Technische Chemie E-Book

Manfred Baerns

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Seitenzahl: 1679

Beschreibung

Das grundlegende Lehrbuch der Technischen Chemie mit hohem Praxisbezug jetzt in der zweiten Auflage: * beschreibt didaktisch äußerst gelungen die Bereiche - chemische Reaktionstechnik, Grundoperationen, Verfahrensentwicklung sowie chemische Prozesse * alle Kapitel wurden komplett überarbeitet und aktualisiert * NEU: umfangreiches Kapitel über Katalyse als Schlüsseltechnologie in der chemischen Industrie. Homogene und Heterogene Katalyse, aber auch Biokatalyse werden ausführlich behandelt * zahlreiche Fragen als Zusatzmaterial für Studenten online auf Wiley-Vch erhältlich * unterstützt das Lernen durch zahlreiche im Text eingestreute Rechenbeispiele, inklusive Lösung * setzt neben einem grundlegenden chemischen Verständnis und Grundkenntnissen der Physikalischen Chemie und Mathematik kein Spezialwissen voraus Ideal für Studierende der Chemie, des Chemieingenieurwesens und der Verfahrenstechnik in Bachelor- und Masterstudiengängen.

Leseprobe

Contents

Cover

Half Title page

Title page

Copyright page

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

Die Autoren

Enzyklopädien und Nachschlagewerke zur Technischen Chemie

Symbolverzeichnis

Teil I: Einführung in die Technische Chemie

Chapter 1: Chemische Prozesse und chemische Industrie

1.1 Besonderheiten chemischer Prozesse

1.2 Chemie und Umwelt

1.3 Chemiewirtschaft

1.4 Struktur von Chemieunternehmen

1.5 Bedeutung von Forschung und Entwicklung für die chemische Industrie

1.6 Entwicklungstendenzen und Zukunftsaussichten der chemischen Industrie

Literatur

Chapter 2: Charakterisierung chemischer Produktionsverfahren

2.1 Laborverfahren und technische Verfahren

2.2 Gliederung chemischer Produktionsverfahren

2.3 Darstellung chemischer Verfahren und Anlagen durch Fließschemata

Literatur

Chapter 3: Katalyse als Schlüsseltechnologie der chemischen Industrie

3.1 Was ist Katalyse?

3.2 Arten von Katalysatoren

3.3 Besondere Anwendungsformen in homogener und heterogener Katalyse

Literatur

Teil II: Chemische Reaktionstechnik

Chapter 4: Grundlagen der Chemischen Reaktionstechnik

4.1 Grundbegriffe und Grundphänomene

4.2 Chemische Thermodynamik

4.3 Stoff- und Wärmetransportvorgänge

Literatur

Chapter 5: Kinetik chemischer Reaktionen

5.1 Mikrokinetik chemischer Reaktionen

5.2 Ermittlung der Kinetik chemischer Reaktionen

5.3 Makrokinetik chemischer Reaktionen – Zusammenwirken von chemischer Reaktion und Transportvorgängen

Literatur

Chapter 6: Chemische Reaktoren und deren reaktionstechnische Modellierung

6.1 Allgemeine Stoff- und Energiebilanzen

6.2 Absatzweise betriebene Rührkesselreaktoren

6.3 Halbkontinuierlich betriebene Rührkesselreaktoren

6.4 Kontinuierlich betriebener idealer Rührkesselreaktor

6.5 Ideale Strömungsrohrreaktoren

6.6 Kombination idealer Reaktoren

6.7 Reale homogene und quasihomogene Reaktoren

6.8 Reale Mehrphasenreaktoren

Literatur

Chapter 7: Auswahl und Auslegung chemischer Reaktoren

7.1 Reaktorauswahl und reaktionstechnische Optimierung

7.2 Thermische Prozesssicherheit

7.3 Mikrostrukturierte Reaktoren

Literatur

Teil III: Grundoperationen

Chapter 8: Thermodynamische Grundlagen für die Berechnung von Phasengleichgewichten

