Einführung in die thermischen Trennverfahren. Trennung von Gas, Dampf und Flüssigkeitsgemischen
von: Burkhard Lohrengel
De Gruyter Oldenbourg, 2007
ISBN: 9783486598704
Sprache: Deutsch
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Einführung in die thermischen Trennverfahren. Trennung von Gas, Dampf und Flüssigkeitsgemischen
| Inhalt | 6 | ||
| Vorwort | 12 | ||
| 1 Grundlagen Verfahrenstechnik | 14 | ||
| 1.1 Unit Operations | 14 | ||
| 1.2 Thermische und mechanische Trennverfahren | 17 | ||
| 1.3 Thermische und physikalisch-chemische Trennverfahren | 19 | ||
| 2 Thermische Trennverfahren | 24 | ||
| 2.1 Absorption und Desorption | 24 | ||
| 2.1.1 Absorption | 24 | ||
| 2.1.2 Desorption | 30 | ||
| 2.2 Extraktion | 32 | ||
| 2.2.1 Flüssig-Flüssig-Extraktion | 34 | ||
| 2.2.2 Fest-Flüssig-Extraktion | 37 | ||
| 2.2.3 Hochdruckextraktion | 40 | ||
| 2.3 Adsorption, Ionenaustausch, Chromatographie | 43 | ||
| 2.3.1 Adsorption | 43 | ||
| 2.3.2 Ionenaustausch | 48 | ||
| 2.3.3 Chromatographie | 50 | ||
| 2.4 Membranverfahren | 51 | ||
| 2.4.1 Mikro- und Ultrafiltration | 53 | ||
| 2.4.2 Umkehrosmose | 54 | ||
| 2.4.3 Pervaporation | 56 | ||
| 2.4.4 Gaspermeation | 57 | ||
| 2.4.5 Dialyse | 57 | ||
| 2.4.6 Elektrodialyse | 59 | ||
| 2.5 Destillation | 60 | ||
| 2.6 Rektifikation | 66 | ||
| 2.7 Kristallisation | 70 | ||
| 3 Reine Stoffe und Stoffgemische | 74 | ||
| 3.1 Reine Stoffe | 74 | ||
| 3.1.1 Gase | 76 | ||
| 3.1.2 Flüssigkeiten | 78 | ||
| 3.1.3 Feststoffe | 81 | ||
| 3.2 Gemische | 83 | ||
| 4 Phasengleichgewichte | 90 | ||
| 4.1 Grundlagen der Gleichgewichtsberechnung | 90 | ||
| 4.2 Gibbssche Phasenregel | 93 | ||
| 4.3 Phasengleichgewicht Gasphase-Flüssigphase | 94 | ||
| 4.3.1 Gleichgewicht für Absorption | 97 | ||
| 4.3.2 Gleichgewicht für Destillation und Rektifikation | 106 | ||
| 4.4 Phasengleichgewicht Flüssigphase-Flüssigphase | 110 | ||
| 4.4.1 Vollständige Unlöslichkeit von Trägerstoff und Extraktionsmittel | 111 | ||
| 4.4.2 Teilweise Löslichkeit von Trägerstoff und Extraktionsmittel | 114 | ||
| 4.5 Phasengleichgewicht unter Beteiligung einer Feststoffphase | 122 | ||
| 4.5.1 Adsorption | 123 | ||
| 4.5.2 Fest-Flüssig-Extraktion | 129 | ||
| 4.5.3 Kristallisation | 129 | ||
| 5 Stoffaustauschapparate | 132 | ||
| 5.1 Betriebsformen | 132 | ||
| 5.2 Aufgabe von Stoffaustauschapparaten | 134 | ||
| 5.3 Stoffaustauschapparate für den Stoffaustausch zwischen gasförmiger und flüssiger Phase | 136 | ||
| 5.3.1 Dispergierung der flüssigen Phase | 137 | ||
| 5.3.2 Dispergierung der Gasphase | 139 | ||
