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Dieter LischewskiProvadis Partner für Bildung und Beratung GmbHProduction TechnologiesIndustriepark Höchst / Gebäude B 83665926 Frankfurt a. Main

Wolfgang ReinProvadis Partner für Bildung und Beratung GmbHProduction TechnologiesIndustriepark Höchst / Gebäude B 83665926 Frankfurt a. Main

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Bibliografische Information Der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikationin der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

© 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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Printed in the Federal Republic of Germany

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Satz TypoDesign Hecker GmbH, LeimenDruck betz-druck GmbH, DarmstadtUmschlag Litges & Dopf, Heppenheim

ISBN 3-527-28758-2

V

Inhalt

Vorwort XII

1 Verantwortliches Handeln 11.1 Themen und Lerninhalte 11.2 Umweltschutz 21.2.1 Inhalte und Ziele 21.2.2 Reststoffverwertung 21.2.3 Umweltgerechte Durchführung von Versuchen 31.2.4 Umgang mit Abwasser, Abluft und festem Abfall 71.2.5 Fragen zum Thema 91.3 Arbeitssicherheit 91.3.1 Regelungen zur Arbeitssicherheit 91.3.2 Grundlagen der Unfallverhütung 101.3.3 Überwachung der Arbeitssicherheit im Betrieb 111.3.4 Umgang mit Gefahrstoffen 111.3.5 Betriebsbereitschaft einer Anlage 161.4 Qualität und Dokumentation 161.4.1 Qualitätssicherungssysteme 161.4.2 GMP – Was ist das? 191.4.3 Dokumentation 20

Begriffserklärungen 21

2 Werkstoffe 232.1 Theoretische Grundlagen 232.1.1 Themen und Lerninhalte 232.1.1 Metalle 242.1.2.1 Eisenmetalle 242.1.2.2 Nichteisenmetalle 272.1.2.3 Bezeichnung der Werkstoffe 292.1.3 Nichtmetalle 312.1.4 Verbundwerkstoffe 362.1.5 Korrosion 372.1.5.1 Ursache und Erscheinungsformen 37

VI Inhalt

2.1.5.2 Korrosionsschutz 392.1.6 Bearbeiten von Werkstoffen 402.1.6.1 Vorbereiten des Werkstücks 402.1.6.2 Formen von Werkstoffen 412.1.6.3 Bohren und Gewinde schneiden 432.1.6.4 Verbinden von Werkstücken 452.2 Arbeitsanweisungen 492.2.1 Herstellen von Testblechen 492.2.2 Herstellen einer Grundplatte 492.2.3 Herstellen einer Bohrplatte 512.2.4 Herstellen von Schutzbacken 522.2.5 Herstellen einer Rohrschelle 532.2.6 Herstellen eines Winkelstahlrahmens 552.2.7 Herstellen eines Bilderhalters 552.2.8 Herstellen einer Spardose 572.2.9 Untersuchen des Korrosionsverhaltens von Werkstoffen 582.3 Fragen zum Thema 59

Begriffserklärungen 59

3 Rohrleitungssysteme 613.1 Theoretische Grundlagen 613.1.1 Themen und Lerninhalte 613.1.2 Kenngrößen der Rohrleitung 613.1.3 Strömungsverhalten in Rohrleitungen 633.1.4 Kennlinien von Rohrleitungen 653.1.5 Rohrleitungen 663.1.6 Rohrverbindungen 693.1.7 Dichtungen und Wellenabdichtungen 713.1.7.1 Dichtungslose Abdichtung 713.1.7.2 Abdichten mit Dichtungsmaterial 723.1.8 Einbauten in Rohrleitungen 763.1.8.1 Nichtregelbare Absperrvorrichtungen 763.1.8.2 Regelbare Absperrvorrichtungen 773.1.8.3 Selbsttätige Absperr- und Reguliervorrichtungen 813.1.8.4 Sicherheitseinrichtungen 833.1.8.5 Einrichtungen bei Energieträgern 853.2 Arbeitsanweisungen 873.2.1 Untersuchen des Druckverlaufs in einer Rohrleitung 873.2.2 Montage von Glasverbindungen 893.2.3 Montage einer Glasapparatur 903.2.4 Demontage und Montage von Rohrverbindungen an

