Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik: Grundlagen und apparative Umsetzungen
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer Vieweg
2012
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| Edition: | 2., bearb. Aufl. |
| Series: | Verfahrenstechnik
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| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXV, 646 S. Ill., graph. Darst. 235 mm x 155 mm |
| ISBN: | 364225148X 9783642251481 |
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IMAGE 1
INHALT
TEIL I GRUNDLAGEN UND METHODEN 1 GRUNDLAGEN DER TRANSPORTPROZESSE 3
1.1 MOLEKULARE TRANSPORTVORGAENGE 3
1.1.1 MOLEKULARER IMPULSTRANSPORT 5
1.1.2 MOLEKULARER ENERGIETRANSPORT 7
1.1.3 MOLEKULARER STOFFTRANSPORT 8
1.2 KONVEKTIVE TRANSPORTVORGAENGE 12
1.2.1 KONVEKTIVER IMPULSTRANSPORT. 12
1.2.2 KONVEKTIVER ENERGIETRANSPORT 13
1.2.3 KONVEKTIVER STOFFTRANSPORT 14
1.3 KONVEKTIVER ENERGIE-UND STOFFUEBERGANG 14
1.4 TURBULENTE TRANSPORTVORGAENGE 18
1.5 UMWANDLUNGSVORGAENGE 20
1.5.1 STOFFUMWANDLUNG 20
1.5.2 ENERGIEUMWANDLUNG 24
1.5.3 IMPULSAENDERUNG 25
1.6 BILANZGLEICHUNGEN 25
1.6.1 DIFFERENZIELLE BILANZGLEICHUNGEN 26
1.6.2 INTEGRALE BILANZGLEICHUNGEN 32
1.7 MOLEKULARE TRANSPORTKOEFFIZIENTEN UND STOFFGROESSEN 37
1.7.1 VISKOSITAET 38
1.7.2 WAERMELEITFAEHIGKEIT 44
1.7.3 DIFFUSIONSKOEFFIZIENTEN 45
1.8 VERSTAENDNISFRAGEN 48
1.9 AUFGABEN 48
LITERATUR 52
2 DIFFUSION IN RUHENDEN MEDIEN 55
2.1 STATIONAERE DIFFUSION 55
2.1.1 DIFFUSION OHNE CHEMISCHE REAKTION IN EINER EBENEN SCHICHT 56
IX
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IMAGE 2
X
INHALT
2.1.2 DIFFUSION MIT HOMOGENER CHEMISCHER REAKTION 57
2.1.3 DIFFUSION MIT HETEROGENER CHEMISCHER REAKTION 63
2.2 INSTATIONAERE DIFFUSION 65
2.2.1 INSTATIONAERE DIFFUSION OHNE CHEMISCHE REAKTION IN EINER ^ PLATTE
65
2.2.2 INSTATIONAERE DIFFUSION IN EINER KUGEL 70
2.3 VERSTAENDNISFRAGEN 73
2.4 AUFGABEN 73
LITERATUR 77
3 STOFFAUSTAUSCH ZWISCHEN ZWEI FLUIDEN PHASEN 79
3.1 STOFFUEBERGANGSTHEORIEN 80
3.1.1 FILMTHEORIE 80
3.1.2 GRENZSCHICHTTHEORIE 83
3.1.3 PENETRATIONS-UND OBERFLAECHENERNEUERUNGSTHEORIE 86 3.1.4
TURBULENZTHEORIE 88
3.2 STOFFDURCHGANG 90
