Verfahrenstechnische Prozesse lassen sich in wiederkehrende Grundoperationen zerlegen. Ihre gezielte Kombination bildet den Kern jeder Anlagenplanung; das Denken in Grundoperationen erlaubt es, sehr unterschiedliche Prozesse mit denselben Grundprinzipien auszulegen.
Mechanische Grundoperationen
Veränderung von Form, Größe oder Trennung ohne Stoffumwandlung: Zerkleinern, Klassieren, Mischen/Rühren, Fördern sowie mechanische Trennung (Filtrieren, Sedimentieren, Zentrifugieren). Kenngrößen sind u. a. Partikelgröße, Dichte- und Viskositätsunterschiede; für die Strömung ist die Reynolds-Zahl (Re) maßgeblich (Übergang laminar/turbulent).
Thermische Grundoperationen
Trennung/Umwandlung über Wärme und Phasengleichgewichte: Wärmeübertragung, Verdampfen/Kondensieren, Destillieren/Rektifizieren, Trocknen, Absorption/Adsorption. Typische Auslegungsgrößen:
- Wärmeübertrager: logarithmische mittlere Temperaturdifferenz LMTD, Wärmedurchgangskoeffizient k; Ähnlichkeitskennzahlen Nusselt (Nu), Prandtl (Pr), Reynolds (Re).
- Kolonnen: Zahl der theoretischen Böden/Trennstufen, Rücklaufverhältnis; bei Stoffübergang NTU/HTU und Sherwood-Zahl (Sh).
Grundlage ist die Kenntnis der Stoffdaten — Siedepunkt, Dampfdruck/Dichte, Wärmekapazität.
Chemische Grundoperationen
Hier findet die Stoffumwandlung statt: Reaktionsführung im Reaktor, Neutralisation, Fällung. Reaktionswärme, Umsatz und Verweilzeit bestimmen Auslegung und Sicherheit (siehe Prozesssicherheit).
Bilanzen als Werkzeug
Jede Auslegung stützt sich auf Stoff- und Energiebilanzen: Was hineingeht, kommt (unter Berücksichtigung von Umsatz und Verlusten) auch wieder heraus. Aus den Bilanzen ergeben sich Ströme, Apparategrößen und Energiebedarf. Für Abschätzungen liefern die Rechner im Wissen-Hub Bausteine — etwa Einheiten-Umrechner, ppm ↔ mg/m³ und Gasdichte; Stoffwerte liefert die Stoffdatenbank.
Einordnung
Konzeption, Auslegung und Bewertung verfahrenstechnischer Anlagen begleiten wir im Rahmen der Leistung Verfahrenstechnik.