WEITERFÜHRENDE AUFGABEN UND EXPERIMENTE

Innovationen in der Chemie Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

Weiterführende Aufgaben und Experimente

Thema Niveau

Kapitel 3 Verfahrens- und Prozessinnovationen

Aufgabe 3.1 Fabriken der Zukunft – Chemieanlagen im Containerformat Sekundarstufe I/II

Aufgabe 3.2 Produkte aus dem 3D-Drucker Sekundarstufe I/II

Aufgabe 3.3 Quiz Sekundarstufe I/II

AUFGABE 3.1

Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

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Aufgabe 3.1: Fabriken der Zukunft – Chemieanlagen im Containerformat

Ressourcenknappheit, veränderte Konsumentenbedürfnisse oder neue Kundenwünsche führen dazu, dass in der chemischen Industrie neue Produkte innerhalb weniger Jahre verfübar sein müssen. Um wettbewerbsfähig zu sein, darf die Entwicklungszeit („time-to-market“) für solch innovative Güter nicht wesentlich länger als zwei bis drei Jahre betragen. Trotzdem muss das Produkt höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden.

Um diese Herausforderungen meistern zu können, muss die chemische Produktion der Zukunft Stoffe schnell, sicher, ressourceneffizient und vor allem flexibel herstellen und sich an veränderte Marktlagen und Kunden- bedürfnisse anpassen. Dazu hat ein führendes deutsches Chemieunternehmen gemeinsam mit weiteren Firmen- und Hochschulpartnern aus mehreren Ländern eine betriebsfertige Mini-Chemiefabrik entwickelt, die in einem Überseecontainer Platz hat (siehe Abbildung 3.1).

Sekundarstufe I/II

a) Beschreiben Sie den Aufbau einer Chemieanlage im Containerformat.

„Klein, aber oho“: alles, was für den kompletten Produktionsprozess nötig ist, ist auf engstem Raum untergebracht

Leitraum

Rieselanlage

Brandschutz-wände F30

RauchmelderGasdetektoren

Belüftung/Klimaanlage

Prozessraum

KameraLogistikraum

Platz für vier Intermediate-Bulk-Container (IBC)-Rohstoffbehälter

Einbindung vonBetriebsmitteln

Montageelemente für Apparate

Auffangwanne mit LecksensorSchleuse zum Prozess- und Leitraum

Abbildung 3.1: Aufbau einer Chemieanlage im Containerformat

Bildnachweis: Evonik Industries AG (mod.)

Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

AUFGABE 3.1

b) Recherchieren Sie unter den folgenden Stichworten, welche Vorteile eine solche Anlage im Vergleich zu einer großen, inflexiblen Chemieanlage bietet:

Containerbauweise Chemieanlagen Modularisierung Produktion Chemie F3-Factory

c) Recherchieren Sie, welche Produkte zurzeit in Containeranlagen produziert werden.

d)

Sekundarstufe I/II

Rätsel

Bilden Sie die richtigen Begriffspaare! (Mehrere Paarungen möglich!)

Sonderwünsche der Kunden

Produktion

Chemieanlagen im Containerformat

Marktlage

Wettbewerb

Ressourcenersparnis

Vernetzung

Miniaturisierung

Spezialisierung

Zeitvorteil

Flexibilität

geringere Kosten

Automatisierung

Optimierung

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Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

AUFGABE 3.2

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Aufgabe 3.2: Produkte aus dem 3D-Drucker

Sekundarstufe I/II

a) Beschreiben Sie anhand der Abbildung 3.2 das Funktionsprinzip eines 3D-Druckers. Begründen Sie, warum für die Fertigung einer Kunststoffsohle nur thermoplastische Kunststoffe infrage kommen.

Werkstück

Selektives Lasersintern (SLS)Pulver wird durch einen Laser verfestigt

Die Pulverrolle legt bei jedem Bauschritteine neue, dünne Pulverschicht von der Versorgungsplattformauf den Bauraum auf

Versorgungsplattform,mit Pulver befüllt

Verstellbare Spiegel fürdie Ausrichtung desLasers in der X- und der Y-Achse

Bauteile mit komplexen Formen sind möglich.Das lose Pulver in denZwischenräumen dientals Stützmaterial.Z-Achse

Optik

Werkstück

UV-Laser

Y-Achse

X-Achse

Abbildung 3.2: Phasen der additiven Fertigung am Beispiel des pulverbasierten Lasersinterns

Bildnachweis: https://www.protec3d.de/3d-drucken/ (mod., Abruf: 08/2018)

AUFGABE 3.2

Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

Sekundarstufe I/II

b) Recherchieren Sie, welche weiteren Produkte mit Hilfe der 3D-Drucktechnik hergestellt werden. Geben Sie an, welche Ausgangsmaterialien/Werkstoffe dazu genutzt werden können.

c) Der 3D-Druck gehört zu den additiven Fertigungsverfahren. Recherchieren Sie, was man unter „additiver Ferti-gung“ versteht. Nennen Sie Vorteile der additiven Fertigung.

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Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen

AUFGABE 3.3

Sekundarstufe I/II

Aufgabe 3.3:

3D-Drucker bauen Objekte Schicht für Schicht auf. Man bezeichnet dieses Verfahren auch als …?

A) Rapid Prototyping B) 3D-Typewriter

C) subtraktive Fertigung D) additive Fertigungrichtige Antwort

Quiz

Tragen Sie die richtige Antwort (A, B, C oder D) rechts ein

Digitale Technologien machen die Chemieproduktion …?

A) schneller B) schonender

C) schöner D) schlauerrichtige Antwort

Verkleinerte komplette Produktionsanlagen in der chemischen Industrie passen in …?

A) einen Hangar B) einen Tornister

C) einen Container D) einen Ozeandampferrichtige Antwort

In welcher Form liegt das Ausgangsmaterial beim „echten“ 3D-Druckverfahren vor?

A) als Flüssigkeit B) als Plasma

C) als Gas D) als Pulverrichtige Antwort

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