von 100 °C verdampft. Dadurch wird Alkohol von Wasser getrennt.
Sind Stoffumwandlungsprozesse eigentlich kompliziert?
Bevor die eigentliche Stoffumwandlung stattfinden kann, sind häufig vor- und nachbereitende Maßnahmen erforderlich, was die Komplexität des Verfahrens leider erhöht. In Abbildung 1.3 können Sie die typische Abfolge eines Stoffumwandlungsprozesses erkennen. Bevor der Hauptschritt der Stoffumwandlung durchgeführt werden kann, muss der Rohstoff vorbereitet werden. Durch die folgende Stoffumwandlung wird das neue Produkt erzeugt. Dieses verfügt häufig nicht über die gewünschte Reinheit. Um ein verkaufsfähiges Produkt zu realisieren, ist eine Aufbereitung erforderlich.
Abbildung 1.3 Verfahrenskette der Stoffumwandlung
Die Zahl der Verfahren und Prozesse, in denen Stoffe umgewandelt werden, ist sehr groß, weshalb die Verfahrenstechnik die Grundlage vieler Industriezweige bildet, wie zum Beispiel
Chemische Industrie,
Petrochemie,
Pharmazeutische Industrie,
Lebens- und Genussmittelindustrie,
Papier- und Zellstoffindustrie,
Bergbau,
Hüttenwesen,
Steine- und Erdenindustrie,
Energiewirtschaft,
Umwelttechnik,
Entsorgungsindustrie.
Jetzt werden Sie vielleicht denken: Um Himmels willen, das sind ja alles völlig unterschiedliche Verfahren. Wie soll ich das jemals verstehen, das ist ja viel zu kompliziert! Keine Sorge, die Verfahrenstechnik bietet auch hierfür Lösungen. In allen Prozessen tauchen gleiche Aufgabenstellungen auf: An verschiedenen Stellen des Prozesses muss Wärme übertragen werden, müssen Feststoffe zerkleinert oder Flüssigkeiten mit Pumpen transportiert werden. Diese universellen Verfahrensschritte werden zu Grundoperationen zusammengefasst, den Unit Operations. Jetzt müssen Sie jeden Prozess nur noch in diese Grundoperationen zerlegen, schon sind Sie fertig. Gut, die Grundoperationen müssen Sie noch berechnen und auslegen, das lernen Sie aber in den folgenden Kapiteln.
Prozesse in Unit Operations zerlegen
Um eine Stoffänderung zu erreichen und ein verkaufsfähiges Produkt zu erzeugen, können verfahrenstechnische Prozesse sehr komplex werden. Um solche Prozesse einer Berechnung zugänglich zu machen, werden ie in ihre »Bausteine« zerlegt, die Unit Operations oder Grundoperationen. Hier hat sich auch im deutschsprachigen Raum der Begriff Unit Operations durchgesetzt, den Sie auch benutzen sollten. Niemand spricht von Grundoperationen (hört sich ja auch fade an). Bei den Unit Operations laufen die physikalischen, biologischen oder chemischen Vorgänge immer nach den gleichen Grundprinzipien ab, egal welches Produkt erzeugt wird. Dadurch erfolgt die Auslegung der einzelnen Unit Operations immer nach dem gleichen Schema. Der Verfahrensingenieur macht daher nichts weiter als
einen komplexen Prozess in seine Unit Operations zu zerlegen,
die Unit Operations auszulegen (das lernen Sie in den folgenden Kapiteln) und am Ende
die Unit Operations zu der gewünschten Gesamtanlage zusammenzufügen.
Das Zusammenfügen der verschiedenen Unit Operations zu einer Gesamtanlage wird Prozesssynthese genannt. Dann muss die Anlage nur noch gebaut werden. Nun ja, und nach der Inbetriebnahme möglichst auch funktionieren.
Einteilung der Unit Operations
Tabelle 1.1 zeigt beispielhaft einige Unit Operations der Verfahrenstechnik. Die Verfahren werden allgemein nach ihrem Zweck in
Reagieren,
Vereinigen,
Trennen,
Zerteilen,
Wärmeübertragen sowie
Lagern, Verpacken, Fördern und Formgeben
| Reagieren | Vereinigen | Trennen | Zerteilen | Wärmeübertragen | Lagern, Verpacken, Fördern, Formgeben |
|---|---|---|---|---|---|
| Chemisch -Rührreaktor -Rohrreaktor -Katalysator -Verbrennung Biologisch -Gärung -Fermentation -biol. Abwasser-reinigung | Mechanisch -Rührer -Mischer -Kneter | Thermisch -Destillation -Rektifikation -Extraktion -Adsorption -Kristallisation -Absorption -Membrantechnik Mechanisch -Sichtung -Filtration -Sedimentation -Zentrifugieren -Membrantechnik | Mechanische Zerkleinerung -Brecher -Mühlen -Schneiden | Thermisch -Rekuperatoren -Absorptions-kälteanlagen -Dampfstrahl-kälteanlagen -Trocknung -Dampferzeuger | Fördern -Gurtförderer -Becherwerke -pneumatische Förderer -Schnecken-förderer -Pumpen -Verdichter Lagern -Silos -Behälter -Becken Formgeben -Tablettieren |
Tabelle 1.1 Unit Operations der Verfahrenstechnik (Beispiele)
eingeteilt. Um den jeweiligen Zweck zu erreichen, sind physikalische, chemische oder biologische Kräfte erforderlich, wodurch die speziellen Unit Operations festgelegt werden.
Unit Operations am Beispiel eines Kohlekraftwerks
