionsapparaten Apparate für die Solventextraktion Wahl der dispersen Phase Phasenscheider Dimensionierung von Flüssig/flüssig-Extraktoren Fluiddynamische Auslegung Stoffübergang in Extraktraktionsapparaten Verdampfen und Kondensieren Verdampferbauarten Vielstufenverdampfung Kondensatorbauarten Auslegung von Verdampfern und Kondensatoren Brüdenverdichtung Verdampfungsverfahren Kristallisation Grundlagen und Gleichgewichte Grundlagen Gleichgewichte Kristallisationsverfahren und -apparate Kühlungskristallisation 419
5 Inhaltsverzeichnis XI Verdampfungskristallisation Vakuumkristallisation Verdrängungs- und Reaktionskristallisation Kristallisationsapparate Kristallisation aus Lösungen Kristallisation aus Schmelzen Bilanzen Stoffbilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators Stoffbilanz des Batch-Kristallisators Energiebilanz des kontinuierlich betriebenen Kristallisators Anzahlbilanz Kristallisationskinetik Keimbildung und metastabiler Bereich Aktivierte Keimbildung Heterogene Keimbildung Abriebskeimbildung Kristallwachstum Diffusionskontrolliertes Kristallwachstum Integrationskontrolliertes Kristallwachstum Wachstum mit Diffusions- und Integrationswiderstand Aggregation und Agglomeration Keimbildung und -Wachstum in MSMPR-Kristallisatoren Auslegung von Kristallisatoren Adsorption Technische Adsorbentien Adsorptionsapparate Sorptionsgleichgewichte Ein- und mehrstufige Adsorber Die einstufige Apparatur Die Kreuzstromschaltung Die Gegenstromschaltung Adsorptionskinetik Vereinfachte Lösungen für das Festbett Vereinfachte Lösung für das Einzelpartikel Kinetische Transportkoeffizienten Der adiabate Festbettadsorber Regenerieren der Adsorbentien Adsorptionsverfahren 527
6 XII Inhaltsverzeichnis 9 Trocknung Bauarten von Trocknern Trocknungsgüter und Trocknungsmittel Trocknungsgüter Trocknungsmittel Trocknen durch Strahlung Die einstufige Apparatur im Enthalpie-Beladungs- Diagramm Bilanzen einer mehrstufigen Apparatur Strömungs- und wärmetechnische Auslegung Trocknungsverlauf I. Trocknungsabschnitt Der Knickpunkt II. Trocknungsabschnitt Einige Trocknungsverfahren Konzeptuelle Prozessentwicklung Prozesse zur Zerlegung binärer Stoffgemische Prozesse zur Zerlegung zeotroper Mehrkomponentengemische Basisprozesse zur Zerlegung ternärer Gemische Prozesse mit Seitenkolonnen Thermische Kopplung Prozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische Prozesse zur Zerlegung von Heteroazeotropen Druckwechselrektifikation Zerlegung azeotroper Gemische unter Verwendung eines Entrainers Hybridprozesse zur Zerlegung azeotroper Gemische Reaktivrektifikation 610 Literaturverzeichnis 613 Sachverzeichnis 635
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