Química

Operaciones básicas

Operaciones básicas


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Las operaciones básicas de la química técnica como se presentan aquí incluyen transporte de masa y calor, rectificación, extracción y adsorción.

En el curso de control de bucle cerrado, aprenderá los conceptos básicos y las aplicaciones del control de bucle cerrado. Esto incluye una explicación del lazo de control, los sistemas de control técnicamente relevantes y los controladores utilizados. La importancia de la regulación se muestra mediante dos ejemplos. El curso incluye experimentos a control remoto para la regulación de un sistema de calefacción eléctrica y tiene como objetivo consolidar los conocimientos adquiridos.

Regulación

Fundamentos de la regulación 100 min.

Se tratan las definiciones y términos de la ingeniería de control. Se explican el lazo de control y el sistema controlado. Se discuten los tipos de controlador y los criterios para elegir un controlador y se muestran sus aplicaciones.

Regulación de aplicaciones 45 min.

Se muestran ejemplos típicos de tecnología de control. Se muestra la importancia de la tecnología de control para una amplia variedad de procesos técnicos.

Esquema de pasantías 50 min.

En el módulo de aprendizaje se tratan brevemente los fundamentos teóricos del control y se explican la estructura y las posibilidades del sistema de prueba por control remoto para experimentos de control (control de temperatura). Se pueden realizar varios intentos de control.

Del petróleo al producto

Petróleo crudo 45 min.

La unidad de aprendizaje se ocupa de la producción y el uso de petróleo en el pasado y el presente. La producción, composición y clasificación del petróleo crudo se discuten en detalle.

Reacondicionamiento de petróleo 45 min.

Esta unidad de aprendizaje se ocupa del procesamiento del petróleo crudo. Se tratan los procesos básicos en una refinería: destilación, craqueo, reformado, desulfuración.

Síntesis de Fischer-Tropsch 100 min.

Esta unidad de aprendizaje describe la síntesis de Fischer-Tropsch. Se presentan la formación del producto de esta síntesis y varios métodos.

Poliestireno 30 minutos.

El módulo da una idea del descubrimiento y uso del poliestireno. Se muestran los procesos técnicos de producción del poliestireno (PS).

Poliestireno resistente a los impactos 30 minutos.

El módulo describe la producción de poliestireno resistente a los impactos en dos variantes.

Material adicional

Microencapsulación 45 min.

La microencapsulación se utiliza ampliamente en numerosos procesos industriales, por ejemplo, en la industria de la impresión, la industria farmacéutica, la biotecnología o la química agrícola. Muchos productos microencapsulados se han convertido en artículos de uso diario sin ser conscientes de la fascinante tecnología en la que se basan. Esta unidad de aprendizaje es una introducción a la fabricación de microcápsulas y sus múltiples usos.

Nitrógeno casero: rentable y respetuoso con el medio ambiente 30 minutos.

En los procesos mecánicos y térmicos de la industria, los polvos se generan por un lado y los disolventes se evaporan por el otro durante la limpieza. Esto significa que existe un riesgo permanente de incendio y explosión, si no se inertiza con nitrógeno.

Unidades de aprendizaje faltantes, insertadas automáticamente.

Adsorbentes45 min.

En esta unidad de aprendizaje, el alumno conoce diferentes adsorbentes. Enseña qué tipos de adsorbentes existen, cómo se puede determinar la superficie de dicha sustancia y qué parámetros influyen en la separación de una mezcla de sustancias.

Aplicaciones de la adsorción45 min.

Esta unidad de aprendizaje le da al estudiante una idea de las aplicaciones técnicas de la adsorción. Utilizando el ejemplo de la separación de nitrógeno y oxígeno, se analiza una solución básica a un problema de procedimiento.

Aplicaciones para el transporte de calor: casa que ahorra energía60 min.

En el módulo de aprendizaje se profundiza en los fundamentos teóricos del transporte de calor, se demuestra la posibilidad de control remoto de sistemas y se puede realizar la monitorización y control online de una vivienda que ahorra energía.

Diseño de columnas de separación45 min.

A partir de las particularidades de la separación de materiales mediante rectificación, se presentan las particularidades del diseño. Para ello, se presentan los parámetros típicos del proceso con referencia a las leyes termodinámicas.

Conceptos básicos del transporte de calor45 min.

Esta unidad de aprendizaje ofrece una introducción al tema del transporte de calor y explica brevemente los términos y mecanismos que desempeñan un papel en el transporte de calor.

Captura de dióxido de carbono45 min.

El proceso CCS (Carbon Capture and Storage) se utiliza para capturar y almacenar una gran parte del dióxido de carbono producido a partir de los gases de escape del proceso para que no llegue a la atmósfera y contribuya a la progresión del cambio climático.

Adsorción de curso compacto

El curso trata los términos y procesos básicos involucrados en la adsorción y también analiza los adsorbentes técnicamente importantes. El material también incluye varios procesos para la separación y purificación de sustancias mediante adsorción. En la parte práctica se puede realizar un experimento controlable a distancia para la separación por adsorción de una mezcla de nitrógeno / metano, que tiene como objetivo ayudar a consolidar los conocimientos adquiridos.

