Praxiswissen der chemischen Verfahrenstechnik: Handbuch für Chemiker und Verfahrensingenieure
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2010
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| Ausgabe: | 2., bearb. und erg. Aufl. |
| Schriftenreihe: | VDI-Buch
Verfahrenstechnik |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIX, 619 S. Ill., graph. Darst. 235 mm x 155 mm |
| ISBN: | 9783540889748 9783540889755 |
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| adam_text | Titel: Praxiswissen der chemischen Verfahrenstechnik
Autor: Christen, Daniel S.
Jahr: 2010
Inhalt
Teil I Grundlagen
1 Einführung 3
1.1 Definitionen 3
1.2 Fachorganisationen 7
Europa 7
Deutschland 8
Schweiz 9
Österreich 9
1.3 Maßeinheiten 10
1.4 Periodensystem der Elemente 17
1.5 Fragen aus der Praxis 19
1.6 Literatur 19
2 Projektierung 21
2.1 Maßstabsvergrößerung 21
Ähnlichkeiten 21
Scale-Up Methoden 23
Dimensionslose Kenngrößen 25
Buckingham FI-Theorem 27
2.2 Planung von Chemieanlagen 31
Blockschema 31
Verfahrensfließbild 32
Rl-Schema 34
Anlagenmodell 35
Rohrleitungsmodell 35
CAD-3D-Grafik 36
Isometrische Zeichnung 37
2.3 Projektmanagement 38
Projektphasen 39
Projektorganisation 42
2.4 Zeit- und Ressourcenplanung 46
Balkendiagramme 47
x Inhalt
Netzplandiagramme 47
Zuordnung von Ressourcen 51
2.5 Fragen aus der Praxis 52
2.6 Literatur 53
3 Werkstoffe 55
3.1 Mechanische Eigenschaften 55
Festigkeit 55
Kerbschlagzähigkeit 60
Härte 61
3.2 Korrosion 65
Definitionen 65
Voraussetzungen 66
Korrosionsarten 69
3.3 Korrosionschutz 71
Werkstoff 71
Beschichtung 72
Konstruktion 76
Elektrischer Strom 77
Medium 77
Werkstoffwahl 78
3.4 Eisen Stahl 79
Herstellung 80
Unlegierter Stahl 81
Legierter Stahl 83
Gusseisen 85
3.5 Nicht-Eisenmetalle 86
Leichtmetalle 87
Schwermetalle 90
Sondermetalle 94
Edelmetalle 97
3.6 Keramiken 99
Tonkeramik 99
Glas 103
Kunstkohle Elektrographit 107
3.7 Kunststoffe 109
Thermoplaste 113
Duroplaste 119
Elastomere 121
3.8 Naturstoffe 126
Holz 126
Steine 127
3.9 Fragen aus der Praxis 128
3.10 Literatur 128
Inhalt xi
4 Reaktionstechnik 131
4.1 Begriffe 131
Homogene und heterogene Reaktionen 131
Strömungsführung 131
Umsatz, Ausbeute, Selektivität, Leistung, Kapazität 134
4.2 Reaktoren 135
Rührkessel 136
Rohrreaktor 137
Kolonne, Säule, Turm 138
Wirbelschichtreaktor 140
4.3 Stoffbilanzen 142
Idealer diskontinuierlich betriebener Rührkessel 147
Idealer kontinuierlich betriebener Rohrreaktor 148
Idealer kontinuierlich betriebener Rührkessel 148
Vergleich der idealisierten Reaktortypen 149
4.4 Verweilzeitverteilung 150
Rohrreaktor 150
Kontinuierlich betriebener RUhrkessel 150
Rührkesselkaskade 152
4.5 Fragen aus der Praxis 153
4.6 Literatur 154
5 Berechnungen und Antworten zu Teil I 155
5.1 Einführung 155
5.2 Projektierung 156
5.3 Werkstoffe 158
5.4 Reaktionstechnik 159
Teil II Ausgleichsvorgänge
6 Strömungslehre 163
6.1 Einleitung 163
Flüssigkeiten und Gase 163
Kontinuitätsgleichung 163
Ideale und reale Fluide 164
6.2 Strömung ohne Reibung 165
Bernoulli 165
Torricelli 166
6.3 Strömung mit Reibung 167
Viskosität, Reibungswiderstand 167
Cw-Wert, Wirbelwiderstand 169
