Mechanische Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnik ist die Ingenieurwissenschaft der Stoffumwandlung.
Gegenstand der Mechanischen Verfahrenstechnik sind die Veränderungen von Stoffeigenschaften (z.B. Partikelgröße) und Stoffzusammensetzungen (Konzentration) durch mechanische Einwirkungen.
Klassieren ist ein mechanisches Trennverfahren für Feststoffgemische. Man nutzt dabei die geometrischen Merkmale (Größe) oder auch die Sinkgeschwindigkeit der einzelnen Partikel für den Trennprozess aus.
Sortieren ist ein mechanisches Trennverfahren, bei dem ein Feststoffgemisch mit unterschiedlichen stofflichen Merkmalen in Fraktionen mit gleichen stofflichen Merkmalen aufgeteilt wird.
Vorbeugende Instandhaltung am Beispiel eines Trennprozesses, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- Instandhaltungsarbeiten an einer industriellen Anlage
- zeitgesteuert
- sensorgesteuert
- unterstützt durch Augmented Reality
- Anwendung von Getrieben in einer industriellen Anlage kennenlernen
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Zick-Zack-Sichter zum Trennen von Feststoffgemischen
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip der Windsichtung kennenlernen
- Sortieren
- Grob- und Feingutanteil
- Güte der Trennung
- in Abhängigkeit des Feststoffmassenstroms und des Volumenstroms der Luft
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Professionelles Analysegerät für CE 245 und CE 275; Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen
Lerninhalte/Übungen
- Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen
Sortieren mit einem Trommelmagnetscheider
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten eines Trommelmagnetscheiders kennenlernen
- Effektivität des Trennprozesses in Abhängigkeit von
- Aufgabemassenstrom
- Mischungsverhältnis des Aufgabegutes
- Art des Aufgabegutes
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Für die Trennung unterschiedlicher Phasen nutzt die Mechanische Verfahrenstechnik in vielen Fällen die Schwerkraft. Sie kann genutzt werden, um eine feste Phase aus einem Fluid abzutrennen.
Trennung von Suspensionen
Lerninhalte/Übungen
- Ermittlung und Vergleich der Sinkgeschwindigkeit von Feststoffen in Suspensionen in Abhängigkeit von Feststoffdichte, Feststoffkonzentration, Flüssigkeitsdichte und -viskosität
- Einfluss von Flockungsmitteln auf die Sinkgeschwindigkeit
Fest-Flüssig-Trennung in einem Absetzbecken, Visualisierung der Strömungsverhältnisse
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip zur Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen in einem Absetzbecken
- Bestimmung der hydraulischen Oberflächenbelastung
- Einfluss folgender Parameter auf den Trennprozess:
- Feststoffkonzentration
- Durchfluss
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Feststoffentfernung aus einem Rohwasser mit Druckentspannungsflotation
Lerninhalte/Übungen
- Funktionsweise der Druckentspannungsflotation
- Herstellung eines stabilen Betriebszustandes
- Einfluss unterschiedlicher Parameter
- Konzentration des Flockungsmittels
- Konzentration des Flockungshilfsmittels
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Grundlegende Funktionsweise und Visualisierung des Prozesses
Lerninhalte/Übungen
- Funktionsweise der Druckentspannungsflotation
- Lösen von Gasen in Flüssigkeiten:
- Gesetz von Henry
- Gesetz von Dalton
Als Triebkraft für Phasentrennprozesse kann neben der Schwerkraft auch die Fliehkraft genutzt werden. Die Fliehkraft kann durch die Strömungsführung des Fluids oder durch rotierende Behälter (Zentrifugen) erzeugt werden.
