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Zusammenstellung von Informationen basierend auf Altklausuren ...

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Welche Fließbilder gibt es • Grundfließbild (Unit Operation) • Verfahrensfließbild (Prozesstechnick, Basic engineering) • R&I Fließbild (Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild) (Basic Engineering) Grundfließbild • Das Grundfließbild stellt ein Verfahren oder eine verfahrenstechnische Anlage in einfacher Form dar. Die Darstellung erfolgt mit Hilfe von Rechtecken, die durch gerichtete Linien verbunden werden. → Hauptdokument für die Vorplanung einer Anlage → Festlegung der Aufgabenstellung für die einzelnen Fachabteilungen Bedeutung der Rechtecke: • Verfahrensabschnitte bei Verfahren • Grundoperationen bei Verfahrensschritten • Anlagen bei Anlagenkomplexen Bedeutung der gerichteten Linien: • Stoff- und Energieflüsse Grundinformationen: • Benennung der Rechtecke • Benennung der Ein- und Ausgangsstoffe • Fließrichtung der Hauptstoffe zwischen den Rechtecken • • • • •

Zusatzinformationen: Benennung der Hauptstoffe zwischen den Rechtecken Hauptstoffe zwischen den Rechtecken von Energie bzw. Energieträgern charakteristische Betriebsbedingungen (p, T) Durchflüsse bzw. Mengen der Ein- und Ausgangsstoffe Durchflüsse bzw. Mengen der Energie bzw. Energieträger

Verfaherensfließbild • Das Verfahrensfließbild ist die Darstellung eines Verfahrens oder einer verfahrenstechnischer Anlage mit Hilfe von graphischen Symbolen, die durch Linien verbunden sind. • Darstellung der Apparate, Maschinen, Fließlinien (Rohrleitungen, Transportwege) und Armaturen sowie die Aufgabenstellung der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik durch Bildzeichen nach DIN EN ISO 10628 Anhang C • Bezeichnung von Anlagenelementen durch Beschriftung mit Kennbuchstaben nach DIN EN ISO 10628 Anhang D Grundinformationen: • alle für das Verfahren erforderlichen Apparate, Maschinen und Hauptfließlinien (Hauptrohrleitungen, Haupttransportwege) • Benennung von Mengen der Ein- und Ausgangsstoffe • Benennung von Energie bzw. Energieträgern • charakteristische Betriebsbedingungen (p, T) • • • • •

Zusatzinformationen: ergänzende Betriebsbedingungen Benennung von Mengen und Stoffe innerhalb des Verfahrens Aufgabenstellung der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen inkl. Antriebsmaschinen Höhenlage von Apparaten und Maschinen

Pumpe

Behälter

Kreiselpumpe

Ventil

Behälter mit gewölbtem Boden

Messstelle

Rührer

Wärmeaustauscher (mit & ohne kreuzen Fließlinien)

Behälter mit Rührer, Antrieb durch Motor !

R&I Fließbild • Das Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild stellt die technische Ausrüstung einer verfahrenstechnischen Anlage dar und beinhaltet alle konstruktiven Details und Anlagenelemente mit entsprechender, eindeutiger Bezeichnung. • Darstellung der Anlagenteile und Rohrleitungen sowie Mess-, Regel- und Steuerfunktionen durch graphischen Symbole • Energiefließbild als besonderes R&I-Fließbild: schematische Darstellung der Energiesysteme innerhalb einer verfahrens- technischen Anlage, welches alle Linien und graphischen Mittel enthält, die das Transportieren, Verteilen und Sammeln von Energien darstellen

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Grundinformationen: alle Apparate, Maschinen, Rohrleitungen, Transportwege, Armaturen Nennweite, Druckstufe, Werkstoff uns Ausführung der Rohrleitungen Angaben zur Wärmedämmung von Apparaten, Maschinen und Rohrleitungen Aufgabenstellung für Messen, Steuern, Regeln kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen kennzeichnende Daten von Antriebsmaschinen

