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Mechanische Verfahrenstechnik und ihre GesetzmäßigkeitenWalter MüllerISBN: 978-3-11-034344-1

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Abbildungsübersicht / List of Figures

Tabellenübersicht / List of Tables

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Abb. 1.1: Verfahrensschritte in einem typischen Prozess

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Abb. 1.2: Mechanische Verfahren innerhalb der Verfahrenstechnik

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Tab. 2.1: Beispiele für disperse Systeme

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Abb. 2.1: Problematik bei der Durchmesserbestimmung

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Tab. 2.2: Gebräuchliche Äquivalentdurchmesser

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Abb. 2.2: Vergleich einiger Äquivalentdurchmesser

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Tab. 2.3: Formfaktoren für einige Partikelformen

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Abb. 2.3: Durchgangssummenkurve (Qr) und Rückstandssummenkurve (1 – Qr)

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Abb. 2.4: Verteilungsdichtekurve

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Tab. 2.4: Mengenarten

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Abb. 2.5: Standardverteilungen

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Abb. 2.6: Zusammenstellung der Verfahren zur Partikelgrößenanalyse

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Abb. 2-E1 Probenahme in ruhenden Schüttungen

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Abb. 2-E2 Probenteilung

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Abb. 2.7: Flächengleicher Kreis bei der Bildanalyse

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Abb. 2.8: On-line-Partikelanalyse in der Produktion

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Abb. 2.9: Streulichtzähler

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Abb. 2.10: Prinzip des Laserbeugungsspektrometers

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Abb. 2.11: Prinzip des Coulter Counter® (Fa. Coulter Electronics)

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Abb. 2.12: Siebturm für die Analysensiebung

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Abb. 2.13: Sichtanalyse (Fliehkraft-Gegenstromprinzip)

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Abb. 2.14: Sedimentationsanalyse im Schwerkraftfeld

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Abb. 2.15: Gemessene Oberflächen bei Permeations- (links) und Gasadsorptionsverfahren (rechts)

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Abb. 3.1: Materialbilanzierung bei einem kontinuierlichen Prozess

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Tab. 3.1: Formelbuchstaben und Indizes

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Abb. 3.2: Bilanzierung von Trenn- und Mischvorgängen

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Abb. 3.3: Bilanzierung eines mechanischen Abscheidevorgangs

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Abb. 3.4: Ideale Trennung im Verteilungsdiagramm

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Abb. 3.5: Reale Trennung im Verteilungsdiagramm

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Abb. 3.6: Ideale Teilung im Verteilungsdiagramm

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Abb. 3.7: Verteilungsdiagramm (oben) und Trenngradkurve (unten)

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Abb. 3.8: Trennung, Teilung und Trennschärfe im Trenngraddiagramm

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Abb. 3.9: Anfangsstreuung in Abhängigkeit vom Erwartungswert (Mischungszusammensetzung)

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Abb. 3.10: Definition von Homogenität

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Abb. 3.11: Bestimmung der Homogenisierzeit θ

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Abb. 4.1: Kräftegleichgewicht an einer Partikel im Schwerefeld

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Abb. 4-E1: Strömungsbilder bei der Umströmung einer Kugel

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Abb. 4-E2: Überlagerung von Reibungs- und Druckwiderstand

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Abb. 4.2: Widerstandsbeiwert von Kugeln als Funktion der Reynoldszahl (nach [6])

Kurve a: tatsächlicher Verlauf

Kurve b: Kaskas-Gleichung (4.10)

Kurve c: Stokes-Gleichung (4.8)

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Abb. 4-E3: Geschwindigkeitsfelder in laminarer und turbulenter Strömung

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Abb. 4-E4: Strömungsprofile bei laminarer und turbulenter Grenzschicht

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Abb. 4.3: Blasen- und Tropfenformen

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Abb. 4.4: Modell eines Ölabscheiders

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Abb. 4.5: Modell eines Sedimenters

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Abb. 4.6: Lamellenklärer

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Abb. 4.7: Geschwindigkeitsverhältnis als Funktion des Feststoffvolumenanteils (nach [6])

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Abb. 4.8: Modell eines Windsichters

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Abb. 4.9: Modell einer Staubkammer

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Abb. 4.10: Aufstromklassierer

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Abb. 4.11: Kräftegleichgewicht im Zentrifugalfeld

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Abb. 4.12: Radialgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit

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Abb. 4.13: Erzeugung von Umfangsgeschwindigkeitsfeldern

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Abb. 4.14: Abhängigkeit der Radialgeschwindigkeit vom Radius

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Abb. 4.15: Überlagerung von Potential- und Senkenströmung

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Abb. 4.16: Verhältnisse in einer Überlaufzentrifuge

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Abb. 4.17: Bauarten von Vollmantelzentrifugen

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Abb. 4.18: Strömung in einem Zyklon

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Abb. 4.19: Partikelbahnen in einer Zyklonebene

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Abb. 4.20: Ermittlung der Wirbelstärke am Zykloneintritt

