Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik: Grundlagen und apparative Umsetzungen

Vorwort der 3. Auflage
Vorwort zur 1. Auflage
Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis
Teil I Grundlagen und Methoden
1 Grundlagen der Transportprozesse
	1.1	Molekulare Transportvorgänge
		1.1.1	Molekularer Impulstransport (innere Reibung von Fluiden)
		1.1.2	Molekularer Energietransport (Wärmeleitung)
		1.1.3	Molekularer Stofftransport (Diffusion)
	1.2	Molekulare Transport- und Ausgleichskoeffizienten
		1.2.1	Viskosität
		1.2.2	Wärmeleitfähigkeit
		1.2.3	Diffusionskoeffizienten
	1.3	Konvektive Transportvorgänge
		1.3.1	Konvektiver Impulstransport
		1.3.2	Konvektiver Energietransport
		1.3.3	Konvektiver Stofftransport
	1.4	Turbulente Transportvorgänge
	1.5	Bilanzgleichungen
		1.5.1	Differenzielle Bilanzgleichungen
		1.5.2	Integrale Bilanzgleichungen
		1.5.3	Anfangs- und Randbedingungen
	1.6	Umwandlungsvorgänge
		1.6.1	Stoffumwandlung
		1.6.2	Energieumwandlung
		1.6.3	Impulsänderung
	1.7	Konvektiver Wärme- und Stoffübergang
	1.8	Phasengleichgewichte
		1.8.1	Gas/Flüssigkeits-Gleichgewichte
		1.8.2	Flüssig/flüssig-Gleichgewichte
		1.8.3	Fest/flüssig-Gleichgewichte
		1.8.4	Sorptionsgleichgewichte
		1.8.5	Randbedingungen für Stofftransportvorgänge
	1.9	Verständnisfragen
	1.10	Aufgaben
	Literatur
2 Energie- und Stofftransport in ruhenden Medien
	2.1	Stationäre Diffusion
		2.1.1	Äquimolare Diffusion in einer ebenen Schicht
		2.1.2	Einseitige Diffusion
		2.1.3	Diffusion mit homogener chemischer Reaktion
		2.1.4	Diffusion mit heterogener chemischer Reaktion
	2.2	Instationäre Diffusion
		2.2.1	Instationäre Diffusion in einer Platte
		2.2.2	Instationäre Diffusion in einer Kugel
	2.3	Verständnisfragen
	2.4	Aufgaben
	Literatur
3 Wärme- und Stoffübergangstheorien
	3.1	Wärmedurchgang
	3.2	Stoffdurchgang
	3.3	Stoffübergangstheorien
		3.3.1	Filmtheorie
		3.3.2	Grenzschichttheorie
		3.3.3	Penetrations- und Oberflächenerneuerungstheorie
		3.3.4	Anwendungsbereiche für die verschiedenen Wärme- und Stofftransporttheorien
	3.4	Stoffaustausch mit homogener chemischer Reaktion
		3.4.1	Filmtheorie
		3.4.2	Penetrationstheorie
		3.4.3	Generelle Auswirkungen einer homogenen Reaktion 1. Ordnung auf den Stofftransport
	3.5	Verständnisfragen
	3.6	Aufgaben
	Literatur
4 Mischungszustände in technischen Systemen
	4.1	Idealisierte Modellapparate
		4.1.1	Idealer Rührkessel
		4.1.2	Ideales Strömungsrohr
	4.2	Reale Apparate
		4.2.1	Mischvorgänge in absatzweise betriebenen Apparaten
		4.2.2	Dispersionsmodell für kontinuierlich betriebene Apparate
	4.3	Verweilzeitverteilung
		4.3.1	Experimentelle Bestimmung einer Verweilzeitverteilung
		4.3.2	Verweilzeitverteilung idealer Apparate
		4.3.3	Modellierung des Verweilzeitverhaltens realer Apparate
	4.4	Verständnisfragen
	4.5	Aufgaben
	Literatur
5 Strömungen in Rohrleitungen
	5.1	Impulstransport
		5.1.1	Laminare Rohrströmung
		5.1.2	Turbulente Rohrströmung
		5.1.3	Strömungswiderstand in Rohren
		5.1.4	Strömungen nicht-Newtonscher Flüssigkeiten
		5.1.5	Strömungen durch Rohrleitungssysteme
