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Anwendung experimenteller Labormodelle bei der Voraussage der Leistung von Gas/Flüssigkeits‐Reaktoren
Authors: Laurent André , Charpentier Jean‐Claude 
Published: December 2004

AbstractDas Ziel dieser Arbeit ist es, Wert und Nutzen der experimentellen Simulation von Labormodellen bei der verfahrenstechnischen Auslegung von industriellen Gas/Flüssigkeits‐Reaktoren hervorzuheben. Der Begriff „Simulation”︁ wird definiert, und die bei dieser Methode notwendigen Kenngrößen werden hergeleitet; die verschiedenen Laborapparate, die als Modelle in Frage kommen, werden vorgestellt; für jeden von ihnen werden die Bereiche der oben genannten Kenngrößen angegeben, so daß es möglich wird, das für die Simulation eines gegebenen industriellen Gas/Flüssigkeits‐Reaktors brauchbare Labormodell auszuwählen. Die Prinzipien der differentiellen (mit einem „Punktmodell”︁) und der integralen Simulation (mit einem „vollständigen”︁ Modell) werden dargestellt. Einige praktische Beispiele werden gegeben; auf zwei Anwendungen wird näher eingegangen: die differentielle Simulation einer Füllkörperkolonne mit einem Labor‐Rührkesselreaktor und die integrale Simulation eines Venturi‐Flüssigkeitsstrahlwäschers durch einen laminaren Strahl. Schließlich werden die bis jetzt veröffentlichten industriellen Anwendungen dieser Simulationsmethode vorgestellt.
Biologische Abwasserreinigungsanlagen
Authors: Leistner Gerhard , Müller Gerhard , von Rüden Ferdinand 
Published: December 2004

AbstractIn biologischen Abwasserreinigungsanlagen werden die im Abwasser gelösten organischen Schmutzstoffe durch Bakterien abgebaut. Für den aeroben Stoffwechselprozeß der Bakterien sind dem Abwasser Sauerstoff und gegebenenfalls Nährstoffe zuzuführen. Für die Belebungsstufe der biologischen Abwasserreinigungsanlagen ist besonders im industriellen Bereich die Abkehr von den mit Oberflächenbelüftern ausgestatteten Flachbeckenanlagen (3 bis 4 m Wasserhöhe) und die Hinwendung zu größeren Wassertiefen, die unter Wasser installierte Druckbelüftungssysteme erfordern, festzustellen. Jüngste Entwicklungen sind durch Hochbauweise (Tankbau) mit Wasserhöhen zwischen 15 und 30 m oder durch unterirdische Einrichtungen (ca. 100 m tief gehende Rohre) gekennzeichnet. Hierfür wird das Bestreben ausschlaggebend, die Abluftmengen zu reduzieren, Platz einzusparen, Geruchs‐ und Lärmprobleme zu vermindern und möglichst Investitions‐ und Energiekosten einzusparen. Zur Steigerung der Raum‐Zeit‐Ausbeute, zur besseren Beherrschung von stoßartigen Belastungen und zur Erhöhung des Abbaugrades wird der verfahrenstechnischen Prozeßführung gesteigerte Aufmerksamkeit gewidmet, indem man bewußt den volldurchmischten Reaktionsraum, die Kaskadenfahrweise oder die Rohrcharakteristik anstrebt. Neben Luft wird die Begasung mit reinem Sauerstoff angewendet. Für besonders kritische Abwässer kommt Aktivkohle in pulverisierter oder körniger Form zum Einsatz. Für Stickstoff enthaltende Abwässer wird eine Denitrifizierungsstufe zugeschaltet. Derzeit relevante Verfahren und Anlagen werden betrachtet.
Methodik beim Extrapolieren chemischer Reaktoren
Authors: Trambouze Pierre 
Published: December 2004

AbstractObwohl die Notwendigkeit einer systematischen Vorgehensweise bei der Maßstabsvergrößerung von Reaktoren in mehreren Veröffentlichungen betont wird, wird dies leider nicht immer hinreichend beachtet. Die Methodik bei der Maßstabsvergrößerung betrifft nicht nur den chemischen Reaktor selbst, sondern auch alle wesentliche Komponenten eines chemischen Verfahrens. Im folgenden wird ausschließlich die Maßstabsvergrößerung von Reaktoren behandelt, weil die Extrapolation der Reaktoren die größten Schwierigkeiten bereitet. Nach der Beschreibung der Vorgehensweise wird anhand einiger praktischer Beispiele gezeigt, wie die Methodik angewendet werden kann.
Genetik: Aufgaben, Möglichkeiten und Grenzen in der Biotechnologie
Authors: Esser Karl 
Published: December 2004