3.3 STOFFAUSTAUSCH MIT HOMOGENER CHEMISCHER REAKTION 94
3.3.1 PENETRATIONSTHEORIE 94
3.3.2 FILMTHEORIE 98
3.3.3 GENERELLE AUSWIRKUNGEN EINER HOMOGENEN REAKTION ERSTER ORDNUNG AUF
DEN STOFFTRANSPORT 100
3.4 VERSTAENDNISFRAGEN 101
3.5 AUFGABEN 101
LITERATUR 104
4 BESCHREIBUNG VON AUSGLEICHS VORGAENGEN IN TECHNISCHEN SYSTEMEN 107 4.1
IDEALISIERTE MODELLAPPARATE 107
4.1.1 IDEALER RUEHRKESSEL 108
4.1.2 IDEALES STROEMUNGSROHR 110
4.2 REALE APPARATE 110
4.2.1 MISCHVORGAENGE 110
4.2.2 KONTINUIERLICH BETRIEBENE REALE APPARATE 114
4.3 VERWEILZEITVERTEILUNG 117
4.3.1 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG EINER VERWEILZEITVERTEILUNG. 120
4.3.2 VERWEILZEITVERTEILUNG IDEALER APPARATE 121
4.4 VERSTAENDNISFRAGEN 127
4.5 AUFGABEN 127
LITERATUR 130
5 STROEMUNGEN IN ROHREN 131
5.1 IMPULSTRANSPORT 131
5.1.1 LAMINARE ROHRSTROEMUNG 131
5.1.2 TURBULENTE ROHRSTROEMUNG 133
5.1.3 STROEMUNGSWIDERSTAND IN ROHREN 139
5.1.4 STROEMUNGEN DURCH ROHRLEITUNGSSYSTEME 143
IMAGE 3
INHALT XI
5.2 STOFFUEBERGANG 146
5.2.1 LAMINARE STROEMUNG 146
5.2.2 TURBULENTE ROHRSTROEMUNG 151
5.3 STOFFUEBERGANG MIT HETEROGENER CHEMISCHER REAKTION 152
5.4 STROEMUNGEN NICHT-NEWTONSCHER FLUESSIGKEITEN 154
5.4.1 GESCHWINDIGKEITSPROFILE 154
5.4.2 WIDERSTANDSGESETZ 156
5.5 DISPERSION IN ROHRSTROEMUNGEN 158
5.6 VERSTAENDNISFRAGEN 160
5.7 AUFGABEN 160
LITERATUR 164
6 STROEMUNGEN AN EBENEN PLATTEN 165
6.1 IMPULSTRANSPORT 165
6.1.1 LAMINARE GRENZSCHICHT 167
6.1.2 TURBULENTE GRENZSCHICHT 171
6.1.3 WIDERSTANDSGESETZ 172
6.2 STOFFUEBERGANG 173
6.2.1 LAMINARE STROEMUNG 173
6.2.2 TURBULENTE STROEMUNG 179
6.3 FLUIDDYNAMIK UND STOFFTRANSPORT BEI HOHEM PARTIALDRUCK 180 6.3.1
PHYSIKALISCHE PROBLEMATIK 180
6.3.2 GESCHWINDIGKEITSPROFIL 182
6.3.3 KONZENTRATIONSPROFIL 183
6.3.4 REIBUNGSBEIWERT 185
6.3.5 MITTLERE SHERWOODZAHL 186
6.4 STOFFUEBERGANG MIT HETEROGENER CHEMISCHER REAKTION 187
6.5 VERSTAENDNISFRAGEN 191
6.6 AUFGABEN 192
LITERATUR 194
7 DISPERSE SYSTEME 195
7.1 STATIONAERE PARTIKELBEWEGUNG 196
7.1.1 FESTE EINZELPARTIKEL 196
7.1.2 FLUIDE PARTIKELN 204
7.2 INSTATIONAERE PARTIKELBEWEGUNG 211
7.3 BEWEGUNG VON PARTIKELSCHWAERMEN 213
7.3.1 FESTE PARTIKELN 213
7.3.2 FLUIDE PARTIKELN 217
