Thermische Verfahrenstechnik
Gegenstand der Thermischen Verfahrenstechnik sind thermische Trennprozesse. In Stoffgemischen aus mindestens zwei Komponenten wird durch Wärme- und Stofftransportprozesse die Zusammensetzung (Konzentration) des Gemisches gezielt verändert.
Unter Trocknung ist allgemein die Abtrennung von Feuchtigkeit aus Feststoffen, Gasen oder Flüssigkeiten zu verstehen.
Unter Verdampfung im Sinne der thermischen Verfahrenstechnik versteht man die Abtrennung des Lösungsmittels aus einer Lösung.
Trocknungsverlaufskurven für körnige Feststoffe
Lerninhalte/Übungen
- Einfluss der Lufttemperatur und der Luftfeuchte auf die Trocknungsintensität
- Aufnahme von Trocknungsverlaufskurven bei konstanten äußeren Bedingungen
- Bestimmung der Trocknungsgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Luftparametern und verschiedenen Feststoffeigenschaften
- Bewertung der Trocknungsprozesse über Energie- und Massenbilanzen
Aufkonzentrierung temperaturempfindlicher Lösungen
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip der Filmverdampfung zur Aufkonzentrierung temperaturempfindlicher Lösungen
- Untersuchung der Einflussgrößen auf die Feststoffkonzentration der aufkonzentrierten Lösung
- Einfluss von Druck und Durchfluss des Feeds auf den Trennprozess
- Einfluss von Durchfluss und Druck des Heizdampfes auf den Trennprozess
- Untersuchung der Einflussgrößen auf die Energieeffizienz des Prozesses
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Die Destillation ist ein Grundverfahren, mit dem Flüssigkeitsgemische getrennt werden können. Dabei macht man sich die unterschiedlichen Flüchtigkeiten der zu trennenden Gemischkomponenten zunutze.
Die Rektifikation ist eine Anwendungsform der Destillation. Sie wird z.B. zur Fraktionierung von Erdöl eingesetzt. In der Praxis wird diese mehrstufige Destillation in Form der Gegenstromdestillation (Rektifikation) in einer Kolonne durchgeführt.
kontinuierliche und diskontinuierliche Rektifikation mit Füllkörper-, Siebboden- und Glockenbodenkolonne, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung und Vergleich einer Siebboden-, Glockenboden- und Füllkörperkolonne
- im kontinuierlichen Betrieb
- im diskontinuierlichen Betrieb
- im Vakuumbetrieb
- bei unterschiedlichen Höhen des Zulaufs
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Vergleich von Füllkörper- und Siebbodenkolonne bei der Rektifikation
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung und Vergleich einer Siebboden- und einer Füllkörperkolonne
- im diskontinuierlichen Betrieb
- im Vakuumbetrieb
- bei unterschiedlichen Rücklaufverhältnissen
- bei unterschiedlicher Bodenanzahl
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SPS-gesteuerte kontinuierliche Rektifikation mit Füllkörper- und Siebbodenkolonne
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung und Vergleich einer Siebboden- und einer Füllkörperkolonne
- im kontinuierlichen Betrieb
- mit verschiedenen Drücken
- mit verschiedenen Rücklaufverhältnissen
- mit verschiedenen Zulaufhöhen
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Die Absorption dient der Abtrennung einer oder mehrerer Gaskomponenten aus einem Gasstrom mit Hilfe eines Lösungsmittels.
Die Adsorption dient der Abtrennung einzelner Komponenten aus einem Gas- oder Flüssigkeitsgemisch. Dabei wird die abzutrennende Komponente an einer Feststoffoberfläche physikalisch oder chemisch gebunden.