| 5.3.3 Gas und Flüssigkeit als zusammenhängende Phasen | 145 | ||
| 5.4 Stoffaustauschapparate für den Stoffaustausch zwischen zwei flüssigen Phasen | 152 | ||
| 5.4.1 Anforderungen an Flüssig/Flüssig- Stoffaustauschapparate | 152 | ||
| 5.4.2 Mixer-Settler | 155 | ||
| 5.4.3 Zentrifugalextraktoren | 156 | ||
| 5.4.4 Kolonnen ohne äußere Energiezufuhr | 156 | ||
| 5.4.5 Kolonnen mit äußerer Energiezufuhr | 159 | ||
| 5.5 Stoffaustauschapparate unter Beteiligung einer festen Phase | 163 | ||
| 5.5.1 Diskontinuierlich betriebene Fest/ Fluid- Stoffaustauschapparate | 163 | ||
| 5.5.2 Kontinuierlich betriebene Fest/ Fluid- Stoffaustauschapparate | 165 | ||
| 5.6 Stoffaustauschapparate unter Beteiligung einer Membran | 167 | ||
| 6 Bilanz | 172 | ||
| 6.1 Grundlagen der Bilanzierung | 172 | ||
| 6.2 Allgemeine Bilanzgleichungen | 174 | ||
| 6.2.1 Stoffbilanz | 174 | ||
| 6.2.2 Energie- und Wärmebilanz | 176 | ||
| 6.3 Bilanz- oder Arbeitslinie | 179 | ||
| 6.4 Bilanzlinie für Absorption | 180 | ||
| 6.4.1 Grundsätzliches | 180 | ||
| 6.4.2 Bilanzlinie für Gleichstromoperationen | 181 | ||
| 6.4.3 Bilanzlinie für Kreuzstromoperationen | 185 | ||
| 6.4.4 Bilanzlinie für Gegenstromoperationen | 187 | ||
| 6.5 Bilanzlinie für Adsorption | 193 | ||
| 6.6 Bilanzlinie für Extraktion | 195 | ||
| 6.6.1 Bilanzlinie im Ym,Xm- Beladungsdiagramm | 195 | ||
| 6.6.2 Bilanzlinie im Dreiecksdiagramm | 198 | ||
| 6.7 Bilanz für Destillation | 212 | ||
| 6.7.1 Diskontinuierliche einfache Destillation | 212 | ||
| 6.7.2 Kontinuierliche einfache Destillation | 214 | ||
| 6.7.3 Rektifikation | 217 | ||
| 6.8 Bilanz für Kristallisation | 233 | ||
| 6.8.1 Lösungseindampfung | 233 | ||
| 6.8.2 Kristallisation | 235 | ||
| 7 Theorie der theoretischen Trennstufen | 240 | ||
| 7.1 Theoretische Trennstufe | 240 | ||
| 7.2 Stufenmodell für Absorption | 242 | ||
| 7.3 Stufenmodell für Adsorption | 249 | ||
| 7.4 Stufenmodell für Rektifikation | 250 | ||
| 7.4.1 Stufenkonstruktion | 250 | ||
| 7.4.2 Zulaufboden | 251 | ||
| 7.4.3 Azeotroprektifikation | 255 | ||
| 7.5 Stufenmodell für Extraktion | 258 | ||
| 7.5.1 Stufenmodell im Ym,Xm- Beladungsdiagramm | 259 | ||
| 7.5.2 Stufenmodell im Dreiecksdiagramm | 260 | ||
| 7.6 Praktische Stufenzahl | 263 | ||
| 7.6.1 Praktische Stufenzahl für Bodenkolonnen | 264 | ||
| 7.6.2 Praktische Stufenzahl für Füllkörper und Packungen | 267 | ||
| 8 Stofftransport | 274 | ||
| 8.1 Grundlagen des Stofftransports | 274 | ||
| 8.2 Diffusion | 276 | ||
| 8.3 Stofftransport zwischen Phasen | 280 | ||
| 8.3.1 Modellvorstellungen für den Stofftransport | 280 | ||