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Zusatzinformationen: Benennung und Durchflüsse bzw. Mengen von Energien bzw. Energieträgern wichtige Geräte für Messen, Steuern, Regeln wichtige Werkstoffe von Apparaten und Maschinen Höhenlage von Apparaten und Maschinen

Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild

Energiefließbild

DIN-konforme Rohrleitungskennzeichnung

Kennlinien Anlagenkennlinie: • beschreibt den Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Druckverlust in einem gegebenen Rohrleitungssystem. Die Druckverluste steigen i.d.R. quadratisch mit dem Volumenstrom an Pumpenkennlinie: • beschreibt den Zusammenhang zwischen Förderhöhe und -Volumenstrom einer Pumpe, der stark von Förderprinzip, Bauweise und Ausführung abhängig ist. Was passiert mit der Pumpenkennlinie, wenn die Drehzahl runtergeht • sinkt Was passiert mit der Anlagenkennlinie, wenn der Strömungswiderstand steigt • steiler Pumpenkennlinien

Pumpenprinzipien mit Beispielen Kolbenpumpen, Kreiskolbenpumpen • Verdrängerpumpen: Mammutpumpen (Gasmischheber) • Auftriebspumpen: Schneckenpumpen • Reibungsprinzip: Kreiselpumpen, Flügelradpumpen • Strömungsprinzip: Strahlpumpen (Injektoren) • Strahlprinzip: Unterschied zwischen einer Arbeitsmaschine und einer Kraftmaschine • Eine Arbeitsmaschine ist eine Maschine, die Energie aufnimmt/ verbraucht. • Eine Kraftmaschine ist eine Maschine, die Energie abgibt. Beispiele für Strömungsmaschinen • Hydraulische Strömungsmaschinen (Arbeitsmedium inkompressibel) • Turbinen (Kraftmaschinen) • Pumpen (Arbeitsmaschinen) • Thermische Strömungsmaschinen (Arbeitsmedium kompressibel) • Gasturbine (Kraftmaschinen) • Verdichter (Arbeitsmaschinen) Funktionsweise von Kreiselpumpe und Kolbenpumpe? Kreiselpumpe • Das Laufrad überträgt die mechanische Energie der Pumpe auf den Förderstrom. • Das Fördermedium strömt dem Laufrad axial zu, wird vom rotierenden Laufrad mitgerissen und auf eine Kreisbahn gezwungen. • Das Fördermedium wird axial, diagonal (oder radial) umgelenkt. • Durch die Fliehkraft werden die Fluidteilchen zum Laufradrand geschleudert und am Spiralwandgehäuse mit Druckenergie versehen. Kolbenpumpe • Der meistens topfähnliche oder rohrartige Kolben gleitet abgedichtet in einem zylindrischen Rohr, das unten durch ein Saugventil mit der Saugleitung verbunden ist. • Beim Aufwärtsgang des Kolbens drückt die unter Atmosphärendruck stehende Flüssigkeit das Saugventil auf und strömt in den Raum unter dem Kolben. • Beim Abwärtsgang des Kolbens wird das Saugventil auf seinen Sitz gedrückt. Die unter dem Kolben stehende Flüssigkeitsmenge öffnet das Druckventil und tritt auf seine Oberseite. Kreiselpumpe

Kolbenpumpe !

Abschreibung • kalkulatorische Berücksichtigung der Entwertung der Anlage infolge Abnutzung und Verschleiß sowie Veralten der Produktionsverfahren und/oder der erzeugten Produkte → fiktive Kosten Annahmen: • volle Deckung des für den Bau der Anlagen investierten Kapitals bis zur Inbetriebnahme durch den Wert der Investitionsgüter • Wertverlust erst nach planmäßiger Fertigstellung und Produktionsaufnahme → während der Bauzeit nur Wertverschiebungen zwischen Sachanlagen und Barvermögen • keine objektive Ermittlung des Wertverlusts einer Anlage im Laufe einer Betriebsperiode → Inrechnungstelllung eines mehr oder minder wahrscheinlichen Betrags (Abschreibung A) • Änderung des steuerpflichtigen Vermögens und des buchmäßigen Gewinns eines Unternehmens → gesetzliche Regelungen für Abschreibungshöhe

Lineare Abschreibung • Die Anlage verliert pro Jahr einen konstanten Betrag Aj,linear Buchwert nach i Jahren Wi:

Degressive Abschreibung • Die Anlage verliert pro Jahr einen immer kleiner werdenden Betrag

Vorteile linear: rechnerisch einfach • gleichmäßiger Aufwand in allen Periodenrichtig • • bei ausschließlich rechtlichen Ursachen

Vorteile degressiv:

Nachteile linear: • entspricht nicht den komplexen Abschreibungsursachen!

