Professur Technische Chemie

Praktikum "Grundlagen großtechnischer Prozesse und moderne Polymerisationsverfahren" (Modul BA-TPC)

Das Praktikum Technische Chemie bietet ergänzend zum Basismodul BA-TC Experimente mit hohem Bezug zur Industrie.
Mit den Experimenten wird den Studierenden das im Basismodul "Grundlagen der Technischen Chemie" vermittelte Wissen erweitert, vertieft und praktisch erlebbar gemacht. Das Praktikum vermittelt darüber hinaus auch Kenntnisse und Fertigkeiten im Umgang mit Kennzahlen und der Messtechnik.
Es werden insgesamt 8 Versuche zur Auswahl angeboten, von denen 6 Versuche gemäß Modulbeschreibung BA-TPC durchzuführen sind.

Praktikum

Versuche im Sommersemester 2013

Pflichtversuche

Verweilzeit

Im Praktikumsversuch Verweilzeit wird das Verweilzeitverhalten verschiedener Reaktoren (Strömungsrohr, Rührkessel, Rührkesselkaskade) experimentell ermittelt. Mittels Stoßinjektion wird der Tracer Kaliumchlorid zugegeben und die Antwortfunktion in Form der sich ändernden Leitfähigkeit am Reaktorausgang aufgenommen. Ein Vergleich der verschiedenen Reaktortypen miteinander und Betrachtungen zur Idealität dieser Systeme stellen den Schwerpunkt des Versuches dar.

Phasentransferkatalyse

Durch die Anwendung der Phasentransferkatalyse werden viele organische Reaktionen bedeutend vereinfacht und erleichtert. Mit Hilfe eines Phasentransferkatalysators werden Edukte aktiviert und über eine Phasengrenze hinweg zur Reaktion gebracht. Damit stellt er die wichtigste Komponente in System dar. Im Praktikumsversuch PTK sollen die Grundlagen der beiden Hauptmechanismen (Extraktions- und Grenzflächenmechanismus) einer nucleophilen Reaktion in der Phasentransferkatalyse vermittelt werden. Die wichtigsten Einflussfaktoren werden untersucht und diskutiert.

Rektifikation

Unter Destillation versteht man das einmalige Verdampfen eines homogenen Flüssigkeitsgemisches mit anschließender Kondensation zur Anreicherung einer oder mehrerer Stoffkomponenten. Die dabei erreichte Stofftrennung genügt in den wenigsten Fällen den gestellten Anforderungen. Wird der Prozess mehrfach hintereinander im Gegenstrom durchgeführt, um eine gewünschte Anreicherung zu erzielen, bezeichnet man diesen als Rektifikation. Die Grundlagen für die Trennung von binären Stoffgemischen durch Rektifikation (Gegenstromdestillation) werden aus den Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewichten entwickelt. Die Modellvorstellungen nach McCABE-THIELE bilden die Basis zur grafischen Bestimmung der theoretischen Bodenzahl der Kolonne und deren Trennwirkung bei unterschiedlichem Rücklaufverhältnis. Durch die Rektifikation von Zweistoffgemischen, deren Gleichgewichtsdaten bekannt sind, werden im Versuch die theoretische Bodenzahl von Kolonnen bei verschiedenen Belastungen bestimmt und die Trennwirkung der Kolonne bei verschiedenen Rücklaufverhältnissen berechnet.

Extraktion

Unter Extraktion versteht man das selektive Herauslösen eines Wertstoffes aus einem Feststoff- oder Flüssigkeitsgemisch mit einem flüssigen Lösungsmittel. Im Rahmen des Versuches werden Kenngrößen, wie z.B. die Trennstufenzahl oder das minimale Trägerstoffverhältnis ermittelt. Es werden Kreuz- und Gegenstromextraktionen durchgeführt. Als Extraktionsgut wird hier eine Lösung von Benzoesäure in Benzin verwendet, als Extraktionsmittel kommt Wasser zum Einsatz. Dabei wird die Extraktion mittels Titration verfolgt. Das Gleichgewichtsverhalten des Systems Benzin / Benzoesäure / Wasser wird zudem durch Variation von Extraktionszeit und Extraktionsintensität untersucht.