Kontinuierliches Trennen von Emulsionen
Lerninhalte/Übungen
- Herstellung stabiler Emulsionen mit unterschiedlichen Rührertypen
- Grundprinzip von Tellerzentrifugen kennenlernen
- Einfluss von Drehzahl und Durchfluss im Zulauf auf das Trennergebnis
- Konzentrationsverlauf der leichten Phase im Rührbehälter über die Zeit (mit Fotometer)
- An-/Abfahrvorgänge und Betrieb einer Tellerzentrifuge
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Feststoffabscheidung aus Gasen mit einem Zyklon
Lerninhalte/Übungen
- Einfluss des Feststoffgehalts und des Volumenstroms der Luft auf
- Druckverlust am Zyklon
- Abscheidegrad
- Trenngradkurve und Trennkorngröße (mit geeigneter Analyseeinrichtung)
- Vergleich von Druckverlust und Abscheidegrad mit theoretisch berechneten Werten
Feststoffabscheidung aus Flüssigkeiten mittels Fliehkraft
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten eines Hydrozyklons
- Feststoffmassenströme in Zulauf, Oberlauf und Unterlauf
- Flüssigkeitsvolumenströme in Zulauf, Oberlauf und Unterlauf
- Kenngrößen für die Güte der Trennung
- Druckverlust am Zyklon in Abhängigkeit des Durchflusses im Zulauf
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Beim Filtrieren werden Feststoffpartikel mit einem Filtermittel aus einer strömenden Suspension abgetrennt. Bei Suspensionen liegen unlösliche Feststoffe fein verteilt in einer Flüssigkeit vor. Als Filtermittel dienen Siebe, Tücher, Papiere oder Schüttungen.
Grundlagen der Filtration: Gleichung von Darcy
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der Filtration: Gleichung von Darcy
- Tiefenfiltration mit unterschiedlichen Schüttungen und Suspensionen
- Kuchenfiltration mit unterschiedlichen Suspensionen
- Bestimmung von Filtrationskennwerten
Untersuchung der Eigenschaften von flüssigkeitsdurchströmten Schütt- und Wirbelschichten
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen zur Durchströmung von Schütt- und Wirbelschichten (Darcy) kennenlernen
- Bestimmung des Durchlässigkeitskoeffizienten
- Beobachtung des Fluidisierungsprozesses
- Druckverluste abhängig von Durchfluss, Art, Partikelgröße und Höhe der Schüttung
- Bestimmung der Lockerungsgeschwindigkeit und Vergleich mit theoretisch errechneten Werten
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Diskontinuierliche Kuchenfiltration zur Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten einer Rahmenfilterpresse kennenlernen
- Herstellung einer Suspension
- Entfernung des Filterkuchens
- Filtertuch einlegen
- Grundlagen der Kuchenfiltration
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kontinuierliche Kuchenfiltration zur Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten eines Trommelzellenfilters kennenlernen
- Grundlagen der Kuchenfiltration
- Zeitverläufe von Filtratvolumen, Masse und Dicke des Filterkuchens
- Masse und Dicke des Filterkuchens in Abhängigkeit von Filtratvolumen, Unterdruck und Drehzahl der Trommel
Diskontinuierliche Kuchenfiltration mittels Unterdruck
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten einer Saugnutsche
- Grundlagen der Kuchenfiltration: Gleichung von Darcy
- Masse und Dicke des Filterkuchens in Abhängigkeit des Filtratvolumens
Diskontinuierliche Kuchenfiltration mittels Überdruck
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten einer Drucknutsche
- Grundlagen der Kuchenfiltration: Gleichung von Darcy
- Masse und Dicke des Filterkuchens in Abhängigkeit des Filtratvolumens
Demonstration von Tiefenfiltration und Rückspülung von Filtern
Lerninhalte/Übungen
- Druckverhältnisse in einem Filter
- Einflussfaktoren auf den Druckverlust (Gesetz von Darcy)
- Durchfluss
- Höhe des Filterbettes
- Durchlässigkeit des Filterbettes
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Durch Zerkleinern wird die Partikelgröße, die Partikelform und die Oberfläche von Feststoffen verändert. Nahezu alle Feststoffe müssen bei der Gewinnung oder Verarbeitung zerkleinert werden.
