CHEMIETECHNIK. Dr.-Ing. Eckhard Ignatowitz. EUROPA-FACHBUCHREIHE für Chemieberufe. OStR Gerhard Fastert. von. unter Mitwirkung von. 10.

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1 EUROPA-FACHBUCHREIHE für Chemieberufe CHEMIETECHNIK von Dr.-Ing. Eckhard Ignatowitz unter Mitwirkung von OStR Gerhard Fastert 10. Auflage VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße Haan-Gruiten Europa-Nr.: 70415

2 Der Autor Dr.-Ing. Eckhard Ignatowitz studierte an der Technischen Universität Karlsruhe Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Anschließend arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Chemische Technik der Universität Karlsruhe und promovierte dort zum Dr.-Ing. Danach war er langjährig als Studienrat an beruflichen Schulen tätig und ist Autor zahlreicher Lehrbücher für den Berufsschul- und Technikerbereich. Der Mitautor OStR Gerhard Fastert studierte an der Universität Hamburg das Lehramt für berufliche Schulen Fachrichtung Chemie/Chemietechnik und unterrichtet als Oberstudienrat an einer Gewerbeschule für Chemieberufe. Entwurf der Bilder: Dr. E. Ignatowitz, zum Teil unter Einbeziehung von Firmenvorlagen. Fotos: Leihgaben von Firmen und Fachinstituten (Auflistung 606). Das Buchtitelbild wurde mit freundlicher Unterstützung der Firma Buss-SMS-Canzler GmbH/Butzbach erstellt. Das vorliegende Buch wurde auf Grundlage der aktuellen amtlichen Rechtschreibregeln erstellt. Diesem Buch liegen die neuesten Ausgaben der Normen und VDI-Richtlinien zugrunde. Verbindlich sind nur die Normen und VDI-Richtlinien selbst. Bezug der Normen und VDI-Richtlinien über: Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, Berlin 10. Auflage 2011 Druck Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Korrektur von Druck fehlern untereinander unverändert sind. ISBN Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten Satz & Layout: rkt, Leichlingen, Druck: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, Paderborn

3 Der Autor Dr.-Ing. Eckhard Ignatowitz studierte an der Technischen Universität Karlsruhe Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Anschließend arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Chemische Technik der Universität Karlsruhe und promovierte dort zum Dr.-Ing. Danach war er langjährig als Studienrat an beruflichen Schulen tätig und ist Autor zahlreicher Lehrbücher für den Berufsschul- und Technikerbereich. Der Mitautor OStR Gerhard Fastert studierte an der Universität Hamburg das Lehramt für berufliche Schulen Fachrichtung Chemie/Chemietechnik und unterrichtet als Oberstudienrat an einer Gewerbeschule für Chemieberufe. Entwurf der Bilder: Dr. E. Ignatowitz, zum Teil unter Einbeziehung von Firmenvorlagen. Fotos: Leihgaben von Firmen und Fachinstituten (Auflistung 606). Das Buchtitelbild wurde mit freundlicher Unterstützung der Firma Buss-SMS-Canzler GmbH/Butzbach erstellt. Das vorliegende Buch wurde auf Grundlage der aktuellen amtlichen Rechtschreibregeln erstellt. Diesem Buch liegen die neuesten Ausgaben der Normen und VDI-Richtlinien zugrunde. Verbindlich sind nur die Normen und VDI-Richtlinien selbst. Bezug der Normen und VDI-Richtlinien über: Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, Berlin 10. Auflage 2011 Druck Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Korrektur von Druck fehlern untereinander unverändert sind. ISBN Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten Satz & Layout: rkt, Leichlingen, Druck: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, Paderborn