 

Wahlversuche

Wärmeübertrager

Im Versuch werden Aufbau und die Wirkungsweise eines Doppelrohr-Wärmeübertragers und die Berechnung der die Wärmeübertragung charakterisierenden Kennzahlen verdeutlicht. Ziel ist es, anhand von Meßergebnissen den Wärmedurchgangskoeffizienten und dessen Abhängigkeiten von den Fluidtemperaturen und -geschwindigkeiten zu berechnen. Anhand von theoretischen Ableitungen und charakteristischen Kennzahlen sind darüber hinaus die Wärmeübertragungskoeffizienten zu ermitteln.

Optimierung Elektrolysezelle

Der Versuch Optimierung einer Elektrolysezelle vermittelt Möglichkeiten zur Reinigung/Wiederaufbereitung industrieller Abwasser auf elektrochemischem Weg. Durch die Ermittlung der Reaktionsbedingungen für einen vorgegebenen Elektrolyten, der als industrielles Abwasser anfällt und umweltgerecht zu entsorgen ist, sind der wirtschaftlichste Betrieb, die Investitionskosten und die Betriebskosten zu ermitteln. Gleichzeitig werden mit diesem Versuch die Grundlagen von Stofftransportvorgängen vertieft. In diesem Versuch werden die Elektroden vom Elektrolyten angeströmt. Dabei kommt es zur Überlagerung der Stofftransportvorgänge Diffusion, Konvektion und Migration und entsprechend der gewählten Reaktionsbedingungen auch zu Limitierungen des Stofftransportes.

Filtration

Filtration ist das Abscheiden von Teilchen aus einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) mit Hilfe eines porösen Trennmittels, das die Teilchen weitgehend zurückhält und vom Fluid durchströmt wird. Im Rahmen des technisch-chemischen Praktikumsversuches wird der Filtrationsprozeß zur Feststoffgewinnung aus einer Trübe an einem Modellsystem unter Verwendung einfacher Modellvorstellungen (Carman'sche Filtergleichung) in Abhängigkeit von verschiedenen Einflußgrößen untersucht. Die Kenngrößen, die zur Beschreibung des Filtrationsvorganges notwendig sind, werden aus Laborfiltrationsversuchen gewonnen. Die Auswertung der Versuchsdaten erfolgt graphisch und durch Regressionsrechnung.

Rühren

Das Rühren ist eine mechanische Grundoperation der Verfahrenstechnik. Durch das Rühren werden Mischvorgänge intensiviert und der Wärmeübergange beschleunigt. Zwischen der Definition der Rühraufgabe und einem zu betreibenden technischen Rührwerk sind äußerst komplexe Fragestellungen zu untersuchen. Der Versuch Rühren vermittelt ausgehend von der Problemstellung eine Vorgehensweise, wie aus Ergebnissen der Laborversuche ein technisches Rührwerk mit Hilfe der Gesetze des Scale up konzipiert werden kann.

 

Sonstige Angebote

Molsieb

Im Versuch wird die Trennung von Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Struktur durch Adsorption an einem Molekularsieb durchgeführt.Ein Stickstoffstrom wird mit einem Gemisch aus n-Hexan und Cyclohexan kontinuierlich beladen. An einer beheizten Säule mit Molekularsieb erfolgt die selektive Adsorption des n-Hexans und dessen anschließende Desorption. Die Zusammensetzung des ein- und austretenden Gasstromes lässt sich mit Hilfe eines Gaschromatographen verfolgen.

Ionenaustausch

Die Austauschkapazitäten und Dissoziationskonstanten großtechnisch eingesetzter Kunstharzionenaustauscher werden untersucht. Die Entsalzung von Trinkwasser dient als Beispiel für ein Wasserbehandlungsverfahren mit Ionenaustauschern. Die Trinkwasserteil- und -vollentsalzung wird praktisch durchgeführt und mit instrumentellen und naßchemischen Analysenverfahren verfolgt.

