Einführung in die Technische Chemie:
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| Format: | Elektronisch E-Book |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer Spektrum
[2016]
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| Ausgabe: | 2. Auflage |
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| Beschreibung: | 1 Online-Ressource (XII, 316 Seiten 220 Abb., 156 Abb. in Farbe) |
| ISBN: | 9783662528563 |
| DOI: | 10.1007/978-3-662-52856-3 |
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| adam_text | Titel: Einführung in die technische Chemie
Autor: Behr, Arno
Jahr: 2016
Arno Behr David W. Agar Jakob Jörissen Andreas J. Vorholt Einführung in die Technische Chemie 2. Auflage ö Springer Spektrum
v Inhaltsverzeichnis I Grundlagen 1 Die chemische Industrie.............................................................3 1.1 Was ist Technische Chemie?............................................................4 1.2 Chemiewirtschaft......................................................................5 Literatur................................................................................8 2 Vom Rohstoff zur Endchemikalie...................................................9 2.1 Verbundstruktur der chemischen Industrie............................................10 2.2 Wert-, Koppel- und Nebenprodukte...................................................12 2.3 Ein typischer Produktstammbaum....................................................13 Literatur...............................................................................16 3 Vom Laborversuch zur chemischen Anlage......................................17 3.1 Grundlagen der Maßstabsvergrößerung..............................................18 3.2 Versuchs- und Produktionsanlagen....................................................22 3.2.1 Chargenbetrieb oder kontinuierliche Verfahren?.........................................22 3.2.2 Mehrzweckanlagen....................................................................23 3.2.3 Miniplants und Mikroplants.............................................................23 3.2.4 Pilotanlagen...........................................................................24 Literatur...............................................................................27 4 Physikalisch-chemische Grundlagen I: Gleichgewichte und Thermodynamik...............................................................29 4.1 Enthalpie..............................................................................30 4.2 Chemisches Gleichgewicht............................................................32 4.3
Phasengleichgewicht.................................................................35 4.3.1 Nichtideales Phasenverhalten...........................................................36 4.3.2 Phasenverhalten von Gemischen.......................................................37 4.3.3 Ideale und nichtideale Mischungen.....................................................38 Literatur...............................................................................42 5 Physikalisch-chemische Grundlagen II: Kinetik und Transportprozesse.......43 5.1 Bedeutung der Kinetik................................................................44 5.1.1 Reaktionsgeschwindigkeit..............................................................44 5.1.2 Konzentrationsverläufe.................................................................46 5.1.3 Kinetik reversibler Reaktionen...........................................................47 5.1.4 Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen..............................................49 5.2 Wärme-und Stofftransport............................................................51 5.2.1 Wärmetransport........................................................................52 5.2.2 Stofftransport durch Diffusion..........................................................53 5.2.3 Stoffdurchgang........................................................................54 Literatur...............................................................................57
VI Inhaltsverzeichnis II Reaktions- und Trenntechnik 6 Chemische Reaktoren.............................................................. 61 6.1 Bedeutung des Reaktors..............................................................62 6.2 Leistung des Reaktors.................................................................63 6.3 Ideale Reaktoren...................................................................... 63 6.4 Leistungsberechnung idealer Reaktoren..............................................66 6.5 Nichtideale Reaktoren.................................................................69 6.6 Technische Reaktoren................................................................. 72 Literatur............................................................................... 76 7 Thermische Trennverfahren I (Destillation und Rektifikation)................. 77 7.1 Einfache Destillation.................................................................. 73 7.2 Relative Flüchtigkeit in unterschiedlichen Stoffsystemen..............................80 7.3 Rektifikation..........................................................................82 7.4 Bilanzierung und grafische Auslegung der Rektifikation...............................84 7.5 Praktische Durchführung der Rektifikation............................................85 7.5.1 Rücklaufverhältnis......................................................................85 7.5.2 Funktion und Wirkungsgrad praktischer Böden..........................................87 7.5.3 Füllkörper und Strukturpackungen......................................................88 7.5.4 Konkreter Aufbau der Apparate und Betrieb der Rektifikation.............................89 7.6 Trennung von Azeotropen............................................................90 7.6.1 Zweidruck-Rektifikation................................................................91 7.6.2
Extraktiv-Rektifikation..................................................................91 7.6.3 Azeotrop-Rektifikation .................................................................92 Literatur...............................................................................94 8 Thermische Trennverfahren II (Absorption, Extraktion u. a.)...................95 8.1 Übersicht über thermische Trennverfahren............................................96 8.2 Absorption............................................................................97 8.3 Extraktion.............................................................................99 8.3.1 Flüssig-flüssig-Extraktion...............................................................99 8.3.2 Phasengleichgewichte.................................................................100 8.3.3 Bilanzierung und Stufenkonstruktion im Dreiecksdiagramm.............................100 8.3.4 Extraktionsapparate...................................................................102 8.3.5 Anwendungen der Flüssig-Flüssig-Extraktion...........................................103 8.3.6 Lösungsmittelanforderungen..........................................................103 8.4 Adsorption...........................................................................105 8.5 Weitere Trennverfahren..............................................................106 8.5.1 Kristallisation.........................................................................106 8.5.2 Trocknung............................................................................107 8.5.3 Membranverfahren....................................................................107 Literatur..............................................................................108 9 Mechanische Verfahren...........................................................109 9.1 Übersicht über mechanische
