IN DIESEM TEIL …
lernen Sie die Grundlagen der Verfahrenstechnik kennen. Sie werden sehen, dass Verfahrenstechnik eine spannende Ingenieurdisziplin ist, mit der Sie aus Ausgangsstoffen hochwertige Endprodukte herstellen. Grundoperationen bilden die Auslegungsgrundlage der Verfahrenstechnik.
Sie werden alles Wichtige über Aggregatzustände und deren Änderungen erfahren, da in der Verfahrenstechnik häufig ein Wechsel des Aggregatzustands erforderlich ist.
Das ideale Gasgesetz bietet Ihnen die Möglichkeit, Drücke, Temperaturen und Volumina von idealen Gasen zu berechnen.
Konzentrationsmaße sind für die Beschreibung technischer Prozesse in der Verfahrenstechnik von entscheidender Bedeutung. Es werden Ihnen verschiedene Konzentrationsmaße vorgestellt und deren Anwendung diskutiert.
Das Aufstellen von Bilanzen wird besprochen. Ohne Bilanzierung funktioniert in der Verfahrenstechnik nämlich gar nichts.
Einige thermodynamische Grundlagen werden diskutiert, weil die Thermodynamik die Basis ist, auf der die Verfahrenstechnik aufbaut. Hierzu gehören die Hauptsätze der Thermodynamik. Auch die Begriffe Enthalpie und innere Energie werden Ihnen nach dem Studium dieses Teils nicht mehr fremd sein.
Auch Feststoffpartikel kommen in der Verfahrenstechnik häufig vor. Diese müssen Sie irgendwie charakterisieren. Dazu erfahren Sie, wie ein Äquivalentdurchmesser definiert ist. Ein Partikelkollektiv aus vielen Partikeln verschiedener Größen wird in Verteilungssummen- beziehungsweise Verteilungsdichtekurven dargestellt.
Kapitel 1
Verfahrenstechnik – was ist das eigentlich?
IN DIESEM KAPITEL
Was ist eigentlich Verfahrenstechnik
Aus Ausgangsstoffen werden hochwertige Endprodukte erzeugt
Was es mit den Unit Operations auf sich hat
Worin sich thermische und mechanische Verfahren unterscheiden
Wie sich die Verfahrenstechnik im Laufe der Geschichte entwickelt hat
Die Verfahrenstechnik ist, wie der Name schon andeutet, eine technische Disziplin. Hier wird kein Gerichtsverfahren verhandelt, niemand verurteilt oder freigesprochen. Auch mit der leidigen Verkehrspolitik hat der Verfahrenstechniker nichts am Hut, er ist nicht für den Stau im morgendlichen Berufsverkehr verantwortlich. Und verfahren können Sie sich auch ohne Verfahrenstechnik.
Verfahrenstechnik, die Stoffumwandlungstechnik
Die Verfahrenstechnik befasst sich mit der Umwandlung von Rohstoffen in Produkte des alltäglichen Lebens. Dazu müssen Sie Rohstoffe in höherwertige Endprodukte umwandeln. Dies erreichen Sie, wenn Sie die Rohstoffe in ihrer
Art,
Eigenschaft und/oder
Zusammensetzung
verändern. Sie können den Verfahrensingenieur mit einem Koch vergleichen, der aus verschiedenen Zutaten ein neues Gericht (Produkt) kreiert.
Abbildung 1.1 Herstellung von Endprodukten
Stoffe werden umgewandelt
Um hochwertige Endprodukte zu erzeugen, müssen Ausgangsstoffe umgewandelt, verändert werden. Nun wandeln sich Stoffe leider nicht von allein um, sie müssen gewissermaßen gezwungen werden. Zur Umwandlung von Rohstoffen in verkaufsfähige Produkte müssen Sie dem System daher immer Energie zuführen.
Leider fallen bei der Stoffumwandlung teilweise Nebenprodukte wie Abwasser, Abfall oder Abluft an, die behandelt werden müssen, damit sie gefahrlos an die Umwelt abgegeben werden können. Auch dies ist Aufgabe des Verfahrenstechnikers: er hält die Umwelt sauber!
Wie können Sie eine Stoffumwandlung herbeiführen?
Änderung der Stoffart durch chemische und biologische Reaktionen (zum Beispiel Herstellung von Ammoniak (NH3) aus Stickstoff und Wasserstoff, biologische Umwandlung von Zucker in Alkohol durch Gärung),
Änderung der Zusammensetzung (zum Beispiel Trennung des Zuckersafts in Zucker und Wasser, Destillation von Alkohol aus einer wässrigen Lösung),
Änderung der Form und Größe (zum Beispiel Zerkleinerung von Zuckerrüben, Mahlen von Getreidekörnern zu Mehl).
Während die Änderung der Stoffart durch chemische und biologische Reaktionen hervorgerufen wird, erfolgt die Änderung der Zusammensetzung beziehungsweise der Form und Größe durch physikalische Verfahren. Diese können Sie in thermische (siehe Teil III) und mechanische Prozesse (siehe Teil IV) unterteilen (Abbildung 1.2).
Abbildung 1.2 Einteilung der Stoffumwandlungsverfahren
Zerkleinerung von Zuckerrüben in Schnitzel durch mechanisch arbeitende Messer oder der
Zerkleinerung von Getreide in Mehl durch Mühlen.
Bei den thermischen Prozessen ist das nicht ganz so anschaulich, da die Stoffumwandlung im molekularen Bereich stattfindet. Einem Stoffgemisch muss Energie in Form von Wärme oder Kälte zu- oder abgeführt werden, damit es zu einer Stoffänderung kommt.
Trocknung eines feuchten Guts oder die
Alkoholdestillation, wo durch Erhitzen der alkoholhaltigen Lösung