einem Druckbehälter 913.2.5 Abdichten einer Welle mit einer Stopfbuchse 923.2.6 Demontage und Montage einer Kesselkaskade 933.2.7 Montageübung an einem Druckfilter 95

Inhalt VII

3.2.8 Montage und Demontage eines Rohrleitungssystems mit nicht regelbaren Absperrvorrichtungen 96

3.2.9 Demontage und Montage von regelbaren Absperrvorrichtungen 973.2.10 Demontage und Montage von Kondensatableitern 983.2.11 Demontage und Montage von Sicherheitsvorrichtungen 983.2.12 Montage und Demontage eines Rohrleitungssystems 993.3 Fragen zum Thema 100

Begriffserklärungen 100

4 Fördern und Lagern 1014.1 Fördern von Flüssigkeiten 1014.1.1 Theoretische Grundlagen 1014.1.1.1 Themen und Lerninhalte 1014.1.1.2 Physikalische Grundlagen 1014.1.1.4 Zentrifugalpumpen 1034.1.1.5 Verdrängerpumpen 1074.1.2 Arbeitsanweisungen 1114.1.2.1 Demontage und Montage verschiedener Pumpen 1114.1.2.2 Untersuchen der Fördereigenschaften einer Hubkolbenpumpe 1124.1.2.3 Vergleich der Fördereigenschaften einer Kreiselpumpe mit denen

einer Membranpumpe 1124.1.2.4 Untersuchen der Fördereigenschaften einer

Exzenterschneckenpumpe 1144.1.2.5 Untersuchen der Fördereigenschaften einer

Schlauchquetschpumpe 1144.1.2.6 Untersuchen des Druckverlusts in Rohrleitungen 1164.1.2.7 Kennlinie einer Kreiselpumpe 1174.1.2.8 Untersuchen der Fördereigenschaften einer Membranpumpe

in Abhängigkeit von Hubfrequenz und Hubhöhe 1174.1.3 Fragen zum Thema 1184.2 Fördern von Gasen 1184.2.1 Theoretische Grundlagen 1184.2.1.1 Themen und Lerninhalte 1184.2.1.2 Vakuumpumpen 1204.2.1.3 Ventilatoren 1224.2.1.4 Gebläse 1234.2.1.5 Kompressoren 1254.2.2 Arbeitsanweisungen 1264.2.2.1 Demontage und Montage verschiedener Vakuumpumpen 1264.2.2.2 Untersuchen der Abhängigkeit des Druckes einer

Drehschiebervakuumpumpe vom Volumenstrom 1274.2.3 Fragen zum Thema 1284.3 Fördern und Dosieren von Feststoffen 1284.3.1 Theoretische Grundlagen 1284.3.1.1 Themen und Lerninhalte 128

VIII Inhalt

4.3.1.2 Diskontinuierlicher Feststofftransport in Gebinden 1284.3.1.3 Kontinuierlicher Feststofftransport mit mechanischen

Einrichtungen 1294.3.1.4 Kontinuierlicher Feststofftransport mit pneumatischen

Einrichtungen 1314.3.2 Arbeitsanweisung 1344.3.2.1 Pneumatische Förderung von Feststoffen 1344.3.3 Fragen zum Thema 1354.4 Lagern von Stoffen 1354.4.1 Theoretische Grundlagen 1354.4.1.1 Themen und Lerninhalte 1354.4.1.2 Lagern von Feststoffen 1364.4.1.3 Lagern von Flüssigkeiten 1374.4.1.4 Lagern von Gasen 1384.4.2 Fragen zum Thema 140

Begriffserklärungen 140

5 Mischen und Agglomerieren 1415.1 Mischen von Stoffen 1415.1.1 Theoretische Grundlagen 1415.1.1.1 Themen und Lerninhalte 1415.1.1.2 Herstellen von gasförmigen und flüssigen Mischphasen 1425.1.1.3 Herstellen von festen Mischungen 1445.1.1.4 Herstellen von pastösen oder teigigen Mischungen 1475.1.1.5 Hinweise zur Arbeitssicherheit 1485.1.2 Arbeitsanweisung 1485.1.2.1 Herstellen einer Feststoffmischung 1485.1.3 Fragen zum Thema 1495.2 Agglomerieren 1495.2.1 Theoretische Grundlagen 1495.2.1.1 Themen und Lerninhalte 1495.2.1.2 Herstellen von Agglomeraten 1505.2.2 Arbeitsanweisung 1535.2.2.1 Untersuchen der Abhängigkeit des Pressvolumens vom Pressdruck

beim Brikettieren von Papier 1535.2.3 Fragen zum Thema 155

Begriffserklärungen 155

6 Trennen und Zerkleinern 1576.1 Mechanisches Trennen von Feststoffgemischen 1576.1.1 Theoretische Grundlagen 1576.1.1.1 Themen und Lerninhalte 1576.1.1.2 Sortieren 1576.1.1.3 Klassieren durch Sieben 1596.1.1.4 Korngrößenanalytik 162

Inhalt IX

6.1.1.5 Klassieren durch Sichten 1656.1.2 Arbeitsanweisung 1666.1.2.1 Analyse der Korngrößenverteilung durch Sieben

mit einer Laborsiebmaschine 1666.1.3 Fragen zum Thema 1676.2 Mechanisches Trennen von Suspensionen und Emulsionen 1676.2.1 Theoretische Grundlagen 1676.2.1.1 Themen und Lerninhalte 1676.2.1.2 Sedimentieren und Dekantieren 1686.2.1.3 Physikalische Grundlagen des Filtrieren 1696.2.1.4 Filterapparate 1756.2.1.5 Physikalische Grundlagen des Zentrifugierens 1796.2.1.6 Zentrifugen 1806.2.1.7 Hinweise zur Arbeitssicherheit 1836.2.2 Arbeitsanweisungen 1836.2.2.1 Filtration mit einer Handfilterplatte unter Verwendung verschiedener

Filtertücher zur Auslegung eines Trommelzellenfilters 1836.2.2.2 Trennen einer Suspension mit unterschiedlichen Filterapparaten 1836.2.2.3 Trennen einer Suspension mit einer Laborsiebzentrifuge 1916.2.2.4 Trennen einer Emulsion durch Zentrifugieren 1926.2.3 Fragen zum Thema 1936.3 Zerkleinern von Stoffen 1946.3.1 Theoretische Grundlagen 1946.3.1.1 Themen und Lerninhalte 1946.3.1.2 Brechen und Mahlen 1946.3.1.3 Brecher 1966.3.1.4 Mühlen 1976.3.1.5 Hinweise zur Arbeitssicherheit 2016.3.2 Arbeitsanweisungen 2016.3.2.1 Brechen von Kalkstein und Klassieren des entstandenen

Haufwerks 2016.3.2.2 Mahlen mit verschiedenen Mahlapparaten und Bestimmen der

Korngrößenverteilung 2026.3.2.3 Untersuchen der Abhängigkeit der Korngrößenverteilung von

der Mahldauer bei einer Kugelmühle 2036.3.2.4 Untersuchen der Abhängigkeit der Korngrößenverteilung von

der Art der Mahlkörper bei einer Kugelmühle 2046.3.2.5 Mahlversuche mit einer Fliehkraftkugelmühle 2046.3.2.6 Untersuchen der Abhängigkeit der Korngrößenverteilung

von der Größe der Mahlkörper bei einer Schwingmühle 2056.3.2.7 Mahlen mit einer Mörsermühle und Klassieren des Haufwerks

mit einem Luftstrahlsieb 2056.3.3 Fragen zum Thema 206

Begriffserklärungen 206

X Inhalt

7 Wärmeübertragung 2077.1 Theoretische Grundlagen 2077.1.1 Themen und Lerninhalte 2077.1.2 Physikalische Grundlagen 2077.1.3 Energieträger 2097.1.4 Wärmeübertragungsverfahren 2097.1.5 Apparate zur Wärmeübertragung 2107.1.5.1 Direkte Wärmeübertragung 2107.1.5.2 Indirekte Wärmeübertragung 2127.2 Arbeitsanweisungen 2147.2.1 Direktes Heizen und indirektes Kühlen an einem

Reaktionskessel 2147.2.2 Indirektes Heizen und indirektes Kühlen an einem

Reaktionskessel 2167.2.3 Herstellen und Mischen von Salzlösungen unterschiedlicher

Temperatur 2167.3 Fragen zum Thema 217

8 Verdampfen, Trocknen, Kristallisieren 2198.1 Verdampfen 2198.1.1 Theoretische Grundlagen 2198.1.1.1 Themen und Lerninhalte 2198.1.1.2 Verdampfer 2198.1.1.3 Mehrkörperverdampfer 2228.1.2 Fragen zum Thema 2228.2 Trocknen 2228.2.1 Theoretische Grundlagen 2228.2.1.1 Themen und Lerninhalte 2228.2.1.2 Trockenverfahren 2238.2.1.3 Trockner 2248.2.2 Arbeitsanweisung 2278.2.2.1 Untersuchen des Trocknungsverhaltens eines Wirbelschichttrockners

bei unterschiedlicher Beladung 2278.2.3 Fragen zum Thema 2288.3 Kristallisieren 2298.3.1 Theoretische Grundlagen 2298.3.1.1 Themen und Lerninhalte 2298.3.1.2 Kühlkristallisation 2308.3.1.3 Verdampfungskristallisation 2318.3.2 Arbeitsanweisung 2328.3.2.1 Kristallisation einer Salzlösung durch kontinuierliche Verdampfungs-

kristallisation 2328.3.3 Fragen zum Thema 233

Begriffserklärungen 233

Inhalt XI

9 Destillieren und Rektifizieren 2359.1 Theoretische Grundlagen 2359.1.1 Themen und Lerninhalte 2359.1.2 Gleichstromdestillation 2359.1.2.1 Physikalische Grundlagen 2359.1.2.2 Destillierverfahren 2379.1.3 Gegenstromdestillation 2409.1.3.1 Physikalische Grundlagen 2409.1.3.2 Apparatetechnik 2429.1.3.3 Rektifizierverfahren 2469.2 Arbeitsanweisungen 2479.2.1 Diskontinuierliche Rektifikation von Ethanol-Wasser-Gemisch

mit einer Glockenbodenkolonne bei Normaldruck 2479.2.2 Diskontinuierliche Rektifikation von Ethanol-Wasser-Gemisch

mit einer Füllkörperkolonne bei Normaldruck 2499.2.3 Reinigung von Ethanol-Wasser-Gemisch durch

Vakuumrektifikation 2509.2.4 Reinigung von Chlorbenzol durch Wasserdampfdestillation 2519.3 Fragen zum Thema 252

Begriffserklärungen 252

10 Extrahieren 25310.1 Theoretische Grundlagen 25310.1.1 Themen und Lerninhalte 25310.1.2 Physikalische Grundlagen 25310.1.3 Feststoffextraktion 25410.1.4 Flüssigkeitsextraktion 25710.1.4.1 Allgemeines 25710.1.4.2 Flüssigkeitsextraktoren 25910.2 Arbeitsanweisung 26110.2.1 Feststoffextraktion nach dem Soxhlet-Verfahren 26110.3 Fragen zum Thema 262