4 3 Vorwort Das vorliegende Buch CHEMIETECHNIK ist ein Lehr- und Lernbuch für den Unterricht in der Berufs schule und Technikerschule sowie für die betriebliche Ausbildung und die persönliche Fortbildung. Es gibt einen Überblick über den Aufbau von Chemieanlagen und die Funktion ihrer Komponenten sowie eine Einführung in die chemische Verfahrenstechnik einschließlich der Mess-, Steuer-, Regelungsund Prozessleittechnik. Ebenso werden Grundlagen des Umweltschutzes und der Arbeitssicherheit behandelt. Das Buch CHEMIETECHNIK ist für alle geeignet, die im Entwicklungs- und Produktionsbereich der Chemischen Industrie arbeiten und ausgebildet werden, sowie für die, die sich in diesem Sachgebiet informieren und weiterbilden wollen. Insbesondere kann es als Lernhilfe für die Auszubildenden der Chemieberufe Chemikant/in, Produktionsfachkraft Chemie, Chemisch-technische(r) Assistent/in und Operateur/in Chemische Technik in der betrieblichen und schulischen Ausbildung eingesetzt werden. In Teilen ist es geeignet für die Ausbildung zur Fachkraft für Wasserversorgung und Abwassertechnik sowie zur Ausbildung zum/zur Pharma kant/in. Auch für die vielen in der Chemieproduktion eingesetzten Mitarbeiter/innen, die keine Berufsausbildung in Berufsbereich Chemietechnik erfahren haben, ist das Buch eine wertvolle Hilfe zur beruflichen Weiterbildung und zum beruflichen Weiterkommen. Das gilt ebenso für die Mitarbeiter/innen in Chemiebetrieben, die durch Weiterbildung zum/zur Industriemeister/in Fachrichtung Chemie aufsteigen wollen. Auch für die Ausbildung zum/zur Chemotechniker/in kann es als Lehrbuch im Fach Betriebs- und Produktionstechnik verwendet werden. Für Studenten/Studentinnen des Chemieingenieurwesens und der Chemie ist es eine Einführung in die chemische Technik. Das Buch CHEMIETECHNIK ist stoffsystematisch aufgebaut und in abgeschlossene Sachgebiete ge - gliedert. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine Behandlung der Sachgebiete in der Reihenfolge des Buches, aber auch in einer veränderten Abfolge oder eine getrennte Bearbeitung. Das Buch ist in einer klaren Sprache abgefasst. Die notwenigen Fachausdrücke werden eingeführt und erläutert. Die wichtigen Fachausdrücke sind auch in Englisch angegeben. Über 2000 farbige Abbildungen, Fotos und grafische Darstellungen sowie eine Vielzahl von Tabellen dienen zur Anschauung, Erläuterung und Unterstützung des Textes. Die einzelnen Sachgebiete werden durch Erläuterungen der physikalischen und chemischen Grundlagen eingeführt. Im Anschluss werden die Verfahren sowie die Apparate, Maschinen und Anlagen behandelt. Dadurch wird ein Verstehen und konstruktives Durchdenken der Themen ermöglicht. Formelmäßige Gesetzmäßigkeiten werden durch Übungsbeispiele untermauert. Anschließend gestellte Aufgaben fordern zu weiterer Vertiefung auf. Merksätze fassen die wesentlichen Erkenntnisse in Kurzform zusammen und erleichtern dem Lernenden das Speichern des Wissens. Am Ende jedes Kapitels folgen Aufgaben und Wiederholungsfragen, die sich aus dem Buchtext bearbeiten lassen. Sie dienen der weiteren Festigung des erworbenen Wissens und können dem Lehrer oder Ausbilder eine Anregung für die Bereicherung seines Unterrichts