Rectificación de rumbo compacto

En el curso conocerás los aspectos más importantes de la rectificación. Además de una descripción de los equilibrios de fase y los conceptos básicos para el diseño de columnas de separación, se describe la estructura de las columnas de separación técnicas. Se presentan varios procesos de rectificación que también se pueden utilizar para resolver problemas de separación difíciles.

Transporte de calor de campo compacto

En el curso conocerás los procesos más importantes que intervienen en el transporte de calor. Los tipos de transporte de calor se discuten en detalle. En base a esto, se presentan los intercambiadores de calor técnicos y se muestra su diseño. El curso incluye experimentos a control remoto sobre transferencia de calor mediante intercambiadores de calor de doble tubo, que sirven para consolidar los conocimientos adquiridos.

Metanol a olefinas30 minutos.

La creciente demanda de eteno y propeno, así como el aumento del precio del petróleo crudo, han llevado en las últimas décadas al hecho de que la conversión del metanol en productos de mayor calidad ha experimentado un repunte.

Metanol en hidrógeno45 min.

Hasta ahora, los combustibles fósiles como el petróleo crudo, el gas natural y el carbón eran nuestras principales fuentes de energía. En el futuro, las llamadas energías renovables como la biomasa, la energía eólica y la solar jugarán un papel cada vez más importante. El hidrógeno es un portador de energía que se puede producir a partir de energías renovables, por ejemplo, biomasa, o de electricidad mediante el proceso de electrólisis. Por este motivo, también se están investigando los procesos que almacenan hidrógeno en forma de portadores de energía química líquidos.

Curso práctico de adsorción (metano a 1200 hPa)60 min.

Los términos y procesos básicos de adsorción se tratan en el material, se utiliza para la preparación y seguimiento del curso práctico de adsorción y para la realización de experimentos de adsorción en un entrenador a control remoto.

Rectificación de prácticas90 min.

Los conceptos básicos teóricos de la rectificación se actualizan en el módulo de aprendizaje. Se muestra la facilidad de prácticas para la rectificación. El contenido de aprendizaje ofrecido sirve en particular para preparar y dar seguimiento a la rectificación de la pasantía.

Curso práctico de transporte de calor (influencia del comportamiento del flujo)50 min.

En el material, se actualizan los conceptos básicos teóricos del transporte de calor y se tratan los intercambiadores de calor técnicos esenciales. También se utiliza para la preparación y seguimiento de las prácticas de transporte de calor, así como para realizar experimentos de transporte de calor en un entrenador a control remoto.

Rectificación: función y estructura de plantas de rectificación45 min.

A partir de las particularidades de la separación de materiales mediante rectificación, se presentan las particularidades de la gestión de procesos. Para ello, se presentan los parámetros típicos del proceso con referencia a las leyes termodinámicas. El equipamiento para el diseño de los procesos técnicos se trata a partir de varios ejemplos típicos.

Proceso de rectificación45 min.

La rectificación es un proceso de separación muy utilizado. Además de los procesos de separación simples en los que se separa una mezcla en una o más columnas, también hay un gran número de procesos que se utilizan para problemas de separación especiales, por ejemplo, procesos de separación desfavorables.

Transporte de masa y calor

Con respecto al contenido de la trayectoria de transporte de masa y calor: En el capítulo "Transporte de masa y calor", se resumen los diversos fenómenos de transporte. Los capítulos "Conceptos básicos del transporte de calor", "Conducción de calor", "Convección de calor", "Radiación de calor" y "Cantidades de sustancias energéticas" tratan en detalle los procesos de transporte de calor y las cantidades de sustancias necesarias. El capítulo "Ejemplo 1: Transporte de calor" profundiza el tema del transporte de calor a partir de la observación y el control de una casa que ahorra energía. El capítulo "Ejemplo 2: Transporte de calor" trata del control de la temperatura durante las reacciones de polimerización y el capítulo "Ejemplo 3: Transporte de calor" muestra aspectos del aislamiento térmico del poliestireno espumado. Los capítulos "Transporte de masa: difusión" y "Transporte de masa: membranas" tratan nuevamente de los procesos de transporte de masa.

Experimento 1a: adsorción de metano a 1200 hPa60 min.

En esta unidad de aprendizaje, realiza la adsorción de metano a partir de una mezcla de metano / nitrógeno a una presión del sistema de 1200 hPa. El experimento se lleva a cabo en una instalación de prueba controlable en línea.

Experimento 1b: adsorción de metano a 8000 hPa60 min.

En esta unidad de aprendizaje, adsorberá metano de una mezcla de metano / nitrógeno a una presión del sistema de 8000 hPa. El experimento se lleva a cabo en una instalación de prueba controlable en línea.

Experimento 1c: Adsorción de dióxido de carbono a 1200 hPa60 min.

En esta unidad de aprendizaje, realiza la adsorción de dióxido de carbono a partir de una mezcla de dióxido de carbono / nitrógeno a una presión del sistema de 1200 hPa. El experimento se lleva a cabo en una instalación de prueba controlable en línea.

Experimento 1d: Adsorción de dióxido de carbono a 8000 hPa60 min.