AbstractAusgehend von der Tatsache, daß der wirtschaftliche Wert eines biotechnologischen Verfahrens in wesentlichem Maße von der Leistung des betreffenden Mikroorganismus abhängig ist, besteht die Aufgabe der Genetik darin, durch entsprechende Manipulationen den Ertrag zu steigern und ein einmal erreichtes Produktionsniveau zu erhalten. Nach Besprechung der verschiedenen experimentellen Möglichkeiten wird anhand von drei Beispielen aufgezeigt, auf welche Weise Erkenntnisse der Grundlagenforschung in der Biotechnologie verwendet werden können. Beim ersten handelt es sich um die Produktion von Einzeller‐Protein, ein Problem, das von der Industrie an die Grundlagenforschung herangetragen wurde. Im zweiten Beispiel wird die genetische Kontrolle der Fruchtkörperbildung holzabbauender Pilze erörtert, eine Fragestellung der Grundlagenforschung, die aber nach Aufklärung der betreffenden Genmechanismen eine Rückstrahlung in die Biotechnologie hat, vor allem für Recycling‐Prozesse. Beim dritten Beispiel geht es um die Seneszenz, ursprünglich ebenfalls ein Problem von theoretischem Interesse, das jedoch in den letzten Jahren für die Fermenterindustrie an Bedeutung gewonnen hat (z. B. Nachlassen der Produktivität von Industriestämmen). Die Verfolgung dieser Fragestellung hat zu einer Entdeckung von plasmidähnlicher DNA geführt und damit ein neues Feld für die Grundlagenforschung eröffnet, denn es gibt nunmehr eine reale Möglichkeit, die bisher bei Bakterien durchgeführten Klonierugen auch auf Hyphenpilze auszudehnen. Damit ist ein neues genetisches Potential für die praktische Anwendung aufgezeigt. Abschließend wird auf die Grenzen für den Einsatz genetischer Methoden in der Biotechnologie hingewiesen, und zwar unter Berücksichtigung von (1) Koexistenzschwierigkeiten von Erbinformationen nahe verwandter Organismen, (2) der Unfähigkeit von Zellen, nach Erhalt fremder genetischer Information ein stabiles Produkt zu produzieren, und (3) der Stabilität genetischer Information nach erfolgter Hybridisierung.
Stand der thermohydraulischen Kenntnisse bei Druckentlastungsvorgängen
Authors: Mayinger Franz 
Published: December 2004

AbstractBei der Berechnug der Druckentlastung, z. B. für die Auslegung von Sicherheitsventilen, spielen Siedeverzug, Aufschäumen durch Entspannungsverdampfung, Phasenseparation, kritisches Ausströmen sowie die thermo‐ und fluiddynamische Kopplung von Apparatekomponenten und ‐Gruppen eine Rolle. Kenntnisse über diese physikalischen Vorgänge sind in ausreichendem Maße nur für Wasser aus Untersuchungen zum Störfallverhalten von Kernkraftanlagen vorhanden. Es wird der Stand der Kenntniss über diese fluiddynamischen Vorgänge diskutiert, unter Einschluß von Rechenprogrammen, welche den zeitlichen Druck‐ und Füllstandsverlauf auch im Apparateverbund analysieren lassen. Wege zur Anwendung und Übertragung der thermohydraulischen Kenntnisse auf Chemieanlagen werden aufgezeigt.
Einsatzkriterien für textile Filtermedien
Authors: Bremus Hermann‐Josef 
Published: December 2004

AbstractEs werden die chemischen, thermischen und mechanischen Anforderungen beschrieben, die bei der Auswahl eines Filtermediums, bezogen auf die heutigen für Filterzwecke verarbeiteten, synthetischen Faserarten, für die verschiedenen Verfahren in der Naß‐ und Trockenfiltration berücksichtigt werden müssen. Hierbei wird auch der Einfluß des textiltechnischen Aufbaues der Filtermedien in Pore und Masche und deren Auswirkung auf die Filterwirksamkeit dargestellt. Die Anforderungen an die Konfektionierung werden anhand der für textile Abscheider möglichen Fügeelemente erläutert.
Verfahrenstechnische Kriterien bei der Auswahl von Flüssigkeitspumpen
Authors: Leuschner Günter 
Published: December 2004

