Transportvorgänge spielen eine überragende Rolle in verfahrenstechnischen Prozessen, die in unterschiedlichen Industriezweigen – speziell in der chemischen, pharmazeutischen und der Lebensmittelindustrie sowie in der Biotechnologie – die Basis der Produktherstellung bilden. Das fundamentale Verständnis von Transportvorgängen ist eine unverzichtbare Voraussetzung für diejenigen, die diese in technischen Prozessen umsetzen. Dazu zählen vorrangig Ingenieure unterschiedlicher Fachdisziplinen, technische Chemiker und Biotechnologen.
In der Neuauflage enthält das Buch neben der umfassenden Darstellung der grundlegenden Gesetzmäßigkeiten deren methodische Anwendung in vielfältigen technischen Prozessen. Die praktische Umsetzung kann anhand von 200 Übungsaufgaben im Selbststudium oder mit einem separaten Lösungsbuch vertieft werden. Studierende und Praktiker sollen mithilfe dieses wahlweise Nachschlagewerks oder Lehrbuchs in die Lage versetzt werden, eigene spezifische Aufgaben zu analysieren und zu bewältigen.
Author(s): Matthias Kraume
Edition: 3
Publisher: Springer Vieweg
Year: 2020
Language: German
Pages: XXXIV+853
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
