VORLESUNGEN:

Technische Anorganische Chemie

Materialien zur Vorlesung (Links und Vorlagen, werden im laufenden SS 08 aktualisiert)

In dieser einstündigen Veranstaltung (Mo, 9 Uhr, SR 44/45) möchte ich Ihnen als 'gelernte' Technologin einige ausgewählte technische Prozesse der Anorganischen Chemie vorstellen. Dabei sind für die Auswahl der Verfahren neben der Tonage der produzierten Stoffe auch möglichst viele verschiedene reaktions- und verfahrenstechnische Aspekte wichtig (verschiedene Reaktoren, Trennverfahren, usw.).
Die Vorlesung setzt keine besonderen Vorkenntnisse voraus. Grundkenntnisse der physikalischen Chemie (besonders der Thermodynamik) sind hilfreich, ebenso die Stoffkenntnis der Anorganischen Chemie aus den Vorlesungen Chemie der Metalle und Chemie der Nichtmetalle.
Obwohl vermutlich der Stoff dieser Vorlesung niemals explizit geprüft wird, hoffe ich im Sinne der chemischen Allgemeinbildung und ev. auch unter dem Aspekt der Berufsqualifikation (BOC!) auf einige interessierte Hörer. Auf Wunsch ist auch ein ECTS-Punkte-Erwerb (BA-Studiengang bzw. Graduiertenschule) möglich.

1. Einleitung und Übersicht

Themen
- Bedeutung anorganischer technischer Prozesse, Unterschied zu organischen Prozessen
- Prozess-Schritte
- Übersicht Apparate und Maschinen
- Literaturempfehlungen
SVGs
- Bildzeichen für Apparate und Maschinen (VL 3)
Vorlagen
- Vorlage 1: Inhaltsübersicht, Literatur (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 2: Produkte, Apparate (allgemein) (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 3: Bildzeichen von Apparaten (ps.gz-, PDF-Format)

2. Technische Gase

2.1. Luftzerlegung: Stickstoff, Sauerstoff, Edelgase

Themen
- Technischen Prozesse ohne Stoffumwandlung, Trennverfahren
- Rektifikation als wichtigste thermische Trennmethode bei Flüssigkeiten
- Berechnung von Rektifikationeskolonnen (Mc-Cabe-Thiele-Verfahren)
- Bauarten von Rektifikationskolonnen
- Luftzerlegung durch doppelte Tieftemperaturrektifikation
SVGs
- Phasendiagramme l-g (Mischphasenthermodynamik) (VL 4)
- Mc-Cabe-Thiele-Verfahren (VL 4)
- Luftverflüssigung (Prinzip) (VL 4)
- Trenn-Kolonne (VL 5)
- Anlage nach dem Niederdruckverfahren (VL 5)
Links
Vorlagen
- Vorlage 4: Luftzerlegung I (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 5: Luftzerlegung II (ps.gz-, PDF-Format)

2.2. Ammoniak

Themen
- Wasserstoffgewinnung (Steam-Reforming, POX)
- Gasreaktionen mit Stoffumwandlung
- Thermodynamik und Kinetik der Ammoniakbildung aus N₂ und H₂
- Reaktionstechik (Festbettreaktoren, Rohrbündelreaktoren, Druckreaktoren)
SVGs
Links
Vorlagen
- Vorlage 6: Ammoniaksynthese I (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 7: Basics Reaktionstechnik (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 8: Ammoniaksynthese II (ps.gz-, PDF-Format)

3. Salze

3.1. Kaliumchlorid

Themen
- Mineralsalzvorkommen
- Abbauverfahren
- Mühlen
- Technische Kristallisationen (Auslegung, Apparate)
- Flotation
- Elektrostatische Trennverfahren
SVGs
- Sonnendiagramm
- Mühlen
- Lösungs-Kristallisation (binäres System)
- Lösungs-Kristallisation (ternäres System)
- Kristallisatoren für Lösungs- und Schmelzkristallisation
- Sylvinit-Verarbeitung
- Sylvinit-Verarbeitung (Detail)
- Löseapparte
- Flotationszelle
- Flotationsschaltung
- Elektroscheider
- Elektroscheiderprozess für KCl
Links
- Übersicht Produktionsverfahren
- Salzgärten I
- Salzgärten II
- Bermännischer Abbau
- Abbau in Bernburg
- Erlebnisbergwerk (K+S)
- Mühlen (div. Bauarten, mit Fotos und Animationen)
Gewinnung durch Löse/Kristallisationsprozesse
- Crystallizer I
- Crystalliser II
Flotationsverfahren zur Trennung
- Flotationszellen
- Flotation (in Aktion)
Elektrostatische Trennung
- Elektrofreifallröhren

Vorlagen

Vorlage 9: KCl I (ps.gz-, PDF-Format)
Vorlage 10: Technische Kristallisation, KCl II (ps.gz-, PDF-Format)
Vorlage 11: KCl III (Apparate) (ps.gz-, PDF-Format)
Vorlage 12: KCl IV (Flotation) (ps.gz-, PDF-Format)
Vorlage 13: KCl IV (Flotation, elektrostatische Trennung)) (ps.gz-, PDF-Format)