Beobachtung des Mahlprozesses: Zerkleinerung von Feststoffen
Lerninhalte/Übungen
- Kaskaden- und Kataraktbewegung, kritische Drehzahl
- theoretischer und realer Leistungsbedarf
- Zerkleinerungsgrad in Abhängigkeit von Mahlzeit, Drehzahl, Kugeldurchmesser, Kugelfüllungsgrad, Mahlgut
Mischen ist das Gegenteil von Trennen. Die zu mischenden Stoffe können gas förmig, flüssig oder fest sein.
Agglomerieren ist das Gegenteil von Zerkleinern. Die Begriffe Agglomeration, Granulation und Pelletierung bezeichnen den Prozess der Kornvergrößerung von Feststoffen.
Visualisierung von Strömungsfeldern beim Einsatz verschiedener Rührertypen
Lerninhalte/Übungen
- Strömungsfelder verschiedener Rührertypen
- Leistungsbedarf, Mischzeit, Mischgüte in Abhängigkeit
- des Rührertyps
- der Drehzahl
- der eingesetzten Stoffe (Dichte, Viskosität)
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Rührwerk mit direkter Drehmomentmessung zur Bestimmung der Leistungskennlinien
Lerninhalte/Übungen
- Mischzeitkennlinien bestimmen
- Mischzeit und Mischungsgrad
- Mischzeitkennzahl
- Leistungskennlinien bestimmen
- Leistungsbedarf
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- Leistungsbedarf
Granulierteller mit einstellbarer Drehzahl und verstellbarem Neigungswinkel
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten einer Agglomerationsanlage kennenlernen
- Agglomeratgröße und -festigkeit in Abhängigkeit von
- Aufgabenmassenstrom
- Flüssigkeitsförderstrom
- Feststoff / Flüssigkeitsverhältnis
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Als Schüttgüter bezeichnet man allgemein Ansammlungen von Feststoffen, die in Form einzelner Partikel vorliegen.
Einfluss von Wandmaterial und Neigung der Trichterwände auf Fließprofil und Ausflusszeit
Lerninhalte/Übungen
- Einfluss von Wandmaterial und Neigung der Trichterwände auf die Ausflusszeit
- typische Austragsarten bei Silos demonstrieren:
- Massenfluss
- Kernfluss
- Brückenbildung
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An einer Wirbelschicht sind zwei Phasen beteiligt: ein Feststoff und ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit).
Mit pneumatischen Förderanlagen werden pulverförmige und körnige Schüttgüter mit Hilfe eines Gasstroms (meist Luft) in Rohrleitungen transportiert.
Untersuchung der Wirbelschichtbildung von Feststoffen in Luft und Wasser
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen zur Fluidisierung von Schüttschichten
- Beobachtung und Vergleich des Fluidisierungsprozesses in Wasser und Luft
- Druckverluste abhängig von der
- Strömungsgeschwindigkeit
- Art und der Partikelgröße der Schüttung
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Zwei transparente Kolonnen mit unterschiedlichen Durchmessern zur Beobachtung der Wirbelschichtbildung in Gasen
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der Fluidisierung von Schüttschichten
- Wirbelschichtbildung mit Luft
- Druckverluste in Abhängigkeit von
- Leerrohrgeschwindigkeit
- Partikelgröße
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aufwärtsgerichtete, pneumatische Druckförderung von Feststoffen in einer vertikalen transparenten Rohrstrecke
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip und Betriebsverhalten einer pneumatischen Förderanlage kennenlernen
- Beobachtung unterschiedlicher Förderzustände, abhängig von Feststoffgehalt und Luftgeschwindigkeit
- Bestimmung der Schwebegeschwindigkeit des Feststoffs
- Bestimmung des Feststoffgehalts des Förderstroms
- Druckverlust in Abhängigkeit des Feststoffgehalts und der Luftgeschwindigkeit