En esta unidad de aprendizaje, realiza la adsorción de dióxido de carbono a partir de una mezcla de dióxido de carbono / nitrógeno a una presión del sistema de 8000 hPa. El experimento se lleva a cabo en una instalación de prueba controlable en línea.

Experimento 2: Adsorción de una mezcla multicomponente80 min.

En esta unidad de aprendizaje, se lleva a cabo una adsorción de múltiples componentes de metano y dióxido de carbono a partir de una mezcla de ambos gases con nitrógeno a presiones del sistema de 1200 hPa u 8000 hPa. El experimento se lleva a cabo en una instalación de prueba controlable en línea.

Experimento 3: adsorción por oscilación de presión100 min.

En esta unidad de aprendizaje, usted lleva a cabo la adsorción por cambio de presión para la separación de metano y dióxido de carbono en carbón activado en una instalación de prueba controlada en línea.

De intercambio de calor60 min.

La unidad de aprendizaje se ocupa del intercambio de calor y muestra cómo se diseñan los intercambiadores de calor industriales.

Expansión térmica60 min.

En esta unidad de aprendizaje se describe la influencia de la expansión térmica.

Transferencia de calor60 min.

Esta unidad de aprendizaje se ocupa de la transferencia de calor a través de paredes planas y, en particular, de la transferencia de calor a través de paredes de tuberías, que es importante en aplicaciones industriales.

Conducción de calor a través de paredes30 minutos.

Esta unidad de aprendizaje cubre la conducción de calor a través de paredes planas de una sola capa y multicapas planas y la conducción de calor a través de paredes cilíndricas de una sola capa y paredes cilíndricas de múltiples capas.


Operaciones básicas: química y física

Puntos de crédito: 5 LP

Se requiere una bata para esta pasantía de química. El departamento de física o el decano de estudios pueden responder preguntas sobre la adquisición de esta bata.

Inicio del ciclo): Semestre de invierno

En este módulo, el enfoque está en el aprendizaje de las operaciones básicas en los laboratorios químicos. Esto incluye la manipulación segura, limpia y precisa de productos químicos y sustancias peligrosas, la capacidad de realizar reacciones simples y operaciones de separación, y el uso de métodos para la caracterización de sustancias. En general, el módulo está diseñado para adquirir conocimientos basados ​​en experimentos.

En términos de contenido, se transmiten aspectos fundamentales de la observación, investigación y medición de fenómenos / relaciones simples en experimentos científicos. Además, se aprenden las operaciones básicas en el trabajo químico sobre la base de la titulación, la química ácido-base y la química redox y se tratan los métodos para evaluar y documentar los experimentos químicos.


Illumina

La reacción almidón-yodo es muy útil en análisis. Aquí se muestra el uso de la reacción almidón-yodo como indicador en la valoración redox (yodométrica) del ácido ascórbico en el jugo de naranja.

Productos químicos:

Solución estándar de yodo 0,1 M (solución de yoduro de potasio y yodo)
solución acuosa saturada de almidón o suspensión de almidón
zumo de naranja

Ejecución:

Se coloca 1 ml de jugo de naranja en un tubo de ensayo, luego se agrega 1 ml de la solución de almidón y se agita para mezclar. Ahora titular con solución estándar de yodo hasta que una sola gota produzca un color azul violeta intenso. La concentración de ácido ascórbico (asumiendo una densidad del jugo de naranja de 1 g / ml) en el jugo de naranja se calcula de la siguiente manera:

(0,1 mol / l x [litro de solución estándar de yodo]) x 176,13 g / mol x 100 =% de ácido ascórbico

La solución puede decolorarse nuevamente con un poco más de jugo de naranja o con una solución de tiosulfato de sodio y luego desecharse de manera segura en las aguas residuales.

El yodo oxida el ácido ascórbico a ácido deshidroascórbico:


El exceso de yodo y almidón forman el complejo de yodo de almidón, en el que yo5 - -Los iones se almacenan en las moléculas de almidón:

Este complejo tiene un color violeta oscuro intenso debido a la presencia de electrones libres.


Solución de jugo de naranja y almidón


Complejo de almidón y yodo en el punto final de la titulación


Tabla de contenido

Según la definición de la Sociedad de Ingeniería de Procesos e Ingeniería Química (GVC), la Proceso tecnológico con la implementación técnica y económica de todos los procesos en los que se cambian sustancias en términos de tipo, propiedades y composición. Entonces es la ciencia de la ingeniería de la conversión de materia. En la práctica, el ingeniero de procesos a menudo trabaja en estrecha colaboración con las disciplinas científicas, p. Ej. B. trabaja con químicos como desarrolladores y convierte sus hallazgos en conceptos y procesos técnicos factibles. En particular, aumentar la escala de producción y el presupuesto energético de un proceso son a menudo cuestiones decisivas.