sein. Ab 576 sind die Lernfelder des Ausbildungsberufs Chemikant(in) gemäß KMK-Rahmenlehrplan vom aufgelistet und Vorschläge für die Zuordnung zu den Inhalten im Buch CHEMIETECHNIK gemacht. Ein ausführliches Sachwortverzeichnis am Ende des Buches erleichtert die Orientierung und das Auf - finden von Textstellen. Das Sachwortverzeichnis enthält die englische Übersetzung der Fachausdrücke. Es kann als Sachwort- Lexikon genutzt werden. In der vorliegenden 10. Auflage wurden neu bearbeitet: Die Rohrmaße und Werkstoffe für Rohrleitungen ( 21 bis 27), die Kennzeichnung von Gefahrstoffen nach GHS mit H- und P-Sätzen ( 138), die Korrosion ( 212), die Darstellung und Bezeichnung von EMSR-Stellen ( 488) sowie die Lern - felder ( 576 ff). Frühjahr 2011 Dr. Eckhard Ignatowitz

5 4 Inhaltsverzeichnis Chemie und Umwelt 11 Sicherheit im Chemiebetrieb 12 Einführung in die Chemietechnik 14 Entwicklung eines Produktionsverfahrens 17 I Die Chemieanlage 18 1 Rohrleitungen Die Nennweite DN Der Nenndruck PN Rohre und Rohrmaße für Rohrleitungen Rohrformstücke Rohrverbindungen Werkstoffe für Rohrleitungen Rohrleitungklassen Rohrbefestigungen Kennzeichnung von Rohrleitungen Rohrdehnungsausgleich Rohrisolierungen Grafische Darstellung der Rohrleitungen 32 2 Armaturen Schieber, Klappen, Hähne Ventile Absperr- und Regelventile Stellantriebe für Armaturen Geregelte Ventile Darstellung der Armaturen im R & I-Fließbild Rohrleitungs-Einbauscheiben Rückflussverhinderer Sicherheitsventile Berstsicherungen Druckminderventile (Druckminderer) Kondensatableiter Entlüfter Schmutzfänger 45 3 Strömungstechnische Vorgänge in Rohrleitungen Volumenstrom, Massenstrom, Strömungsgeschwindigkeit Strömung in veränderten Rohrquerschnitten Druckänderung bei der Strömung in veränderten Rohrquerschnitten Innere Reibung, Viskosität Strömungsarten Druckverlust in Rohrleitungen Rohrleitungskennlinie Druckverlauf in Rohrleitungen 52 4 Fördern von Flüssigkeiten Übersicht der Förderarten Fördern mit Pumpen Kreiselpumpen Aufbau und Wirkungsweise Pumpenlaufräder Kreiselpumpen-Bauarten Wellenabdichtung bei Kreiselpumpen Kreiselpumpenanlage Sonderbauarten von Kreiselpumpen Einsatz von Kreiselpumpen nkanalpumpe Propellerpumpe Betriebsverhalten von Kreiselpumpen Förderstrom und Förderhöhe einer Pumpe Förderhöhe einer Anlage Leistungsbedarf und Wirkungsgrad einer Pumpe Kennlinien einer Kreiselpumpe Anlagenkennlinie Betriebspunkt einer Kreiselpumpe Zusammenschalten von Pumpen Kennfelder von Kreiselpumpen Kavitation bei Kreiselpumpen Berechnung des kavitationsfreien Pumpenbetriebs, NPSH-Wert Anfahren und Abschalten von Kreiselpumpen Hubkolbenpumpen Aufbau und Arbeitsweise von Hubkolbenpumpen Merkmale und Verwendung Kolben-Membranpumpen Umlaufkolbenpumpen Schraubenspindelpumpen Exzenterschneckenpumpen Zahnradpumpen Impellerpumpen Schlauchpumpen Strahlpumpe Übersicht: Eigenschaften und Einsatzgebiete von Pumpen Dosieren von Flüssigkeiten Dosieren und Reinigen durch Molchen 72 5 Fördern und Verdichten von Gasen Gesetzmäßigkeiten bei Zustandsänderungen einer Gasportion Vorgänge beim Verdichten von Gasen Fördereinrichtungen und Verdichter für Gase Hubkolbenverdichter Rotationskolbenverdichter Turboverdichter Gebläse Ventilatoren 82 6 Erzeugung von Unterdruck (Vakuumtechnik) Flüssigkeitsringvakuumpumpen Treibmittelvakuumpumpen Kombinierte Strahlpumpensysteme Rotationsverdränger-Vakuumpumpen Diffusionsvakuumpumpen Turbo-Molekularpumpen Einsatz der geeigneten Vakuumpumpe Abpumpen von trockenen Gasen Abpumpen von dampfhaltigen Gasen 89