7.4 STATIONAERER STOFFUEBERGANG 218
7.4.1 FESTE EINZELKOERPER 219
7.4.2 FLUIDE PARTIKELN 225
7.5 INSTATIONAERER STOFFTRANSPORT BEI FESTEN UND FLUIDEN PARTIKELN 231
7.5.1 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN UND DEFINITIONEN 231
7.5.2 DIFFUSIVER TRANSPORT IN EINER KUGEL 235
IMAGE 4
XII INHALT
7.5.3 STOFFUEBERGANG BEI SCHLEICHENDER UMSTROEMUNG 235
7.5.4 SPEZIELLE LOESUNG FUER SEHR KURZE ZEITEN 236
7.5.5 BERECHNUNG DER UEBERGEHENDEN MASSE FUER SEHR LANGE ZEITEN 237
7.5.6 ERGEBNISSE DER NUMERISCHEN LOESUNG 237
7.6 VERSTAENDNISFRAGEN 239
7.7 AUFGABEN 241
LITERATUR 245
8 EINPHASIG DURCHSTROEMTE FESTSTOFFSCHUETTUNGEN 247
8.1 KENNZEICHNENDE GROESSEN EINER FESTSTOFFSCHUETTUNG 248
8.1.1 FESTSTOFFPARTIKELN 248
8.1.2 LUECKENGRAD 250
8.1.3 HYDRAULISCHER DURCHMESSER 252
8.1.4 GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG INNERHALB EINER FESTSTOFFSCHUETTUNG 254
8.2 DRUCKVERLUST 255
8.3 WAERME- UND STOFFUEBERGANG 258
8.3.1 WAERMEUEBERGANG IN ANALOGIE ZUR EINZELKUGEL 259
8.3.2 STOFFUEBERGANG IN ANALOGIE ZUM DURCHSTROEMTEN ROHR 261 8.4
MODELLIERUNG VON AUSTAUSCHVORGAENGEN IN FESTBETTEN 263
8.4.1 BERECHNUNG DES KONZENTRATIONSVERLAUFS 263
8.4.2 DISPERSIONSKOEFFIZIENTEN IN FESTSTOFFSCHUETTUNGEN 268 8.5
VERSTAENDNISFRAGEN 270
8.6 AUFGABEN 271
LITERATUR 273
TEIL II MEHRPHASENSYSTEME UND APPARATIVE ANWENDUNGEN
9 FILTRATION UND DRUCKGETRIEBENE MEMBRANVERFAHREN 277
9.1 EINTEILUNG DER TRENNVERFAHREN 277
9.2 PROZESSFUEHRUNG 279
9.2.1 KUCHENFILTRATION 279
9.2.2 QUERSTROMFILTRATION 280
9.2.3 TIEFENFILTRATION 281
9.3 KENNZEICHNUNG DES TRENNERFOLGS 283
9.4 FILTRATION 286
9.4.1 GRUNDLEGENDE THEORIE DER FILTRATION 286
9.4.2 KUCHENFILTRATION VON SUSPENSIONEN 288
9.4.3 STAUBABSCHEIDUNG DURCH FILTRATION 296
9.5 DRUCKGETRIEBENE MEMBRANVERFAHREN 299
9.5.1 DEFINITIONEN 300
9.5.2 GRUNDLEGERIDE THEORIE ZU MEMBRANVERFAHREN 302
9.5.3 MIKRO- UND ULTRAFILTRATION 306
9.5.4 NANOFILTRATION 307
IMAGE 5
INHALT XIII
9.5.5 UMKEHROSMOSE 308
9.5.6 APPARATIVE UMSETZUNG DER MEMBRANFILTRATION 310
9.6 VERSTAENDNISFRAGEN 310
9.7 AUFGABEN 313
LITERATUR 316
10 TROCKNUNG FESTER STOFFE 319
10.1 GRUNDBEGRIFFE DER THERMISCHEN TROCKNUNG 320
10.2 EIGENSCHAFTEN FEUCHTER GUETER 321
