Thermische Trennverfahren - Aufgaben und Auslegungsbeispiele

Klaus Sattler, Till Adrian
2. Auflage - Juni 2016
430 Seiten, Excel-Tools über link im Buch online abrufbar

Print ISBN: 9783527338962

Online ISBN: 9783527812844

DOI: 10.1002/9783527812844

Liste der Aufgaben

Liste der EXCEL-Tools

Liste der Aufgaben

1. Grundlagen - Bilanzen, Stoffdaten und Phasengleichgewichte

Umrechnung unterschiedlicher Konzentrationsangaben
(Excel-Tool vorhanden) 
Stoffbilanzen
Wärmebilanzen
Nernstscher Verteilungssatz, Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht für ternäre Systeme
(Excel-Tool vorhanden)
Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht für Reinstoffe, Clausius-Clapeyron-Gleichung
(Excel-Tool vorhanden)
Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht für ideale Mehrkomponentensysteme, Raoultsches Gesetz
(Excel-Tool vorhanden)
Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht für reale Mehrkomponentensysteme,
Verallgemeinertes Raoultsches Gesetz, Aktivitätskoeffizienten, NRTL-Ansatz
(Excel-Tool vorhanden)
Korrelation von VLE-Daten mit einem Ansatz für die Aktivitätskoeffizienten in der Flüssigkeit (NRTL)
(EXCEL-Tool vorhanden)
Dampf-Flüssigkeitsgleichgewicht für gelöste Gase, Henrysches Gesetz
(Excel-Tool vorhanden)
Adsorptionsgleichgewicht, Adsorptionsisothermen, Langmuir-Ansatz
(Excel-Tool vorhanden)
Lösungskonzentrierung, Dampfdruckerniedrigung, Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktsernidrigung von Lösungen
Lösungsenthalpie, Kristallisationsenthalpie
Konsistenzprüfung von VLE-Daten, Trennfaktor
(Excel-Tool vorhanden)
Mindesttrennarbeit

Berechnung des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts für Einkomponentensysteme (Dampfdruckkurve, p,v-Diagramm) mit kubischen Zustandsgleichungen
(Excel-Tool vorhanden)

Berechnung des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts für Zweikomponentensysteme (p,x,y-Diagramm) mit kubischen Zustandsgleichungen
(Excel-Tool vorhanden)

2. Destillation, Teilkondensation und Rektifikation

Diskontinuierliche, einstufige Destillation
(Excel-Tool vorhanden)
Kontinuierliche, einstufige Destillation, Dünnschichtverdampfer
(Excel-Tool vorhanden)
Wasserdampfdestillation
(Excel-Tool vorhanden)
Einstufige, kontinuierliche, geschlossene Destillation, Umlaufverdampfer
(Excel-Tool vorhanden)
Partialkondensation aus Gemischen mit Inertgas
(Excel-Tool vorhanden)
Rektifikation eines Zweistoffgemischs, Kolonnenbilanzierung, McCabe-Thiele-Verfahren
(Excel-Tool vorhanden)
Mindestrücklaufverhältnis und Kolonnenstufenzahl
Bestimmung des Kolonnendurchmessers einer Rektifikations- bzw. Absorptions-Bodenkolonne, Belastungskennfeld einer Siebbobenkolonne
(Excel-Tool vorhanden)
Bestimmung des Kolonnendurchmessers einer Rektifikations- bzw. Absorptions-Füllkörper- oder Packungskolonne, Belastungskennfeld einer Füllkörperkolonne
(Excel-Tool vorhanden)

3. Absorption

Simultane Absorption von verschiedenen Gasen durch ein Lösungsmittel - Berechnung der Gaslöslichkeit
(Excel-Tool vorhanden) 
Chemisorption
(Excel-Tool vorhanden)
Diffusionskoeffizienten für die Diffusion in der Gasphase
(Excel-Tool vorhanden)
Diffusionskoeffizienten für die Diffusion in der Flüssigphase
(Excel-Tool vorhanden)
Bilanzierung eines Gegenstromabsorbers, Mengen- und Energiebilanzen
(Excel-Tool vorhanden)
Absorberdurchmesser einer Füllkörperkolonne
(Excel-Tool vorhanden)
Absorberbodenzahl
(Excel-Tool vorhanden)
Stoffdurchgangskoeffizient und HTU-Wert
(Excel-Tool vorhanden)
Füllkörperschütthöhe eines Gegenstromabsorbers, HTU-NTU-Konzept
(Excel-Tool vorhanden)
Gasseitiger Punktwirkungsgrad, Bodenwirkungsgrad nach Murphree und Kolonnenwirkungsgrad
(Excel-Tool vorhanden)