6 6 Inhaltsverzeichnis 2 Lager Gleitlager Wälzlager Dichtungen Dichtungen an nicht bewegten Flächen _ Wellendichtungen Fügeteile für Maschinen und Apparate Schraubenverbindungen Schraubenarten Muttern Schraubensicherungen Festigkeitsklassen von Schrauben und Muttern Stifte Deckelverschlüsse Schweiß- und Lötverbindungen Lichtbogenhandschweißen Schutzgas-Schweißen (SG-Schweißen) Gasschmelzschweißen Löten Hydrauliksysteme in Maschinen Pneumatik im Chemiebetrieb 188 IV Werkstofftechnik für Chemieanlagen Einteilung der Werk- und Hilfsstoffe Eigenschaften der Werkstoffe Physikalische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Chemisch-technologische Eigenschaften Fertigungstechnische Eigenschaften Umweltverträglichkeit Stähle Baustähle für mechanische Beanspruchung Baustähle für mechanische und thermische Belastung Baustähle für chemische Belastung: Die nichtrostenden Stähle Werkzeugstähle Gusseisen und Stahlguss Gusseisen Stahlguss Nichteisenmetalle (NE-Metalle) Aluminium und Aluminiumlegierungen Kupfer und Kupferlegierungen Nickel-Werkstoffe Titan (Ti) Blei (Pb) Die Sondermetalle Zirkonium (Zr) und Tantal (Ta) Zink (Zn) Zinn (Sn) Korrosion und Korrosionsschutz Chemische Korrosion Elektrochemische Korrosion Korrosionsarten und Erscheinungsbild Korrosionsbeständigkeit der metallischen Werkstoffe Auswahl geeigneter Werkstoffe Korrosionsschutzmaßnahmen Korrosionsschutzanstriche Zinkbeschichtungen Korrosionsschutz von Apparaten aus nichtrostenden Stählen Verminderung der Aggressivität des einwirkenden Stoffes Vermeidung von Korrosionsstellen Katodischer Korrosionsschutz Korrosionsschutz von Al-Bauteilen Überwachung der Werkstoffe und Bauteile im Betrieb Fehlerortung in Chemieanlagen Korrosionsüberwachung Kunststoffe Eigenschaften und Verwendung Technologische Einteilung Thermoplastische Kunststoffe Duroplastische Kunststoffe Elastomere Beständigkeitsverhalten und Alterung Verarbeitung von Kunststoffen Verbundwerkstoffe Nichtmetallische anorganische Werkstoffe Chemieapparateglas Chemieapparate Keramische Werkstoffe Chemisch beständige Ausmauerungen _ Grafit und Kohlewerkstoffe Schmierstoffe Schmieröle Schmierfette Feste Schmierstoffe 233 V Messtechnik in Chemieanlagen Temperaturmessung Temperaturskalen Mechanische Temperaturmessgeräte Temperaturmessgeräte mit elektrischem Ausgangssignal Druckmessung Definition, Einheiten, Umrechnung Druckarten U-Rohr-Manometer Federmanometer Drucksensoren Druckdifferenzmessung Druckmittler, Druckwächter Besonderheiten der Druckmessung Füllstandsmessung Füllstandsmessgeräte für Flüssigkeiten _ Mechanische Füllstandsmessgeräte Hydrostatische Füllstandsmessung Ultraschall-Füllstandsmessung Kapazitive Füllstandsmessung Füllstandsmessung mit Radar 249

