ISBN: 3-540-64639-6
TITLE: Rhrtechnik
AUTHOR: Zlokarnik, Marko
TOC:

Symbolverzeichnis XVI 
1 Rhren, allgemein 1 
1.1 Rhraufgaben 1 
1.2 Rhrausrstungen 2 
1.2.1 Rhrbehlter und deren Einbauten 2 
1.2.2 Rhrertypen und ihre Wirkungsweise 4 
1.2.3 Dsen und Gaszerteiler 10 
1.2.4 Abdichtung von Rhrerwellen 11 
1.3 Mechanische Belastung 13 
1.3.1 Belastung von Stromstrern 13 
1.3.2 Belastung von Rhrorganen 14 
1.3.3 Behlterschwingungen 14 
1.3.4 Verschlei von Rhrorganen 14 
1.3.5 Scherbeanspruchung des Rhrgutes 15 
1.4 Strmung und Turbulenz 19 
1.4.1 Einfhrung 19 
1.4.2 Statistische Theorie der Turbulenz 20 
1.4.2.1 Beschreibung der turbulenten Strmung 22 
1.4.2.2 Energie-Spektren 24 
1.4.3 Experimentelle Ermittlung des Strmungszustandes 
und seine mathematische Modellierung 26 
1.4.3.1 Homogenes Stoffsystem 26 
1.4.3.2 Heterogenes Stoffsystem G/L 31 
1.4.3.3 Heterogenes Stoffsystem L/L 31 
1.4.4 Flssigkeitsfrderung von Rhrern 32 
1.4.5 Oberflchenbewegung 33 
1.4.5.1 Trombenbildung 33 
1.4.5.2 Trombenbegasung 36 
1.4.6 Mikromischung und Reaktion 37 
1.4.6.1 Einfhrung 37 
1.4.6.2 Theoretische Vorausberechnung der Mikromischung 40 
1.4.6.3 Chemische Reaktionen zur Ermittlung der Mikromischung 42 
1.4.6.4 Experimentelle Bestimmung der Mikromischung 45 
1.5 Kurze Einfhrung in die Rheologie 47 
1.5.1 Newtonsche Flssigkeiten 47 
1.5.2 Nicht-Newtonsche Flssigkeiten 48 
1.5.3 Dimensionslose Darstellung von Stoff-Funktionen 55 
1.6 Kurze Einfhrung in die Dimensionsanalyse 
und in die Modellbertragung 58 
1.6.1 Einfhrung 58 
1.6.2 Dimensionsanalyse 59 
1.6.2.1 Grundlage 59 
1.6.2.2 Dimensionen und physikalische Gren 59 
1.6.2.3 Grundgren und abgeleitete Gren; Dimensionskonstanten 59 
1.6.2.4 Dimensionssysteme 60 
1.6.2.5 Dimensionshomogenitt eines physikalischen Sachverhaltes 60 
1.6.2.6 Das pi-Theorem 63 
1.6.3 Erarbeitung von pi-Stzen mittels Matrizenrechnung 63 
1.6.3.1 Ermittlung der Relevanzliste des Problems 63 
1.6.3.2 Festlegung des sog. charakteristischen geometrischen 
Parameters 64 
1.6.3.3 Aufstellung und Lsung der Dimensionsmatrix 65 
1.6.3.4 Ermittlung der Proze-Charakteristik 66 
1.6.4 Grundlage der Modelltheorie und der Modellbertragung 67 
1.6.4.1 Modelltheorie 67 
1.6.4.2 Modellversuch und Modellbertragung 68 
1.6.5 Hinweise zur Relevanzliste und Versuchstechnik 69 
1.6.5.1 Bercksichtigung der Erdbeschleunigung g 69 
1.6.5.2 Einfhrung von Zwischengren 69 
1.6.5.3 Handhabung von Stoffsystemen mit unbekannten Stoffgren 70 
1.6.5.4 Versuchstechnik bei der Modellbertragung 70 
1.6.6 Schlufolgerungen 71 
1.6.6.1 Vorteile der Dimensionsanalyse 71 
1.6.6.2 Anwendbarkeitsbereich der Dimensionsanalyse 72 
2 Rhrleistung 73 
2.1 Rhrleistung in homogener Flssigkeit 73 
