Legende:
SWS-Semester-Wochenstunden
VT-Verfahrenstechnik
MB, MBEN Maschinenbau, Maschinenbau Schwerpunkt Energietechnik
IE-Industrial Engineering, bisher Produktion und Automatisierung, PA
PF-Pflichtfach
WPF-Wahlpflichtfach
AW-Allgemeinwissenschaftliches Fach, das von Studenten verschiedener Studiengänge gewählt werden kann

Im folgenden werden die Fächer in Anlehnung an die Inhaltsverzeichnisse kurz beschrieben.

• Kühlung von Maschinen und Motoren 
• die Abfuhr der Kondensationswärme in einem Dampfkraftprozess zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Kohle
• Kühlung von Computern 
• Kühlen/ Gefrieren und Lagerung von Lebensmitteln

• Beim Destillieren muss ein Gemisch erst verdampft und das dampfförmige Produkt kondensiert werden. 
• Beim Sterilisieren in Pharma- oder Lebensmittel-Betrieben muss eine Flüssigkeit z.B. auf 130 °C erwärmt und anschließend wieder auf Umgebungs-Temperatur gekühlt werden. 

• die Diffusion einer Flüssigkeit durch eine Membran bei der Meerwasser-Entsalzung 
• die Verdunstung einer Flüssigkeit in einen Gasstrom bei der Lacktrocknung 

Inhalt der Vorlesung:

1. Einleitung: Erläuterung der drei Wärmetransportarten Leitung, Konvektion und Strahlung 

2. Wärmeleitung, stationär (unabhängig von der Zeit), eindimensional Wärmedurchgang, d.h. die in der Praxis häufigste Situation, dass Wärme von einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) an eine Wand, durch die Wand hindurch an ein zweites Fluid zu übertragen ist. 

Vergrößerte Oberflächen: Rippen zur Erhöhung der konvektiven Wärmeübertragung zwischen Gasen und der Oberfläche eines Körpers
Wärmeverlust und Abkühlung eines Fluids beim Durchströmen durch Rohrleitungen

3. Instationärer Wärmetransport, grundlegende mathematische Beziehungen und vereinfachte Methoden für die praktische Anwendung

4. Konvektiver Wärmeübergang

Wärmeübergang zwischen einem Fluid und einer Wand. Für diesen gibt es keine Universalgleichung, deshalb werden folgende Punkte behandelt:
Zwangsweise Fluidströmung oder thermisch erzeugt Auftriebsströmung
laminare oder turbulente Fluidströmung
Einfluss der Geometrie und Anordnung, z.B. Rohr-Innenströmung, Rohr-Umströmung, überströmte Rohrbündel und Rührbehälter
Verdampfung oder Kondensation 

5. Wärmetauscher

Wesentliche Bauformen, Stromführung 
Wärmedurchgangs-Koeffizient, logarithmische Temperatur-Differenz
Auslegung von Wärmetauschern. 

6. Wärmestrahlung 

Grundgesetze der Wärmestrahlung, Oberflächeneigenschaften, Strahlungsaustausch, Formfaktoren, Mehrfach-Refflektion und Gasstrahlung
 
7. Numerische Berechnung des Wärmetransports durch Unterteilung in kleine Elemente 

Mehrdimensionale Berechnung von Wärmetransportproblemen, 
Berücksichtigung der Randbedingungen Konvektion und Strahlung sowie von körpereigenen Wärmequellen.

8. Stoffübergang: Ähnlich dem Wärmetransport durch Leitung und Konvektion kann Stoff ausgetauscht werden durch Diffusion und Stoffübergang

Ein wesentliches Merkmal der behandelten Methoden ist die Aufgabe, molekulare Gemische durch thermodynamische/physikalische Vorgänge zu trennen. Das bekannteste und bedeutendste Verfahren ist die Destillation zur Trennung einer Lösung aus zwei (oder mehr) Stoffen mit unterschiedlich hohen Siedetemperaturen. Eine bedeutende und komplexe Anwendung der Destillation ist die Trennung von Erdöl, das aus sehr unterschiedlich großen Molekülen mit unterschiedlichen Siedetemperaturen besteht, in eine große Zahl verschiedener Produkte, vom Flüssiggas bis zum Bitumen für den Straßenbau.

Bei der Extraktion wird aus einem Gemisch, das flüssig, fest oder gasförmig sein kann, mit einer Extraktionsmittel genannten Flüssigkeit ein Stoff "herausgezogen". Hier beruht die Trennwirkung auf einer größeren Anziehung des abgetrennten Stoffes zum Extraktionsmittel.
Im Alltag ist das Kaffeekochen ein Beispiel für das Extrahieren der Kaffee-Inhaltsstoffe aus dem Kaffeepulver mit dem Extraktionsmittel heißes Wasser.

Die Adsorption sei für die Gasreinigung mit Aktivkohle charakterisiert. Wenn z.B. aus einem Abluftstrom Kohlenwasserstoffe abgetrennt werden müssen bevor dieser an die Umwelt abgegeben werden darf, wird dieser durch einen mit Aktivkohle-Granulat gefüllten Behälter geleitet. Dabei kondensieren die Kohlenwasserstoff-Moleküle in die Poren der Aktivkohle.

Diesem Fach liegt neben der "normalen" Thermodynamik vor allem die Mehrstoff-Thermodynamik zugrunde.