7 6 Inhaltsverzeichnis 2 Lager Gleitlager Wälzlager Dichtungen Dichtungen an nicht bewegten Flächen _ Wellendichtungen Fügeteile für Maschinen und Apparate Schraubenverbindungen Schraubenarten Muttern Schraubensicherungen Festigkeitsklassen von Schrauben und Muttern Stifte Deckelverschlüsse Schweiß- und Lötverbindungen Lichtbogenhandschweißen Schutzgas-Schweißen (SG-Schweißen) Gasschmelzschweißen Löten Hydrauliksysteme in Maschinen Pneumatik im Chemiebetrieb 188 IV Werkstofftechnik für Chemieanlagen Einteilung der Werk- und Hilfsstoffe Eigenschaften der Werkstoffe Physikalische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Chemisch-technologische Eigenschaften Fertigungstechnische Eigenschaften Umweltverträglichkeit Stähle Baustähle für mechanische Beanspruchung Baustähle für mechanische und thermische Belastung Baustähle für chemische Belastung: Die nichtrostenden Stähle Werkzeugstähle Gusseisen und Stahlguss Gusseisen Stahlguss Nichteisenmetalle (NE-Metalle) Aluminium und Aluminiumlegierungen Kupfer und Kupferlegierungen Nickel-Werkstoffe Titan (Ti) Blei (Pb) Die Sondermetalle Zirkonium (Zr) und Tantal (Ta) Zink (Zn) Zinn (Sn) Korrosion und Korrosionsschutz Chemische Korrosion Elektrochemische Korrosion Korrosionsarten und Erscheinungsbild Korrosionsbeständigkeit der metallischen Werkstoffe Auswahl geeigneter Werkstoffe Korrosionsschutzmaßnahmen Korrosionsschutzanstriche Zinkbeschichtungen Korrosionsschutz von Apparaten aus nichtrostenden Stählen Verminderung der Aggressivität des einwirkenden Stoffes Vermeidung von Korrosionsstellen Katodischer Korrosionsschutz Korrosionsschutz von Al-Bauteilen Überwachung der Werkstoffe und Bauteile im Betrieb Fehlerortung in Chemieanlagen Korrosionsüberwachung Kunststoffe Eigenschaften und Verwendung Technologische Einteilung Thermoplastische Kunststoffe Duroplastische Kunststoffe Elastomere Beständigkeitsverhalten und Alterung Verarbeitung von Kunststoffen Verbundwerkstoffe Nichtmetallische anorganische Werkstoffe Chemieapparateglas Chemieapparate Keramische Werkstoffe Chemisch beständige Ausmauerungen _ Grafit und Kohlewerkstoffe Schmierstoffe Schmieröle Schmierfette Feste Schmierstoffe 233 V Messtechnik in Chemieanlagen Temperaturmessung Temperaturskalen Mechanische Temperaturmessgeräte Temperaturmessgeräte mit elektrischem Ausgangssignal Druckmessung Definition, Einheiten, Umrechnung Druckarten U-Rohr-Manometer Federmanometer Drucksensoren Druckdifferenzmessung Druckmittler, Druckwächter Besonderheiten der Druckmessung Füllstandsmessung Füllstandsmessgeräte für Flüssigkeiten _ Mechanische Füllstandsmessgeräte Hydrostatische Füllstandsmessung Ultraschall-Füllstandsmessung Kapazitive Füllstandsmessung Füllstandsmessung mit Radar 249

8 Inhaltsverzeichnis Füllstand-Grenzwertschalter für Flüssigkeiten Füllstandsmessgeräte und Grenzschalter für Schüttgüter Rauminhalte von Behältern Gasmengenbestimmung in Tanks Durchflussmessung und Mengenmessung Durchflussmesser Schwebekörper-Durchflussmesser Durchflussmesser mit Messblende Wirbel-Durchflussmesser Schwingungs-Durchflussmesser Ultraschall-Durchflussmesser Magnetisch-induktiver Durchflussmesser Coriolis-Massedurchflussmesser Thermischer Durchflussmesser Turbinenrad-Durchflussmesser Flügelrad-Durchflussmesser Mengenmesser für strömende Fluide Strömungsanzeiger, Durchflusswächter_ Messwerterfassung, Verarbeitung und Anzeige Darstellung und Benennung von Messstellen 265 VI Bestimmung von Stoff-, Produktund Umgebungseigenschaften Probenahme Probenahme von Flüssigkeiten Probenahme von Feststoffen Bestimmen der Eigenschaften von Feststoffen Bestimmen der Masse Bestimmen der Dichte Bestimmen der Feuchtigkeit Bestimmung der Partikelgrößen von Schüttgütern Probenahme zur Siebanalyse Siebanalyse Auswertung der Siebanalyse RRSB-Körnungsnetz Messung der Eigenschaften und Bestandteilen von