9. Vorlesung Grundlagen der Produktgestaltung Inhalt und Termine, WS 2008/2009

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1 9. Vorlesung Grundlagen der Produktgestaltung Inhalt und Termne, WS 2008/2009 Kaptel 1 Enführung Enführung Bespel Intellgentes Herbzd, Mnprojekt Produkt-Analyse Kaptel 2 Grundlegende Prnzpen Flm Produkt-Gestaltung Flm Produkt-Gestaltung Flm Produkt-Gestaltung, Grenzflächen, Benetzung, Kapllardruck, Innovatonsmanagement Rollenspel Konzeptuelle Produktgestaltung Kaptel 3 Bespel Krstallsaton Thermodynamsches Glechgewcht Krstallographe, Habtus Kembldung, Wachstum, Partkelgrößenvertelung Auslegung und Betreb von Krstallsatoren, Kaptel 4 Bespel Kollodale Systeme Egenschaften und Anwendungen von kollodalen Systemen, Stabltät Wechselwrkungen, DLVO-Theore, Aggregaton logn: student pwd: materalen_tvt 1 Results of the role play - questons and answers Development Managers to Marktng Managers: What s our budget? capacty: 10 % of our current producton capacty n regular yogurth should be swtched to probotc (smple guess: appr. 200 t/day) cost: The prce of the probotc product can be hgher that that of regular yogurth. Therfore, the producton costs may be 20 % hgher than for the producton of regular yogurth. Development Managers to Industral Researchers: How about technology? fermentaton: a new fermentaton lne has to be bult, to produce the probotc bactera. coatng: A coatng process s needed to protect the bactera durng ther passage of the stomach. The rest of the process s unchanged. The exstng equpment can be used. Industral Researchers to Academc Researchers: How about cooperaton? contract about: exclusve lcence fnances - publcaton n journals: lcencng of the bactera and the technology of ther preparaton (coatng) long-term research cooperaton publcaton only after some perod of tme (.e. 3 years) 2

2 Produktspezfkaton Nowadays, chemcal products are not sold for what they are, but for what they do!... dementsprechend werden Produkte spezfzert. Ene Produktspezfkaton st de detallerte Beschrebung des Produktes, anhand der festgestellt werden kann, ob das gekaufte Produkt den Kunden- Anforderungen entsprcht. Produkt Datenblatt: Produktname Beschrebung Spezfkaton Hnwese zur Anwendung, Verwendung Gefahrenhnwese rechtlche Bestmmungen 3 Bespele für Produktspezfkaton (1) aus: Agam G.: Industral Chemcals 4

3 Bespele für Produktspezfkaton (2) Spezfkatonen für Gemsche Specfc Gravty Appearance Solublty Color Flash Pont Assay Vscosty Bolng Pont Range Mosture Refractve Index Meltng Pont/Range Freezng Pont/Range Vapour Pressure ph Impurtes (specfc) Bulk Densty Partcle Sze Impurtes (on) Häufgket ********************************** ****************************** ***************************** ************************* *********************** ********************* ******************* ***************** *************** ************* *********** *********** ********* ******** ****** ****** **** *** 5 Bespele für Produktspezfkaton (3) Spezfkatonen für Erdölprodukte Acdty, Total (mg KOH) Anlne Pont Aromatcs Ash Bromne Number Calorc Value Carbon Resdue Cetane No. Cloud Pont Color Cone Penetraton Copper Strp Corroson Dstllaton Range Droppng pont Produkttyp Turbne fuel, lubrcatng ols Desel fueal, lubrcatn ols Turbne fuel, lubrcatng ols Desel Fuel Varous Fuels Desel fuel, lubrcatn ols Desel fuel Desel fuel Wax Lubrcaton grease, wax Gasolne, turbne fuel, desel fuel Gasolne, Kerosne, Turbne fuel, wax Lubrcatng grease 6

4 7 8

5 Erzeugung fester Produkte Mndestens 60 Prozent der Produkte der Prozessndustre snd Feste Produkte (Krstalle, Gläser, Polymersate, Agglomerate, Pulver, Stränglnge, Chps, Pastllen,...). Feste Produkte können aus der Gas- oder Flüssgphase aufgrund von glasartger Erstarrung krstallner Erstarrung Polymersaton (her ncht behandelt) entstehen. 9 Krstallsaton: bnäres Phasendagramm Temperatur Clausus-Clapeyron Δh% sl,1 1 1 ln( x% 1γ 1) = R% T( x% ) T T s,1 1 S,1 Eutektkum 1 x 2 2 x 1 T s,2 Clausus-Clapeyron Δh% sl,2 1 1 ln( x% 2γ 2) = R% T( x% ) T 2 S,2 10