 

Hinweise zur Durchführung

1. Die Praktikumsversuche sind für Zweiergruppen konzipiert. Die Praktikumstermine sind dem Praktikumsablaufplan zu entnehmen. Praktikumsbeginn ist in der Regel 7.30 Uhr. Die Uhrzeiten für den Praktikumsbeginn sollen mit den Praktikumsbetreuern vorher vereinbart werden.

2. Zur Vorbereitung holt sich jede Versuchsgruppe die detaillierten Aufgabenstellungen zum Versuch, welche die Versuchsgruppe in der nächsten Woche hat, von den zuständigen Praktikumsbetreuern ab. Die zum Versuch dazugehörenden Versuchsanleitungen lädt sich die Versuchsgruppe eigenverantwortlich von der TC-Webseite www.tu-chemnitz.de/chemie/tech/praktikum.php als pdf-File herunter.

3. Zu Beginn des Versuches verfügt der Student über sichere Kenntnisse der notwendigen theoretischen Grundlagen. Er plant vorher Versuchsdurchführung und Auswertung, bereitet das Versuchsprotokoll vor.

4. Am Versuchstag weist jeder Student dem Praktikumsbetreuer, der für den jeweiligen Versuch weisungsberechtigt ist, seine Kenntnisse während des Versuchstages in einem Platzkolloquium nach und erhält eine Note. Bei ungenügender Leistung wird die Wiederholung der Versuche festgelegt. Unentschuldigtes Fehlen am Versuchstag gilt als ungenügende Leistung.

5. Für jeden Versuch wird von der Versuchsgruppe nur ein einziges Protokoll angefertigt, für das - im Falle von Zweiergruppen - jeweils im Wechsel ein Student verantwortlich ist. Dieser erhält auch die Protokollnote.

6. Der Praktikumsassistent bestätigt durch Unterschrift die Erfüllung der Aufgabe und den ordnungsgemäßen Zustand des Versuchsstandes. (Aufgetretene Störungen und Beschädigungen haben die Studenten zu melden und - falls möglich - unter Anleitung zu beseitigen).
Die Abgabe des Protokolls hat grundsätzlich am Montag in der darauf folgenden Woche beim Assistenten zu erfolgen. Dem Protokoll sind als Anhang die handschriftlichen Aufzeichnungen und Messergebnisse beizufügen.

7. Das Technisch-chemische Grundpraktikum gilt als erfolgreich abgeschlossen, wenn eine Praktikumsnote ≤ 4 erreicht wird.
Bei Vorliegen von mehr als einer Fehlleistung ist der Versuch in Abstimmung mit dem Versuchsverantwortlichen zu wiederholen. Mehr als zwei Fehlleistungen erfordert die Wiederholung des gesamten Praktikums.

Hinweise zum Inhalt des Versuchsprotokolls

  • Bezeichnung des Versuchs und Aufgabenstellung
    (detaillierte Aufgabenstellung als Deckblatt und Teil des Versuchsprotokolles verwenden)
  • theoretische Abhandlungen gehören nicht in das Protokoll
  • Lösungsweg der gestellten Aufgabe in Stichworten mit den zur Auswertung notwendigen
    • Gleichungen (nummerieren, verwendete Symbole und Maßeinheiten gesondert zusammenstellen)
    • Stoffdaten und Konstanten
  • Messergebnisse und Beobachtungen in übersichtlicher Form (Tabellen, Stichworte)
  • Auswertung der Messergebnisse und Diskussion in Form von
    • Berechungen oder Abschätzungen (bei Berechnungen jeweils ein kontrollfähiges Beispiel mit Zahlenwerten und Maßeinheiten)
    • graphischen Darstellungen der Versuchsergebnisse (auf Millimeterpapier oder rechnergestützt)
    • Angaben zur Messgenauigkeit mit Fehlereinschätzungen
    • Erläuterungen/Diskussion zu den Ergebnissen und Abweichungen von erwarteten und gefundenen Versuchsergebnissen
  • handschriftliche Notizen und Aufzeichnungen, Messaufzeichnungen als Anhang zum Protokoll
  • Vorschläge zur Verbesserung und Erweiterung des Versuchs sind erwünscht.