	5.2	Konvektiver Wärme- und Stoffübergang
		5.2.1	Laminare Rohrströmung
		5.2.2	Turbulente Rohrströmung
		5.2.3	Konvektiver Wärmeübergang
	5.3	Stoffübergang mit heterogener chemischer Reaktion
	5.4	Dispersion in Rohrströmungen
	5.5	Verständnisfragen
	5.6	Aufgaben
	Literatur
6 Strömungen an ebenen Platten
	6.1	Impulstransport
		6.1.1	Laminare Grenzschicht
		6.1.2	Turbulente Grenzschicht
		6.1.3	Reibungsbeiwert
	6.2	Konvektiver Wärme- und Stoffübergang
		6.2.1	Laminare Strömung
		6.2.2	Turbulente Strömung
	6.3	Fluiddynamik und Stofftransport bei hohem Partialdruck
		6.3.1	Physikalische Problematik
		6.3.2	Geschwindigkeitsprofil
		6.3.3	Konzentrationsprofil
		6.3.4	Reibungsbeiwert
		6.3.5	Mittlere Sherwoodzahl
	6.4	Stoffübergang mit heterogener chemischer Reaktion
	6.5	Verständnisfragen
	6.6	Aufgaben
	Literatur
7 Disperse Systeme
	7.1	Stationäre Partikelbewegung
		7.1.1	Bewegungsgleichung kugelförmiger Partikel
		7.1.2	Feste Einzelpartikel
		7.1.3	Fluide Einzelpartikel
	7.2	Instationäre Partikelbewegung
	7.3	Bewegung von Partikelschwärmen
		7.3.1	Feste Partikel
		7.3.2	Fluide Partikel
	7.4	Stationärer konvektiver Wärme- und Stoffübergang
		7.4.1	Feste Einzelpartikel
		7.4.2	Fluide Einzelpartikel
	7.5	Instationärer konvektiver Wärme- und Stofftransport
		7.5.1	Mathematische Grundlagen zur Bestimmung des Stofftransports
		7.5.2	Innenproblem
		7.5.3	Außenproblem
	7.6	Verständnisfragen
	7.7	Aufgaben
	Literatur
8 Einphasig durchströmte Feststoffschüttungen
	8.1	Kennzeichnende Größen einer Feststoffschüttung
		8.1.1	Partikelabmessungen
		8.1.2	Lückengrad
		8.1.3	Hydraulischer Durchmesser
		8.1.4	Geschwindigkeitsverteilung innerhalb einer Feststoffschüttung
	8.2	Druckverlust
	8.3	Konvektiver Wärme- und Stoffübergang
		8.3.1	Wärmeübergang in Analogie zur Einzelkugel
		8.3.2	Stoffübergang in Analogie zum durchströmten Rohr
	8.4	Modellierung von Austauschvorgängen
		8.4.1	Berechnung des Konzentrationsverlaufs
		8.4.2	Dispersionskoeffizienten in Feststoffschüttungen
	8.5	Verständnisfragen
	8.6	Aufgaben
	Literatur
Teil II Mehrphasensysteme und apparative Anwendungen
9 Filtration und druckgetriebene Membranverfahren
	9.1	Einteilung der Trennverfahren
	9.2	Prozessführung
		9.2.1	Kuchenfiltration
		9.2.2	Querstromfiltration
		9.2.3	Tiefenfiltration
	9.3	Kennzeichnung der Trenngüte
	9.4	Filtration
		9.4.1	Grundlegende Theorie der Filtration
		9.4.2	Kuchenfiltration von Suspensionen
		9.4.3	Staubabscheidung durch Filtration
	9.5	Druckgetriebene Membranverfahren
		9.5.1	Definitionen
		9.5.2	Grundlegende Theorie zu Membranverfahren
		9.5.3	Mikro- und Ultrafiltration
		9.5.4	Nanofiltration
		9.5.5	Umkehrosmose
		9.5.6	Apparative Umsetzung der Membranfiltration
	9.6	Verständnisfragen
	9.7	Aufgaben
	Literatur
10 Thermische Trocknung fester Stoffe
	10.1	Grundbegriffe der thermischen Trocknung
	10.2	Eigenschaften feuchter Güter
		10.2.1	Arten der Feuchtigkeitsbindung
		10.2.2	Sorptionsisothermen
		10.2.3	Bewegung der Feuchtigkeit im Gut
	10.3	Eigenschaften des feuchten Gases
	10.4	Wärme- und Stoffübergang bei der Konvektionstrocknung