Sin embargo, la implementación de la planta planificada y desarrollada técnicamente por procesos, a la que se hace referencia a sí misma como construcción de planta, también está cubierta por la tecnología de proceso. La tarea principal del ingeniero de procesos es seleccionar y diseñar el equipo, los componentes y los materiales que se utilizarán para la construcción. Además, la planificación de la ingeniería de medición y control del proceso a operar es cada vez más extensa. Los conocimientos adquiridos en el trabajo de ingeniería de procesos teóricos y experimentales se incorporan a menudo en simulaciones asistidas por ordenador. Estos sirven entonces como punto de partida o incluso como modelo de gestión para el control de procesos. Debido al diseño muy interdisciplinario del curso, los graduados encuentran una amplia gama de aplicaciones prácticas. Desde el trabajo como investigador en el laboratorio, como desarrollador y programador de simulaciones o sistemas de control, hasta el trabajo como ingeniero de cálculo y proyectos, pasando por el director de obra u operador de plantas de producción, los ingenieros de procesos y químicos están en toda la química. , energía, industria alimentaria y farmacéutica, así como en las correspondientes empresas constructoras de plantas e instituciones de investigación.

Los cursos de ingeniería de procesos se ofrecen en Alemania en universidades técnicas y otras universidades. Los respectivos programas de grado difieren en detalle entre las universidades. Dependiendo de la tradición o la orientación temática de la respectiva institución, la formación puede estar más orientada hacia la tecnología o la química (ver ingeniería química). Mientras que en algunas universidades la ingeniería de procesos, por ejemplo, se ramifica directamente del curso de ingeniería mecánica como especialidad, en otras instituciones la asignatura es un título básico independiente o una licenciatura para un enfoque posterior, como la ingeniería de bioprocesos o el título principal o de maestría en química. Ingenieria. Para ello, también existen asignaturas o especializaciones independientes de ingeniería de procesos en áreas científicas independientes. Esto es, por ejemplo, la tecnología agrícola o la tecnología de la ganadería dentro de las ciencias agrícolas. Las especializaciones en el campo de la ingeniería de procesos (construcción de plantas de energía, energías renovables) también se ofrecen cada vez más en este momento. La ingeniería mecánica y la ingeniería eléctrica a menudo se incorporan a la asignatura. A raíz de los avances técnicos, esto a veces conduce al establecimiento de nuevos temas como la ingeniería ambiental, la biotecnología o la tecnología alimentaria.

Además, el uso del idioma alemán e inglés es diferente para los términos de la ingeniería química y de procesos. como Ingeniería de Procesos es la actividad de ingeniería de procesos de un ingeniero en inglés. El tema de estudio que corresponde a la definición alemana de ingeniería de procesos en los países de habla inglesa suele ser este Ingeniería Química (también, por ejemplo, también en español: Ingenieria química). En Alemania, por otro lado, se hace una clara distinción entre la ingeniería de procesos y la ingeniería química en la educación superior.

La licenciatura en cursos de ingeniería de procesos en la República Federal de Alemania fue principalmente el título académico de un ingeniero graduado. Como parte del proceso de Bolonia, también se llevó a cabo aquí la conversión o introducción de los nuevos títulos académicos de Licenciatura y Maestría, que se complementan entre sí.

La ingeniería de procesos se ha desarrollado desde sus inicios en la construcción de tuberías y calderas hasta convertirse en una ciencia interdisciplinaria. Hoy, para el diseño de los procesos además

  • las ciencias naturales y materiales para describir el proceso y sus efectos materiales, también
  • las ciencias económicas, sociales, políticas y jurídicas para la aceptación, el marco y el funcionamiento del proceso

necesario. Además, todas las demás ciencias de la ingeniería se utilizan para implementar el proceso en la construcción de plantas.

Los sistemas de ingeniería de procesos producen entre unos pocos gramos y varios millones de toneladas por año. Se producen sustancias químicas simples hasta componentes complejos. Para poder describir la abundancia de procesos, se desglosan en operaciones unitarias que ya no son físicamente significativas y con un solo proceso físico, como la mezcla o la evaporación. Los pasos del proceso que son una combinación espacialmente inseparable de varias operaciones básicas también suelen denominarse operaciones básicas. Las clases de operaciones de procedimiento básicas son, por ejemplo:

  • Cambio de propiedades del material: triturado, enfriamiento, secado, ...
  • Cambio de composición del material: filtración, destilación, ...
  • Cambio de tipo de sustancia: oxidación, hidrogenación, polimerización, ...

Estas operaciones básicas están encadenadas y dan como resultado el proceso general. Un proceso diseñado de esta manera es calculable y factible, pero no optimizado en cuanto a energía y espacio. La presión de los costes en la industria y las mejores opciones de simulación y análisis, así como la mejor comprensión física, significan que hoy en día se combinan más y más operaciones básicas en un solo paso del proceso. Sin embargo, para comprender el contexto general, tiene sentido considerar el proceso en pasos físicos básicos separados.

Por lo tanto, la ingeniería de procesos todavía se divide a lo largo de los procesos físicos de las operaciones básicas en:

  • Ingeniería de Procesos Mecánicos,
  • Ingeniería de procesos químicos,
  • ingeniería de procesos térmicos y
  • los otros procesos, que generalmente se agregan como procesos físicos a la ingeniería de procesos químicos.

Además, existe la incalculable cantidad de procesos complejos e inseparables como:

Así mismo las disciplinas auxiliares, de implementación y especiales necesarias, tales como:

Otra estructura más antigua se basa en los grupos de sustancias: ingeniería de procesos de alimentos, ingeniería de procesos de plásticos, etc.