8.1 Phasengleichgewichtsbeziehung

8.2 Dampf-Flüssig-Gleichgewicht

8.3 Vorausberechnung von Phasengleichgewichten

8.4 Konzentrationsabhängigkeit des Trennfaktors binärer Systeme

8.5 Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht

8.6 Gaslöslichkeit

8.7 Fest-Flüssig-Gleichgewicht

8.8 Phasengleichgewicht für die überkritische Extraktion

8.9 Adsorptionsgleichgewichte

8.10 Osmotischer Druck

Literatur

Chapter 9: Auslegung thermischer Trennverfahren

9.1 Konzept der idealen Trennstufe

9.2 Realisierung mehrerer Trennstufen

9.3 Kontinuierliche Rektifikation

9.4 Trennung azeotroper und eng siedender Systeme

9.5 Reaktive Rektifikation

9.6 Zahl der Kolonnen und mögliche Trennsequenzen

9.7 Diskontinuierliche Rektifikation

9.8 Auslegung von Rektifikationskolonnen

9.9 Absorption

9.10 Flüssig-Flüssig-Extraktion

9.11 Fest-Flüssig-Extraktion

9.12 Extraktion mit überkritischen Fluiden

9.13 Kristallisation

9.14 Adsorption

9.15 Entfernung der Restfeuchten, Entwässern und Trocknen

9.16 Membrantrennverfahren

Literatur

Chapter 10: Mechanische Grundoperationen

10.1 Strömungslehre – Fluiddynamik in Reaktoren, Kolonnen und Rohrleitungen

10.2 Erzeugen von Förderströmen – Pumpen, Komprimieren, Evakuieren

10.3 Mischen fluider Phasen

10.4 Mechanische Trennverfahren

10.5 Verarbeiten von Feststoffen

Literatur

Teil IV: Verfahrensentwicklung

Chapter 11: Gesichtspunkte der Verfahrensauswahl

11.1 Das Konzept der Nachhaltigkeit

11.2 Stoffliche Gesichtspunkte (Rohstoffauswahl und Syntheseroute)

11.3 Energieaufwand

11.4 Sicherheit

11.5 Umweltschutz im Sinne der Nachhaltigkeit

11.6 Betriebsweise

Literatur

Chapter 12: Verfahrensgrundlagen

12.1 Ausgangssituation und Ablauf

12.2 Verfahrensinformationen

12.3 Stoff- und Energiebilanzen

12.4 Versuchsanlagen

12.5 Auswertung und Optimierung

Literatur

Chapter 13: Wirtschaftlichkeit von Verfahren und Produktionsanlagen

13.1 Erlöse, Kosten und Gewinn

13.2 Herstellkosten

13.3 Kapazitätsauslastung und Wirtschaftlichkeit

13.4 Wirtschaftlichkeit von Projekten

Literatur

Chapter 14: Planung und Bau von Anlagen

14.1 Projektablauf

14.2 Projektorganisation

14.3 Genehmigungsverfahren für Chemieanlagen

14.4 Anlagenplanung

14.5 Projektabwicklung

Literatur

Teil V: Chemische Prozesse

Chapter 15: Organische Rohstoffe

15.1 Erdöl

15.2 Erdgas

15.3 Kohle

15.4 Nachwachsende Rohstoffe

Literatur

Chapter 16: Organische Grundchemikalien

16.1 Alkane

16.2 Alkene

16.3 Aromaten

16.4 Acetylen

16.5 Synthesegas

Literatur

Chapter 17: Organische Zwischenprodukte

17.1 Sauerstoffhaltige Verbindungen

17.2 Stickstoffhaltige Verbindungen

17.3 Halogenhaltige Verbindungen

Literatur

Chapter 18: Anorganische Grund- und Massenprodukte

18.1 Anorganische Schwefelverbindungen

18.2 Anorganische Stickstoffverbindungen

18.3 Chlor und Alkalien

18.4 Phosphorverbindungen

18.5 Technische Gase

18.6 Düngemittel

18.7 Metalle

Literatur

Chapter 19: Chemische Endprodukte

19.1 Polymere

19.2 Tenside und Waschmittel

19.3 Farbstoffe

19.4 Pharmaka

19.5 Pflanzenschutzmittel

19.6 Metallorganische Verbindungen

19.7 Silicone

19.8 Zeolithe

Literatur

Anhang 1 Größen zur Charakterisierung von Reaktionen, Verfahren und Anlagen

Anhang 2 Tabellen zu Reinstoffdaten

Anhang 3 Graphische Symbole für Fließschemata nach EN ISO 10 628

Anhang 4 Programm zur Auslegung von Rektifikationkolonnen

Stichwortverzeichnis

Technische Chemie

Beachten Sie bitte auch weitere interessante Titel zu diesem Thema

Bobzin, K.Oberflächentechnik für den Maschinenbau2013ISBN: 978-3-527-33018-8

Bertau, M., Müller, A., Fröhlich, P., Katzberg, M.Industrielle Anorganische Chemie4. Auflage2013ISBN: 978-3-527-33019-5

Arpe, H., Röper, M.Industrielle Organische ChemieBedeutende Vor- und Zwischenprodukte7. Auflage2013ISBN: 978-3-527-32001-1

Worthoff, Rüdiger / Siemes, W.Grundbegriffe der VerfahrenstechnikMit Aufgaben und Lösungen3., vollständig überarbeitete Auflage2012ISBN 978-3-527-33174-1

Bunge, RainerMechanische AufbereitungPrimär- und Sekundärrohstoffe2012ISBN 978-3-527-33209-0

Goedecke, Ralf (Hrsg.)FluidverfahrenstechnikGrundlagen, Methodik, Technik, Praxis2011ISBN 978-3-527-33270-0

Behr, ArnoAngewandte homogene Katalyse2008ISBN 978-3-527-31666-3

Arpe, Hans-JürgenIndustrielle Organische ChemieBedeutende Vor- und Zwischenprodukte6., vollständig überarbeitete Auflage2007ISBN 978-3-527-31540-6

Vogel, G. HerbertLehrbuch Chemische TechnologieGrundlagen Verfahrenstechnischer Anlagen2004ISBN 978-3-527-31094-4

Bohnet, M. (Hrsg.)Mechanische Verfahrenstechnik2004ISBN: 978-3-527-31099-9

Hagen, J.ChemiereaktorenAuslegung und Simulation2004ISBN: 978-3-527-30827-9

Schubert, H. (Hrsg.)Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik2003ISBN: 978-3-527-30577-3

Sattler, K.Thermische TrennverfahrenGrundlagen, Auslegung, Apparate3. Auflage2001ISBN: 978-3-527-30243-7

Autor

Manfred BaernsBerlin-Adlershof e.V.Institut für Angewandte ChemieRichard-Willstätter-Str. 1212489 [email protected]

Arno BehrUniversität DortmundInstitut für Technische Chemie AEmil-Figge-Str. 6644227 [email protected]

Dr. Axel BrehmUniversität OldenburgTechnische ChemieAmmerländer Heerstr. 114–11826129 [email protected]

Jürgen GmehlingUniversität OldenburgTechnische ChemieAmmerländer Heerstr. 114–11826111 [email protected]

Kai-Olaf HinrichsenTechnische Universität MünchenLehrstuhl I Technische ChemieLichtenbergstr. 485747 [email protected]

Hanns Hofmannehemals Universität Erlangen-Nürnberg, InstitutFrankenstr. 2491096 Möhrendorf

Regina PalkovitsRWTH Aachen (38B 417)Technische Chemie & PetrolchemieWorringerweg 152074 [email protected]

Ulfert OnkenUniversität DortmundLehrstuhl für Technische Chemie BEmil-Figge-Str. 6644227 [email protected]

Albert RenkenÉcole Polytechnique FédéraleEPFL-SB ISIC-LGRCCH J2 5001015 [email protected]

2. Auflage 2013

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Print ISBN: 978-3-527-33072-0

ePDF ISBN: 978-3-527-67407-7

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Mobi ISBN: 978-3-527-67408-4

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Druck und Bindung betz-druck GmbH, Darmstadt

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Vorwort zur 2. Auflage

Die 1. Auflage des Lehrbuchs für Technische Chemie (2006) hat bei Lehrenden und Lernenden großes Interesse gefunden. In der neuen Auflage haben wir zahlreiche Anregungen unserer Fachkollegen berücksichtigt. Um die Aktualität der neuen Auflage zu gewährleisten, haben wir die Autorenschaft durch Professorin Dr. Regina Palkovits (RWTH Aachen) und Professor Dr. Kai-Olaf Hinrichsen (TU München) ergänzt.

Regina Palkovits hat die vielfältigen Aspekte der Katalyse als Schlüsseltechnologie der chemischen Industrie in Kapitel 31) zusammen geführt; in Kapitel 11 hat sie die Grundprinzipien der Nachhaltigkeit und deren Anwendung auf chemische Prozess und Produkte behandelt.

Kai-Olaf Hinrichsen hat die Ausführungen zur Mikro- und Makrokinetik chemischer Reaktionen für das Kapitel 5 sorgfältig überarbeitet und aktualisiert.

Wir beabsichtigen, die Ergänzung der Autoren auch künftig fortzuführen. Diese Ergänzungen durch jüngere Kolleginnen und Kollegen des Fachs sollen insbesondere neue und relevante Gesichtspunkte aus der wissenschaftlichen Forschung und aus der industriellen Praxis in die Lehre eingehen.

Um inhaltliche Überschneidungen zu vermeiden bzw. zu minimieren, wurde der diffusive und konvektive Stofftransport, der ursprünglich in zwei verschiedenen Kapiteln behandelt wurde, jetzt in Kapitel 4 (Grundlagen der chemischen Reaktionstechnik) zusammengeführt; in gleicher Weise wurden die Ausführungen über Wirbelschichtreaktoren in Kapitel 6 vereinigt.

Mikrostrukturierten Reaktoren, die inzwischen verstärkten Eingang in die Forschung und in die industrielle Anwendung gefunden haben, wurde mehr Bedeutung beigemessen (Kapitel 7).

Vertiefung des Inhalts wurde der Text – wie bereits in der ersten Auflage – durch zahlreiche Übungsaufgaben ergänzt, die im Internet (www.Wiley-vch.de/publish/dt/books/ISBN978-3-527-33072-0) abgerufen werden können. Bei Bedarf werden weiter Übungsaufgaben angefügt.

Wir laden sowohl Fachkollegen als auch Studierende weiterhin zu kritischen Anregungen ein, um das Lehrbuch auf hohem Niveau zu halten und seine Anwendung zu optimieren.

Die Autoren

Manfred Baerns, Arno Behr, Axel Brehm, Jürgen Gmehling, Kai-Olaf Hinrichsen, Ulfert Onken, Regina Palkovits, Albert Renken

Danksagungen der Autoren

Dem Verlag, insbesondere Frau Dr. Waltraud Wüst und Herrn Hans-Jochen Schmitt, wird für die andauernde und geduldige Unterstützung bei der Vorbereitung der Manu-skripte für den Druck gedankt.

Arno Behr und Ulfert Onken danken Herrn M.Sc. Nils Rentmeister (TU Dortmund) für die redaktionelle Unterstützung und für die Koordination bei der Überarbeitung der von ihnen verfassten Teilgebiete I, IV und V. Axel Brehm dankt Herrn Dr.-Ing Ulrich Kersten (Sympatec GmbH) für die Unterstüzung bei der grundlegenden Neufasung des Abschnitts zur Partikelmessechnik.

1) Alle Kapitelangaben beziehen sich auf die zweite Auflage des Lehrbuchs

Vorwort zur 1. Auflage

Das vorliegende Lehrbuch behandelt das Grundwissen der Technischen Chemie in seiner Gesamtheit – aktuell und gestrafft.

Es resultiert aus unseren langjährigen Erfahrungen in der Lehre und in der Industrie. In Ausrichtung und Inhalt entspricht das Lehrbuch dem „Lehrprofil Technische Chemie“ des „DECHEMA – Unterrichtsausschusses für Technische Chemie“. Daher eignet sich als Lehrbuch für Studenten der Chemie, des Chemieingenieurwesens und der Verfahrenstechnik an Universitäten, Technischen Hochschulen und Fachhochschulen. Es baut auf den Kentnissen der Grundlagenfächer auf, wie sie in den ersten Semstem vermittelt werden; Spezialkenntnisse werden nicht vorausgesetzt. Das Buch dürfte aber auch zum Selbstudium von Interesse sein, insbesondere für Chemiestudenten an Universitäten, an denen die Technische Chemie nicht als Pflicht- oder Wahlfach vertreten ist. Besonders für die Absolventen, die eine Industrietätigkeit anstreben, ist eine Mindestkenntnis der Produktion von Chemieproduktion wichtig. Darüber hinaus kann das Buch den in der Industrie tätigen Chemikern und Ingenieuren als kompaktes Nachschlagewerk dienen und ihnen anhand der Literaturübersichten einen schnellen Einstig in neue Teilgebiete ermöglichen. Auch Ingenieure anderer Fachrichtungen sowie Kaufleute und Betriebswirtschaftler sowie Chemielehrer werden in dem Buch nützlichen Informationen und Anregungen für ihre Tätigkeit finden.

Von den drei Teilbereichen der Technischen Chemie befassen sich die Reaktionstechnik und die Grundoperationen mit den reaktions- und verfahrenstechnischen Grundlagen chemischer Produktionsverfahren. Die Chemische Prozesskunde behandelt die Verfahren als Ganzes in ihren stofflichen und technischen Aspekten. Dabei soll nicht ein enzyklopädisches Wissen über die vielen Verfahren der chemischen Technik vermittelt werden; vielmehr wird an Hand ausgewählter Verfahren dargestellt, welche Probleme bei der Prozessentwicklung und beim Betrieb von Chemieanlagen auftreten, und wie sie gelöst werden. Dabei werden übergreifende Zusammenhänge, wie Rohstoff- und Energieversorgung, Anfall von Koppel- und Nebenproduktion, Anlagensicherheit sowie Fragen nach möglichen Umweltbelastungen diskutiert.

Ein wesentliches Ziel des Buchs besteht darin, die Verknüpfungen zwischen den verschiedenen Sachgebieten aufzuzeigen. Besonders eingegangen wird auf neue Entwicklungen in der Technischen Chemie, z.B. bei den nachwachsenden Rohstoffen und in der Biotechnologie. Neu aufgenommen wurden die mikrostrukturierten Reaktoren mit ihren viel versprechenden Aussichten beim Einsatz in der Produktion insbedondere von Wirkstoffen und Feinchemikalien Ein eigener Abschnitt befasst sich mit der Biokatalyse, die außer in biotechnischen Verfahren zunehmend auch zur Herstellung von Feinchemikalien eingesetzt wird. Ein Beispiel für neue Methoden zur Stofftrennung, die im Buch behandelt werden, ist die Pervaporation zur Trennung von Azeotropen.

Die Einleitung des Buchs (Kapitel 1 und 2) behandelt neben den Aufgaben der Technischen Chemie im Spannungsfeld zwischen wissenschaftlichen Grundlagen und deren Umsetzung in industriellen chemischen Prozessen auch die Struktur der Chemiewirtschaft. Es folgen die einzelnen Teilgebiete der Technischen Chemie. Der Teil „Chemische Reaktionstechnik“ bringt nach den Grundlagen (Kapitel 3: Stöchiometrie, Thermodynamik, Wärme- und Stofftransport) in Kapitel 4 zunächst die Kinetik chemischer Reaktionen. Ausführlich wird auf deren kinetische Modellierung, die Messung und Auswertung kinetischer Daten eingegangen. Anschließend wird die Beeinflussung des Ablaufs chemischer Reaktionen durch Stoff- und Wärmetransportvorgänge dargestellt. Die Grundtypen chemischer Reaktoren und Methoden zu deren Auslegung werden in Kapitel 5 vorgestellt. In Kapitel 6 werden die Auswahl und reaktiontechnische Optimierung chemischer Reaktoren behandelt, wobei sicherheistechnische Aspekte eingehend diskutiert werden.

Der Teil „Grundoperationen“ beginnt mit einer Einführung in Strömungslehre, Wärmeübertragung und Trocknung (Kapitel 7). Daran schließt sich in Kapitel 8 die Thermodynamik der Mischphasen als Grundlage der thermischen Trennverfahren an. Von diesen (Destillation und Rektifikation, Absorption, Extraktion, Kristallisation, Absorption, Membrantrennverfahren) werden in Kapitel 9 die destillativen Verfahren wegen ihrer Bedeutung besonders eingehend behandelt. Neben graphischen Methoden zur Auslegung von Kolonnen für thermische Stofftrennungen werden auch computergestützte Verfaren zur Berechnung von Rektifikationskolonnen für Vielstoffgemische vorgstellt. Bei der Darstellung der mechanischen Grundoperation (z. B. Rühren, Filtrieren, Zerkleinern) wird nach der Behandlung der Grundlagen vor allem auf wichtige Apparate und deren Anwendung in der Produktion eingegangen (Kapitel 10).

Die Chemische Prozesskunde wird in den zwei Teilen „Verfahrensentwicklung“ (Kapitel 11 bis 14) und „Chemische Prozesse“ (Kapitel 15 bis 19) dargestellt. Die Verfahrensentwicklung behandelt zunächst die Verfahrensauswahl, wobei an Hand von Beispielen stoffliche Gesichtspunkte, technische Katalyse, Energieaufwand, Anlagensicherheit, Umwelt- und Arbeitsschutz sowie die Alternativen von kontinuierlicher und satzweiser Betriebsweise der Verfahren diskutiert werden. Es folgen Projektierung und Optimierung von Verfahren mit einem Kapitel über die Wirtschaftlichkeit von Projekten und Rentabilität von Anlagen. Besondere Aufmerksamkeit wurde dem Teil „Chemische Prozesse“ gewidmet, in dem Verfahren der verschiedenen Produktionsbereiche dargestellt werden. Als Auswahlkriterium für besprochenen Verfahren dienten neben der weltweiten Produktionsmenge die technologische Bedeutung der Prozesse und ihre Relevanz für Ökonomie und Ökologie. Um die Fülle an Informationen überschaubar zu machen, sind an zahlreichen Stellen Produktstammbäume eingefügt, aus dennen auch die Querverbindungen zu anderen Produktgruppen deutlich werden.

Der Vertiefung des Lehrstoffs dienen zahlreiche in den Text eingestreute Rechenbeispiele. Zusätzliche Beispiele und weitere wertvolle Informationen sind im Internet untern www.wiley-vch.de/textbooks zugänglich. Im Anhang zu diesem Buch befindet sich außerdem eine Übersicht über wichtige graphische Symbole für Fließchemata, Stoffdaten für ausgewählte Verbindungen und Zweistoffgemische sowie ein Computerprogramm zur Berechnung der Rektifikation von Vielstoffgemischen.

An dieser Stelle möchten wir allen Kollegen in der Industrie und an Hochschulen, die uns durch Rat und Tat, vor allem in Form wertvoller Informationen unterstützt haben, unseren Dank aussprechen. Wir würden es begrüßen wen es zu einem lebhaften Dialog zwischen den Lesern und Nutzern dieses Buchs und den Autoren käme. Dank gilt auch den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unserer Arbeitskreise für ihre engagierte Mitwirkung bei der Erstellung von Manuskripten und Zeichnungen. Genannt sei hier Herr Dipl.-Ing. Ulf Schüller (Universität Dortmund, Lehrstuhl Technische Chemie A), der für die besonders umfangreichen redaktionellen Arbeiten für die Teile I, IV und V verantwortlich war. Gedankt sei auch dem Wiley-VHC Verlag und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, vor allem Frau Karin Sora und Frau Dr. Waltraud Wüst, für die konstruktive und entgegenkommende Zusammenarbeit. Schließlich möchten wir in Dankbarkeit an unseren verstorbenen Kollegen Prof. Dr. Dr. h. c. Hanns Hofmann erinnern, der bis zu seinem Tode Anfang dieses Jahres an diesem Buch mitgewirkt hat.

Berlin, Dortmund Lausanne, Oldernburg im August 2006 Manfred Baerns, Arno Behr, Axel Brehm, Jürgen Gmehlig, Ulfert Onken, Albert Renken

Die Autoren

Prof. em. Dr. Manfred Baerns: 5 Jahre Abteilungsleiter „Chemische Verfahrensentwicklung“ bei Krupp-Chemieanlagenbau/Essen; Professor für Technische Chemie Ruhr-Universität Bochum; Wissenschaftlicher Direktor Institut für Angewandte Chemie Berlin-Adlershof und Abteilung für Anorganische Chemie, Fritz-Haber-Institut der MPG. Arbeitsgebiete: Heterogene Katalyse und Chemische Reaktionstechnik. 350 wissenschaftliche Zeitschriftenartikel und Buchkapitel sowie ca. 20 Patente, Herausgeber von „Basic Principles of Applied Catalysis“, Mitautor bei „Combinatorial Development of Solid Catalytic Materials“. Honorarprofessuren an der Humboldt-Universität und Technischen Universität, beide Berlin. DECHEMA-Medaille in Titan.