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Abb. 4.21: Bestimmung der optimalen Gasgeschwindigkeit

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Abb. 4.22: Strömung in einem Hydrozyklon

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Abb. 4.23: Verhinderung des Mitreißens von Tropfen durch eine Schürze

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Abb. 4.24: Stabkorbsichter

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Abb. 4.25: Trennkorndurchmesser in einem Abweiseradsichter

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Abb. 4.26: Bauarten von Elektroentstaubern

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Abb. 4.27: Abscheideprinzip in einem Elektroentstauber

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Abb. 4.28: Bahnkurven der Partikeln in einem Plattenentstauber

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Abb. 4.29: Bahnkurven in einem Röhrenentstauber

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Abb. 4.30: Theoretische Bahnkurven in Abhängigkeit vom Eintrittsradius (nach [6])

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Abb. 4.31: Modell zur Herleitung der Deutsch-Formel

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Abb. 5.1: Unterschiedliche Partikelschichten

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Abb. 5.2: Typische Partikelformen in Schüttungen

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Abb. 5.3: Unterschiedliche Porositäten bei feinen Partikeln (links) und breiten Verteilungen (rechts)

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Abb. 5-E1 Bestimmung von Widerstandsbeiwerten

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Abb. 5-E2 Typischer Verlauf des Widerstandsbeiwertes

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Abb. 5.4: Herleitung des hydraulischen Durchmessers bei Schüttungen

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Abb. 5-E3 Herleitung des hydraulischen Durchmesses bei nicht-kreisförmigen Querschnitten

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Abb. 5.5: Modell der Kuchenfiltration

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Abb. 5.6: Druckdifferenz in Abhängigkeit von der Filtrationszeit bei konstantem Volumenstrom

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Abb. 5.7: Filtratvolumen in Abhängigkeit von der Filtrationszeit bei konstanter Druckdifferenz

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Abb. 5.8: Aufbau einer Rahmenfilterpresse

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Abb. 5.9: Zusammenpressen und Entleeren des Plattenpakets

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Abb. 5.10: Filtratanfall bei mehreren Filtrationsphasen mit Totzeiten

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Abb. 5.11: Gegenüberstellung von Druck- und Vakuumfiltration

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Abb. 5.12: Bauarten kontinuierlicher Vakuumfilter

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Abb. 5.13: Bandfilter mit dreistufiger Gegenstromwäsche

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Abb. 5.14: Kuchenwachstum auf einem Bandfilter

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Abb. 5.15: Aufbau eines Vakuum-Trommelfilters

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Abb. 5.16: Schälzentrifuge

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Abb. 5.17: Rechenmodell für eine Filterzentrifuge

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Abb. 5.18: Filterprinzipien bei Staubfiltern

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Abb. 5.19: Periodischer Abreinigungsbetrieb eines Staubfilters

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Abb. 5.20: Filterschlauch und Filtertasche

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Abb. 5.21: Zustände einer Wirbelschicht bei verschiedenen Anströmgeschwindigkeiten

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Abb. 5.22: Reynoldszahl am Lockerungspunkt in Abhängigkeit von der Ar-Zahl (nach [6])

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Abb. 5.23: Aufbau von Druck- und Saugförderanlagen

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Abb. 5.24: Förderzustände bei pneumatischer Feststoffförderung

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Abb. 5.25: Zustandsdiagramm einer pneumatischen Förderanlage

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Abb. 5.26: Druckverhältnisse in einem Schüttgutpfropfen

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Abb. 5-E4 Spannungsverlauf in einem Feststoffsilo

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Abb. 5.27: Nebenluftsysteme

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Abb. 5.28: Auslegungsparameter für verschiedene Feststoffe in Abhängigkeit von der Froude-Zahl

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Abb. 6.1: Gitterbindungen in Festkörpern

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Abb. 6.2: Spannungs-Dehnungs-Kurve für verschiedene Materialien

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Abb. 6-E1 Zerkleinern unterschiedlicher Stoffe

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Abb. 6.3: Modell zur Rissausbreitung

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Abb. 6.4: Spezifische Zerkleinerungsarbeit in Abhängigkeit von der Korngröße

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Abb. 6.5: Beanspruchungsarten von Einzelkörnern

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Abb. 6.6: Beanspruchungsarten bei Druckzerkleinerung

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Abb. 6.7: Bruchbild bei Druckbeanspruchung eines kugelförmigen Korns

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Abb. 6.8: Prinzip eines Backenbrechers

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Abb. 6.9: Berechnung des maximalen Öffnungswinkels beim Backenbrecher

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Abb. 6.10: Prinzip eines Kegelbrechers

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Abb. 6.11: Prinzip einer Walzenmühle

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Abb. 6.12: Walzenbrecher und Walzenmühlen

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Abb. 6.13: Prinzip einer Wälzmühle

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Abb. 6.14: Maschinen zur Schlagzerkleinerung

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Abb. 6.15: Bewegungszustände in Mahlkörpermühlen