6 Berechnung enes Phasendagramms (Eck, 1996) K 340 deal NRTL mt VLE-Daten T data ponts data ponts K 340 UNIFAC NRTL mt SLE-Daten T data ponts data ponts data ponts used for regresson naphthalene 0.5 phenol naphthalene 0.5 phenol 11 Erstarrung von Schmelzen Kühlwalzen Kühlbänder coolng roller wth spreadng roll at the top 12

7 Erstarrung von Schmelzen m Schaufelmscher 13 Glasartge Erstarrung 14

8 Glasartge Erstarrung Lactose - Wasser nach: Vuataz (2003) 15 Bedeutung der Vskostät be glasartger Erstarrung 16

9 Krstallsaton m Phasendagramm Temperatur Schmelze Lösung Schmelze Hebelgesetz: a Menge Salzkrstalle = b Menge Lösung T s,salz T s,es a b Salz + Lsg. a + b = Ausgangsmenge Lösung: große Temperaturdfferenzen --> klene Feststoffgehalte Es + Lsg. Wasser x Salz Salz Schmelze: klene Temperaturdfferenzen --> große Feststoffgehalte 17 Phasendagramm-Typen eutektsch eutektsch mt Verbndungsbldung eutektsch mt Verbndungsbldung und verdecktem Maxmum aus: D Ans-Lax 18

10 Phasendagramm von NaOH-Wasser aus: D Ans-Lax 19 z.b. auch Esen-Kohlenstoff Dagramm metastables System stables System aus: W. Dohmke Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung Grardet Verlag,

11 ternäres Phasendagramm aus: J.W. Mulln, Crystallzaton, Löslchketskurve Temperatur Zusammensetzung T s,2 x1* = f(t) T s,1 Löslchketskurve 1 2 x 2 x 1 Temperatur 22

12 Zu sam me nse tzu ngx übers ätgt übersät tgt ΔT Δx 1 unters ätgt unte rsätgt T empera Temper atur Unter kühlun gδt Ve rdamp fen Kühle n x1* ge tgt sät gx tzun nse me sam Zu Löslchket enger Stoffsysteme 3 Beladung, kg/kg Wasser 2,5 2 1,5 1 0,5 KNO3 (NH4)2SO4 NaCl Na2CO3*xH2O Temperatur, Celsus 23 Unterkühlung - Übersättgung - metastabler Berech Konzentraton x1 übersättgt Verdampfen x 1 * gesättgt Konzentraton x1 Δx 1 ΔT x 1 * Kühlen untersättgt metastabler Berech Temperatur Temperatur metastabler Berech: Wachstum, aber kene Kembldung 24

13 ngx tzu nse me sam Zu ge x1* tgt sät übers ätgt Ve rdamp fen Kühle n übers ätgt Ve rdamp fen Kühle n unters ätgt Temper atur ngx tzu nse me sam Zu ge x1* tgt sät unters ätgt Temper atur übersät gx tzun nse me sam Zu tgt Δx 1 unte rsätgt ΔT Unter kühlun gδt übersät gx tzun nse me sam Zu T empera tgt Δx 1 unte rsätgt ΔT Unter kühlun gδt T empera Konzentratonsmaße Massenantel x, y, kg/kg Lösung Massenbeladung X, Y, kg/kg Lösungsmttel Konzentraton c kg/m³ Lösung analog: Molantel x,y % % mol/mol Lösung Molbeladung X,Y % % mol/mol Lösungsmttel Molartät M, ~ c mol/l Lösung 25 Übersättgungsmaße deales Übersättgungsverhältns thermodynamsche Trebkraft a Δ μ = RTln % a * a Δ μ = ln * = RT % a ν lns a, für 1 < S < 1,1 c S = c lns S 1 * * c * c c = σ Aktvtät a a = ~ c γ relatve Übersättgung σ reales Übersättguns verhältns S a, a = a * = ~ c γ ~ c * * γ = c γ c * * γ 26

14 Fällung schwerlöslcher Elektrolyte --> sehr klene Löslchketsprodukte! FeS Fe(OH) 3 Ca(OH) 2 CdS Cu(OH) 2 BaSO 4 Hg 2 S CuS Ca 3 (PO 4 ) 2 Al(OH) 3 CaSO Löslchketsprodukt Krstallsaton <--> Fällung T T "hydrothermale Krstallsaton" 100 C 0 C 0 x x 2 1 Krstallsaton aus Lösungen und Schmelzen Fällung schwerlöslcher Salze 28