Laminare und turbulente Strömung 171
6.4 Rohrströmung 172
Laminare Rohrströmung 172
Turbulente Rohrströmung 175
xü Inhalt
Druckabfall im Rohr 176
Hydraulischer Durchmesser 178
Rohrleitungseinbauten 179
Betriebskennlinie, Pumpenkennlinie 182
6.5 Filmströmung 185
Strömungsformen 185
Geschwindigkeitsprofil 185
Volumenstrom 187
6.6 Impulskraft 188
6.7 Rheologie 189
Mechanisches Verhalten von Körpern 190
Scherratenabhängige Viskosität 192
Zeitabhängige Viskosität 194
Viskoelastizität 195
Messpraxis 196
6.8 Fragen aus der Praxis 198
6.9 Literatur 200
7 Wärmeübertragung 201
7.1 Einleitung 201
Strahlung 201
Wärmeleitung 202
Konvektion 202
Kombination der Wärmeiibertragungsmechanismen 203
7.2 Strahlung 203
Strahlungsgesetze 203
Wärmestrahlung zwischen Körpern 207
7.3 Wärmeleitung 212
Eindimensionaler Stab 212
Zusammengesetzte Wand 220
Rohrwand 221
Dreidimensionaler Körper 224
7.4 Konvektion 226
Dimensionslose Kenngrößen 229
Ebene Flächen 232
Rohre/ Rohrbündel 234
RUhrkessel 238
Kugeln/Schüttschichten 239
7.5 Wärmedurchgang 241
Ebene Wände 241
Rohre 244
Einfluss der Strömungsführung 246
Inhalt xiü
Mittlere treibende Temperaturdifferenz 249
Aufheizen/Abkühlen eines RUhrkessels 250
7.6 Wärmeübertrager 252
Bauarten 252
Heiz- und Kühlmedien 258
Auslegung 260
7.7 Fragen aus der Praxis 262
7.8 Literatur 263
8 Stofftransport 265
8.1 Einleitung 265
Diffusion 265
Konvektion 266
Kombination der Stofftransportmechanismen 266
8.2 Diffusion 267
Eindimensionale Diffusion 267
Dreidimensionale Diffusion 274
8.3 Konvektion 275
Dimensionslose Kenngrößen 278
Dimensionslose Gleichungen für den Stoffübergang 279
8.4 Stoffdurchgang 282
Zweifilmtheorie 282
Penetrationstheorie 287
Oberflächenerneuerungstheorie 288
Mittlere treibende Konzentrationsdifferenz 290
8.5 Stofftransport und chemische Reaktion 290
Chemische Reaktion an der Phasengrenzfläche 291
Chemische Reaktion in der zweiten Phase 293
8.6 Stofftransport und Wärmeübertragung 296
Dimensionslose Lewis-Beziehung 296
Wärme- und Stofftransport beim Trocknen 297
8.7 Analogien des Impuls-, Wärme- und Stofftransports 299
Transportgleichungen 299
Dimensionslose Beziehungen 301
Grenzschichten 302
8.8 Fragen aus der Praxis 304
8.9 Literatur 304
9 Berechnungen und Antworten zu Teil II 307
9.1 Strömungslehre 307
9.2 Wärmeübertragung 315
9.3 Stofftransport 318
xjv Inhalt
Teil III Grundoperationen
10 Mischen, Rühren 325
10.1 Einleitung 325
Diffusion 325
Konvektion 325
Dispergierung 325
10.2 Rührertypen 326
10.3 Strömungsbild 326
10.4 Wahl des Rührertyps 328
10.5 Leistungsbedarf eines Rührwerks 328
10.6 Statische Mischer 330
10.7 Fragen aus der Praxis 331
10.8 Literatur 332
11 Sedimentieren 333
11.1 Definition 333
11.2 Maßgebende Kräfte 333
11.3 Strömung um ein kugelförmiges Teilchen 335
11.4 Sinkgeschwindigkeit beliebig geformter Teilchen 337
11.5 Sinkgeschwindigkeit eines Teilchenschwarms 338
11.6 Auslegung von Sedimentationsapparaten 339
11.7 Fragen aus der Praxis 340
11.8 Literatur 341
12 Filtrieren 343
12.1 Begriffe und Definitionen 343
12.2 Mechanismen der Abscheidung 345
12.3 Filtermittel 345
12.4 Sieb-, Kuchen- und Tiefenfiltration 346
