Praktikum Thermische Trennverfahren

Nummer

B016

Leitung

Arndt Arns, arndt.arns@fhnw.ch

ECTS

3.0

Unterrichtssprache

Deutsch

Lernziele/Kompetenzen

Studierende….

verstehen die Funktionsweise der thermischen Trennmethoden Destillation, Rektifikation, Extraktion, Pervaporation, Trocknung
verstehen die Grundlagen der Phasengleichgewichte sowie des Wärme- und Stoffaustausches.
können verschiedene Einheitsoperationen der thermischen Trenntechnik in Versuchen an.
können zu jedem Versuch, den sie durchführen, einen Versuchsbericht mit Auswertung der Ergebnisse und eine konstriktive Diskussion erstellen.

Inhalt

Destillation

Phasengleichgewichte, Raoult, Dalton, einfache Destillation und spezielle Anwendungen mit Rayleigscher Gleichung für Fallfilm- und Dünnschichtverdampfung

Rektifikation

mit totalem Rücklauf und teilweiser Entnahme
Stufenbestimmungen mit Mc Cabe Thiele Diagramm
Ideale und reale Stoffgemische

Pervaporation

Absolutieren von Alkohol und Lösemittel
Bestimmung von Rückhalt und Selektivität
Azeotrope Stoffgemische

Extraktion (Solvent-Extraktion)

Phasengleichgewichte mit Mischungslücken
Darstellung im Gibb’schen Dreieck
Nernst’sche Verteilung und stufenweise Gegenstrom-Extraktion mit Bilanzgerade und Gleichgewichtskurve.

Wärmeaustausch

Wärmeübergangsarten
Wärmedurchgangskoeffizient und seine Komponenten bei Wärmedurchgang durch eine geometrische Wand
dimensionslose Kennzahlen zur Bestimmung der Wärmeübertragung.
Aufheiz- und Abkühlzeiten bei konstantem Energieaustausch, bei einseitig konstanter Temperatur oder bei beidseits sich ändernder Temperatur.

Stoffaustausch

Anwendung des Henry’schen Gesetzes
Bestimmung des Stoffdurchgangskoeffizienten kla bei Gasblasen in Flüssigkeiten
Bestimmung des Stoffdurchgangskoeffizienten kWT für Gase, Flüssigkeiten oder gelöste Stoffe bei Sättigungs- oder Abklingvorgängen.

Trocknen

Anwendung des Mollier-Diagramms beim Trocknen wasserfeuchter Feststoffe.
Trocknungsphasen: Verdampfung von Oberflächenfeuchte, Kapillarfeuchte und Kristallfeuchte
Einsatz von Schaufeltrockner, Sprühtrockner, Hordentrockner, Filtertrockner …

Erforderliche Vorkenntnisse

Analysis I Studierende

verstehen den Funktionsbegriff (und können ihn adäquat anwenden…)
verstehen das Konzept einer Ableitung sowie einer Integration
kennen die Grundrechenregeln der Differential- und Integralrechnung
können die erlernten Regeln und Konzepte der Differential- und Integralrechnung auf praktische Problemstellungen, wie Linearisierung, Bestimmung von Extremwerten, anwenden
können die theoretischen Konzepte in Matlab und/oder Excel implementieren

Physikalische Chemie I Studierende

verstehen die Grundbegriffe der Physikalischen Chemie (wie z.B System und Umgebung, intensive und extensive Zustandsgrössen, Aggregatzustände, physikalische Grössen) und können diese adäquat anwenden
verstehen die wichtigsten Aspekte aus dem Gebiet der Gase (ideale, reale Gase und Gasmischungen)
können die erlernten Konzepte aus dem Gebiet der Gase (wie z.B. Gasgesetze, kinetische Gastheorie, molekulare Bewegungen, Phasendiagramme) auf praktische Problemstellungen in Form von Übungsaufgaben anwenden/ implementieren
verstehen die Begriffe der Thermodynamik (wie z.B. Arbeit, Wärme, Energie, Enthalpie, Zustandsänderungen) und der Thermochemie (wie z.B. Enthalpie von Phasenübergängen, Enthalpieänderungen bei chemischen Reaktionen, Kreisprozesse) und können diese an Beispielen erklären
können die erlernten Konzepte der Thermodynamik (1. Hauptsatz) und der Thermochemie (Standardübergangsenthalpien, Reaktionsenthalpie Kreisprozesse) auf praktische Problemstellungen in Form von Übungsaufgaben anwenden.

Wärme und Stoffübertragung Studierende

verstehen die grundlegenden Arten der Wärme- und Stoffübertragung (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) und können diese auf einfachere Systeme in Natur und Technik anwenden.
können Wärme- und Stoffbilanzen erstellen und die relevanten Stoffeigenschaften beschaffen, bzw. sind in der Lage für technisch relevante Anwendungen die benötigten Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten zu berechnen.
können die benötigte Fläche von Wärmaustauschern für verschiedene Stromführungen auch unter Berücksichtigung von Phasenübergängen (Sieden, Kondensation) berechnen.

Bibliographie/Literatur

Das Kursmaterial steht auf Moodle zur Verfügung

Aufgabenstellungen
Arbeitsordner mit relevanten Vorlesungsskripten und Literaturangaben Organisatorisches zum Praktikum

Lehr- und Lernmethoden

Gruppenarbeiten bestehend aus:

Theoretische Vorbereitung
Besprechung des Versuchs vor der praktischen Ausführung mit dem Aufgabensteller
Praktischer Versuch
Auswertung und Berichterstattung
Gegenlesen von Berichten und Überarbeitung des eigenen Berichtes

Leistungsbewertung

Jede Praktikumsarbeit wird mit einer Note bewertet. Die Praktikumsbewertung ergibt sich aus dem Durchschnitt der Einzelarbeiten einer Gruppe oder einer Person.

Bemerkungen

Blockmodul in SW 15/16 (Frühjahr-Semester)