Nachteile degressiv:

HOAI • Honorarordnung für Architekten und Ingnieure • Verordnung des Bundes zur Regelung der Vergütung (Honorar) der Leistungen von Architekten und Ingenieuren in Deutschland • verbindliches Preisrecht für Planungsleistungen im Bauwesen → Gesetz zur Regelung von Ingenieur- und Architektenleistungen • Sicherung eines auskömmlichen Honorars für Architekten und Ingenieure sowie der Qualität der Bauplanung, Ausschreibung, Vergabe und Objektüberwachung für die Bauherren

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14 Teilbereiche Allgemeine Vorschriften Leistungen bei Gebäuden, Freianlagen und raumbildenden Ausbauten Zusätzliche Leistungen Gutachten und Wertermittlungen Städtebauliche Leistungen Landschaftsplanerische Leistungen Leistungen bei Ingenieurbauwerken und Verkehrsanlagen Verkehrsplanerische Leistungen Leistungen bei Tragwerksplanungen Leistungen bei der Technischen Ausrüstung Leistungen für Thermische Bauphysik Leistungen für Schallschutz und Raumakustik Leistungen für Bodenmechanik, Erd- und Grundbau Vermessungstechnische Leistungen Schluss- und Überleitungsvorschriften

9 Leistungsphasen • Gundlagenermittlung → Objektbetreuung und Dokumentation Methoden zur Ermittlung der anrechenbaren Kosten in den Leistungsphasen (LPH): • Kostenschätzung → LPH 2 • Kosten auf Grundlage der Vorplanung → zeichnerische Darstellung und sonstige Planungsunterlagen der Vorplanung • Kostenberechnung → LPH 3 • Kosten auf Grundlage der Entwurfsplanung → Entwurfszeichnungen • Kosten(vor)anschlag → LPH 7 • Kosten auf Grundlage der Ausführungsvorbereitung • Kostenfeststellung → LPH 8 • Erfassung, Dokumentation und ggf. Aufbereitung der entstandenen Kosten für Vergleiche auf Basis von Schlussrechnungen, anderen Kostenbelegen und ggf. Nachweisen über Eigenleistungen Honorarzonen • Ermittlung des Grundhonorars für die Gesamtleistung (alle Leistungsphasen) durch Ablesen oder Interpolation • Honorarzonen I bis V → Komplexität eines Vorhabens • Honorarzone I: sehr geringe Planungsanforderungen • Honorarzone III: durchschnittliche Planungsanforderungen • Honorarzone V: sehr hohe Planungsanforderungen

FIDIC • Fédération Internationale des Ingénieurs Conseils • kontinental europäischer und internationaler Berufsverband • Organisation der nationalen Verbände der beratenden Ingenieure • private Organisation, keine supranationale Einrichtung mit Rechtssetzungskompetenz Ziele: • internationale Vertretung einer großen Zahl von beratenden Ingenieuren bzw. Ingenieurgesellschaften durch nationale Mitgliederverbände • Unterstützung der Mitglieder mit Lösungen für Geschäftspraktiken • Definition und Förderung von Berufsregeln (Ehrenkodex) • Verbesserung des Rufs des beratenden Ingenieurs • Förderung der nachhaltigen Entwicklung Verbreitung: • Bedeutendste internationale Standardvertragsbedingung • innerhalb Deutschlands (noch) nicht gebräuchlich • seit 50 Jahren weltweite Anwendung für unterschiedlichste Baumaßnahmen von internationalen Banken, Finanzinstituten und privaten Investoren