12.5 Filterhilfsmittel 347
12.6 Vor- und nachgeschaltete Prozesse 347
12.7 Filtratfluss als Funktion der Porengröße 348
12.8 Kuchenhöhe als Funktion der Filtratmenge 350
12.9 Filtergleichungen der Kuchenfiltration 350
12.10 Druckabhängigkeit der Filtergleichungen 352
12.11 Filterapparate 353
Sandfilter 354
Papierfilter 355
Beutelfilter 355
Kerzenfilter 355
Filternutschen 356
Tellerfilter 356
Filterpressen 357
Filterzentrifugen 359
Inhalt xv
Trommelfilter 361
Bandfilter 362
Scheibenfilter 363
12.12 Wahl des Filterapparats 364
12.13 Fragen aus der Praxis 364
12.14 Literatur 366
13 Verdampfen 367
13.1 Begriffe und Definitionen 367
Arbeitsweise einer Verdampfungsstufe 367
Dampfarten 369
Dampfdruckkurve 370
Siedepunkterhöhung durch gelösten Stoff 372
13.2 Verdampfungsarten 374
Oberflächenverdampfung 374
Blasensieden 375
Übergangssieden 375
Filmsieden 376
Verdampfung in einem senkrechten Rohr 377
13.3 Verdampferbauarten 382
Rührkessel 382
Plattenverdampfer 382
Dünnschichtverdampfer 382
Kurzwegverdampfer 383
Rohrbündelverdampfer 383
Brüdenverdichtung 384
Mehrstufenverdampfung 386
13.4 Fragen aus der Praxis 389
13.5 Literatur 389
14 Kondensieren 391
14.1 Begriffe und Definitionen 391
Tropfen- und Filmkondensation 391
Wirkung von Inertgasen 392
14.2 Wärmeübergang bei Filmkondensation 392
Laminare Strömung 393
Turbulente Strömung 395
Horizontale Rohre 396
14.3 Kondensatorbauarten 397
Oberflächenkondensatoren 397
Mischkondensatoren 398
14.4 Fragen aus der Praxis 398
14.5 Literatur 400
xvi Inhalt
15 Destillation 401
15.1 Einleitung 401
Prinzip der Destillation 401
15.2 Physikalische Grundlagen 401
Gesetze von Dalton und Raoult 401
Relative Flüchtigkeit 404
Dampfdruckdiagramm 405
Temperaturdiagramm 407
Zusammensetzungsdiagramm 409
Reale Mischungen 410
Azeotropie 413
15.3 Destillations verfahren 415
Absatzweise offene Destillation 415
Trägerdampfdestillation 418
15.4 Fragen aus der Praxis 421
15.5 Literatur 422
16 Rektifikation 423
16.1 Einleitung 423
Prinzip der Rektifikation 423
Aufbau einer Rektifikationskolonne 424
16.2 Berechnung der theoretischen Stufenzahl 426
Gleichgewichtslinie 426
Verstärkungsgerade 426
Abtriebsgerade 429
Schnittpunktsgerade 430
Rücklaufverhältnis 432
Trennstufenzahl 434
16.3 Einbauten von Rektifikationskolonnen 437
Böden 437
Füllkörper 440
Geordnete Packungen 443
16.4 Dimensionierung einer Rektifikationskolonne 444
Dampfgeschwindigkeit 444
Druckabfall 445
Kolonnendurchmesser 447
Heizung/Kühlung 448
Kurzanleitung des methodischen Vorgehens 450
16.5 Sonderfälle der Rektifikation 451
Zweidruckrektifikation 451
Extraktive Rektifikation 451
Azeotrope Rektifikation 453
Diskontinuierliche Rektifikation 455
Reaktivdestillation 456
Inhalt xvjj
16.6 Fragen aus der Praxis 457
16.7 Literatur 458
17 Trocknung 459
17.1 Einleitung 459
Prinzip der Trocknung 459
Art der Wärmeübertragung 461
17.2 Zustandsänderung des feuchten Guts 463
Feuchtigkeitsbindung 463
Trocknungsverlauf 465
17.3 Zustandsänderung der feuchten Luft 468
Eigenschaften der feuchten Luft 468
Heizen/Kühlen 471
Mischen von zwei Luftmassen 472
Mischen von Luft mit Wasser 473
Trocknungsprozesse mit warmer Luft 476