Flüssigkeiten Messung der Dichte von Flüssigkeiten Viskositätsmessung Messung der elektrischen Leitfähigkeit Messung des ph-werts Messung des Redox-Potentials Anwendungen der Leitfähigkeits- und ph-wert- Messung Messung des gelösten Sauerstoffs in Wasser Messung der Trübung in Flüssigkeiten Analysenverfahren für Gase und Flüssigkeiten Chromatografische Analyse Analyse mit Sensoren Infrarot-Absorptions-Sensoren Wärmeleitfähigkeits-Sensoren Katalytische Wärmetönungs-Sensoren Elektrochemische Sensoren Technische Gasanalysegeräte Messung von Luftbestandteilen Sauerstoffgehalt und Luftschadstoffe Explosionsgrenzen Luftfeuchtigkeitsmessung Rauch- und Staubkonzentrationsmessung Qualitätssicherung im Chemiebetrieb Qualitätsmanagement Qualitätsmanagementsysteme Werkzeuge der Qualitätssicherung Checklisten Histogramme Verteilungskurve und statistische Kennwerte Ischikawa-Diagramm Fehlersammelkarte Pareto-Analyse (ABC-Analyse) Prozessregelung mit Qualitätsregelkarte 294 VII Aufbereitungstechnik Beschreibung von Schüttgütern Größe von Partikeln in Schüttgut Oberflächen von Schüttgütern Charakterisierung eines Schüttguts Verteilungsdichtekurven von Schüttgütern Zerkleinern von Feststoffen Physikalische Grundlagen Zerkleinerungsverfahren Brecher Mühlen Schneidmühlen, Granulatoren Zerkleinerungsanlagen Flüssigkeitszerteilung Berieseln, Versprühen Zerstäuben, Verdüsen Agglomerieren (Zusammenfügen) Aufbaugranulieren (Pelletieren) Formpressen Sintern Mischen (Stoffvereinigen) Mechanisches Rühren von Flüssigkeiten Rührbehälter Rührwerk Rührer Strömungsvorgänge im Rührbehälter Verfahrenstechnische Operationen durch Rühren Pneumatisches Rühren Strömungsmischer Kneten, Anteigen Mischen von Feststoffschüttungen 325

9 8 Inhaltsverzeichnis VIII Heiz- und Kühltechnik Wärme eine Energieart Wärmeeinheiten Wärmemengen Umwandlungswärmen Gesamtwärmemenge Temperaturen von Mischungen Energieträger im Chemiebetrieb Brennstoffe Elektrischer Strom Wasserdampf Heizflüssigkeiten Gasförmige und feste Wärmeträger Kühl- und Kältemittel Druckluft und Vakuum Wärmeübertragung Physikalische Grundlagen Wärmeübertragung in der Chemietechnik Wärmeleitung Wärmeübergang Wärmedurchgang Wärmestrahlung Stoffführung in Wärmetauschern Wärmetauscher Rohrbündel-Wärmetauscher Rohrschlangen-Wärmetauscher Doppelrohr-Wärmetauscher Spiral-Wärmetauscher Platten-Wärmetauscher Kondensatoren Oberflächenkondensatoren Mischkondensatoren Heizen und Kühlen von Rührbehältern Indirekte Wärmeübertragung Direkte Wärmeübertragung Heiz-/Kühl-Systeme bei Rührbehältern Energieeinsparung bei Wärmeaustauschverfahren Kühlen mit Luft und Rieselwasser 352 IX Mechanische Trennverfahren Mechanische Trennverfahren für Feststoff-Gemische Sortieren Dichtesortieren Flotieren Magnetsortieren Klassieren Sieben Sichten (Windsichten) Stromklassieren (Hydroklassieren) Mechanische Trennverfahren für Feststoff/Flüssigkeits-Gemische Absetzen, Sedimentieren, Flockung Filtrieren Wirkprinzip Absatzweise betriebene Filterapparate Kontinuierlich arbeitende Filterapparate Auspressen Zentrifugieren Wirkprinzip Absatzweise Filtrierzentrifugen Kontinuierliche Filtrierzentrifugen Sedimentierzentrifugen Industrielle Zentrifugieranlage Mechanische Trennung von Emulsionen Dekantieren Zentrifugieren Ultrafiltration 381 X Entstaubung und Abgasreinigung Entstaubung Mechanische Entstaubung Nassentstaubung Filtrationsentstaubung