10.2.1 ARTEN DER FEUCHTIGKEITSBINDUNG 321
10.2.2 BEWEGUNG DER FEUCHTIGKEIT IM GUT 323
10.3 EIGENSCHAFTEN DES FEUCHTEN GASES 325
10.4 DARSTELLUNG DER EINSTUFIGEN TROCKNUNG IM MOLLIER-DIAGRAMM 328
10.4.1 BEHARRUNGSTEMPERATUR 328
10.4.2 KUEHLGRENZTEMPERATUR 330
10.4.3 EINSTUFIGER TROCKNER 332
10.5 WAERMEUEBERTRAGUNG AN DAS FEUCHTE GUT 334
10.5.1 KONVEKTIONSTROCKNUNG 335
10.5.2 KONTAKTTROCKNUNG (KONDUKTIVE TROCKNUNG) 335
10.6 KINETIK DER TROCKNUNG, TROCKNUNGSVERLAUF 335"
10.6.1 I. TROCKNUNGSABSCHNITT 338
10.6.2 II. TROCKNUNGSABSCHNITT 340
10.7 BAUARTEN VON TROCKNERN 344
10.7.1 KONVEKTIONSTROCKNER 345
10.7.2 KONTAKTTROCKNER 348
10.7.3 STRAHLUNGSTROCKNER 350
10.8 VERSTAENDNISFRAGEN 351
10.9 AUFGABEN 351
LITERATUR 355
11 STROEMUNG VON FLUESSIGKEITSFILMEN 357
11.1 FLUIDDYNAMIK VON RIESELFILMEN 358
11.2 WAERMEUEBERTRAGUNG ZWISCHEN WAND UND FLUESSIGKEIT 361
11.3 STOFFUEBERTRAGUNG ZWISCHEN RIESELFILM UND GAS 364
11.3.1 LAMINARE RIESELFILME 364
11.3.2 FILME MIT WELLIGER OBERFLAECHE 370
11.3.3 GASSEITIGER STOFFUEBERGANG 371
11.4 STOFFTRANSPORT MIT HOMOGENER CHEMISCHER REAKTION 373
11.4.1 REAKTION 1. ORDNUNG 375
11.4.2 REAKTION 2. ORDNUNG 377
11.5 TECHNISCHE ANWENDUNGEN VON RIESELFILMAPPARATEN 380
11.6 VERSTAENDNISFRAGEN 382
11.7 AUFGABEN 382
LITERATUR 385
IMAGE 6
XIV INHALT
12 BODENKOLONNEN 387
12.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN 387
12.1.1 STOFFBILANZ UM EINE REKTIFIZIERKOLONNE 388
12.1.2 STOFFBILANZ UM EINE ABSORPTIONS- ODER DESORPTIONSKOLONNE 392
12.2 KONSTRUKTIVE MERKMALE 394
12.3 BELASTUNGSBEREICH UND BELASTUNGSKENNFELD VON KOLONNENBOEDEN. 396
12.3.1 MAXIMALE GASBELASTUNG 399
12.3.2 MINIMALE GASBELASTUNG 400
12.3.3 MAXIMALE FLUESSIGKEITSBELASTUNG 402
12.3.4 MINIMALE FLUESSIGKEITSBELASTUNG 402
12.3.5 BELASTUNGSKENNFELD 403
12.4 ZWEIPHASENSTROEMUNG IN BODENKOLONNEN 404
12.5 DRUCKVERLUST DES GASES AM BODEN 405
12.6 PHASENGRENZFLAECHE IN DER ZWEIPHASENSCHICHT 407
12.7 STOFFUEBERGANG IN DER ZWEIPHASENSCHICHT 409
12.8 VERSTAENDNISFRAGEN 414
12.9 AUFGABEN 415
LITERATUR 416
13 PACKUNGSKOLONNEN 419
13.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE 420
13.2 FLUIDDYNAMIK 424
13.2.1 FLUESSIGKEITSINHALT 425