| 8.3.2 Stoffübergang | 281 | ||
| 8.3.3 Stoffdurchgang | 283 | ||
| 8.4 HTU/NTU-Modell | 288 | ||
| 8.4.1 HTU/NTU-Modell für einseitigen Stofftransport | 289 | ||
| 8.4.2 HTU/NTU-Modell für Chemisorption | 293 | ||
| 8.4.3 HTU/NTU-Modell für äquimolaren Stofftransport | 297 | ||
| 8.4.4 Bestimmung des NTU-Werts | 298 | ||
| 8.4.5 Bestimmung des HTU-Werts | 307 | ||
| 8.4.6 Stoffübergangskoeffizienten | 309 | ||
| 8.5 Stofftransport bei Adsorption | 313 | ||
| 8.5.1 Filmtheorie bei der Adsorption | 313 | ||
| 8.5.2 Adsorption im Partikelbett | 317 | ||
| 8.6 Stofftransport bei Membrantrennverfahren | 325 | ||
| 8.6.1 Kenngrößen | 325 | ||
| 8.6.2 Porenmembranen | 327 | ||
| 8.6.3 Porenfreie Membranen | 328 | ||
| 9 Fluiddynamik | 334 | ||
| 9.1 Strömung in Stoffaustauschapparaten | 334 | ||
| 9.1.1 Strömungszustände | 334 | ||
| 9.1.2 Strömungsbeeinflussung durch Einbauten | 335 | ||
| 9.1.3 Gegenstrom in Stoffaustauschapparaten mit Einbauten | 337 | ||
| 9.2 Grundlagen Druckverlust | 341 | ||
| 9.2.1 Kenngrößen von Einbauten | 341 | ||
| 9.2.2 Bernoulli-Gleichung | 343 | ||
| 9.3 Hydrodynamische Kolonnenauslegung | 345 | ||
| 9.3.1 Gas-Flüssigkeitsströmungen | 345 | ||
| 9.3.2 Flüssig-Flüssig-Strömungen | 362 | ||
| 9.3.3 Fluid-Feststoff-Strömungen | 380 | ||
| 9.4 Druckverlust | 380 | ||
| 9.4.1 Gas-Flüssigkeitsströmungen | 380 | ||
| 9.4.2 Fluid-Feststoff-Strömungen | 387 | ||
| 10 Regeneration | 392 | ||
| 10.1 Absorption | 392 | ||
| 10.1.1 Regeneration durch Entspannung | 394 | ||
| 10.1.2 Regeneration durch Temperaturerhöhung | 394 | ||
| 10.1.3 Regeneration durch Strippung | 394 | ||
| 10.1.4 Regeneration durch Fällung | 399 | ||
| 10.1.5 Keine Regeneration des Absorbats | 399 | ||
| 10.1.6 Kombination von Regenerationsmöglichkeiten | 400 | ||
| 10.2 Extraktion | 401 | ||
| 10.2.1 Rektifikation | 401 | ||
| 10.2.2 Rektifikation mit anschließender Strippung | 403 | ||
| 10.2.3 Reextraktion | 404 | ||
| 10.2.4 Kristallisation | 404 | ||
| 10.2.5 Membrantrennverfahren | 404 | ||
| 10.2.6 Extraktion ohne Regeneration | 404 | ||
| 10.3 Adsorption | 406 | ||
| 10.3.1 Spülen mit unbeladenem Fluid | 406 | ||
| 10.3.2 Temperaturwechselverfahren | 407 | ||
| 10.3.3 Druckwechselverfahren | 411 | ||
| 10.3.4 Verdrängungsdesorption | 412 | ||
| 10.3.5 Extraktion mit Lösungsmitteln | 413 | ||
| 10.3.6 Thermische Reaktivierung | 414 | ||
| 10.3.7 Entsorgung des beladenen Adsorpts | 414 | ||
| Formelzeichen | 416 | ||
| Literaturverzeichnis | 422 | ||
| Stichwortverzeichnis | 426 | ||
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