AbstractVon den Flüssigkeitspumpen in verfahrenstechnischen Anlagen wird ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und Verfügbarkeit erwartet, denn „kritische”︁ Pumpen können bei Ausfall ganze Anlagen außer Betrieb setzen und durch Produktionsunterbrechungen oft kaum abschätzbare Kosten verursachen. Es werden daher einige wesentliche Gesichtspunkte für die richtige Auswahl dieser Pumpen aufgezeigt, unter Einbeziehung von Betriebsverhalten und Einsatzgrenzen, wobei verfahrenstechnische Kriterien im Vordergrund stehen. Wirtschaftliche Überlegungen können in diesem Rahmen nur kurz angesprochen werden.
Zum Stand der Extraktion mit komprimierten Gasen
Authors: Brunner Gerd , Peter Siegfried 
Published: December 2004

AbstractGase unter hohem Druck haben die Eigenschaften von Lösungsmitteln. Ihre Verwendung führt zu neuartigen Trennverfahren, die die Verfahrenstechnik der Stofftrennung um eine Gruppe neuer Verfahrensweisen erweitern. In der chemischen Reaktionstechnik können Katalysatoren in Gasphasen hoher Dichte gelöst und dadurch günstige Reaktionsbedingungen bewirkt werden.In der Nähe der kritischen Temperatur werden bei relativ mäßigen Drücken im Bereich von 50 bis etwa 300 bar bereits flüssigkeitsähnliche Dichten des komprimierten Gases erreicht. Es ergibt sich eine vergleichsweise hohe Lösefähigkeit der gasförmigen Phasen. Diese Eigenschaft eines komprimierten Gases kann durch Ändern von Druck und Temperatur in weiten Grenzen variiert werden. Mit abnehmender Dichte nähert es sich dem Verhalten eines normalen Gases, mit zunehmender Dichte dem einer Flüssigkeit. Somit ergibt sich die Möglichkeit, die gelösten Stoffe wieder auszufällen. Durch die kritische Temperatur des verwendeten Gases ist die Arbeitstemperatur eines solchen Verfahrens weitgehend festgelegt. Da eine Reihe leicht verfügbarer Gase kritische Temperaturen im Bereich bis 50°C besitzen, wurde bei Entwicklung dieser Verfahren zunächst die Trennung temperaturempfindlicher und schwerflüchtiger Stoffmischungen behandelt. Darüber hinaus versprechen polare Stoffe mit erheblich höher liegenden kritischen Temperaturen wie Ammoniak, Methanol und Wasser eine Reihe weiterer Anwendungsmöglichkeiten.
Moderne Verfahren zur Berechnung des Strahlungsaustausches in brennstoffbeheizten Röhrenöfen
Authors: Scholand Elmar 
Published: December 2004

AbstractNeben den einfachen null‐ bis zweidimensionalen Modellen zur Berechnung des Wärmeaustausches durch Strahlung in Feuerräumen haben vor allem die Zonemethode nach Hottel, die Monte‐Carlo‐Methode und die Flußmethode besondere Bedeutung erlangt. Alle drei Methoden eignen sich für dreidimensionale Verhältnisse. Dabei sind die beiden erstgenannten Verfahren als mathematisch exakt anzusehen, während die Flußmethode ein Näherungsverfahren ist. Am Beispiel eines Röhrenofens wird aber gezeigt, daß sich mit einer nulldimensionalen Methode in vielen Fällen der Wärmefluß durch Strahlung an die Rohrbündel mit ebenso guter Genauigkeit bestimmen läßt.
Instandhaltungsgerechte Gestaltung technischer Anlagen
Authors: van Laak Heinrich 
Published: December 2004

AbstractMaintenance‐favourable design of industrial plant. A study by the German Maintenance Committee proves that maintenance costs in the Federal Republic in 1977 amounted to 123 × 109 DM, of which 30 × 109 DM were accounted for by manufacturing industry and more than 5 × 109 DM by the chemical industry. Over 50% of subsequent damage costs are caused in the planning and manufacture phase. These sources of damage become manifest during later use and damage and secondary damage costs are incurred by the user. An appeal therefore goes out to plant manufacturers, users, and maintenance staff to cooperate in reducing the sources of damage. An important basis for such a move is the collection and exchange of data, utilization of data pools, and systematic analysis for determination of weak points at the planning and construction stage. Since maintenance costs, as one of the four operational cost factors (material, personnel, energy, and maintenance costs), show an increasing tendency with progressive automation there is a continuiing need for a cost or profit center for plant engineering or planned maintenance.
Wasserstoff‐Energiewirtschaft aus kritischer Sicht
Authors: Wicke Ewald 
Published: December 2004