3.2. Soda

Themen
- Historisches
- Produktion und Verwendung von Soda
- Allgemeine Prinzipien reziproker Umsetzungen
- Chemische Grundlagen des Solvay-Prozesses
- Verfahrenstechnisches
SVGs
Links
Vorlagen
- Vorlage 14: Soda I (ps.gz-, PDF-Format)
- Vorlage 15: Soda II (ps.gz-, PDF-Format)

4. Säuren

4.1. Schwefelsäure

Themen
- Flammen als Reaktoren, Absorption, Wärmebilanzen
Vorlagen
- Vorlage 16 Schwefelsäure

4.2. Phosphorsäure

5. Basen

5.1. Chloralkali-Elektrolyse

6. Metalle

Kupfer (Flotation, Wirbelbettreaktoren)
- SVGs
Aluminium (Elektrochemische Prozesstechnik)

7. Silicate

Keramik
Baubindestoffe (Zement, Beton)
Glas
- Links
  - Obsidian natürliches Glas
  - Foto Obsidian
  - Smalte Co-Glas, das als Blaupigment verwendet werden kann
  - Rubin-Glas (Gold-Sol als Pigment)
  - G. Agricola, 12. Buch, s. S. 502 (Glasherstellung und Verarbeitung)
  - Geschichte des Glases
- SVGs
  - Phasendiagramm CaO - Na₂O - SiO₂
  - Struktur von Glas
- Vorlagen
  - Vorlage 1 (PS, PDF)
  - Vorlage 2 (PS, PDF)
  - Vorlage 3 (PS, PDF)

8. Hochtemperaturwerkstoffe

div. Verfahren

Wasserstoff (div. Reaktoren, u.a. Wirbelbett, Strömungsrohr, Festbett, )
TiO₂ (Rührkessel, technische Kristallisation, Drehrohröfen)
Silicone (Rektifikationen und Extraktionen, Rührkesselkaskaden), ev. Si
Quarze (technische Einkristalle)

Testfragen

Zur Vorbereitung auf die Klausur am 28.7.2008, 10 Uhr nun endlich einige Musterfragen zur 'Einstimmung'. (Von dieser Güte ca. 6 Fragen, Bearbeitungszeit ca. 1 h).

Nennen Sie je zwei Vor- und zwei Nachteile von kontinuierlichen und diskontinuierlichen technischen Prozessen.
Skizzieren Sie eine Destillationskolonne mit drei Böden im Abtriebs- und zwei Böden im Verstärkungsteil. Bestimmen Sie grafisch nach dem Mac-Cabe-Thiele-Verfahren (x/y-Diagramm natürlich dann dabei) die Zusammensetzung im Sumpf und am Kopf der Kolonne. Der Zulauf erfolgt mit Siedetemperatur.
Bei der Soda-Herstellung wird eine sog. reziproke Umsetzung ausgenutzt.
1. Formulieren Sie diese Umsetzung stöchiometrisch exakt.
2. In welcher Art von Reaktor wird diese Reaktion in der Praxis durchgeführt (Name und kleine Skizze).
Begründen Sie in Stichworten, warum die Ammoniak-Synthese bei niedrigen Temperaturen, hohen Drücken und niedrigen Umsätzen gefahren wird.
Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas (Methan) wird dieser in zwei geschickt gekoppelten Reaktionen erhalten. Formulieren Sie die zugehörigen Reaktionsgleichungen und nennen Sie die Reaktionsbedingungen.
Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten zur Trennung von NaCl und KCl. Welchen physikalischen Gesetze werden jeweils ausgenutzt und in welchen Apparaten (ggf. kleine Skizze) wird die Trennung durchgeführt.
Skizzieren und beschreiben Sie in Stichworten die Funktionsweise eines klassierenden Vakuumverdampfers.
Nennen Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Siebböden und Glockenböden in Destillationskolonnen.
Einfache Kristallisationen z.B. aus wässrigen Lösungen können entweder als Kühlungs- oder als Verdampfungskristallisationen durchgeführt werden. Skizzieren Sie das binäre T-x-Zweistoffsystem Wasser-Salz und erkären Sie anhand dieser Skizze die beiden Wege.
Rührkessel und Strömungsrohr sind zwei einfache Basisreaktoren. Welche Vor- und Nachteile haben diese Reaktor-Bauarten?
Erklären Sie anhand einer Skizze die Funktionsweise einer Flotationszelle. Nennen Sie zwei technische Verfahren, bei denen die Flotation ausgenutzt wird.
Mechanische Feststoffverarbeitungen und -trennungen sind für die anorganische Technik extrem wichtig. Welche Apparate (je 2 Beispiele, ggf. mit Skizze) werden zum Zerkleinern bzw. Klassieren von mineralischen Rohstoffen praktisch eingesetzt?

VORLESUNGEN:

Oxide