13.2.2 DRUCKVERLUST 430
13.3 BELASTUNGSGRENZEN, BELASTUNGSKENNFELD, ARBEITSBEREICH 435 13.4
STOFFUEBERGANG 439
13.5 AXIALE DISPERSION 443
13.6 AUSWAHLKRITERIEN FUER KOLONNENEINBAUTEN 444
13.7 VERSTAENDNISFRAGEN 444
13.8 AUFGABEN 445
LITERATUR 447
14 FOERDERUNG VON FLUIDEN 449
14.1 EINTEILUNG UND ANWENDUNGSFELDER VON FOERDERORGANEN 450 14.2
BAUFORMEN VON STROEMUNGSMASCHINEN 452
14.3 ENERGIEUMSETZUNG IM LAUFRAD 456
14.3.1 IMPULSSATZ UND EULERSCHE HAUPTGLEICHUNG 456
14.3.2 KANALWIRBEL UND KRAFTUEBERTRAGUNG 459
14.3.3 ENERGIEBILANZ UND DRUCKERHOEHUNG 460
14.4 KENNLINIEN 462
14.4.1 THEORETISCHE KONSTRUKTION EINER DROSSELKURVE 463
14.4.2 STABILE UND INSTABILE KENNLINIEN 467
14.4.3 KENNFELD 469
14.4.4 KENNLINIE EINER KOLBENPUMPE 470
IMAGE 7
INHALT XV
14.5 BETRIEBSPUNKTE VON KREISELPUMPEN 471
14.5.1 ANLAGENKENNLINIE 471
14.5.2 REGELUNG VON STROEMUNGSMASCHINEN 472
14.5.3 VERSCHALTUNGEN MEHRERER KREISELPUMPEN 474
14.6 KAVITATION 475
14.7 AEHNLICHKEITSGESETZE UND DIMENSIONSLOSE KENNZAHLEN 477 14.7.1
AEHNLICHKEITSBEZIEHUNGEN 477
14.7.2 DIMENSIONSLOSE KENNZAHLEN 478
14.8 VERSTAENDNISFRAGEN 480
14.9 AUFGABEN 480
LITERATUR 481
15 WIRBELSCHICHTEN 483
15.1 ERSCHEINUNGSFORMEN VON WIRBELSCHICHTEN 483
15.2 FLUIDDYNAMISCHE GRUNDLAGEN 485
15.2.1 DRUCKVERLUSTCHARAKTERISTIK 485
15.2.2 LOCKERUNGSGESCHWINDIGKEIT 486
15.2.3 EXPANSION VON FLIESSBETTEN 488
15.2.4 FESTSTOFFVERHALTEN BEI DER FLUIDISIERUNG MIT EINEM GASSTROM * -
489
15.2.5 BETRIEBSZUSTAENDE IN WIRBELSCHICHTEN 491
15.3 GASBLASEN IN WIRBELSCHICHTEN 492
15.4 FESTSTOFFMISCHUNG IN WIRBELSCHICHTEN 495
15.5 GASPHASENVERMISCHUNG IN WIRBELSCHICHTEN 498
15.6 STOFFUEBERGANG ZWISCHEN FLUID UND PARTIKELN 498
15.7 MODELLIERUNG VON WIRBELSCHICHTREAKTOREN 499
15.8 TECHNISCHE ANWENDUNGEN 500
15.8.1 ACRYLNITRILSYNTHESE 500
15.8.2 VERBRENNUNG VON KOHLE 501
15.9 VERSTAENDNISFRAGEN 502
15.10 AUFGABEN 502
LITERATUR 504
16 FESTSTOFFTRANSPORT IN ROHRLEITUNGEN 505
16.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DES FESTSTOFFTRANSPORTS 505
16.2 PNEUMATISCHE FOERDERUNG 507
16.2.1 EINTEILUNG DER PNEUMATISCHEN FOERDERUNG 508
16.2.2 BESTIMMUNG DES DRUCKVERLUSTES 511
16.2.3 LUFTEXPANSION ENTLANG DES FOERDERWEGS 521