Elektroentstaubung Entstaubungsanlage Abscheidung feinverteilter Flüssigkeitströpfchen Abscheidung von Fremdgasen Fremdgasabscheidung durch Kondensation Gasreinigung durch Absorption Gasreinigung durch Adsorption Gasreinigung durch Dampfpermeation _ Katalytische Gasreinigung Abluftreinigung durch Verbrennung 401 XI Thermische Trennverfahren Trocknen Physikalische Grundlagen h -X -Diagramm der Trocknung Trocknungsverfahren Trockner für Feststoffschüttungen Trockner für Flüssigkeiten und Suspensionen Vakuumgefriertrocknung Industrielle Trocknungsanlage Thermische Trennung von Lösungen Verdampfen Verdampfen reiner Lösemittel Eindampfen von Lösungen Vorgänge im Verdampfer Absatzweise und kontinuierliche Eindampfung Verdampferbauarten Verdampferanlagen Kristallisieren aus Lösungen Physikalische Grundlagen Kristallisationsverfahren Kristallisationsapparate Aussalzen, Verdünnen, Ausfällen Ausfrieren (Kaltkonzentrieren) 428

10 Inhaltsverzeichnis 9 3 Thermische Trennung von Flüssigkeitsgemischen Physikalische Grundlagen Siedeverhalten von Flüssigkeiten Siedeverhalten von Flüssigkeitsgemischen Dampfdruck von Flüssigkeitsgemischen Siedediagramm Gleichgewichtsdiagramm Destillieren Absatzweise einfache Destillation Destillierverhalten verschiedener Flüssigkeitsgemische Absatzweise fraktionierte Destillation Kontinuierliche einfache Destillation Wasserdampfdestillation Rektifizieren Vorgänge beim Rektifizieren Rektifikationskolonnen mit Austauschböden Änderung der Zusammensetzung in einer Rektifikationskolonne Theoretische Trennstufenzahl Bodenwirkungsgrad und erforderliche Anzahl der Austauschböden Rücklaufverhältnis Rektifikationskolonnen mit Füllkörpern und Packungen Rektifikationsverfahren Absatzweise Rektifikation Kontinuierliche Rektifikation Arten des Gemischzulaufs Bestimmung der Trennstufenzahl in kontinuierlichen Rektifikationskolonnen_ Rektifizieren von Mehrstoffgemischen Rektifizieren temperaturempfindlicher Gemische Raffinierung des Erdöls Rektifikation azeotroper und eng siedender Gemische Siedeverhalten azeotroper Gemische Zweidruck-Rektifikationsverfahren Azeotrop-Rektifikation Extraktiv-Rektifikation Kombinierte Rektifikationsverfahren Wärmeenergieeinsparung beim Betrieb von Rektifikationsanlagen Regelung von Rektifikationsanlagen 459 XII Physikalisch-chemische Trennverfahren Feststoffextraktion Vorgänge und Begriffe Industrieller Extraktionsprozess Lösemittel für die Extraktion Physikalische Grundlagen Stoffführung beim Feststoff-Extrahieren Absatzweise Feststoff-Extraktoren Kontinuierliche Feststoff-Extraktoren Flüssig/Flüssig-Extraktion Physikalische Grundlagen Absatzweise arbeitende Flüssig/Flüssig- Extraktionsanlagen Kontinuierliche Flüssig-Flüssig- Extraktionsanlagen Extraktionsleistung von Kolonnen Ionenaustausch-Verfahren Physikalisch-chemische Grundlagen Wasser-Vollentsalzung Wasserenthärtung Abwasserentgiftung Ionenaustauscheranlagen Membran-Trenntechnologie Einteilung der Flüssig/Flüssig- Membran-Trennverfahren Flüssig/Flüssig-Membran-Trennverfahren Umkehrosmose Nanofiltration Ultrafiltration Mikrofiltration Apparate der Membran-Trennverfahren Anlagen mit Membran-Trennverfahren _ Pervaporation Dampfpermeation 483 XIII Steuerungs-, Regelungs- und Prozessleittechnik Übersicht und Begriffe Regelungstechnik Grundlagen Darstellung und Bezeichnung von Mess-, Steuer- und Regelstellen