Großtechnische Verfahren

Verfahrensprinzipien

In einem chemisch-technischen Apparat erfolgt ein kontinuierlicher Ablauf, wenn in ihm ohne Unterbrechung die chemische Reaktion abläuft.

Die Zugabe der Ausgangsstoffe erfolgt ständig oder periodisch während der gesamten chemischen Reaktion. Die Endprodukte werden ständig oder periodisch während der Reaktion entnommen.

Ein diskontinuierlicher Ablauf erfolgt, wenn dem Apparat zunächst die Ausgangsstoffe zugeführt werden, danach die chemische Reaktion im Apparat abläuft und schließlich die Reaktionsprodukte entnommen werden. Bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise herrscht ein bestimmter Arbeitsrhythmus vor.

Beispiele:
Da die chemischen Reaktionen im Hochofen ständig ablaufen, arbeitet er kontinuierlich - bis zu 20 Jahre. Schlacke und Roheisen werden nur entnommen, wenn sich im Gestell genügend große Mengen angesammelt haben, der Schlacken- und Roheisenabstich erfolgt also periodisch.

Im gefüllten Konverter bzw. Elektroofen ist die chemische Reaktion nach einer bestimmten Zeit beendet, die Apparate werden entleert und neu gefüllt, beide arbeiten diskontinuierlich.

Arbeitsweise technischer Apparate

Chemisch-technische Verfahren

Der stoffliche Gegenstrom ist ein chemisch-technisches Arbeitsverfahren, bei dem Stoffe einander entgegenströmen. Dadurch wird eine gründliche Durchmischung der Stoffe erreicht, was einen günstigen Verlauf der chemischen Reaktionen zur Folge hat.

Beispiel: Stofffluss und Wärmeaustausch im Hochofen.

Der thermische Gegenstrom ist ein chemisch-technisches Arbeitsverfahren, bei dem Stoffe mit unterschiedlicher Wärmeenergie einander entgegenströmen.

Eine gründliche Durchmischung der Stoffe führt zu einem intensiven Wärmeaustausch. Ein günstiger Verlauf der chemischen Reaktion wird erreicht. Dieses Arbeitsverfahren wird im Hochofen angewendet. Beispiel: thermischer Gegenstrom im Hochofen.

Beim Gleichstrom erfolgt der Stofffluss in gleicher Richtung.
Beispiel: Ethanolsynthese aus Ethen und Wasser

Die Kopplung exothermer mit endothermen Prozessen

Die Prozesse im Hochofen verlangen hohe Temperaturen.

Ein Hochofen ist bis 30 m hoch, sein größter Durchmesser liegt bei 10-15 m. Die Ausmauerung im unteren Teil hat eine Dicke von fast 1 m. Ein Apparat von diesen Ausmaßen kann nicht von außen erwärmt werden.

Die erforderlichen Temperaturen müssen im Apparat selbst durch exotherme chemische Reaktionen erzeugt werden, wodurch die endothermen chemischen Reaktionen und Wärme verbrauchenden physikalischen Prozesse (Schmelzen des Eisens und der Schlacke) ermöglicht werden.

Bei Gleichgewichtsreaktionen, z. B. der Ammoniak-Synthese, erfolgt ein nur unvollständiger Umsatz der reagierenden Stoffe zu Reaktionsprodukten. Nach dem Einstellen des Gleichgewichtes liegen Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte vor und müssen getrennt werden.

Dabei arbeitet man nach dem Kreislaufprinzip, bei dem nicht umgesetzte Ausgangsstoffe aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt und dem Prozess wieder zugeführt werden.