2.1.1 Newtonsche Flssigkeiten 73 
2.1.2 Nicht-Newtonsche Flssigkeiten 78 
2.2 Rhrleistung in begaster Flssigkeit 79 
2.2.1 Newtonsche Flssigkeiten 79 
2.2.2 Nicht-Newtonsche Flssigkeiten 87 
2.3 berflutungspunkt 90 
3 Homogenisieren 93 
3.1 Definition der Makro- und Mikromischung 93 
3.2 Definition des Mischungsgrades 94 
3.3 Bestimmung des Mischungsgrades und der Mischzeit 97 
3.3.1 Physikalische Memethoden 97 
3.3.2 Chemische Memethoden 98 
3.3.3 Mischungsgrad und molarer berschu 98 
3.4 Homogenisierungs-Charakteristiken 100 
3.4.1 Stoffsysteme ohne Dichte- und Viskosittsunterschiede 100 
3.4.2 Stoffsysteme mit Dichte- und Viskosittsunterschieden 105 
3.4.3 Nicht-Newtonsche Gemische 107 
3.5 Optimieren nach kleinster Mischarbeit 111 
3.6 Mastabsbertragung des Homogenisierprozesses 113 
3.7 Homogenisieren in Lagerbehltern 116 
3.7.1 Homogenisieren mit Propellern 116 
3.7.2 Homogenisieren mit Dsenstrahlen 117 
3.7.3 Homogenisieren mit aufsteigenden Gasblasen 118 
4 Begasen 120 
4.1 Einleitung 120 
4.2 Physikalische Grundlage des Stofftransportes 120 
4.2.1 Bestimmung der treibenden Kraft 120 
4.2.2 Temperaturabhngigkeit des k_L a 123 
4.2.3 Sttigungskonzentration c_S des Gases in der Flssigkeit 123 
4.2.4 Definition der charakteristischen Konzentrationsdifferenz Delta c 124 
4.2.5 Betrachtung des Absorptionsvorganges aus physikalischer 
und technischer Sicht 125 
4.3 Bestimmung von k_L a 126 
4.3.1 Instationre Memethoden 126 
4.3.1.1 Messung mit O_2-Elektroden 126 
4.3.1.2 Manometrische Methode 127 
4.3.1.3 Dynamische Ansprechmethoden 128 
4.3.2 Stationre Memethoden 128 
4.3.2.1 Sulfit-Methode 128 
4.3.2.2 Hydrazin-Methode 130 
4.3.2.3 Na_2SO_3-Zuspeisetechnik 131 
4.3.2.4 H_2O_2-Methode 131 
4.4 Stofftransport-Charakteristiken fr das System G/L 132 
4.4.1 Aufstellung der Stofftransport-Beziehung 132 
4.4.2 Stofftransport-Beziehung; Versuchsergebnisse 133 
4.4.3 Sorptions-Charakteristik im koaleszierenden System 
Wasser/Luft 134 
4.4.4 Sorptions-Charakteristik in koaleszenzgehemmten Systemen 137 
4.4.5 Sorptions-Charakteristik in rheologischen Stoffsystemen 138 
4.4.6 Sorptions-Charakteristik in biologischen Stoffsystemen 143 
4.5 Volumenbezogene Phasengrenzflche a 144 
4.5.1 Definition von a 144 
4.5.2 Bestimmung von a 145 
4.5.2.1 Physikalische Methoden 145 
4.5.2.2 Chemische Methoden 145 
4.5.3 Prozebeziehungen fr a 145 
4.6 Gasanteil in der Flssigkeit (Gas hold-up) 146 
4.6.1 Definition von epsilon 147 
4.6.2 Bestimmung von epsilon 147 
4.6.3 Prozebeziehungen fr epsilon 148 
4.7 Der Gasblasendurchmesser und sein Einflu auf k_L 148 
4.8 Gas-Absorption in l/Wasser-Dispersionen 153 
4.9 Chemisorption 154 
4.10 Blasenkoaleszenz 157 
4.11 Schaumzerstrung 168 