17.4 Trocknungsapparate 478
Konvektionstrockner 478
Kontakttrockner 483
Gefriertrockner 486
Auswahl und Auslegung eines Trockners 487
Sicherheit beim Trocknen 489
17.5 Fragen aus der Praxis 491
17.6 Literatur 492
18 Berechnungen und Antworten zu Teil III 495
18.1 Mischen, Rühren 495
18.2 Sedimentieren 496
18.3 Filtrieren 497
18.4 Verdampfen 501
18.5 Kondensieren 503
18.6 Destillation 505
18.7 Rektifikation 508
18.8 Trocknung 511
Teil IV Regelungstechnik
19 Einleitung in die Regelungstechnik 517
19.1 Aufgabe einer Regelung 517
19.2 Begriffe und Bezeichnungen 517
19.3 Beispiele von Regelungen 518
Watt scher Fliehkraftregler 518
Abgaskatalysator 519
Temperaturregelung beim Duschen 520
19.4 Fragen aus der Praxis 521
xviii Inhalt
20 Steuerung und Regelung 523
20.1 Wirkungsplan 523
Elemente des Wirkungsplans 523
Grundstrukturen des Wirkungsplans 524
Wirkungswege und Wirkungsabläufe 525
20.2 Steuerung 526
Stetige und unstetige Steuerung 527
Ablaufsteuerung 527
Störgrößenaufschaltung 527
20.3 Regelung 527
Zeitkontinuierliche Regelung und Abtastregelung 528
Adaptive Regelung 528
Mehrpunktregelung 528
Festwertregelung und Folgeregelung 529
Selbsttätige Regelung und Handregelung 529
Führungsverhalten und Störverhalten 529
Detaillierter Regelkreis 529
Stelleinrichtung 530
Wertebereiche 530
20.4 Fragen aus der Praxis 531
21 Übertragungsverhalten 533
21.1 Beharrungskennlinie 533
21.2 Dynamische Eingangsfunktionen 534
21.3 Sprungantworten 536
Proportionalverhalten 536
Verzögerungsverhalten 537
Integralverhalten 538
Differentialverhalten 540
Totzeitverhalten 540
Verhaltenskombinationen 541
21.4 Frequenzgänge 542
Bode-Diagramm 544
Nyquist-Ortskurve 545
21.5 Fragen aus der Praxis 546
22 Reglertypen 549
22.1 Stetige Regler 550
P-Regler 550
I-Regler 551
PI-Regler 552
D-Regler 552
PD-Regler 553
PID-Regler 554
Inhalt v:v
22.2 Unstetige Regler 554
Zweipunktregler 554
Dreipunktregler 556
22.3 Fragen aus der Praxis 557
23 Regelgüte 559
23.1 Führungsverhalten 559
23.2 Störverhalten 560
23.3 Bewertung der Regelgüte 561
23.4 Bewertung der Regelbarkeit 564
23.5 Fragen aus der Praxis 566
24 Einstellregeln für industrielle Regler 569
24.1 Ziegler-Nichols 570
24.2 Chien-Hrones-Reswick 570
24.3 T-Summen-Regel 571
24.4 Fragen aus der Praxis 573
25 Komplexe Regelsysteme 575
25.1 Split-Range-Regelung 575
25.2 Kaskadenregelung 576
25.3 Verhältnisregelung 578
25.4 Fragen aus der Praxis 580
26 Prozessleittechnik 581
26.1 Entwicklung der Prozessleittechnik 581
26.2 Aufbau eines Prozessleitsystems 582
26.3 Funktionen eines Prozessleitsystems 584
26.4 Darstellungen im Prozessleitsystem 586
26.5 Sicherheit computergesteuerter Anlagen 587
Erläuterung von Sicherheitsbegriffen 588
26.6 Fragen aus der Praxis 589
27 Berechnungen und Antworten zu Teil IV 591
27.1 Einleitung 591
27.2 Steuerung und Regelung 592
27.3 Übertragungsverhalten 594
27.4 Reglertypen 597
27.5 Regelgüte 600
27.6 Einstellmethoden für industrielle Regler 602
27.7 Komplexe Regelsysteme 605
27.8 Prozessleittechnik 607
Literatur zur Regelungstechnik 609
Sachverzeichnis 61
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