En farmacia, la ingeniería de procesos se conoce como galénica en farmacia como receta (antigua: teoría de la forma del fármaco). En la industria, se le conoce como tecnología de procesamiento o tecnología farmacéutica.

Básicamente, todo desarrollo de proceso que implica un flujo de material implica la ingeniería de procesos. Por lo tanto, es una parte que en su mayoría no se menciona en todas las ciencias. La ingeniería de procesos enfatiza el proceso en sí e intenta optimizarlo con las condiciones de contorno dadas. En otras disciplinas, generalmente se asume un proceso dado porque el foco está en otros aspectos.

La ingeniería de procesos trata el mismo tema que las otras ciencias naturales y utiliza sus herramientas. A diferencia de otras ciencias naturales, la ingeniería de procesos no intenta revelar una nueva conexión, sino más bien hacer una conexión reconocida técnicamente utilizable. Las preguntas que surgen al diseñar nuevos procesos generalmente conducen a una estrecha cooperación con otras ciencias naturales.

Los ingenieros de procesos utilizan las herramientas de la ingeniería. Determinan el espacio y las condiciones en las que se desarrolla un proceso.

La ingeniería química es una disciplina de la ingeniería de procesos que se centra en la química. Por el contrario, la tecnología ambiental se centra en los aspectos legales, toxicológicos y logísticos del suministro y la eliminación.

Procesamiento de ingeniería de procesos mecánicos

La ingeniería de procesos mecánicos se ve a sí misma como un usuario de mecánica o mecánica de fluidos. Por lo tanto, se ocupa de los procesos de cambio de sustancia que se basan en la acción mecánica. Los cuatro grupos de procesos principales son trituración y aglomeración, así como mezcla y separación (filtros, tamices).

Históricamente, sus raíces se encuentran en la construcción de tuberías y la ingeniería de procesos sólidos. Por lo tanto, tradicionalmente, el almacenamiento, transporte y dosificación de sólidos, productos a granel y productos líquidos (por ejemplo, transporte mediante bombas) generalmente se agregan a la ingeniería de procesos mecánicos.

Procesamiento de ingeniería de procesos térmicos

La ingeniería de procesos térmicos se ocupa en particular de los procesos de separación térmica y purificación, como la destilación, así como de los procesos de rectificación y extracción. Los procesos que se ejecutan con tecnología de membranas también forman parte de la ingeniería de procesos térmicos.

Ingeniería química editar

los Ingeniería de procesos químicos (Ingeniería de reacción química) se ocupa de la transformación de sustancias a través de reacciones químicas y forma el vínculo más fuerte entre la ingeniería de procesos y la química. En particular, se examina la transición de la escala de laboratorio de química a la escala industrial. Esto incluye, por ejemplo, la construcción de plantas piloto y la investigación de la cinética. El ingeniero químico realiza así un trabajo importante en la implementación de los resultados de laboratorio en el proceso de producción. Hoy en día, esta transferencia de escala se suele denominar "ampliación".

Ingeniería de procesos electroquímicos Editar

La ingeniería de procesos electroquímicos se ocupa de las aplicaciones técnicas de los fenómenos electroquímicos (por ejemplo, síntesis de productos químicos, refinado electrolítico de metales, baterías y pilas de combustible, sensores, modificación de la superficie mediante deposición y grabado galvánico, separaciones y corrosión). [2]

Ingeniería de bioprocesos editar

La ingeniería de bioprocesos (también ingeniería de bioprocesos o bioingeniería) es el área de la biotecnología que se ocupa de la implementación de la ingeniería de procesos, o la parte de la ingeniería de procesos que se ocupa de los procesos biotecnológicos. La biotecnología hace que las conversiones de materiales a través de procesos biológicos se puedan utilizar en aplicaciones técnicas. Estos procesos pueden ser llevados a cabo por las enzimas (anteriormente: fermentación) contenidas en las células (principalmente bacterias, levaduras, hongos) o por enzimas aisladas. En ambos casos se habla de biocatálisis, biosíntesis o fermentación. Por el contrario, se habla de cultivo solo cuando se utilizan células que se multiplican o metabolizan durante el proceso. Las subáreas de la biotecnología son z. B. microbiología, química y bioquímica. Se pueden utilizar métodos de ingeniería genética, pero no se utilizan necesariamente en todas las aplicaciones biotecnológicas. Un área importante de la biotecnología es la ingeniería de procesos, que implementa procesos a escala de investigación o producción. Esto incluye la planificación general e implementación de un proceso, el desarrollo de métodos de control de procesos y preparación de los productos, el control de los procesos de producción y su optimización continua.