AbstractA critical view of the hydrogen economy. The goal of the hydrogen economy is to replace electrical energy, petroleum products, and natural gas wherever feasible by hydrogen as secondary energy. Apart from the coal the only primary energy source which be available in the near future will be nuclear energy, preferentially for supplying process heat for coal gasification (high temperature reactor). There will hardly be a future for thermochemical cyclic processes for cleavage of water; development of electrolytic process utilizing electrical energy from nuclear reactors appears technically and economically more promising. Exploitation of solar energy for generation of hydrogen appears unlikely in this century. The original concept of the hydrogen economy was associated with the discovery of hydrides of intermetallic compounds which are suitable for reversible storage of hydrogen. During the ensuing 15 years since the pioneering studies on this topic extensive detailed knowledge has accrued about the thermodynamic behaviour of hydride storage systems, their lattice structure, and the uptake and release of hydrogen. In any case, the hydrogen economy will be expensive with regard to both development and the necessary investment in this application.
Wärme‐, Stoff‐ und Impulsübertragung in abgelösten Strömungen
Authors: Kottke Volker 
Published: December 2004

AbstractHeat, mass and momentum transfer in separated flows. The simple model of a backward‐facing step in flat plate boundary layers provides basic information on heat, mass and momentum transfer in local separated regions. These new investigations cover nearly the whole range of existence of incompressible separated flows with laminar as well as turbulent boundary layers at separation, including the two main parameters Reδ1 and Res: The Reynolds number Reδ1 represents the boundary layer at separation, the Reynolds number Res the shape of the body. It is demonstrated that independently of the state of the boundary layer at separation, there exist three types of local separated regions. Therefore a new general valid classification of local separated flows is introduced based on the actual state of the separated boundary (shear) layer from separation to reattachement. The new results presented are limited to the case where no temperature or concentration boundary layers exist at separation, i.e. to the case of unheated or inert starting length before separation: Only then can the analogy of heat, mass and momentum transfer give useful results over the whole range of existence of local separated regions. A new shear layer model is introduced to facilitate transfer of the results obtained for backward‐facing steps to arbitrary shaped bodies. A compilation and comparison of available literature values shows that this shear layer model for the step also permits the calculation of heat and mass transfer in separated areas on arbitrarily shaped bodies.
Gewinnung leichter Kohlenwasserstoffe aus schweren Ölen — Verfahren und Entwicklungen
Authors: Weitkamp Jens 
Published: December 2004

AbstractManufacture of light hydrocarbons from heavy oils – processes and developments. High quality crude oils are running short and their price continues to increase. At the same time there is a trend towards light petroleum products for use as transportation fuels or petrochemical raw materials. Consequently, the conversion of heavy oils, i.e., particularly distillation residues but also heavy oils from tar sands, is gaining increasing commercial importance. The cracking processes currently used in the refining industry are reviewed. Emphasis is placed on their application to metal‐and asphaltene‐containing heavy oils. Feed pretreatment by solvent deasphalting is discussed and the manufacture of syncrude from tar sands is considered. New developments for conversion of heavy oils are outlined. The future production of shale oil and of transportation fuels from oil shale is briefly treated.
Herstellung von Fahrbenzin aus Kohle oder Erdgas
Authors: Cornelius Gerhard , Hilsebein Wolfgang , Supp Emil 
Published: December 2004

AbstractProduction of petrol from coal and natural gas. This article assumes an adequate knowledge of the Fischer‐Tropsch process in its original form and as its modern variant, the Synthol process, and adopts the view that coal hydrogenation will only become implementable on an industrial scale in the early 1990. In detail, it considers the integration of the Mobil MTG process in the proven area of methanol production; operation of pilot plant has shown that this process is indeed suitable for industrial scale operation. The production of methanol from natural gas and coal is discussed, as is the subsequent conversion of methanol to petrol; emphasis is placed on the best possible integration of all process plant. Apart from the conventional steam reforming route for methanol production from natural gas, the alternative approach of combing a steam reforming plant with an autothermal cleavage step is also considered; the latter leads to a significant increase in efficiency and a reduction in investment costs. It is also shown for coal as raw material that simultaneous generation of petrol and SNG has considerable advantages of a thermal and financial nature. The principal process steps are described after the manner of keywords and the product costs are presented as functions of the various raw material costs.
Trend in der Rektifiziertechnik: Energie‐Einsparung
Authors: Schlüter Lothar , Schmidt Rudolf 
Published: December 2004

