TC_Schmidt_Kap2

• Thermodynamik und Kinetik
• Wärme- und Stofftransport
• Strömungslehre
• Technische Katalyse
• Reaktionstechnik
• Apparate- und Anlagenbau

• 1. Vorbereiten der Einsatzstoffe (Edukte) für die Reaktion
• - Erwärmen, Abkühlen, Mischen, Fördern

• 2. Stoffumwandlung durch chemische Reaktion in einem Reaktor
• - Auslegung, Konstruktion & Betrieb von chemischen Reaktoren

• 3. Aufarbeitung des Reaktionsgemisches und Gewinnung des Produktes
• - Trennverfahren: Destillieren, Extrahieren, Absorbieren, Adsorbieren, Kristallisieren, Filtrieren, Sieben

• Edukte, gewünschte Produkte, Betriebsmittel
• chemische Reaktion (Thermodynamik, Kinetik, Mechanismus, Reaktionstechnik)
• Auflistung der Apparate
• Ablauf des Verfahrens
• - Grundfließschema
• - Verfahrensfließbild
• - R&I-Fließbild

Grundfließschema

• - Bezeichnung der einzelnen Stufen, Benennung der Grundoperationen
• - Benennung der Edukte & Produkte
• - Fließrichtung der Hauptstoffe

• - Benennung der Zwischenströme und sonstige Stoffströme
• - Stoffströme bzw. Stoffmengen
• - Benennung der Energieart / des Energieträgers
• - Durchflüsse bzw. Mengen von Energien / -trägern
• - charakteristische Betriebsbedingungen

Verfahrensfließbild

• - Alle für das Verfahren benötigten Apparate, Maschinen, Rohrleitungen
• - Fließrichtung und -weg der Ein- und Ausgangsstoffe und Energien
• - Durchflüsse und Mengen der Ein- und Ausgangsstoffe
• - Benennung der Energieart / des Energieträgers
• - charakteristische Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, Konzentration)

• - Durchflüsse bzw. Mengen der Stoffe innerhalb des Verfahrens
• - Durchflüsse bzw. Mengen von Energien / -trägern
• - wesentliche Armaturen (Ventile, Schaugläser, Sicherheitseinrichtungen)
• - Angaben zur MSR
• - zusätzliche Angaben zu Betriebsbedingungen
• - Angaben zur Größe von Apparaten / Maschinen

R&I-Fließbild

• - Alle Apparate & Maschinen inkl. installierter Reserve
• - Alle Rohrleitungen (Transportwege) und Armaturen
• - Nennweite (DN), Druckstufe (PN), Werkstoffe und Ausführung der Rohrleitungen
• - Angaben zur Wärmedämmung
• - Aufgabenstellung von MSR
• - kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen (Liste)
• - kennzeichnende Größen von Antriebsmaschinen (Liste)

• - Bennenung und Durchflüssen bzw. Mengen von Energien / -trägern
• - wichtige MSR-Geräte
• - wichtige Werkstoffe für Apparate / Maschinen

• Aufstellen der chemischen Reaktionsgleichung
• - Thermodynamik & Kinetik
• - Mechanismus, Umsatz, Ausbeute, Selektivität
• Grundfließschema
• Verfahrensfließschema
• R&I-Schema
• Mess & Regelschema
• Spezielle Schemata
• - Mengenfließschema
• - Mengenstromschema
• - Wärmestromschema (Sankey-Diagramm)

• Mengenstromschema
• Darstellung der relativen Mengenströme im Prozess

• Sankey-Diagramm
• Darstellung der Energieflüsse

• Materialflußanalyse
• Ökobilanz
• Systemanalyse
• Life cycle analysis
• Verfahrensvergleich mit Verfahrensfließbildern
• Energiebilanz
• Prozesssimulation

• Verfahrensvergleich für die Herstellung von Wasserstoff
• - aus: Erdöl, Erdgas, Wasser

Energieaufwand für die Zinkherstellung

Verfahrensvergleich hinsichtlich CO₂-Emissionen

• 1. Stoffliche Gesichtspunkte
• - Verfügbare Eingangsstoffe (Rohstoffe und Ressourcen)
• - Kosten für Eingangsstoffe
• - Nebenprodukte / Koppelprodukte
• 2. Energieaufwand
• - kWh pro t Produkt
• - Minimierung des Energieaufwandes
• - Nutzung freiwerdender Wärme
• 3. Sicherheit (Gefahrenquellen)
• - exotherme Reaktion
• - brennbare und explosive Reaktionspartner
• - toxische Stoffe

• 4. Umwelt
• - Emissionen im Boden, Wasser, Luft
• - Recycling & Wertstoffrückführung

• 1. Abfall von vorherein vermeiden
• 2. möglichst große Teile der eingesetzten Rohstoffe werden im Produkt verwertet
• 3. Optimierung auf den Einsatz von Rohstoffen und die Entstehung von Nebenprodukten, die so ungefährlich wie möglich sind
• 4. Neue Methoden sollten so effizient wie möglich sein - bei einem Minimum an Risiko
• 5. Einsatz von Hilfssubstanzen vermeiden, ungefährliche Hilfsstoffe vorziehen
• 6. Ökologische und ökonomische Auswirkungen durch Energieeintrag minimieren; energiesparende Verfahren bevorzugen; optimalerweise bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck
• 7. NawaRos bevorzugen
• 8. unnötige Derivatisierungen vermeiden
• 9. Katalytische Reaktionen vorziehen - Selektivität optimieren
• 10. Biologisch abbaubare Produkte entwickeln
• 11. Echtzeit-Prozessverfolgung verwenden, um Bildung gefährlicher Substanzen zuvorzukommen
• 12. Gefahrenpotential durch geschickten Einsatz von Substanzen unter günstigen Bedingungen minimieren

Eine chemische Reaktion ist zu 100% atomeffizient, wenn alle Atome aus den Edukten in das Endprodukt eingebaut werden.Es ist ein Maß für die Menge an gebildeten unerwünschten Nebenprodukten

E = (Masse_Nebenprodukt + Masse_Abfall) / Masse_Wertprodukt