Pros y contras editar

Los procesos biotecnológicos pueden tener varias ventajas y desventajas en comparación con los procesos químicos:

  • Los procesos químicos a veces requieren condiciones extremas (por ejemplo, altas presiones y / o temperaturas) y productos químicos tóxicos. Los procesos biológicos tienen lugar en condiciones menos extremas y pueden reemplazar varios procesos químicos debido a las ventajas económicas y ecológicas.
  • Algunos compuestos no pueden sintetizarse mediante métodos químicos, pero pueden producirse biotecnológicamente.
  • En aplicaciones farmacéuticas en particular, puede ser necesario usar solo una variante de compuestos quirales. En el caso de la producción biotecnológica solo existe una variante, mientras que en el caso de la producción química suele haber ambas.
  • Dado que los procesos biológicos no pueden tener lugar a temperaturas arbitrariamente altas, la velocidad de reacción también es limitada. Por lo tanto, los reactores a menudo necesitan aquí volúmenes mayores que en los procesos no biológicos.

Áreas de aplicación editar

Las aplicaciones biotecnológicas difieren enormemente y, por lo tanto, se dividen en diferentes áreas. Además de la ingeniería de bioprocesos para la producción de ciertos compuestos, estas áreas individuales también pueden incluir otros campos:

  • La biotecnología blanca (biotecnología industrial) puede incluir procesos químicos en los que Catalizadores no enzimáticos usarse, reemplazar y complementar. Hay z. B. productos químicos finos y básicos, enzimas y otros producidos.
  • La biotecnología roja (biotecnología médica) tiene varias tareas, incluida la producción biotecnológica de ingredientes activos, diagnósticos y vacunas.
  • La biotecnología verde se ocupa principalmente de la optimización de cultivos. La ingeniería de bioprocesos juega aquí un papel secundario
  • La biotecnología gris (biotecnología ambiental) utiliza enzimas y microorganismos para el tratamiento de agua potable, aguas residuales, aire de escape, desechos, gases de escape y otras cosas.
  • La biotecnología azul (biotecnología marina) utiliza microorganismos marinos.
  • La biotecnología amarilla (definida principalmente como biotecnología alimentaria) se utiliza en la industria alimentaria, p. Ej. B. para la producción de cerveza utilizando levadura, yogur y chucrut utilizando bacterias del ácido láctico, etc.

Si bien se establecen los términos biotecnología blanco, rojo y verde, las otras asignaciones de colores hasta ahora han sido menos comunes. [3]

Tipos de proceso editar

Las numerosas aplicaciones posibles han dado lugar a varios procesos que pueden variar ampliamente. A menudo se utilizan biorreactores (fermentadores). Los fermentadores generalmente contienen agitadores para homogeneización, dispositivos para ajuste de temperatura y otra tecnología para monitorear y controlar parámetros importantes.

  • Especialmente en biotecnología blanca y roja, se utilizan fermentadores esterilizables, en los que se pueden controlar con precisión los parámetros (temperatura, contenido de oxígeno, valor de pH, etc.). [4]
  • En la biotecnología gris se utilizan varios biorreactores, como B. Torres de digestión en plantas de tratamiento de aguas residuales, fermentadores en producción de biogás y biofiltros en depuración de aire de escape.
  • En la tecnología alimentaria (biotecnología amarilla) z. B. utilizado en tanques de fermentación de producción de cerveza como biorreactores.
  • Otros biorreactores son z. B. reactores de algas, fotobiorreactores, biorreactores de hidrógeno, etc.

Los productos se fabrican de acuerdo con diferentes principios:

  • Las enzimas pueden garantizar la conversión de una sustancia.
  • A menudo, se cultivan microorganismos cuyos productos metabólicos representan el producto (por ejemplo, etanol, butanol, citrato).
  • Sustancias de almacenamiento del tipo cultivado, como. B. el producto puede ser el ácido polihidroxibutírico de almacenamiento de carbohidratos microbianos.
  • La modificación genética puede inducir la sobreexpresión en la especie a cultivar o se puede transferir una nueva vía metabólica a la especie de modo que el producto deseado se produzca con un alto rendimiento.

Posteriormente a la producción (fermentación), generalmente es necesario el procesamiento posterior. Dependiendo del proceso, esto puede ser muy complejo e incluir pasos como disrupción celular, filtración, cromatografía y otros. Esta área también está asignada a la ingeniería de bioprocesos. [4]

Ingeniería de procesos del sistema Editar

La ingeniería de procesos de sistemas, como parte de la teoría de sistemas de ingeniería, tiene la tarea de modelar el comportamiento dinámico de los sistemas de ingeniería de procesos, optimizar la estructura del sistema y diseñar los subsistemas necesarios para dominar los procesos de conversión de materiales.

Nanotecnología editar

La nanotecnología o nanotecnología es todavía un campo joven, que combina áreas muy interdisciplinarias de la física, la química, la biología y la ingeniería de procesos. Se trata de sustancias y sistemas que, en su tamaño, pueden estar formados únicamente por unas pocas moléculas. La tecnología de nanopartículas es de particular importancia para la ingeniería de procesos. Aufgrund der kleinen geometrischen Ausdehnung von Nanopartikeln besitzen sie spezielle optische und elektronische Eigenschaften, welche besondere Messverfahren erforderlich machen, jedoch auch zu neuen Anwendungen führen können. Ein Beispiel für diese Partikel sind Kohlenstoffnanoröhren, die sich ganz anders verhalten als z. B. Graphit-Partikel.