4.11.1 Methoden und Vorrichtungen zur Schaumzerstrung 168 
4.11.2 Schaumzentrifuge und Schaumturbine 169 
4.11.3 Mindest-Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 170 
4.11.4 Proze-Charakteristik des Schaumzerstrers 
und seine Dimensionierung 172 
4.12 Spezielle Begasungstechniken 174 
4.12.1 Hohlrhrer 174 
4.12.1.1 Einsatzgebiete 175 
4.12.1.2 Sog-, Leistungs- und Effizienz-Charakteristik 176 
4.12.1.3 Gegenberstellung Hohlrhrer  Scheibenrhrer 178 
4.12.1.4 Sorptions-Charakteristiken 180 
4.12.2 Oberflchenbelfter 180 
4.12.2.1 Kreiselbelfter 181 
4.12.2.2 Leistungs-Charakteristik 181 
4.12.2.3 Sorptions-Charakteristik 183 
4.12.2.4 Wasserstrahlbelfter 185 
4.12.2.5 Liegende Zylinder mit waagerechter Rhrwelle 186 
4.12.3 Gaszerteiler 189 
4.12.3.1 Fritten und Lochbden 189 
4.12.3.2 Zweistoffdsen/Injektoren 190 
4.12.3.3 Trichterdse als Ejektor 194 
5 Aufwirbeln im System S/L 195 
5.1 Klassifizierung des Aufwirbelungszustandes 195 
5.1.1 Vollstndige Aufwirbelung 195 
5.1.2 Homogene Suspension 196 
5.2 Feststoffverteilung beim Aufwirbeln 197 
5.3 Aufwirbelungs-Charakteristiken 200 
5.3.1 Relevanzlisten und pi-Rume 200 
5.3.1.1 Spezifizierung nach der Art der Zielgre n_x 200 
5.3.1.2 Spezifizierung nach der Partikeleigenschaft: d_p und/oder w_{ss} 200 
5.3.2 Aufwirbelungs-Charakteristiken mit d_p als charakteristische 
Partikelabmessung 201 
5.3.2.1 Die Relevanzliste und der pi-Raum 201 
5.3.2.2 Die Proze-Beziehung 202 
5.3.2.3 Leistungsbedarf beim Aufwirbeln 204 
5.3.2.4 Leistungsbedarf bei der kritischen Rhrerdrehzahl n_x 205 
5.3.2.5 Modellbertragung beim Aufwirbeln nach dem Kriterium n_x 205 
5.3.3 Aufwirbelungs-Charakteristik mit w_{ss} als charakteristische 
Partikeleigenschaft 206 
5.3.3.1 Bestimmung der Partikel-Sinkgeschwindigkeit im Schwarm w_{ss} 206 
5.3.3.2 Die Relevanzliste und der pi-Raum 208 
5.3.3.3 Die Proze-Beziehung 209 
5.3.3.4 Abschlieende dimensionsanalytische Betrachtung 218 
5.3.3.5 Festlegung der Mastabsbertragungs-Kriterien 218 
5.3.4 Aufwirbelungs-Charakteristik mit der Energiedissipations- 
Kennzahl E* 219 
5.3.5 Einflu geometrischer und apparativer Gegebenheiten 
auf die Aufwirbelungs-Charakteristik 221 
5.4 Homogenisieren der Flssigkeit im System S/L 223 
5.5 Stofftransport im System S/L 224 
5.5.1 Physikalische Grundlage des Stofftransportes im System S/L 224 
5.5.2 Proze-Charakteristiken des Stofftransportes im System S/L 225 
5.6 Aufwirbeln im System S/L/G: Hydrodynamik 
und Leistungsbedarf 228 
5.7 Stofftransport im System S/L/G 228 
6 Dispergieren im System L/L 230 
6.1 Die kleinste Rhrerdrehzahl zum Dispergieren 230 
6.2 Dispergier-Charakteristik 232 
6.2.1 Die Zielgre d_{32} 232 
6.2.2 Koaleszenzproze im System L/L 232 
6.2.3 Bestimmungsmethoden fr d32 233 