AbstractPresent tendency in rectification: energy economizing. Rectification columns are the greatest consumers of energy in many chemical plants. Decreasing their energy consumption has been a long term aim in process engineering. These considerations have culminated, for example, in the splitting of a separation between two columns operating at different pressures to make an energy match feasible, the application of heat pumps, of intermediate evaporators and condensers, and also the joint execution of different separations in one column with several feeds and side streams. These ideas were formerly often thwarted by high investment costs and (supposed) reduced flexibility; in recent years, however, the design of complex plants with extensive energy matching has become commonplace. A prerequisite is the feasibility of calculating sufficiently exactly the necessary separation units; moreover, there is also a need for efficient column intervals and heat exchangers which can operate with small pressure drops and modest temperature gradients. A general energy‐saving strategy also leads to process modifications in other separation techniques such as liquid‐liquid extraction.
Entwicklung von Kristallisatoren
Authors: De Jong Esso J. 
Published: December 2004

AbstractDevelopment of crystallizers. The control of the crystallization kinetics and the spatial variation of the crystal mass are of decisive importance for the operation of industrial crystallizers. The influence of micro‐ and macro‐attrition is demonstrated with particular reference to collisions with impeller blades and to breakage of crystals between impeller and draft tube. Spatial variations of supersaturation and crystal mass within the crystallizer have been shown to influence crystal size distribution. These variations are described by physical and mathematical models. Crystal size distributions measured in both pilot and industrial crystallizers show that simulation with the proposed models is very reliable. A model approach provides valuable support for the development of industrial crystallizers and also for the development of control using microprocessors.
Impuls‐ und Stoffaustausch in gasdurchströmten Schüttungen von Hochtemperatur‐Reaktoren und Schachtöfen
Authors: Kremer Hans , Rodenhäuser Fritz 
Published: December 2004

AbstractMomentum and mass transfer in packed beds subject to gas flow in high‐temperature reactors and shaft furnaces. Dependable design of fixed and traveling bed reactors operating at high temperatures requires a detailed knowledge of heat and mass transfer at the solid surface and precise information about the pressure and gas velocity distribution inside the fixed bed. Special interest is focussed on the mixing of different component streams in some packed beds. The mixing depends on several parameters, such as particle size, bed length and diameter, configuration of junction points, and mass flow ratio of the individual gas streams. A general view summarizes our present knowledge of physical models of momentum and mass transfer and of mathematical descriptions of processes occurring in packed beds in terms of technical geometry (three‐dimensional array). In particular, possibilities of calculating the dispersion in complex packed beds through which flow take place are displayed. In this connection it is shown there are still some unsolved problems.
Gas‐Trennung mit Membranen
Authors: Schulz Günter , Michele Helmut , Werner Udo 
Published: December 2004

AbstractGas Separation with membranes. Gas separation with membranes has already been tested in numerous fields of application, e. g. uranium enrichment or H2 separation. In many of these processes the mass transfer units, so‐called permeators, have to be connected in tandem in order to achieve high concentrations. A most economical operating method provides for each case an optimization of the cascades with regard to the membrane materials, construction and design of module. By utilization of the concentration gradient along the membrane a new process development has been accomplished – the continuously operating membrane rectification unit. Investment and operating costs can be reduced considerably for a number of separating processes by combining a membrane rectification unit with a conventional recycling cascade. However, the new procedure requires that the specifications for the module construction, flow design, and membrane properties be reconsidered.
Offene Probleme in der Rührtechnik
Authors: Kipke Klausdieter 
Published: December 2004

AbstractOpen problems in stirring technology. In this article, an attempt is made to show those problems which still have to be solved largely by empirical methods. The list of problems is by no means complete, and many of them may still not be regarded as a problem by specialists. Nevertheless, the problems of stirring technology are shown in the framework of its development to date in order to indicate possible developments for the near future. Thus greater attention to fluid mechanics (turbulence, non‐Newtonian liquids, large volume flow) could be of advantage. Simplified model concepts which analytically describe at least part of the complex stirring and mixing process are desirable. Departure from frequently uncritical application of dimensional analysis and inclusion of flow mechanics and chemical engineering reasons for ensuring mechanical loads would help to solve many a problem.
Einsatzkriterien für Dekanter
Authors: Alt Christian , Gösele Walter 
Published: December 2004

AbstractCriteria for the use of decanters. This survey intends to help the chemical engineer having no special prior knowledge to consider the development of a decanter and where appropriate to conduct design experiments with the aid of a producer and a hired machine. In compliance with the various stages involved in process design, the first section relates to general guidelines, the second one to laboratory experiments, and the third one to pilot experiments. The fourth section then summarizes the possible inferences of the individual experiments, and demontrates the gaps in our present knowledge.