Rechnen in der Chemie

Es wird sicher eInIge Zeit dauern, bis in der Praxis die neuen gesetzlichen Einheiten ausschließlich verwendet werden. Um den übergang zu erleichtern, wurden - wo es angebracht schien - die früheren Einheiten in Klammer gesetzt. Selbst­ verständlich sind auch die erforderlichen Umrechnungstabellen eingefügt. Am Schluß des Buches sind einige wichtige Tabellen sowie die fünfstellige Logarithmentafel aufgenommen, um vor allem dem Anfänger den Gebrauch dieser Rechenhilfen und das Auf­ suchen und Interpolieren von Tabellenwerten zu erleichtern. Ein Buch wird seinem Benutzer dann zum Erfolg führen, wenn er es oft und gern zur Hand nimmt. Wenn ein Buch, wie das vorliegende, bereits neun Auflagen erreicht hat, kann angenommen werden, daß diese Voraussetzung erfüllt ist. Der Springer-Verlag in Wien hat durch die vorbildliche Aus­ stattung des Buches dieses Bestreben unterstützt, wofür ihm aufrichtig zu danken ist. OffenbachJMain, im Frühjahr 1976 Walter Wittenberger Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeines Rechnen . 1 A. Mathematische Schreibweise und Genauigkeit . 1 Dezimalzahlen und vielstellige Zahlen 1. - Genauigkeit im Zahlenrechnen 1. - Mathematische Zeichen 3.­ Formel- und Einheitenzeichen 3. - Dezimale Vielfache und dezimale Teile von Einheiten 3. - Das griechische Alphabet 4. B. Bruchrechnen . 4 Teilbarkeit der Zahlen 4. - Umformen von Brüchen 4. - Kürzen und Erweitern von Brüchen 6. - Addieren von Brüchen 7. - Subtrahieren von Brüchen 7. - Multipli­ zieren von Brüchen 7. - Dividieren von Brüchen 8. C. Proportionen (Verhältnisgleichungen) . 9 Schlußrechnung (Dreisatz) 9. - Proportionen 10. - Der abgekürzte Dreisatz 11. - Umgekehrte Verhältnisse 12.


Grundoperationen : Lehrbuch der Technischen Chemie. Band 2

Anhand ausgewählter Beispiele werden dem Leser thermische und mechanische Grundoperationen dargelegt und
schwerpunktmäßig folgende Themen behandelt:
- Stoff-, Wärmetransport sowie Strömungslehre
- Berechnung von Phasengleichgewichten (insbesondere zur übergeordneten Darstellung aller thermischen Trennverfahren)
- Prinzipien und technische Anwendungen der thermischen Stofftrennung anhand der Rektifikation, der Absorption, der Flüssig-Flüssig-Extraktion sowie weiterer technisch bedeutsamer Trennverfahren (Fest-Flüssig-Extraktion, Extraktion mit überkritischen Gasen, Kristallisation, Adsorption und Membranverfahren)
- Mechanische Grundoperationen, wie Rühren, Filtrieren, andere mechanische Misch- und Trennverfahren sowie die Behandlung von Feststoffen (vom Zerkleinern bis zur Formgebung von Katalysatoren)
Besonders die im Text eingestreuten Rechenbeispiele helfen, den Lernstoff zu vertiefen. Ein abgedrucktes Computerprogramm erlaubt die Berechnung auch komplexerer Rektifikationsverfahren.

Dieses ausführlich bearbeitete Lehrbuch eignet sich als berufsbegleitendes Nachschlagewerk und zur Auffrischung von Wissen hervorragend. Inhaltlich entspricht das Werk der vom DECHEMA Unterrichtsausschuss für Technische Chemie angegebenen Empfehlung.


Arbeitsmittel und Gliederung der Verfahrenstechnik

Die Verfahrenstechnik hat sich von ihren Anfängen im Rohrleitungs- und Kesselbau hin zu einer interdisziplinären Wissenschaft entwickelt. Heute werden für die Auslegung der Prozesse neben

  • den Natur- und Materialwissenschaften für die Beschreibung des Prozesses und seiner stofflichen Auswirkungen, auch
  • die Wirtschafts-, Sozial-, Politik-, und Rechtswissenschaften für die Akzeptanz, die Rahmenbedingungen und den Betrieb des Prozesses

benötigt. Weiterhin wird für die Umsetzung des Prozesses im Anlagenbau auf alle anderen Ingenieurswissenschaften zurückgegriffen.

Verfahrenstechnische Anlagen produzieren zwischen wenigen Gramm und mehreren millionen Tonnen pro Jahr. Produziert werden einfache chemische Substanzen bis hin zu komplizierten Bauteilen. Um die Fülle an Prozessen beschreiben zu können, werden sie in physikalisch nicht mehr sinnvoll trennbare Grundoperationen (en: unit operations) mit nur einem physikalischen Vorgang, wie Mischen oder Verdampfen, zerteilt. Verfahrensschritte, die eine räumlich untrennbare Kombination mehrerer Grundoperationen sind, werden meist auch als Grundoperationen bezeichnet. Klassen von verfahrenstechnischen Grundoperationen sind zum Beispiel:

  • Änderung der Stoffeigenschaften: Zerkleinern, Kühlen, Trocknen, .
  • Änderung der Stoffzusammensetzung: Filtration, Destillation, .
  • Änderung der Stoffart: Oxidation, Hydrierung, Polymerisation, Gärung, Elektrolyse, .