4. Adsorption

Adsorbersbedarf, Enthalpiebilanz, Adsorptionsisothermen
(Excel-Tool vorhanden)
Adsorberdurchmesser, Adsorberschütthöhe

5. Thermische Trocknung

h,X-Diagramm nach Mollier, Taupunkt, Wärmebedarf beim Aufheizen eines feuchten Luftstroms (universelles Excel-Tool für alle folgenden Aufgaben vorhanden)
universelle Berechnung von Zustandsgrößen für feuchte Gasströme (universelles EXCEL-Tool vorhanden)
Berechnung der Kühlgrenztemperatur und Auswertung des Assmannschen Aspirationspsychrometers
(EXCEL-Tool vorhanden)
Mischung von Feuchtluftströmen
Zumischen von reiner Feuchte zu einem Feuchtluftstrom
Änderung des Bezugszustandes im h,X-Diagramm
Feuchtemessung, Assmannsches Aspirationspsychrometer
Einstufige Konvektionstrocknung
Umlufttrocknung
Stufentrocknung
Bestimmung der Trocknungsdauer
(Excel-Tool vorhanden)
Überschlägige Auslegung eines Trommeltrockners
(Excel-Tool vorhanden)

6. Flüssig-Flüssig-Extraktion

Mehrstufige Flüssig-Flüssig-Extraktion im Kreuzstrom im Beladungs- und Dreiecksdiagramm
(Excel-Tool vorhanden)
Mehrstufige Flüssig-Flüssig-Extraktion im Gegenstrom im Beladungs- und Dreiecksdiagramm
(Excel-Tool vorhanden)
Extraktorauslegung, Füllkörperkolonne
(Excel-Tool vorhanden)
Extraktorauslegung, Rotating Disc Contactor RDC
(Excel-Tool vorhanden)

7. Lösungskonzentrierung und Kristallisation

Lösungskonzentrierung durch Entspannungsverdampfung
(universelles Excel-Tool für alle drei Aufgaben vorhanden)
Kristallisatertrag, Wärmebilanz eines Kristallers
Überschlägige Kristallisatorauslegung für einen kristallisierenden Kristallisator