Beispiele für EMSR-Stellen in Chemieanlagen Regelstrecken Statisches Verhalten Dynamisches Verhalten Darstellung der Funktionselemente von Regeleinrichtungen Regler Zeitverhalten stetiger Reglertypen Vergleich und Einsatz der Reglertypen Unstetige Regler Regelgeräte Regler ohne Hilfsenergie Regelaufgaben in Chemieanlagen Temperaturregelungen Druckregelungen Durchflussregelungen Mengenregelung Füllstandsregelungen Regelung von Analysewerten Regelung einer Rektifikationsanlage Regelkreisverhalten und Reglereinstellung 508

11 10 Inhaltsverzeichnis 3 Steuerungstechnik Steuerungstechnische Grundbegriffe Steuerungsarten Beschreibungsarten für Steuerungsvorgänge Beschreibung mit Text und Skizze Darstellung von Verknüpfungen Steuerzeitplan und Schaltfolgediagramm Ablaufsteuerung eines Chargenreaktors im Schaltfolgediagramm Grundfunktionen der binären Signalverarbeitung Funktionspläne von Ablaufsteuerungen mit GRAFCET Ablaufsteuerung einer Mischanlage Ablaufsteuerung einer Reaktionsanlage Ablaufsteuerung einer Zentrifugieranlage Technische Ausführung von Steuerungen Mechanische Steuerungen Elektrische Steuerungen Elektronische Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS Prozessleittechnik Vergleich: Konventionelle EMSR- Technik Prozessleittechnik Aufbau von Prozessleitsystemen Komponenten eines Prozessleitsystems Prozessleitsystem einer großen Chemieanlage Automatisierungseinheiten Eingabe/Ausgabe-Einheiten Beobachtungs- und Bedienstationen Bussysteme Managementstation Darstellung des Prozessgeschehens auf dem Bildschirm Fließbilddarstellungen Konfektionierte Bilder Kurvenbilder Einblendbilder (Windows) Bedienung eines Prozessleitsystems Funktionsumfang eines Prozessleitsystems Messwertaufbereitungsfunktionen Regelfunktionen Steuerungsfunktionen Rezeptursteuerung von Chargenprozessen Steuerung von Rohrleitungsnetzen Überwachungsfunktionen Instandhaltungs-Management 541 XIV Chemische Reaktionstechnik Reaktionsverfahren Einflussgrößen auf die Reaktion Chargenbetrieb Reaktionsbehälter Charakteristisches des Chargenbetriebs Fließbetrieb Reaktionsapparate für Fließbetrieb Charakteristisches des Fließbetriebs Fließbetrieb mit Kreislaufführung im Reaktor Reaktorkombinationen Hochdruck-Reaktionsapparate Reaktionsöfen Elektrolyseapparate Beurteilungsgrößen für Reaktoren 551 XV Umwelttechnik im Chemiebetrieb Chemieproduktion und Umweltschutz Umweltschutzbereich Wasser Gesetzliche Bestimmungen zum Abwasser Reinigungsverfahren für Abwasser Auswahl des geeigneten Abwasser- Reinigungsverfahrens Anlage zur Reinigung von Chemieabwasser Mechanisch-biologische Abwasserreinigung in einer kommunalen Kläranlage Biologische Abwasserreinigung in Hochbau-Reaktoren Umweltschutzbereich Luft Gesetzliche Bestimmungen zu Abgasen Kombinierte Abgasverbrennung und Abluftreinigung Abluftreinigung durch Adsorption und Nachverbrennung Reinigung der Abgase von Verbrennungskraftwerken Beseitigung von Chemieabfällen Gesetzliche Bestimmungen zur Abfallentsorgung Behandlungsverfahren für Abfälle Entsorgung der Abfälle eines Chemiebetriebs Großanlage zur Verbrennung industrieller und kommunaler Abfälle Ablagerung auf Sondermülldeponien Produktionsintegrierter Umweltschutz _ 574 Lernfelder des KMK-Lehrplans für Chemikanten und Zuordnung der Buchinhalte 576 Sachwortverzeichnis (mit englischer Übersetzung) 581 Bildnachweise und Quellenverzeichnis 607