Diese Grundoperationen werden aneinandergereiht und ergeben den Gesamtprozess. Ein derart gestalteter Prozess ist berechenbar und durchführbar, aber nicht energie- und platzoptimiert. Der Kostendruck in der Industrie und die besseren Simulations- und Analysemöglichkeiten sowie das bessere physikalische Verständnis führen dazu, dass heute immer mehr Grundoperationen in einem Prozessschritt kombiniert werden. Jedoch ist für das Verständnis des Gesamtzusammenhangs eine Betrachtung des Prozesses in getrennten physikalischen Grundschritten sinnvoll.

Die Verfahrenstechnik gliedert sich daher immer noch entlang der physikalischen Vorgänge der Grundoperationen in:

    • mechanische Verfahrenstechnik,
    • chemische Verfahrenstechnik,
    • thermische Verfahrenstechnik und
    • den sonstigen Verfahren, die meist als physikalische Verfahren der chemischen Verfahrenstechnik zugeschlagen werden.


    Dazu kommt die nicht überschaubare Anzahl von komplexen, nicht voneinander trennbaren Verfahren wie:

      • biologische Verfahrenstechnik,
      • Grenzflächenverfahrenstechnik und
      • Membranverfahrenstechnik.


      Ebenso den benötigten Hilfs-, Umsetzungs- und Spezialdisziplinen, wie:

      Eine andere, ältere Gliederung geht von den Stoffgruppen aus: Lebensmittelverfahrenstechnik, Kunststoffverfahrenstechnik, usw.

      In der Pharmazie wird die Verfahrenstechnik als Galenik in der Apotheke als Rezeptur bezeichnet (alt: Arzneiformenlehre). Industriell wird sie als Aufbereitungstechnik oder als pharmazeutische Technologie bezeichnet.


      Dieses Modul wird nicht mehr angeboten. Stattdessen müssen jetzt die beiden folgenden Module absolviert werden:

      Nachfolgend ist die alte Modulbeschreibung aufgeführt.

      Leistungspunkte: 10 LP

      Turnus (Beginn): Wintersemester

      Ziel des Moduls ist der Erwerb eines grundlegenden Verständnisses der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Molekülen und Molekülionen entsprechend unserer heutigen Vorstellungen. Die Studierenden sollen mit den wesentlichen Konzepten und Modellvorstellungen und der Terminologie zur Beschreibung chemischer Verbindungen und Reaktionen vertraut sein. Ziel des Praktikums ist das Erlernen von Grundoperationen in chemischen Laboratorien, des sicheren, sauberen und genauen Umgangs mit Chemikalien und Gefahrstoffen, sowie die Vermittlung der Fähigkeit, einfache Reaktionen und Trennoperationen durchzuführen und Methoden zur Stoffcharakterisierung anzuwenden.

      Grundkonzepte der Chemie (Stöchiometrie, Atombau, Chem. Bindung, Aufbau der Materie, chem. Energetik, chem. Reaktivität, Säure/Base,Redox-Chemie)


      Rechnen in der Chemie

      Bereits im Vorwort zur elften Auflage (1983) wurde darauf hingewiesen, daß die gesetzliche Einführung des Internationalen Einheitensystems SI zu umfassenden Neuerungen auch auf dem Gebiet des chemischen Rechnens geführt hat. Maßgebend war dabei vor allem die Festlegung der Basisgröße Stoffmenge mit der Basiseinheit Mol. Damit wird auch die "Normalität einer Lösung" durch die Angabe der Stoffmengenkonzentration, bezogen auf Äquivalente in mol/Liter, ersetzt. Ebenso wurden die Größen be­ zeichnungen, Formelzeichen und Einheiten festgelegt, so daß auch in der Chemie mit Größengleichungen gerechnet werden kann. Von Vorteil ist es, beim Einsetzen der Zahlenwerte in die Berechnungs­ formel auch die entsprechenden Einheiten anzufügen, da dann auch die Einheit der erhaltenen Größe resultiert. Die Zusammenhänge bzw. Unterschiede zwischen den früher gebräuchlichen und den nunmehr verwendeten Rechengrößen werden in den betreffenden Abschnitten dieses Buches aufgezeigt. Die vorliegende Neuauflage des Buches wurde erforderlich, weil von der IUPAC eine neue, verbindliche Tabelle der Atommassen der Elemente veröffentlicht wurde. Sie weist eine Anzahl von Korrekturen in den Einzelwerten gegenüber der Tabelle von 1979 auf. Es war daher notwendig, eine große Zahl der im Buch enthaltenen Beispiele und Übungsaufgaben neu zu berechnen. Selbstverständlich wurde auch die letzte Ausgabe der DIN 1310 (Februar 1984) berücksichtigt. Schon im Vorwort zur ersten Auflage (1947) wurde betont, daß jeder, der sich in das "Chemische Rechnen" einarbeiten will, mit den Rechenregeln allgemeiner Art vertraut sein muß. Der erste Abschnitt des Buches soll daher dem Anfänger die Wiederholung dieser Grundkenntnisse ermöglichen.