Vorlesung Verfahrenstechnik 5. Thermische Verfahrenstechnik

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1 Vorlesung Verfahrenstechnik 5. Thermische Verfahrenstechnik
J. Evers Dezember 2010

2 Überblick der thermischen Trennverfahren
Die thermische Trennung von Stoffgemischen erfolgt meistens durch Erwärmen, bei einigen Verfahren auch durch Abkühlen. Dadurch wird eine Änderung des Aggregatzustandes erreicht, d.h. eine Gefrierung oder eine Verdampfung. Trocknen Eindampfen Auskristallisieren Rektifizieren Destillieren

3 Beim Trockenen wird die in einem Feuchtgut
Trockenen - Verlauf Beim Trockenen wird die in einem Feuchtgut enthaltene Feuchtigkeit durch Erwärmen und dadurch bedingtes Verdunsten(Verdampfen) in den gasförmigen Zustand überführt und der entstandene Feuchtigkeitsdampf weggeleitet.

4 Trocknen - Einflüsse Faktoren für ein rasches Trocknen:
Feuchtigkeitsdampfdruck Luft Sättigungsdampfdruck des Trocknungsgutes geringe Feuchtigkeit/hohe Temperatur der Luft/Trocknungsgutes große Oberfläche des Trocknungsgutes häufiges Wenden des Trocknungsgutes

5 Trocknen - Diagramme Luftbedarf beim Trocknen
Aufnahmefähigkeit der Luft Relative Luftfeuchtigkeit Dampfgehalt Abgeführte Feuchte

6 Trocknungsverfahren Man kann die Trockungsverfahren nach der Art der Wärmeübertragung, nach Verdunstungs- /Verdampfungstrocknung oder nach Luft/Vakuumtrocknung. Kontakttrocknung Konvektionstrocknung Vakuumtrocknung Strahlungstrocknung

7 Trockner - Feststoffe Etagentrockner Kammertrockner

8 Trockner - Feststoffe Bandtrockner Drehrohrtrockner

9 Trockner - Flüssigkeiten
Sprühtrockner Granulationstrockner

10 Trockner – Vakuum/Gefriertrocknung
Die Gefriertrocknung ist eine Vakuumsublimationstrocknung, sie beruht darauf, dass eine gefrorene Flüssigkeit unter Vakuum Wassermoleküle freisetzt ohne flüssig zu werden. Die Flüssigkeit wird zuerst mit einem Feststoffanteil gefroren und anschließend unter Vakuum gesetzt. Der Eisanteil sublimiert und wird aus dem Trockengut ausgegast.

11 Trennung von Lösungen Verdampfen reiner Lösemittel
Beim Verdampfen wird durch Wärmezufuhr das Lösemittel aus einer Lösung verdampft. Die zurückbleibende Lösung besitzt eine höhere Konzentration an gelösten Feststoffen. Abdampfen-vollständiges verdampfen(Kochsalzgewinnung) Eindampfen-teilweises verdampfen(Konzentrieren von NaOH) Die Siedetemperatur einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck so hoch ist wie der Umgebungsdruck.

12 Verdampfen von Lösungen
Der Dampfdruck bei Lösungen ist niedriger als der Dampfdruck bei dem Lösemittel selber, weil die zusätzlichen Bindungskräfte des Feststoffes hinzukommen. Die Siedetemperatur ist gegen-über dem reinen Lösemittel geringfügig erhöht(0-25K) und hängt von der Konzentration (Massenanteil) und vom Löse-mittel ab.

13 Vorgänge im Verdampfer
Röhrenverdampfer Druckstöße vermeiden durch: große Flächen Temperaturdifferenz zwischen Heißdampf und Lösung nicht zu hoch wählen Umwälzung der Lösung

14 Verdampferbauarten Röhrenverdampfer Blasenverdampfer

15 aus einer Lösung in Form von Kristallen. Gründe dafür sind:
Auskristallisieren Unter Kristallisieren versteht man das Abscheiden eines gelösten Feststoffes aus einer Lösung in Form von Kristallen. Gründe dafür sind: Gewinnung des Feststoffes in bestimmten Kristallformen (abhängig von Stoff, Lösemittel, Abkühlung) zur Reinigung eines kristallinen Feststoffes, wobei die nicht lösbaren Verunreinigungen abgetrennt werden können(Umkristallisieren-hochreines Kochsalz)

16 Umkristallisieren

17 Kristallisationsapparate
Vakuum-Umlaufkristallisator Verdampfer-Kristallisator Rührkesselkristallisator

18 (Auskristallisieren von organischen Farbstoffen aus Lösungen mit NaCl)
Aussalzen/Verdünnen Unter Aussalzen versteht man ein Verfahren, bei dem die Übersättigung einer Lösung durch Hinzufügen eines zweiten, leichter löslichen Feststoffes erzielt wird.(Dissoziation/Hydration) (Auskristallisieren von organischen Farbstoffen aus Lösungen mit NaCl) Beim Verdünnen wird ein zweites Lösemittel hinzugegeben, das die Wassermoleküle an sich bindet, so dass die Konzentration des gelösten Stoffes über die Sättigungs- grenze steigt und auskristallisiert.(Auskristallisieren von KCl durch Zugabe von Alkohol)

19 Ausfällen Beim Ausfällen wird der auszukristallisierende Stoff durch die Zugabe eines geeigneten Fällungsmittels in eine unlösliche chemische Verbindung überführt, die dann auskristallisiert.

20 Die Konzentration in der Restlösung wird höher dadurch.
Ausfrieren Das Ausfrieren ist ein Konzentrationsverfahren für temperaturempfindliche Lösungen, bei denen durch Gefrieren des Lösungsmittels die Konzentration der Lösung erhöht wird. Eine Salzlösung hat eine niedrigere Schmelztemperatur als Wasser, die mit steigender Salzkonzentration weiter abnimmt. Kühlt man die Salzlösung ab, so setzt bei Erreichen der Soliduslinie der Gefriervorgang ein. Wasserkristalle beginnen als Eis auszufrieren. Die Konzentration in der Restlösung wird höher dadurch. Die Eiskristalle werden durch Zentrifugieren abgetrennt und die konzentrierte Lösung bleibt über.

21 Destillieren

22 Destillieren

23 Destillieren

24 Destillieren

25 Destillieren

26 Rektifizieren

27 Rektifizieren

28 Rektifizieren

29 Rektifizieren

30 RAFF INERIE

31 Schachtofen

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