Begriffserklärungen 262

11 Betriebliche Reaktionstechnik 26311.1 Theoretische Grundlagen 26311.1.1 Themen und Lerninhalte 26311.1.2 Disposition von Arbeitsabläufen 26311.1.3 Protokollierung 26511.2 Arbeitsanweisungen 27111.2.1 Umkristallisation von Carboxipyrazolsäure-4 27311.2.2 Umfällen von 4-Aminobenzolsulfonsäure 27411.2.3 Destillation von ethanolhaltigen Gemischen 27611.2.4 Rektifikation eines Ethanol-Wasser-Gemisches bei Normaldruck 27711.2.5 Fällen von Schwermetallionen 278

XII Inhalt

11.2.6 Neutralisation 27911.2.7 Umsetzung von Schwefelsäure mit Calciumcarbonat 28011.2.8 Herstellen von basischem Kupfercarbonat 28111.2.9 Herstellen von Kupfersulfat 28211.2.10 Herstellen von Calciumcarbonat 28311.2.11 Herstellen des Azofarbstoffes Tartrazin O 28411.2.12 Herstellen von Benzoesäureethylester 28811.2.13 Herstellen von Benzoesäure 289

Begriffserklärungen 291

XIII

Vorwort

Die Unternehmen der chemischen Industrie erzeugen eine Vielzahl unter-schiedlicher Produkte, die im täglichen Leben Anwendung finden. FundamentalesAnliegen hinsichtlich Produkt und Herstellungsprozess ist daher die Sicherheitsowie der Schutz von Mensch und Umwelt. Ziel der Selbstverpflichtung »Verant-wortliches Handeln« unter wirtschaftlichem Einsatz aller Ressourcen besteht imOptimieren der Produktqualität. Als wichtige Voraussetzung für sicheres undumweltgerechtes Produzieren gelten fachgerecht ausgebildete Mitarbeiter, die denUmgang mit den Apparaturen und Anlagen sicher beherrschen.

Die »Produktionstechnische Praxis« eignet sich als Lehrmittel für die Ausbildungdieses Fachpersonals. Es kann insbesondere im Unterricht und in der betrieblichenAusbildung der Chemieberufe Chemikant, Pharmakant und Chemiebetriebsjungw-erker eingesetzt werden. Darüber hinaus ist das vorliegende Buch eine sinnvolleLernhilfe in der beruflichen Fortbildung aller Produktionsmitarbeiter. Auch zukün-ftige Meister und Techniker unterstützt es in ihrer Aus- und Weiterbildung.

In abgeschlossenen Kapiteln vermittelt die »Produktionstechnische Praxis« fun-diertes, durch anschauliche praktische Versuche ergänztes Basiswissen in denfolgenden Fachgebieten• Verantwortliches Handeln• Werkstoffe• Rohrleitungssysteme• Fördern und Lagern• Mischen und Agglomerieren• Trennen und Zerkleinern• Wärmeübertragung• Verdampfen, Trocknen, Kristallisieren• Destillieren und Rektifizieren• Extrahieren• Betriebliche Reaktionstechnik.

Die einzelnen Kapitel beginnen mit einer Betrachtung physikalisch-technologi-scher Grundlagen. Verfahrenstypische Einrichtungen und Apparaturen werden inAufbau und Funktion sowie Einsatzmöglichkeit beschrieben. Diese theoretischenGrundlagen werden durch praktische Arbeitsanweisungen ergänzt, die so denBezug zur vermittelten Thematik herstellen und vertiefen. Die Arbeitsanweisungenzur Durchführung der praktischen Aufgaben wurden auf der Grundlage jahrelangerErfahrung in der Abteilung Produktion und Technik der Provadis, Partner für Bil-