Prof. Dr. Arno Behr, 10 Jahre Abteilungsleiter und Hauptbevollmächtigter bei der Henkel KGaA/Düsseldorf. Seit 1996 Leiter des Lehrstuhls Technische Chemie (Chemische Prozessentwicklung) an der Technischen Universität Dortmund. Forschungsgebiete: Technische Katalyse, Petrochemie, Nachwachsende Rohstoffe, Kohlendioxid-Aktivierung, Miniplant-Technologie. Autor von mehreren Büchern, über 200 wissenschaftlichen Veröffentlichungen und zahlreichen Patenten.

Prof. Dr. Axel Brehm, apl. Professor an der Universität Oldenburg. Forschungsschwerpunkte: Untersuchungen zum Stoff- und Wärmetransport im Dreiphasensystem Gas/Flüssigkeit/Katalysator, Fixierung von Zeolithen an formgebenden Substraten sowie Austesten derartiger Komposit-Katalysatoren in dafür entwickelten Laborreaktoren.

Prof. Dr. Jürgen Gmehling, Professor für Technische Chemie, Universität Oldenburg, CEO der DDBST GmbH, sowie Mitglied des Advisor)’ Boards der „Laboratory for Thermophysical Properties (LTP) GmbH“. Forschungsgebiete: Aufbau der Dortmunder Datenbank, Computergestützte Auslegung und Optimierung chemischer Prozesse. Autor von etwa 50 Büchern (Lehrbücher, Datensammlungen) und über 420 wissenschaftlichen Artikeln. Ausgezeichnet mit dem Arnold-Eucken-Preis, dem Rossini-Lecture Award, der Gmelin-Beilstein-Denkmünze und der Emil-Kirschbaum-Medaille.

Prof. Dr.-Ing. Kai-Olaf Hinrichsen, M.Ch.E., Professor für Technische Chemie an der Technischen Universität München. Forschungsgebiete: Heterogene Katalyse, Reaktionskinetik, Computational Fluid Dynamics. Über 60 wissenschaftliche Veröffentlichungen, mehrere Buchkapitel und einige Patente. Ausgezeichnet mit dem Jochen-Block-Preis der Deutschen Gesellschaft für Katalyse.

Prof. em. Dr. h. c. mult. Dr. rer. nat. Hanns P. K. Hofmann(†), ehem. Inhaber des Lehrstuhls für Chemische Reaktionstechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg. Verstorben im Januar 2006. Forschungsgebiete: Reaktionsanalyse, Mehrphasenreaktoren, Reaktorauslegung und Optimierung, Katalyse, rechnergestütztes Experimentieren. Über 200 Veröffentlichungen in internationalen wissenschaftlichen Fachzeitschriften. Solvaypreisträger (1982), Bundesverdienstkreuz (1982), DECHEMA-Medaille (1994).

Prof. em. Dr. Ulfert Onken, Leiter des Bereiches Chemische Verfahrenstechnik bei der Hoechst AG. Professor für Technische Chemie an der Technischen Universität Dortmund. Forschungsgebiete: Biotechnologie, Gas-Flüssigkeits-Reaktoren, Mischphasenthermodynamik. Aufbau der Dortmunder Datenbank für Phasengleichgewichte (mit J. Gmehling). Autor von Monographien und Tabellenwerken. Gastprofessuren u. a. in Kyoto (Japan), Ehrenmitglied der Czech Society of Chemical Engineering. Ausgezeichnet mit der Emil-Kirschbaum-Medaille der Deutschen Vereinigung für Chemie- und Verfahrenstechnik (DVCV).

Prof. Dr. rer. nat. Regina Palkovits ist Universitätsprofessorin für Heterogene Katalyse und Technische Chemie der Fakultät für Mathematik, Information und Naturwissenschaften der RWTH Aachen. 2010 erhielt sie die Robert Bosch Juniorprofessur zur nachhaltigen Nutzung erneuerbarer natürlicher Rohstoffe und den Jochen-Block-Preis der Deutschen Gesellschaft für Katalyse. Arbeitsgebiete: Entwicklung neuartiger fester Katalysatoren für die effiziente Nutzung fossiler Ressourcen und die Entwicklung von Verfahren zur Umsetzung von Biomasse in Chemikalien und Treibstoffe.