Verfahren...............................................110 9.2 Mischen..............................................................................110 9.2.1 Rühren...............................................................................110 9.2.2 Wellendichtungen für Rührer.......................................................... 111
VII Inhaltsverzeichnis 9.2.3 Scherkräfte beim Mischen.............................................................113 9.3 Pumpen und Verdichter..............................................................113 9.3.1 Kolben- und Membran-Pumpen........................................................113 9.3.2 Kreiselpumpen........................................................................115 9.3.3 Ventilatoren, Gebläse, Verdichter und Vakuumpumpen..................................117 9.4 Sedimentieren, Zentrifugieren und Filtrieren.........................................117 9.4.1 Prinzip dieserTrennverfahren..........................................................117 9.4.2 Filtrationsapparate....................................................................118 Literatur..............................................................................120 10 Fließbilder..........................................................................121 10.1 Typen von Fließbildern...............................................................122 10.1.1 Grundfließbild........................................................................122 10.1.2 Verfahrensfließbild....................................................................122 10.1.3 Rohrleitungs- und Instrumentenfiießbild (Rl-Fließbild)...................................123 10.2 Normsymbole für Fließbilder.........................................................124 10.3 Konkreter Aufbau von Chemieanlagen im Rl-Fließbild................................125 10.3.1 Apparate und Rohrleitungen...........................................................125 10.3.2 Armaturen für Chemieanlagen.........................................................127 10.3.3 Mess-, Steuer- und Regelungs-Technik (MSR) im Rl-Fließbild.............................128 10.3.4 Beispiele für Messgrößen..............................................................128 10.3.5
Messdatenverarbeitung...............................................................130 10.3.6 Regeleinrichtungen...................................................................131 10.3.7 Beispiele für die MSR-Technik im Rl-Fließbild............................................132 Literatur..............................................................................133 III Verfahrensentwicklung 11 Verfahrensauswahl................................................................137 11.1 Allgemeine Kriterien für die Verfahrensauswahl......................................138 11.2 Beispiel: Acrylsäure..................................................................138 11.2.1 Historische Synthesen der Acrylsäure...................................................139 11.2.2 Heutige Synthesen der Acrylsäure......................................................140 11.2.3 Zukünftige Synthesen der Acrylsäure?..................................................142 11.2.4 Acrylsäure und ihre Verwendung.......................................................145 Literatur..............................................................................146 12 Heterogene Katalyse..............................................................147 12.1 Grundlagen der Katalyse.............................................................148 12.2 Heterogene Katalysatoren............................................................149 12.3 Die Ammoniak-Synthese.............................................................152 12.3.1 Entwicklung..........................................................................152 12.3.2 Rohstoffe und Anwendung............................................................153 12.3.3 Thermodynamik und Kinetik...........................................................155 12.3.4 Ammoniaksynthesereaktor............................................................156 12.3.5
Ammoniaksyntheseanlage.............................................................157 Literatur..............................................................................159
VIII Inhaltsverzeichnis 13 Homogene Übergangsmetallkatalyse...........................................161 13.1 Grundlagen der homogenen Übergangsmetallkatalyse..............................162 13.2 Die Hydroformylierung (Oxo-Synthese)..............................................166 13.2.1 Der Mechanismus.....................................................................I 67 13.2.2 Die Katalysatoren...................................................................... 168 13.2.3 Die Verfahren.........................................................................168 13.2.4 DieAlkene............................................................................170 13.2.5 Die Aldehyde.........................................................................171 13.3 Industriell bedeutsame Homogenkatalysen..........................................171 13.4 Neue Trends in der Homogenkatalyse................................................173 Literatur..............................................................................176 IV Chemische Prozesse 14 Fossile Rohstoffe und Basischemikalien.........................................179 14.1 Fossile Rohstoffe.....................................................................180 14.1.1 Erdgase und ihre chemische Verwendung..............................................180 14.1.2 Kohle und ihre chemische Verwendung.................................................181 14.2 Erdöl - der wichtigste fossile Rohstoff der chemischen Industrie.....................182 14.3 Die Konversion des Erdöls in der Raffinerie...........................................184 14.3.1 Der Cracker...........................................................................185 14.3.2 Der Hydrocracker......................................................................185 14.3.3 Der Reformer..........................................................................186 14.4 Der