6.2.4 Dimensionsanalytische Formulierung 233 
6.2.5 Die Proze-Charakteristiken 234 
6.2.6 Einflu von Koaleszenzneigung und von phi_{V} 236 
6.2.7 Einflu der Viskositt 237 
6.2.8 Einflu der Rhrdauer 238 
6.3 Tropfengrenverteilungen 238 
6.3.1 Grundbegriffe 238 
6.3.2 Einflu der Rhrerdrehzahl 239 
6.3.3 Einflu des Rhrertyps und des Stoffsystems 240 
6.3.4 Einflu der Rhrdauer 245 
6.4 Rhrleistung beim Dispergieren 247 
6.5 Modellbertragung beim Dispergieren 247 
6.6 Stoff- und Wrmeaustausch beim Dispergieren 248 
6.7 Modellieren des Dispergiervorganges 251 
7 Intensivieren des Wrmetransportes durch Rhren 256 
7.1 Physikalische Grundlage des Wrmetransportes 256 
7.1.1 Bestimmung von alpha_i 257 
7.1.2 Dimensionsanalytische Beschreibung 257 
7.2 Wrmetransport zwischen der homogenen Flssigkeit 
und der Wrmebertragungsflche 259 
7.2.1 Strmungsbereich Re = 10^210^6 259 
7.2.2 Strmungsbereich Re < 10^2 261 
7.3 Verallgemeinerte Darstellung der Wrmetransport- 
Charakteristik durch das Hinzuziehen der volumen- 
bezogenen Rhrleistung 266 
7.4 Einflu des Vis-Termes 267 
7.4.1 Bercksichtigung nicht-Newtonscher Viskositt 268 
7.5 Optimieren von Rhrern fr eine maximale Abfuhr 
der Reaktionswrme 271 
7.6 Wrmetransport beim Stoffsystem G/L 273 
7.6.1 Dimensionsanalytische Beschreibung 274 
7.7 Wrmetransport beim Stoffsystem S/L 276 
7.7.1 Direkter Wrmeaustausch Eiswrfel/Wasser 276 
7.7.2 Indirekter Wrmeaustausch bei Delta rho > 0 276 
7.7.3 Indirekter Wrmeaustausch bei Delta rho approx 0 277 
7.8 Wrmetransport beim Stoffsystem L/L 279 
7.8.1 Direkter Wrmeaustausch 279 
7.8.2 Indirekter Wrmeaustausch 279 
7.9 Wrmetransport beim Stoffsystem G/L/S 280 
8 Mischen und Rhren in Rohren 281 
8.1 Mischen und Homogenisieren 281 
8.1.1 Gerades, glattes oder rauhes Rohr ohne Einbauten 281 
8.1.2 Rohre mit Dsen (Strahlmischer) oder ffnungen (T-Stck) 283 
8.1.2.1 Strahlmischer 283 
8.1.2.2 T-Stck 285 
8.1.3 Strmungsumlenkende Einbauten ("statische Mischer") 286 
8.2 Stofftransport G/L 290 
8.2.1 Stofftransport in der Rohrstrmung 290 
8.2.2 Stofftransport in Rohren mit statischen Mischern 290 
8.3 Wrmetransport 291 
8.3.1 Stofftransport in der Rohrstrmung 291 
8.3.2 Stofftransport in Rohren mit statischen Mischern 292 
8.4 Dispergieren L/L 294 
8.4.1 Dispergieren in der Rohrstrmung 294 
8.4.2 Dispergieren in Rohren mit statischen Mischern 295 
8.5 Mikromischung und chemische Reaktion 297 
8.5.1 Rohrstrmung 297 
8.5.2 Rohr mit Strahlmischer 299 
8.5.3 Rohr mit statischen Mischern 300 
8.6 Modellieren des Mischvorganges 303 
8.6.1 Rohrstrmung 303 
8.6.2 Rohr mit T-Stck 303 
8.6.3 Rohr mit statischen Mischern 304 
8.7 Rhren in Rohren: Rhrkolonnen 305 
Literatur 309 
Sachverzeichnis 337 
END