Prof. Dr. Albert Renken, Professor für Chemische Reaktionstechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Lausanne (EPFL), Schweiz. Arbeitsgebiete: Polymerisationstechnik, Heterogene Katalyse, Instationäre Prozessführung chemischer Reaktoren, Mikroreaktionstechnik. über 400 wissenschaftliche Veröffentlichungen, ca. 40 Buchkapitel, 4 Bücher über Reaktionstechnik und Katalyse und zahlreiche Patente. DECHEMA-Medaille in Titan. Mitglied der Schweizer Akademie der Technischen Wissenschaften

Enzyklopädien und Nachschlagewerke zur Technischen Chemie

(2011) Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7. ed., 40 vols.; Wiley-VCH, Weinheim. Online-Version 8. ed., Ullmann 8. ed., 2013.

(2004–2007) Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 5. ed., 27 vols., Wiley-Interscience, New York. Kirk-Othmer 5. ed.

(2003–2006) Dittmeyer, R., Keim, W., Kreysa, G., Oberholz, A. (Hrsg.) Winnacker-Küchler Chemische Technik, 5. Aufl., 9 Bde. Wiley-VCH, Weinheim. Winnacker-Küchler, 5. Aufl.

(1996) Falbe, J., Regitz, M. (Hrsg.) Römpp Lexikon Chemie, 6 Bde., 10. Aufl., Thieme, Stuttgart, Online-Version: (2013) Dill, B., Heiker, F. R., Kirschning, A., Faupel, F. (Hrsg.).

(2007) Arpe, H.-J. Industrielle organische Chemie. Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte, 6. Aufl., Wiley-VCH, Weinheim.

(2013) Bertau, M., Müller, A., Fröhlich, P., Katzberg, M. Industrielle Anorganische Chemie, 4. Aufl., Wiley-VCH, Weinheim.

(2001) Rehm, H.-J., Reed, G., Pühler, A., Stadler, P. (Hrsg.) Biotechnology, 2. ed., 12 vols., Wiley-VCH, Weinheim.

(1999) Deckwer, W.-D., Pühler, A., Schmid, R. D. (Hrsg.) Römpp Lexikon Biotechnologie und Gentechnik, 2. Aufl., Thieme, Stuttgart, Online-Version: (2013) Bornscheuer, U., Pühler, A. (Hrsg.).

In Kursivschrift ist jeweils die Kurzform angegeben, mit der die Werke in der Literatur zu den einzelnen Kapiteln zitiert werden.

Symbolverzeichnis

Umrechnungsfaktoren

Teil I

Einführung in die Technische Chemie

Die diemische Industrie erzeugt eine Vielzahl verschie-denster Produkte, wie z. B. Schwefelsäure, Düngemittel, Farbstoffe, Pharmaka oder Polymere. Um all diese Produkte herzustellen, werden unterschiedliche chemische Verfahren angewendet.

Die wissenschaftliche Disziplin, die diesen Produktionsverfahren zugrunde liegt, ist die „Technische Chemie“. Als Teilbereich der Chemie umfasst sie die verschiedenen Aspekte chemischer Produktionen, angefangen bei der Entwicklung von Verfahren und ihrer Übertragung in die Technik bis hin zum Betrieb von Produktionsanlagen. Die Lösung dieser Aufgaben erfordert die Kenntnis spezieller Methoden, aber auch das Wissen um stoffliche Zusammenhänge.

Chapter 1

Chemische Prozesse und chemische Industrie

1.1 Besonderheiten chemischer Prozesse

Produktionsverfahren, die mit einer Stoffumwandlung verbunden sind, werden nicht nur von der chemischen Industrie benutzt, sondern auch in einer ganzen Reihe anderer Industriezweige, wie der Hüttenindustrie zur Gewinnung von Metallen, der Zementindustrie und der Lebensmittelindustrie. Bei diesen Industrien ist die Anzahl der durch Stoffumwandlungsprozesse hergestellten Produkte jeweils überschaubar, während in den Prozessen der chemischen Industrie sehr viele verschiedenartige Produkte hergestellt werden.

Bei einem Vergleich diemischer Prozesse mit den Produktionsverfahren anderer Industrien fallen weitere Besonderheiten auf. Während die Produktionsmethoden, z. B. der Textilindustrie und der Automobilindustrie, jeweils relativ gleichartig sind, müssen Chemieanlagen speziell auf die darin ablaufenden chemischen Reaktionen und die jeweiligen Produkte hin konzipiert sein. Keine Anlage sieht wie die andere aus. Diese Vielfalt wird dadurch noch vergrößert, dass es für viele Produkte mehrere Herstellungswege und dementsprechend mehrere Prozesse gibt.