Inhalt:

1. Einführung:

Stoff- und Energiebilanzen, Stoffmengen und Konzentrationsmaße, Betriebsweisen von Prozessen
 
2. Wärmetauscher-Einsatz:

Methoden für Heizung / Kühlung,
 
3. Verdampfung, Kondensation und Zwei-Phasen-Strömung

4. Grundlagen der Trennprozesse:

Gasgemische, Aggregats-Zustandsänderungen reiner Stoffe, Lösungen,
Enthalpie- Konzentrations-Diagramm
 
5. Gemisch-Trennung durch Verdampfen

Verdampfen / Eindampfen
Wärmerückgewinnung
Stofftrennung einer Lösung durch Teilverdampfung, Destillation, Destillationsprozesse
 
6. Rektifikation: vielstufige Destillation in einer Kolonne:

Ermittlung der Trennstufenzahl für geforderte Produktreinheiten
Stoff- und Leistungsbilanzen
Konstruktive Ausführungen und Abschätzung der Kolonnenabmessungen
 
7. Extraktion und Absorption

Physikalische Grundlagen, Gemisch aus drei Stoffen
Trennung eines Gemisch aus zwei Stoffen mit einem flüssigen Extraktionsmittel
Flüssig-flüssig Extraktion, Fest-flüssig Extraktion und
Gas-flüssig Extraktion (Absorption)
Ermittlung von Extraktionsmittelmenge und Trennstufenzahl
 
8. Adsorption und Ionenaustausch

Grundlegende Begriffe, Zweck und Einsatz des Verfahrens,
Adsorptionsvorgang, Adsorptions-Isotherme, Adsorptionsmittel
Desorption (Regeneration des Adsorptionsmittels)
Bauarten und Betriebsweisen
Ionenaustausch
 
9. Trocknung

Einführung in die Trocknung, Trocknungsaufgaben in der Verfahrenstechnik
Trocknungsarten: konvektiv, Kontakt, Wärmestrahlung, Vakuum-u. Gefriertrocknung etc. Trocknungsverlauf
Technische Trocknerbauarten
 
10. Membranverfahren

Prinzip der Stofftrennung mittels Membranen
Membran-Aufbau und -Materialien
Umkehrosmose, Pervaporation, Gaspermeation

• Erstellen des Verfahrensschemas mit den erforderlichen Apparaten und Maschinen und Transportleitungen
• Wahl der Stoffe aus einer Datenbank und Bestimmung des thermodynamischen Modells für die realistische Beschreibung des Stoffgemisches
• Berechnung der Zustände Druck, Temperatur, Aggregatzustand sowie Ermittlung der Stoffmengen und Leistungen
• Dimensionierung von Apparaten und
• Detaillierte Dokumentation des Ergebnisses

• in Ingenieurbüros zur Auslegung von Prozessen
• in Produktionsbetrieben, wie zum Beispiel die Raffinerie Bayernoil, zur Überwachung oder Änderung von Prozessen

Bild 1: Schema eines Prozesses zur Trennung eines Gemisches aus 90% Wasser und 10%

Kohlenwasserstoff (DMF) aus einer Kunstfaser-Produktion aus der Prozess- Simulation

• Produktion
• Verbrennung fossiler Brennstoffe
• Verbrennung von Abfällen und toxischen Stoffen in Müll- bzw. Sondermüll-Verbrennungs-Anlagen

Die Vorlesung baut auf den Kenntnissen der Vorlsesungen Thermische Verfahrenstechink und Mechanischer Verfahrenstechnik auf.

Die für beide Problemfelder einzusetzende Umwelttechnik erfordert z.T. erhebliche Investitionen. Die Anwendung muss durch Umweltgesetze durchgesetzt werden. Es können aber nur Maßnahmen zum Schutz der Umwelt erzwungen werden, die technisch realisierbar und wirtschaftlich vertretbar sind. Außerdem muss die Einhaltung von Emissionsgrenzen messtechnisch kontrollierbar sein.

In der Vorlesung werden deshalb neben der Technik die wichtigsten Gesetze besprochen, und einige Messverfahren vorgestellt.

Inhalt:

1. Schadstoffe: Quellen, Vermeidung, Abbau und Transport

Gesetze zur Reinhaltung von Luft und Boden
Sicherheitstechnische Begriffe brennbarer Fluide
 
2. Grundbegriffe der Luftreinhaltung

Emissionen, Immissionen, Definition von Grenzwerten
Verbrennungsrechnung
 
3. Entstaubungsverfahren, Technologie, Einsatz, Bewertung

4. Verfahren zur Entstickung von Rauchgasen mit und ohne Katalysator,

Drei-Wege- Katalysator für den Einsatz in Fahrzeugen
 
5. Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen

 
6. Abtrennung von Lösemitteln aus Abgasen

Adsorption und Absorption von Kohlenwasserstoff-Verbindungen
Biofilter / Biowäscher
Verbrennung und Membranverfahren
 
7. Emissionsminderung von Halogen-Kohlenwasserstoffen

Chlor- und Fluor-Wasserstoff sowie von Schwermetallen
 
8. Bodensanierung

Beschaffenheit des Bodens
Altlastenproblematik
Nachweis - und Analysemethoden
Sicherungs- und Sanierungsverfahren
 
9. Ausgewählte Messverfahren zur Emissionsmessung

Der Inhalt ist allgemein verständlicher und weniger umfangreich als die Vorlesung Luft- und Bodenreinhaltung:

1. Schadstoffe: Quellen, Vermeidung, Abbau und Transport
Gesetze zur Luftreinhaltung 

2. Grundbegriffe der Luftreinhaltung
Emissionen, Immissionen, Definition von Grenzwerten

3. Entstaubungsverfahren, Technologie, Einsatz, Bewertung

4. Verfahren zur Entstickung von Rauchgasen mit und ohne Katalysator, 
Drei-Wege- Katalysator für den Einsatz in Fahrzeugen

5. Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen 

6. Abtrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen aus Abgasen
Adsorption und Absorption 
Biofilter / Biowäscher
Verbrennung und Membranverfahren

7. Emissionsminderung von Halogen-Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen