• 1 Einfuhrung 11.1 Das Ziel industrieller Forschung und Entwicklung 31.2 Die Produktionsstruktur der chemischen Industrie 41.3 Die Aufgabe der Verfahrensentwicklung 121.4 Ideenfindung 122 Die chemische Produktionsanlage und ihre Bestandteile 152.1 Katalysator 182.1.1 Katalysatorperformance 222.1.1.1 Selektivitat 222.1.1.2 Aktivitat 222.1.1.3 Lebensdauer 242.1.1.4 Mechanische Festigkeit 272.1.1.5 Herstellkosten 272.1.2 Charakterisierung von Katalysatoren 302.1.2.1 Chemische Zusammensetzung 302.1.2.2 Art des Tragermaterials 312.1.2.3 Promotorenzusatze 312.1.2.4 Phasenzusammensetzung 322.1.2.5 Partikelgroße 322.1.2.6 Hohlraumstruktur 332.1.2.7 Oberflachenstruktur 332.1.2.8 Nebenprodukte im Feed 332.1.3 Kinetik der Heterogenkatalyse 342.1.3.1 Filmdiffusion 352.1.3.2 Porendiffusion 372.1.3.3 Sorption 412.1.3.4 Oberflachenreaktionen 452.1.3.5 Porendiffusion und chemische Reaktion 472.1.3.6 Filmdiffusion und chemische Reaktion 522.2 Reaktor 532.2.1 Grundlagen der chemischen Reaktionstechnik 542.2.1.1 Ideale Reaktoren 582.2.1.2 Reaktoren mit realem Verhalten 622.2.1.3 Nicht-isotherme Reaktoren 702.2.1.4 Ausfuhrungsformen von Reaktoren 762.3 Produktaufarbeitung (thermische- und mechanische Trennverfahren) 832.3.1 Warmeubertragung, Verdampfung, Kondensation 832.3.1.1 Grundlagen 832.3.1.2 Dimensionierung 892.3.2 Destillation, Rektifikation 982.3.2.1 Grundlagen der Gas/Flussig-Gleichgewichte 982.3.2.2 Einstufige Verdampfung 1032.3.2.3 Mehrstufige Verdampfung (Rektifikation) 1062.3.2.4 Entwurf von Destillationsanlagen 1122.3.3 Absorption und Desorption, Strippung, Tragerdampfdestillation 1402.3.3.1 Grundlagen 1402.3.3.2 Dimensionierung 1412.3.3.3 Desorption 1462.3.3.4 Tragerdampfdestillation 1472.3.4 Extraktion 1482.3.4.1 Grundlagen 1492.3.4.2 Dimensionierung 1502.3.4.3 Apparatives 1582.3.5 Kristallisation 1602.3.5.1 Grundlagen 1602.3.5.2 Losungskristallisation 1632.3.5.3 Schmelzkristallisation 1652.3.5.4 Dimensionierung 1682.3.6 Adsorption, Chemisorption 1702.3.7 Ionentausch 1712.3.8 Trocknung 1722.3.9 Sonderverfahren fur fluide Phasen 1742.3.10 Mechanische Verfahren 1742.3.10.1 Abtrennung von Feststoffen aus Flussigkeiten 1752.4 Rohrleitungssystem, Pumpen, Kompressoren 1782.4.1 Grundlagen der Hydrodynamik 1782.4.2 Einphasenstromung in Rohrleitungen 1802.4.3 Flussigkeitspumpen 1852.4.4 Verdichter 1902.5 Energieversorgung 1922.5.1 Dampf- und Kondensatsystem 1922.5.2 Elektrische Energie 1942.5.3 Kuhlwasser 1942.5.4 Kalteenergie 1952.5.5 Druckluft 1952.6 Produktversorgung und Lagerung 1962.7 Ruckstandsentsorgung 1982.7.1 Abgassammelsystem und Fackel 1982.7.2 Verbrennungsanlagen fur gasformige und flussige Ruckstande 1982.7.3 Spezielle Verfahren zur Abluftreinigung 2002.7.4 Abwasserreinigung und -entsorgung 2032.7.4.1 Klaranlage 2032.7.4.2 Spezielle Verfahren der Abwasserreinigung 2062.7.5 Slopsystem 2072.8 Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 2092.8.1 Messtechnik 2092.8.1.1 Temperaturmessung 2092.8.1.2 Druckmessung 2122.8.1.3 Fullstandsmessung 2122.8.1.4 Durchflussmessung 2132.8.1.5 Analysen 2172.8.2 Regelungstechnik 2182.8.3 Steuerungstechnik 2252.9 Anlagensicherheit 2282.10 Werkstoffauswahl 2322.10.1 Wichtige Werkstoffe und ihre Eigenschaften 2342.10.1.1 Mechanische Eigenschaften und thermische Bestandigkeit 2362.10.1.2 Korrosionsverhalten 2382.10.2 Metallische Werkstoffe 2422.10.3 Nichtmetallische Werkstoffe 2433 Verfahrensunterlagen 2453.1 Chemische Daten 2473.1.1 Reaktionswarme 2473.1.2 Thermodynamisches Gleichgewicht 2483.1.3 Kinetik 2533.1.4 Selektivitat und Umsatz als Funktion der Prozessparameter 2653.2 Massenbilanz 2693.3 Stoffdaten 2713.3.1 Reinstoffdaten 2723.3.2 Mischungsdaten 2733.4 Aufarbeitung 2753.5 Patent- und Lizenzsituation 2753.6 Entwicklungskosten 2793.7 Standort 2803.8 Marktsituation 2803.9 Rohstoffe 2823.10 Anlagenkapazitat 2853.11 Entsorgungssituation 2863.12 Endprodukt 2874 Ablauf einer Verfahrensentwicklung 2894.1 Die Verfahrensentwicklung als iterativer Prozess 2914.2 Die Aufstellung des ersten Verfahrenskonzeptes 2944.2.1 Handwerkszeuge 2974.2.1.1 Datenbanken 2974.2.1.2 Simulationsprogramme 2984.2.1.3 Expertensysteme 3024.3 Die Prufung der Einzelschritte 3044.4 Mikroplant, Schnittstelle zwischen Labor und Technikum 3064.5 Die Prufung des Gesamtverfahrens im Technikum 3074.5.1 Miniplant-Technik 3074.5.1.1 Einleitung 3074.5.1.2 Aufbau 3084.5.1.3 Grenzen der Miniaturisierung 3104.5.1.4 Grenzen der Miniplanttechnik 3124.5.2 Pilotanlage 3125 Planung, Errichtung und Betriebnahme einer Chemieanlage 3155.1 Allgemeiner Ablauf einer Projektabwicklung 3175.2 Wichtige Teilaspekte bei der Projektabwicklung 3245.2.1 Genehmigung 3245.2.2 Sicherheitsstudien 3275.2.3 Storfallverordnung 3315.2.4 R&I-Fließbilder 3325.2.5 Funktionsplane 3335.2.6 Technische Blatter 3345.2.7 Modellbau 3345.2.8 Erstellung weiterer wichtiger Unterlagen 3365.3 Commissioning 3365.4 Inbetriebnahme 3376 Verfahrensbewertung 3396.1 Erstellung von Studien 3416.1.1 Kurzfassung 3426.1.2 Grundfließbild 3426.1.3 Verfahrensbeschreibung und Verfahrensfließbild 3426.1.4 Entsorgungsfließbild 3446.1.5 Investitionsschatzung 3456.1.5.1 Einleitung 3456.1.5.2 Investitionen (ISBL) 3466.1.5.3 Investitionen (OSBL) 3496.1.5.4 Infrastrukturmaßnahmen 3496.1.6 Berechnung der Herstellkosten 3496.1.6.1 Einsatzstoffkosten 3506.1.6.2 Energiekosten 3516.1.6.3 Entsorgungskosten 3576.1.6.4 Personalkosten 3586.1.6.5 Werkstattkosten 3596.1.6.6 Sonstige Kosten 3596.1.6.7 Kapitalabhangige Kosten (Abschreibung) 3596.1.7 Technologiebewertung 3606.1.8 Maßnahmen zur Erhohung der technischen Zuverlassigkeit 3626.1.9 Experimenteller Ausarbeitungsstand 3686.2 Rentabilitat 3686.2.1 Statische Rentabilitat 3686.2.2 Dynamische Rentabilitat 3706.3 Wirtschaftliches Risiko 3716.3.1 Sensitivitatsanalyse 3726.3.2 Amortisationszeit 3726.3.3 Cash-Flow 3737 Trends in der Verfahrensentwicklung 3758 Anhang 3818.1 