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Abb. 6.16: Bestimmung des Schwerpunktes der Mahlkörperfüllung

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Abb. 6.17: Bruchbild bei Prallbeanspruchung eines kugelförmigen Korns

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Abb. 6.18: Vergleich der Kornverteilungen bei Druck- und Prallzerkleinerung

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Abb. 6.19: Bruchbild bei der Prallbeanspruchung nicht-spröder Materialien

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Abb. 6.20: Prinzip eines Hammerbrechers

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Abb. 6.21: Stiftmühle

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Abb. 6.22: Prinzip einer Strahlmühle

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Abb. 6.23: Kornbeanspruchung bei Schneidzerkleinerung

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Abb. 6.24: Prinzip einer Schneidmühle

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Abb. 6-E2 Modell zur Bestimmung der Oberflächenspannung

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Abb. 6.25: Bereiche des Strahlzerfalls bei der Bildung von Tropfen

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Abb. 6.26: Bildung von Tropfen durch Lamellenzerfall

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Abb. 6.27: Zerstäuberdüsen

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Abb. 6.28: Zweistoffdüse

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Abb. 6.29: Hohlkegeldüsen

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Abb. 6.30: Fliehkraftzerstäubung

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Abb. 6.31: Tropfenaufbruch in laminarer Strömung

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Abb. 6.32: Kritische laminare Weberzahl in Abhängigkeit vom Viskositätsverhältnis (nach [28])

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Abb. 6.33: Wirkungsweise von Emulgatoren

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Abb. 6.34: Zahnscheibenrührer

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Abb. 6.35: Kolloidmühle

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Abb. 6.36: Zahnkranz-Homogenisator

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Abb. 6.37: Hochdruck-Homogenisator

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Abb. 6.38: Mechanismen und Verfahren der Agglomeration

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Abb. 6.39: Bandsinterapparat

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Abb. 6.40: Aufbauagglomeration

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Abb. 6.41: Granulation in der Wirbelschicht

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Abb. 6.42: Bindungskräfte durch Flüssigkeitsbrücken

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Abb. 6-E3 Benetzung von Oberflächen durch Flüssigkeiten

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Abb. 6.43: Haftkräfte in Agglomeraten abhängig von ihrer Sättigung mit Flüssigkeit

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Abb. 6-E4 Bestimmung der kapillaren Steighöhe

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Abb. 6.44: Granulieren im Rollbett

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Abb. 6.45: Granulierkreislauf mit Rezirkulation von Über- und Unterkorn

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Abb. 6.46: Granulieren in der Wirbelschicht

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Abb. 6.47: Haftkräfte in Abhängigkeit vom Partikelabstand

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Abb. 6.48: Maschinen zur Pressagglomeration

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Abb. 7.1: Überblick über die Mischtechnik

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Abb. 7.2: Idealisierter Homogenisiervorgang

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Abb. 7.3: Homogenisiermechanismen

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Abb. 7-E1 Stofftransport durch Diffusion

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Abb. 7.4: Prinzip des Multiflux-Mischers

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Abb. 7.5: Turbulenzsteigernde Einbauten in Rohrleitungen

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Abb. 7.6: Primärströmung in Rührbehältern

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Abb. 7.7: Lokale Energieverteilung bei verschiedenen Rührorganen (nach [29])

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Abb. 7.8: Auswahl und Kennwerte gebräuchlicher Rührertypen

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Tab. 7.1: Einflussgrößen beim Homogenisieren im Rührgefäß

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Tab. 7-T1: Einflussgrößen für den Strömungszustand in Fluiden

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Abb. 7.9: Leistungscharakteristik eines Rührers

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Abb. 7-E2 Oberflächenformen in Zentrifugen (links) und Rührgefäßen (rechts)

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Abb. 7.10: Leistungscharakteristika verschiedener Rührertypen

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Abb. 7.11: Mischzeit- oder Homogenisiercharakteristik

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Abb. 7.12: Optimierungsdiagramm zur Homogenisierung (nach Zlokarnik [35])

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Abb. 7.13: Suspendierzustände im Rührgefäß

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Abb. 7.14: Zustände bei der Begasung im Rührgefäß (nach [29])

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Abb. 7.15: Überflutungscharakteristik beim Begasen durch Rührer

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Abb. 7.16: Sorptionscharakteristik

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Abb. 7.17: Koaxiale Rühranordnung

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Abb. 7.18: Typische Größenordnungen bei der Maßstabsübertragung

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Abb. 7.19: Penney-Diagramm

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Abb. 7.20: Verlauf von Mischung und Entmischung bei körnigen Feststoffen

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Abb. 7.21: Bauarten von Feststoffmischern

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Abb. 7.22: Bauarten von Silomischern

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Abb. 7.23: Pneumatische Silomischer

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Abb. 7.24: Drehprobenteiler

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Abb. 7.25: Vergleichmäßigung in einer Siloanlage

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Abb. 7.26: Vergleichmäßigung bei Feststoffhalden

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