Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Thermische VerfahrenstechnikPostfach 3049, 67653 Kaiserslautern, Germany

Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. H.-J. BartTel.: +49 (0) 631 205 2117http://www.uni-kl.de/tvt/

Prozess und Anlagentechnik I 

Übungsklausur

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Aufgabe 1Prozess und Anlagentechnik I

Übungsklausur SS 2013

Der erste Block sollte ohne Hilfsmittel bearbeitet werden. Für den zweiten Block ist die Benutzung einer beidseitig handgeschriebenen, DIN A4-großen, Formel-sammlung vorgesehen. Zum Bestehen der Klausur sind mindestens 50% der Punkte erforderlich.

Block 1

Beantworten Sie die nachfolgenden Fragen zur Prozess- und Anlagentechnik stichwortartig.Fertigen Sie wenn notwendig eine kleine Skizze an. Der vorhandene Platz reicht aus um dieFrage vollständig zu beantworten.

Aufgabe 1 (25P)Teilaufgabe 1 (2P)Was muss bei der Regelung einer Hubkolbenpumpe beachtet werden?

Hubkolbenpumpe: Statisch oszillierend Verdrängerpumpe- Keine Nullförderhöhe- Keine Drosselregelung möglich- Drehzahl-, Hub-, Bypassregelung zulässig

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Teilaufgabe 2 (4P)Erläutern Sie die Kavitation bzw. ihre Folgen. Geben Sie an welche Größe bei Pumpen beachtet werden muss, um Kavitation zu vermeiden. Was muss diesbezüglich bei der Anlagenplanung beachtet werden.- Druck sinkt unter den Dampfdruck der Förderflüssigkeit, Gasblasen (Verdampfen) enstehen.- Implosion der Gasblasen wenn sich die Blasen im Regionen höheren Druck bewegen, führt

zu wiederkondensation und ensteht Mikroströmungen bis mehrere 1000 bar -> Beschädigung der Bauteile insbesondere Schaufeln

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Aufgabe 1Teilaufgabe 3 (6P)Erläutern Sie die L-B-Regelung einer Kolonne. (Zeichnung!) Welche Grundregeln gibt es bei der Kolonnenregelung? Welche kann u. U. vernachlässigt werden?

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Aufgabe 1Teilaufgabe 4 (4P)Was ist die Pinch-Analyse und wozu wird sie verwendet? Nennen Sie die Grundregeln.

Um eine optimale Wärmenutzung in einem Prozess zu erreichen (möglich viel Wärme innerhalb des Processes auszutauschen), müssen die aufzuheizenden Stoffströme und abzukühlenden Ströme optimal miteinander verschaltet werden. Die Pinch-Analyse wird zur Berechnung der Zielgrößen minimaler Heizbedarf bei einer vorgegebenen minimalen treibenden Temperaturdifferenz der Wärmeübertragung angewendet. Der Pinch teillt Gesamtprocess in 2 unabhängige Wärmeaustauschsysteme.

- ∆Tmin = 10 – 20°C- Keine Wärmeabfuhr an Kühlmittel oberhalb des Pinches- Keine zufuhr von zusätzlicher Heizwärme unterhalb des Pinches- Keine (interne) Übertragung von Wärme über den Pinch hinweg

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Teilaufgabe 5 (5P)Skizzieren Sie den Wärmeübergang an einer ebenen Platte ohne Phasenwechsel. Welche Arten der Wärmeübertragung spielen hier eine Rolle?

Konvektion - Leitung - Konvektion

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Teilaufgabe 6 (4P)Was versteht man unter Pfaden und Schleifen? Skizzieren Sie ein Gitter und zeichnen Sie je ein Pfad und eine Schleife ein.

Schleifen: Kein Gewinn sondern nur umwälzen der Wärme

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Aufgabe 2 - RI-Fließbilder (25P)

Die in Abbildung 1 dargestelltes RI-Fließbild beschreibt den Aufbau einer Anlage zur Untersuchung der Belagbildung in Rohrbündelwärmeübertragern (Verdampferbündel). Manche Geräte oder Bauteile sind nur allgemein gekennzeichnet.1. Finden Sie die Fehler im RI-Fließbild. Versehen Sie jeden Fehler mit einer Nummer und gebenSie eine kurze Erläuterung.2. Geben Sie an wie die Hauptleitung gekennzeichnet werden muss.3. Was kann passieren, wenn die Schneckenpumpe ausfällt? Wie kann dem vorgebeugt werden?

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Aufgabe 2

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Aufgabe 3Aufgabe 3 - Verfahrensentwicklung (25P)Es soll die Synthese der Acrylsäure betrachtet werden. Diese wird überwiegend für Windeln als Absorptionsmittel eingesetzt. Das zurzeit aktuelle Verfahren besteht aus einer zweistufigen Reaktion.

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Aufgabe 3

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Aufgabe 3

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Aufgabe 3

Block 2

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Aufgabe 1

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Aufgabe 1

80 °C 100 °C

Lösung:

1) Summenkurve (composite curve)-grafisch2) Wärmekaskade Verfahren3) Grand composite curve Verfahren-grafisch

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Aufgabe 2

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Aufgabe 2

Lösung:

PT = 5,66 kWPS = 6,94 kWT1 (Annahme)= 25°C = 298 kT2 = 443 k = 170°C

Aufgabe über Pumpen -> Übung 3 (Pumpen), Aufgabe 4 & 5

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Aufgabe 3

Eine Aufgabe über Anlagensicherheit oder Kostenrechnung