Liste der Excel-Tools

Kapitel 1 -Grundlagen, Phasengleichgewichte

"Aufg 1.01 Konzentrationsmaße.xls"
Umrechnung der Zusammensetzung eines Gemisches aus bis zu 10 Komponenten bei Vorgabe der Zusammensetzung in einem der 7 unterstützten Konzentrationsmaße (Molanteil, Massenanteil, Molbeladung, Massenbeladung, Molalität, Molarität, Partialdichte) in die jeweils anderen Konzentrationsmaße
"Aufg 1.04 Dreiecksdiagramm.xls"
Zeichnen eines gleichschenklingen Dreiecksdiagramms
Darstellung eines ternären Flüssig-Flüssig-Gleichgewichts im Dreiecksdiagramm in Form von Konoden und Binodalkurve
"Aufg 1.04 Verteilungsgleichgewicht LLE.xls"
Darstellung des Verteilungsgleichgewichts einer Übergangskomponente in einem ternären Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht als Beladungsdiagramm bzw. als konzentrationsabhängiger Verteilungskoeffizient
"Aufg 1.05 Anpassung Dampfdruckkurve.xls"
Berechnung der Verdampfungsenthalpie bei Vorgabe zweier Wertepaare (T,p) der Dampfdruckkurve DDK
Berechnung von Siedetemperatur bzw. Dampfdruck bei Vorgabe eines Wertepaars (T,p) und der molaren Verdampfungsenthalpie
Anpassung der Antoine-Parameter bei Vorgabe von drei Wertepaaren (T,p) der Dampfdruckkurve DDK
Berechnung von Siedetemperatur bzw. Dampfdruck bei Vorgabe der Antoineparameter
"Aufg 1.06 Ternäres ideales VLE.xls"
Iterative Berechnung der Siedetemperatur eines ternären Flüssigkeitsgemischs mit idealem Phasengleichgewicht
"Aufg 1.07 VLE-Berechnung mit NRTL-Parametern.xls"
Berechnung des binären Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts (VLE) realer Gemische bei Vorgabe der NRTL-Parameter
Isothermes VLE: Spezifikation von T und xi: Berechnung von p und yi
Isobares VLE: Spezifikation von p und xi: Berechnung von T und yi. (iterativ)
Graphische Darstellung der Ergebnisse
"Aufg 1.07a Anpassung von NRTL-Parametern an isotherme Datensätze.xls"
Anpassung von NRTL-Wechselwirkungsparameter zur Korrelation experimenteller Daten eines isothermen, binären Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts (VLE) eines realen Gemischs
"Aufg 1.08 Absorptionsisothermen.xls"
Berechnung der Absorptionsisothermen eines ternären Systems aus Übergangskomponente, Lösungsmittel und Intergas in verschiedenen Konzentrationsmaßen auf Basis der Henry-Konstante
"Aufg 1.09 Adsorptionsisothermen nach Langmuir.xls"
Parameteranpassung an experimentelle Daten zur Darstellung einer Adsorptionsisotherme vom Langmuir-Typ
"Aufg 1.12 Konsistenztest VLE (isobar).xls"
Durchführung eines Konsistenztests zur Überprüfung binärer VLE-Daten nach dem Flächenkriterium von Herington
"Aufg 1.12 Konsistenztest VLE (isotherm).xls"
Durchführung eines Konsistenztests zur Überprüfung binärer VLE-Daten nach dem Flächenkriterium von Redlich-Kister
„Aufg. 1.14 kubische Zustandsgleichungen Reinstoff.xlsx“
Berechnung des Dampfdrucks eines Reinstoffs mit den Zustandsgleichungen nach van der Waals bzw. Peng-Robinson auf Basis der kritischen Daten und ggf. der azentrischen Faktors mit Hilfe des Maxwellschen Flächenkriteriums bzw. des Isofugazitätskriteriums unter Vorgabe der Temperatur
„Aufg. 1.15 kubische Zustandsgleichungen binär.xlsx“
Berechnung des Siededrucks und der Dampfphasenzusammensetzung von binären Gemischen mit den Zustandsgleichungen nach van der Waals bzw. Peng-Robinson auf Basis der kritischen Daten und ggf. der azentrischen Faktors mit Hilfe des Isofugazitätskriteriums unter Vorgabe der Temperatur und der Flüssigphasenzusammensetzung

Kapitel 2 - Verdampfung, Kondensation, Destillation und ‚Rektifikation

"Aufg 2.01 Batchdestillation Rayleigh-Gleichung.xls"
Berechnung des Konzentrationsverlaufs von Blasenrückstand und Destillat bei der einstufigen, absatzweisen Destillation binärer Gemische,
Dimensionierung der Destillationsblase
"Aufg 2.02 Dünnschichtverdampfer Rayleigh-Gleichung.xls"
Berechnung des lauflängenabhängigen Konzentrations- und Temperaturprofils bei der kontinuierlichen Eindampfung in einem Dünnschichtverdampfer für binäre Gemische
"Aufg 2.03 Wasserdampfdestillation.xls"
Berechnung der azeotropen Siedetemperatur anhand der gegebenen Dampfdruckkurven
"Aufg 2.04 Umlaufverdampfer.xls"
Berechnung von Brüden und Rückstandszusammensetzung bei der einstufigen, kontinuierlichen Destillation binärer Gemische
"Aufg 2.05 Partialkondensation.xls"
Berechnung des Abscheidegrads für eine kondensierbare Komponente bei der Partialkondensation aus einem Inertgasstrom in Abhängigkeit der Temperatur
Berechnung der Kondensattemperatur in Falle der offenen Kondensation
"Aufg 2.07 Rektifikation McCabe-Thiele-Verfahren.xls"
Graphische Auswertung des McCabe-Thiele-Verfahrens für die Rektikation binärer Gemische; Darstellung von Konzentrations- und Temperturprofilen; Darstellung von Apparate-Energie-Kurven (Nt-v- bzw. Nt-Q-Kurve)
"Aufg 2.08 Belastungskennfeld Siebbodenkolonne.xls"
Abschätzung des Durchmessers einer Bodenkolonne mit Ansätzen für den Gasbelastungsfaktor kV
Berechnung des kompletten Belastungsdiagramms einer Siebbodenkolonne mit den entsprechenden Belastungsgrenzen nach dem Verfahren von Stichlmair
"Aufg. 2.09 Dimensionierung Füllkörperkolonne.xls"
Abschätzung des Durchmessers einer Füllkörperkolonne mit einem Modell von Beck
Berechnung des spezifischen Druckverlusts
Berechnung des NTSM-Werts