Steameracker....................................................................187 Literatur..............................................................................192 15 Technische Chemie der Alkene und Aromaten .................................. 193 15.1 Verwendung des Ethens..............................................................194 15.1.1 Polyethylen...........................................................................194 15.1.2 Vinylchlorid...........................................................................196 15.1.3 Ethylenoxid und Ethylenglykol.........................................................197 15.1.4 Ethanol...............................................................................197 15.1.5 Ethanal (Acetaldehyd).................................................................199 15.1.6 a-Olefine (1-Alkene)...................................................................199 15.2 Verwendung des Propens............................................................200 15.2.1 Polypropylen..........................................................................200 15.2.2 Propylenoxid..........................................................................201 15.2.3 Acrylnitril.............................................................................203 15.2.4 Isopropanol...........................................................................203 15.3 Verwendung des Benzols.............................................................203 15.3.1 Styrol.................................................................................204 15.3.2 Phenol................................................................................205 15.3.3 Alkylbenzolsulfonate..................................................................206 15.3.4 Zwischenprodukte für Polyamide: Adipinsäure und e-Caprolactam.......................206 15.3.5
Anilin.................................................................................207 15.4 Verwendung der Xylole..............................................................208 Literatur..............................................................................211
IX Inhaltsverzeichnis 16 Organische Endprodukte.........................................................213 16.1 Übersicht.............................................................................214 16.2 Die wichtigsten Kunststoffe..........................................................214 16.3 Die technische Herstellung von Polymeren...........................................216 16.4 Polystyrol............................................................................219 Literatur..............................................................................223 17 Organische Feinchemikalien......................................................225 17.1 Definitionen.........................................................................226 17.2 Übersicht.............................................................................226 17.3 Pharmaka............................................................................227 17.4 Beispiel 1: L-Dopa....................................................................228 17.5 Beispiel 2: Vitamin C..................................................................230 Literatur..............................................................................234 18 Nachwachsende Rohstoffe........................................................235 18.1 Was sind nachwachsende Rohstoffe?.................................................236 18.2 Fette und Öle.........................................................................237 18.2.1 Oleochemie...........................................................................239 18.2.2 Glycerinchemie.......................................................................242 18.3 Der Rohstoff Holz....................................................................243 18.4 Kohlenhydrate.......................................................................244 18.4.1 Cellulose
(Zellstoff)....................................................................244 18.4.2 Stärke................................................................................247 18.4.3 Chitin und Chitosan...................................................................248 18.4.4 Zucker................................................................................248 18.5 Pflanzliche Sekrete und Extrakte.....................................................249 Literatur..............................................................................251 19 Elektrochemische Verfahren......................................................253 19.1 Energieformen in chemischen Reaktionen............................................254 19.2 Grundprinzip elektrochemischer Reaktionen.........................................254 19.3 Elektrochemische Reaktionstechnik..................................................255 19.4 Herstellung von Chlor und Natronlauge (Chlor-Alkali-Elektrolyse).............................................................257 19.4.1 Industrielle Bedeutung von Chlor und Natronlauge.....................................257 19.4.2 Prinzip der Chlor-Alkali-Elektrolyse.....................................................258 19.4.3 Diaphragma-Verfahren................................................................259 19.4.4 Amalgam-Verfahren...................................................................260 19.4.5 Membran-Verfahren...................................................................261 19.4.6 Membran-Verfahren mit Sauerstoff-Verzehr-Kathode (SVK)..............................262 19.4.7 Chlor-Sauerstoff-Verblndungen........................................................264 19.5 Herstellung von Metallen............................................................264 19.5.1 Raffinationselektrolyse................................................................264 19.5.2
Schmelzflusselektrolysen..............................................................264 19.6 Organische Elektrosynthese..........................................................265 19.7 Elektrochemie für die Energiewende.................................................266 19.7.1 Speicherung elektrischer Energie, Redox-Flow-Batterlen.................................266
267 267 270 271 272 272 272 273 274 276 276 277 279 280 280 281 283 285 287 288 303 Inhaltsverzeichnis Wasserstoff-Energiewirtschaft........................ Elektromobllltät..................................... Literatur............................................ Wertschöpfung in der chemischen Industrie.. Was ist Wertschöpfung?............................ Geldströme im Unternehmen...................... Einnahmen......................................... Kosten.............................................. Controlling.......................................... Steuerung eines Unternehmens.................... Ziele in Unternehmen............................... Analyse von Umwelt und Unternehmen.............. Strategieentwicklung................................ Entscheidungsfindung in der chemischen Industrie Von der Idee zum Prozess............................ Anschaffungskosten einer Chemieanlage............. Herstellungskosten einer Acrylsaure-Anlage.......... Literatur............................................ Serviceteil........................................ Antworten zu den „Quickies ......................... Stichwortverzeichnis................................
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