16.2.4 FOERDERGESCHWINDIGKEIT 521
16.3 TECHNISCHE FOERDERSYSTEME 525
16.4 HYDRAULISCHE FOERDERUNG 526
16.5 VERSTAENDNISFRAGEN 528
16.6 AUFGABEN 529
LITERATUR 531
IMAGE 8
XVI INHALT
17 GAS/FLUESSIGKEITS-STROEMUNGEN IN ROHREN 533
17.1 STROEMUNGS- UND PHASENVERTEILUNGSZUSTAENDE 533
17.1.1 STROEMUNGEN IN VERTIKALEN ROHREN 534
17.1.2 STROEMUNGEN IN HORIZONTALEN ROHREN 535
17.2 GRUNDLEGENDE BEZIEHUNGEN UND DEFINITIONEN 536
17.3 BESTIMMUNG DER STROEMUNGSFORM 538
17.3.1 STROEMUNGSFORMEN IN HORIZONTALEN ROHREN 539
17.3.2 STROEMUNGSFORMEN IN VERTIKALEN ROHREN 541
17.3.3 SCHLUPF 543
17.4 BERECHNUNGSVERFAHREN FUER GAS/FLUESSIGKEITS-STROEMUNGEN 543 17.4.1
HOMOGENES MODELL 544
17.4.2 HETEROGENES MODELL (SCHLUPFMODELL) 548
17.5 VERSTAENDNISFRAGEN 551
17.6 AUFGABEN 552
LITERATUR 553
18 MISCHEN UND RUEHREN 555
18.1 DEFINITIONEN UND EINTEILUNGEN 556
18.2 RUEHREN 557
18.2.1 TECHNISCHE RUEHRSYSTEME 558
18.2.2 IMPULSTRANSPORT 561
18.2.3 LEISTUNGSCHARAKTERISTIK 563
18.2.4 RUEHREN VON NICHT-NEWTONSCHEN FLUESSIGKEITEN 565
18.2.5 WAERMETRANSPORT 568
18.2.6 HOMOGENISIEREN IN RUEHRBEHAELTERN 569
18.2.7 SUSPENDIEREN VON FESTSTOFFEN 571
18.2.8 BEGASEN 575
18.2.9 DISPERGIEREN VON FLUESSIG/FLUESSIG-SYSTEMEN 583
18.3 STATISCHE MISCHER 587
18.3.1 DRUCKVERLUST 588
18.3.2 MISCHGUETE 590
18.4 MIKROMISCHER 592
18.4.1 EINTEILUNG 593
18.4.2 ARBEITSBEREICHE VON MIKROMISCHERN 596
18.5 VERSTAENDNISFRAGEN 596
18.6 AUFGABEN 597
LITERATUR 600
19 BLASENSAEULEN 603
19.1 BLASENSAEULEN MIT UND OHNE EINBAUTEN 605
19.1.1 BAUARTEN 605
19.1.2 FLUIDDYNAMIK 607
19.1.3 BLASENGROESSE UND-BEWEGUNG 609
19.1.4 DISPERSION 611
19.1.5 GASGEHALT 612
IMAGE 9
INHALT XVII
19.1.6 STOFFTRANSPORT 614
19.1.7 WAERMEUEBERGANG 617
19.2 SUSPENSIONSBLASENSAEULEN 619
19.3 AIRLIFT-SCHLAUFENAPPARATE 620
19.4 ABSTROMBLASENSAEULEN 622
19.4.1 BAUARTEN UND EINSATZGEBIETE 623
19.4.2 BETRIEBSBEDINGUNGEN UND GASGEHALT 624
19.4.3 STOFFUEBERTRAGUNG 626
19.5 MODELLGLEICHUNGEN ZUR BESCHREIBUNG VON BLASENSAEULENREAKTOREN. 626
19.6 ANWENDUNGSBEREICHE 630
19.7 VERSTAENDNISFRAGEN 630
19.8 AUFGABEN 631
LITERATUR 634
SACHVERZEICHNIS 637 |
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