Kapitel 3 - Absorption

"Aufg 3.01 Absorptionsgleichgewicht.xls"
Berechnung des Absorptionsgleichgewichts bei der simultanen, physikalischen Absorption von drei verschiedenen Gasen in einem Lösungsmittel
"Aufg 3.02 Chemisorption.xls"
Iterative Berechnung des Absorptionsgleichgewichts bei der Chemisorption am Beispiel der Lösung von Kohlendioxid in wässriger Natriumcarbonatlösung
"Aufg 3.03+3.04 Diffusionskoeffizienten.xls"
Abschätzung von Diffusionskoeffizienten in der Gas- und Flüssigphase mit verschiedenen Ansätzen aus der Literatur
"Aufg 3.05-3.07 Gegenstromabsorber.xls"
Bilanzierung eines Gegenstromabsorbers
Bestimmung der theoretischen Stufenzahl für den isothermen und adiabaten Betriebsfall
Bestimmung der praktischen Stufenzahl unter Anwendung eines Murphree-Wirkungsgrads
Berechnung des NTUog-Wertes
Abschätzung der Temperaturabhängigkeit der Absorptionsenthalpie
"Aufg 3.08 Stoffdurchgangskoeffizienten.xls"
Berechnung von Stoffdurchgangskoeffizienten und der Höhe einer Übertragungseinheit bezogen auf die Gas- bzw. Flüssigphase auf Basis von dimensionslosen Kennzahl am Beispiel von Raschig-Ringen
"Aufg 3.10 Wirkungsgrade von Bodenkolonnen.xls"
Berechnung von Boden- und Kolonnenwirkungsgraden nach einem Modell von Stichlmair

Kapitel 4 - Adsorption

"Aufg 4.01 Adsorberauslegung.xls"

Berechnung von Adsorbensbedarf, Kühlwasserbedarf und Adsorbergeometrie
Anpassung von Korrelationsparametern zur Wiedergabe experimenteller Daten mit Hilfe einer Freundlich-Isotherme

Kapitel 5 - Trocknung
"Aufg 5.01 h,X-Diagramm.xls"
Berechnung von Zustandspunkten "feuchter" Gasmischungen bei Vorgabe von zwei Zustandsvariablen (Feuchtebeladung, relative Feuchte, Feuchtepartialdruck, Temperatur, spezifische Enthalpie, Taupunktstemperatur)
interaktives h,X-Diagramm: Berechnung und Darstellung eines vollständigen h,X-Diagramms mit selbst zu wählender Skalierung der Achsen
Eintragung von Zustandspunkten ins h,X-Diagramm
Auswertung eines Assmannschen Aspirationspsychrometers
Berechnung der Kühlgrenztemperatur
"Aufg 5.09 Trocknungszeit.xls"
Berechnung der Trocknungszeit für gegebenen Anfangs- und Endfeuchtebeladung auf Basis einer bekannten Trocknungsverlaufskurve
"Aufg 5.10 Trommeltrockner.xls"
Dimensionierung eines Trommeltrockners

Kapitel 6 - Extraktion

"Aufg 6.01 Querstromextraktion im Beladungsdiagramm.xls"
und
"Aufg 6.01 Querstromextraktion im Dreiecksdiagramm.xls"
Bestimmung der Anzahl von Gleichgewichtsstufen bei der Querstromextraktion durch Stufenkonstruktion im Beladungs- bzw. Dreiecksdiagramm
"Aufg 6.02 Gegenstromextraktion im Beladungsdiagramm.xls" und
"Aufg 6.02 Gegenstromextraktion im Dreiecksdiagramm.xls"
Bestimmung der Anzahl von Gleichgewichtsstufen bei der Gegenstromextraktion durch Stufenkonstruktion im Beladungs- bzw. Dreiecksdiagramm
Bestimmung des minimalen Lösungsmittelstroms bzw. Lösungsmittelverhältnisses
"Aufg 6.03 Dimensionierung Füllkörperextraktionskolonne.xls"
Dimensionierung einer Füllkörperextraktionskolonne und Berechnung eines Belastungsdiagramms
"Aufg 6.04 Dimensionierung RDC-Kolonne.xls"
Dimensionierung einer Rührscheibenextratkionskolonne (Rotating Disc Contactor)

Kapitel 7 - Lösungskonzentrierung und Kristallisation

"Aufg 7.01-7.03 Lösungskonzentrierung und Kristallisation.xls"

Auslegung einer Lösungskonzentrierung durch Entspannungsverdampfung mit anschließender Kühlungskristallisation und Dimensionierung des Kristallisators