Trennung eines Kohlendioxid-Luft-Gemisches durch Absorption im Gegenstrom
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung des Absorptionsvorganges bei der Trennung von Gasgemischen in einer Füllkörperkolonne
- Bestimmung der Druckverluste in der Kolonne
- Darstellung des Absorptionsvorganges im Beladungsdiagramm
- Untersuchung der Einflussgrößen auf die Absorptionseffektivität
Abtrennung von Sauerstoff aus einem Luftstrom durch Absorption in einer Fallfilmkolonne
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung des Absorptionsvorganges bei der Abtrennung von Sauerstoff aus einem Luftstrom in einer Fallfilmkolonne
- Bilanzierung des Prozesses
- Bestimmung des Stoffdurchgangskoeffizienten in Abhängigkeit von
- Volumenstrom der Luft
- Durchfluss des Lösungsmittels Wasser
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Grundprinzip der Adsorption und der Desorption
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip der Adsorption und der Desorption
- Einflussgrößen auf den Adsorptions- und Desorptionsprozess untersuchen
- Durchfluss der Luft
- Feuchte und Temperatur der Luft
- Schüttungshöhe des Adsorbens
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Adsorption gelöster Stoffe an Aktivkohle
Lerninhalte/Übungen
- Aufnahme von Konzentrationsprofilen
- Aufnahme von Durchbruchskurven
- Zusammenhang zwischen Konzentrationsprofilen und Durchbruchskurven
- Bestimmung der Massenübergangszone
- Massenbilanz eines Adsorbers
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Die Kristallisation ist ein Grundverfahren der thermischen Verfahrenstechnik, das hauptsächlich der Trennung, der Reinigung, aber auch der Formgebung von Stoffen dient.
Im Vergleich zur Filtration lassen sich mit Membrantrennverfahren deutlich kleinere Stoffe (z. B. Viren und gelöste Ionen) aus dem Wasser entfernen. Triebkräfte für die Trennung können z. B. Konzentrations- oder Druckdifferenzen zwischen den beiden Seiten der Membran sein.
Untersuchung des Kristallwachstums in einer Wirbelschicht
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip der Kühlungskristallisation
- Untersuchung der Einflussgrößen auf das Kristallwachstum
- Übersättigung
- Kristallisationsdauer
Membrantrennverfahren zur Gewinnung des Lösungsmittels aus einer Salzlösung, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- Montage, Reinigung und Konservierung von Membranmodulen
- Grundprinzip der Umkehrosmose
- Gesetz von Van’t Hoff
- Durchfluss des Permeats und Rückhaltevermögens abhängig von
- Druck im Rohwasser
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- Druck im Rohwasser
Bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion wird aus einem Flüssigkeitsgemisch mit Hilfe eines flüssigen Lösungsmittels eine Flüssigkeitskomponente abgetrennt, die sich bevorzugt in dem Lösungsmittel löst.
Mit der Fest-Flüssig-Extraktion können lösliche Bestandteile mit Hilfe eines Lösungsmittels aus Feststoffen herausgelöst werden.
Trennung eines Zwei-Komponenten-Flüssigkeitsgemisches durch Extraktion im Gegenstrom mit einem Lösungsmittel
Lerninhalte/Übungen
- Übergang einer Komponente aus einem Zwei-Komponenten-Flüssigkeitsgemisch in ein Lösungsmittel durch Extraktion
- Scale-up vom Becherglas- zum Technikumsmaßstab
- Anreicherung der Übergangskomponente im Extrakt durch Destillation
- Bewertung der Trennprozesse über Konzentrationsmessungen und Massenbilanzen
- Einfluss von Versuchsvarianten auf die Trennprozesse
Kontinuierliche und diskontierliche Extraktion der löslichen Komponenten eines Feststoffgemisches
Lerninhalte/Übungen
- Grundprinzip der Fest-Flüssig-Extraktion
- Demonstration der Fest-Flüssig-Extraktion als kontinuierlicher und diskontinuierlicher Prozess
- Untersuchung des 1-, 2- und 3-stufigen Prozesses
- Einfluss von Lösungsmitteldurchfluss und -temperatur auf den Extraktionsprozess
- Einfluss von Extraktionsgutfördermenge und Extraktordrehzahl auf den Extraktionsprozess
Die Stoffübertragung ist Teil verschiedener Grundverfahren. Beispielsweise sind dies Trocknungsprozesse, Absorptionen und Adsorptionen. Die Beschreibung der Stoffübertragung erfolgt mit den einzelnen Stofftransportprozessen analog den Wärmetransportprozessen.
Anwendung des Fick'schen Gesetzes
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der Diffusion: Fick’sches Gesetz
- Herleitung der Berechnungsformeln für die Diffusionskoeffizienten bei den gegebenen experimentellen Randbedingungen
- Bestimmung des Diffusionskoeffizienten für den Stofftransport im Gas
- Bestimmung des Diffusionskoeffizienten für den Stofftransport in Flüssigkeit