Mathematische Formeln 3838.2 Naturkonstanten 3928.3 Elementzusammenstellung mit relativen Atommassen und Bindungsradien sowie Schmelz- und Siedepunkten 3928.4 Umrechnung verschiedener Maßeinheiten in SI-Einheiten 3958.5 Wichtige Zusammenhange zwischen abgeleiteten Einheiten und Basiseinheiten 4008.6 Umrechnung von Konzentrationsangaben binarer Mischungen der gelosten Komponente A im Losungsmittel B 4008.7 Van-der-Waals-Konstanten a und b und kritische Werte fur einige Gase in alphabetischer Reihenfolge 4018.8 Warmekapazitaten einiger Stoffe und ihre Temperaturabhangigkeit 4028.9 Thermodynamische Daten ausgewahlter organischer Verbindungen 4038.10 Großenordnung der Reaktionsenthalpie ΔRH ausgewahlter technischer Reaktionen 4048.11 Antoine-Parameter ausgewahlter organischer Verbindungen 4078.12 Eigenschaften von Wasser 4098.12.1 Formeln fur die Berechnung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von flussigem Wasser zwischen 0 und 150 °C 4098.12.2 Stoffwerte von Wasser 4128.12.3 Dichte ρ / kg m-3 von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4148.12.4 Spezifische Warmekapazitat cP/kJ kg-1 K-1 von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4158.12.5 Dynamische Viskositat ƞ/10-6 kg m-1 s-1 von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4168.12.6 Selbstdiffusionskoeffizient D/m2 s-1 von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4178.12.7 Warmeausdehnungskoeffizient β/10-3 K von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4188.12.8 Warmeleitfahigkeit λ/10-3 W m-1 K-1 von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4198.12.9 Negativer dekadischer Logarithmus des Ionenproduktes von Wasser pKW/mol2 kg-2 [Marshall 1981] von Wasser bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4208.12.10 Relative statische Dielektrizitatskonstante Ɛr von Wasser als Funktion von Druck und Temperatur 4208.13 Eigenschaften von trockener Luft (Molmasse: M = 28,966 g mol-1) 4218.13.1 Realgasfaktoren r = pV/RT von trockener Luft bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4228.13.2 Spezifische Warmekapazitat cp in kJ kg-1 K-1 von trockener Luft bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4228.13.3 Dynamische Viskositat ƞ /10-3 mPa s von trockener Luft bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4238.13.4 Warmeleitfahigkeit λ /W m-1 K-1 von trockener Luft bei verschiedenen Temperaturen und Drucken 4238.14 Dimensionslose Kennzahlen 4248.15 Wichtige gesetzliche Regelungen beim Umgang mit Stoffen 4268.16 Gefahren- und Sicherheitshinweise 4268.17 Die 25 großten Unternehmen der Welt im Jahr 2000 4308.18 Die 25 großten Unternehmen in Deutschland im Jahr 2000 4318.19 Oberflachenuntersuchungsmethoden 4329 Literatur 435Register 475

"Den Bogen von der wissenschaftlichen Idee bis hin zum wirtschaftlich rentablen industriellen chemischen Prozess zu spannen - dies ist recht anschaulich gelungen."Chemie in unserer Zeit