		10.4.1	Wärmeübertragung an das feuchte Gut
		10.4.2	Beharrungstemperatur
		10.4.3	Kühlgrenztemperatur
	10.5	Wärmeübergang bei der Kontakttrocknung
	10.6	Berechnungsgrundlagen für Konvektionstrockner
		10.6.1	Trockengas- und Energiebedarf bei der Konvektionstrocknung
		10.6.2	Gasführung in Konvektionstrocknern
	10.7	Kinetik der Trocknung, Trocknungsverlauf
		10.7.1	I. Trocknungsabschnitt
		10.7.2	II. Trocknungsabschnitt
	10.8	Bauarten von Trocknern
		10.8.1	Konvektionstrockner
		10.8.2	Kontakttrockner
		10.8.3	Strahlungstrockner
		10.8.4	Bedeutung der Energiekosten für die Trocknerauswahl
	10.9	Verständnisfragen
	10.10	Aufgaben
	Literatur
11 Rieselfilmapparate
	11.1	Fluiddynamik von Rieselfilmen
	11.2	Wärmeübertragung zwischen Wand und Flüssigkeit
	11.3	Stoffübertragung zwischen Rieselfilm und Gas
		11.3.1	Laminarer Rieselfilm
		11.3.2	Filme mit welliger Oberfläche
		11.3.3	Gasseitiger Stoffübergang
	11.4	Stofftransport mit homogener chemischer Reaktion
		11.4.1	Reaktion 1. Ordnung
		11.4.2	Reaktion 2. Ordnung
	11.5	Technische Anwendungen von Rieselfilmapparaten
	11.6	Verständnisfragen
	11.7	Aufgaben
	Literatur
12 Bodenkolonnen
	12.1	Thermodynamische Grundlagen und Stoffbilanzen
		12.1.1	Stoffbilanz um eine Rektifizierkolonne
		12.1.2	Stoffbilanz um eine Absorptions- oder Desorptionskolonne
	12.2	Konstruktive Merkmale
	12.3	Belastungsbereich und Belastungskennfeld von Kolonnenböden
		12.3.1	Maximale Gasbelastung
		12.3.2	Minimale Gasbelastung
		12.3.3	Maximale Flüssigkeitsbelastung
		12.3.4	Minimale Flüssigkeitsbelastung
		12.3.5	Belastungskennfeld
	12.4	Zweiphasenströmung in Bodenkolonnen
	12.5	Druckverlust des Gases über einen Boden
	12.6	Phasengrenzfläche in der Zweiphasenschicht
	12.7	Stoffübergang in der Zweiphasenschicht
	12.8	Verständnisfragen
	12.9	Aufgaben
	Literatur
13 Füllkörper- und Packungskolonnen
	13.1	Aufbau und Funktionsweise
	13.2	Fluiddynamik
		13.2.1	Flüssigkeitsinhalt
		13.2.2	Druckverlust
	13.3	Belastungsgrenzen, Belastungskennfeld, Arbeitsbereich
	13.4	Stoffübergang
	13.5	Axiale Dispersion
	13.6	Auswahlkriterien für Kolonneneinbauten
	13.7	Verständnisfragen
	13.8	Aufgaben
	Literatur
14 Strömungsmaschinen
	14.1	Einteilung und Anwendungsfelder von Förderorganen
	14.2	Bauformen von Strömungsmaschinen
	14.3	Energieumsetzung im Laufrad
		14.3.1	Impulssatz und Eulersche Hauptgleichung
		14.3.2	Kanalwirbel und Kraftübertragung
		14.3.3	Energiebilanz und Druckerhöhung
	14.4	Kennlinien
		14.4.1	Theoretische Konstruktion einer Drosselkurve
		14.4.2	Stabile und instabile Kennlinien
		14.4.3	Kennfeld
		14.4.4	Kennlinie einer Kolbenpumpe
	14.5	Betriebspunkte von Kreiselpumpen
		14.5.1	Anlagenkennlinie
		14.5.2	Regelung von Strömungsmaschinen
		14.5.3	Verschaltungen mehrerer Kreiselpumpen
	14.6	Kavitation und Haltedruckhöhe
		14.6.1	Kavitation
		14.6.2	Haltedruckhöhe und NPSH-Wert
	14.7	Ähnlichkeitsgesetze und dimensionslose Kennzahlen
		14.7.1	Ähnlichkeitsbeziehungen
		14.7.2	Dimensionslose Kennzahlen
	14.8	Verständnisfragen
	14.9	Aufgaben
	Literatur
15 Wirbelschichtapparate
	15.1	Erscheinungsformen von Wirbelschichten
	15.2	Fluiddynamische Grundlagen
		15.2.1	Druckverlustcharakteristik
		15.2.2	Lockerungsgeschwindigkeit
		15.2.3	Expansionsverhalten homogener Wirbelschichten
		15.2.4	Feststoffverhalten bei der Fluidisierung mit einem Gasstrom
		15.2.5	Betriebszustände in Wirbelschichten
	15.3	Eigenschaften von Gasblasen
	15.4	Feststoffmischung
	15.5	Gasphasenvermischung
	15.6	Wärme- und Stoffübergang zwischen Fluid und Partikeln
	15.7	Modellierung von Wirbelschichtreaktoren
	15.8	Technische Anwendungen
		15.8.1	Acrylnitrilsynthese
		15.8.2	Verbrennung von Kohle
	15.9	Verständnisfragen
	15.10	Aufgaben
	Literatur
16 Feststofftransport in Rohrleitungen
	16.1	Physikalische Grundlagen des Feststofftransports
	16.2	Pneumatische Förderung
		16.2.1	Einteilung der pneumatischen Förderung
		16.2.2	Berechnungen von Leitungen für die pneumatische Förderung
		16.2.3	Luftexpansion entlang des Förderwegs
		16.2.4	Fördergeschwindigkeit
	16.3	Technische Fördersysteme
	16.4	Hydraulische Förderung
	16.5	Verständnisfragen
	16.6	Aufgaben
	Literatur
17 Gas/Flüssigkeits-Strömungen in Rohrleitungen
	17.1	Strömungs- und Phasenverteilungszustände
		17.1.1	Strömungsformen in vertikalen Rohren
		17.1.2	Strömungsformen in horizontalen Rohren
	17.2	Grundlegende Beziehungen und Definitionen
	17.3	Bestimmung der Strömungsform
		17.3.1	Strömungsformen in horizontalen Rohren
		17.3.2	Strömungsformen in vertikalen Rohren
		17.3.3	Schlupf
		17.3.4	Gasgehalt
	17.4	Berechnung des Druckverlusts von Gas/Flüssigkeits-Strömungen
		17.4.1	Homogenes Modell
		17.4.2	Heterogenes Modell (Schlupfmodell)
		17.4.3	Weitere Berechnungsansätze
	17.5	Verständnisfragen
	17.6	Aufgaben
	Literatur
18 Mischen und Rühren
	18.1	Definitionen und Einteilungen
	18.2	Rühren
		18.2.1	Technische Rührsysteme
		18.2.2	Impulstransport
		18.2.3	Leistungscharakteristik
		18.2.4	Rühren von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten
		18.2.5	Wärmetransport
		18.2.6	Homogenisieren in Rührbehältern
		18.2.7	Suspendieren von Feststoffen
		18.2.8	Dispergierung von Gasen
		18.2.9	Dispergieren von Flüssig/flüssig-Systemen
		18.2.10  Maßstabsübertragung
	18.3	Statische Mischer
		18.3.1	Druckverlust
		18.3.2	Mischgüte
	18.4	Mikromischer
		18.4.1	Einteilung
		18.4.2	Arbeitsbereiche von Mikromischern
	18.5	Verständnisfragen
	18.6	Aufgaben
	Literatur
19 Blasensäulen
	19.1	Blasensäulen mit und ohne Einbauten
		19.1.1	Einteilung und Charakteristika
		19.1.2	Bauarten
		19.1.3	Fluiddynamik
		19.1.4	Blasengröße und -bewegung
		19.1.5	Dispersion
		19.1.6	Gasgehalt
		19.1.7	Stofftransport
		19.1.8	Wärmeübergang
	19.2	Suspensionsblasensäulen
	19.3	Airlift-Schlaufenapparate
	19.4	Abstromblasensäulen
		19.4.1	Bauarten und Einsatzgebiete
		19.4.2	Betriebsbedingungen und Gasgehalt
		19.4.3	Stoffübertragung
	19.5	Modellierung von Blasensäulenreaktoren
		19.5.1	Axiales Dispersionsmodell
		19.5.2	Vergleich gemessener und berechneter Konzentrationsverläufe
	19.6	Maßstabsübertragung
	19.7	Anwendungsbereiche
	19.8	Verständnisfragen
	19.9	Aufgaben
	Literatur
Stichwortverzeichnis