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Bauverträge: standardisierte Vertragsbedingungen für internationale Bauvorhaben angelsächsisches Rechtssystem als Basis Vermeidung des Rückgriffs auf nationale Standardbedingungen wie VOB/B (D), AFNOR (F) … Aber: nationale gesetzliche Vorschriften bleiben Grundlage! Bedingung (!) für alle Weltbank finanzierten Bauverträge (Red Book „harmonized“ Version)

Bedingungen 1999: • Vertragsbedingungen für Konstruktion für Bau- und Ingenieurarbeiten vom Arbeitgeber (Red Book) • Vertragsbedingungen für den Bau- und Designbau für Elektro- und Maschinenbau sowie für Bauund Ingenieurarbeiten vom Auftragnehmer (Gelbes Buch) • Vertragsbedingungen für EPC / Turnkey-Projekte (Silver Book) • Kurze Vertragsform (Green Book) Seit 2006: • Beratungsdienstleistungsvertrag (Weißbuch) • Ausbaggerung und Reklamationsform • Design, Build & Operate Form (Gold Buch)

ASPEN und CHEMCAD • modellhafte Darstellung oder Nachbildung von Prozessen und Anlagen mittels Computern, um teure oder lang andauernde Experimente zu sparen und optimale Problemlösungen zu finden → Begrenzung des zeitlichen und materiellen Aufwands • Änderung der Prozessparameter → optimale Variante • Verifizierung der gefundenen Lösung durch Experimente • kommerziell verfügbare Simulationsprogramme: ASPEN Plus, CHEMCAD, ProSim

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Vorteile ASPEN: Nachbildung von stationären Prozessen mit verschiedenen verfahrenstechnischen Grundausrüstungen graphischer User Interface (Fließbild als Hauptfenster) mit grafischen Einbau der Unit Operations, hydraulischer Ausrüstungen und allen Ströme umfangreiche Bibliothek von Modellen zur Ermittlung thermodynamischer und kinetischer Stoffdaten Modellierung chemischer Prozesse gute Numerik Wirtschaftlichkeitsanalysen Nachteile ASPEN: Stoffdaten unzureichend begrenzter Kundenservice für Universitäten kein Membranmodul, keine biologischen Systeme 15 Handbücher → Expertenwissen notwendig Vorteile CHEMCAD: benutzerfreundlich kurze Einarbeitungszeit leicht erlernbar vielfältige Einsatzmöglichkeiten Berechnung von Massen- und Energiebilanzen

Nachteil CHEMCAD: • Stoffdaten unzureichend

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Anwendungen CHEMCAD: Planung und Studien Optimierung von Verfahren und Anlagen Auslegung der Hauptapparate Kostenschätzung der Hauptapparate Wirtschaftlichkeit der Anlage in den Bereichen Chemie, Pharmazie, Petrochemie, Umwelttechnik, Apparate- und Anlagenbau, Ingenieurunternehmen, Hochschulen, Forschung und Entwicklung

REACH • Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals • (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) → Inverkehrbringen chemischer Stoffe innerhalb des Geltungsbereiches nur nach vorheriger Registrierung • Gewinnung von Informationen über die Gefährlichkeit von Stoffen • Angemessene Beherrschung der Risiken durch den Stoffumgang • Grundlage für EU-weite Regelungen zum Risikomanagement Geltungsbereich: • Hersteller oder Importeure, welche Stoffe als solche und/oder Stoffe in Zubereitungen mit mehr als einer Tonne pro Jahr in der EU herstellen oder in die EU importieren • Phase-in-Stoffe und Non-Phase-in-Stoffe → 30.000 Stoffe • Verordnung gilt nicht für: radioaktive Stoffe, Abfall, nicht-isolierte Zwischenprodukte, Stoffe im Transitverkehr (Zollüberwachung), Polymere • Vorsorgeprinzip: Hersteller und Importeure müssen sicherstellen, dass ihre Stoffe nicht die menschliche Gesundheit und die Umwelt nachteilig beeinflussen → mehr Eigenverantwortung der Unternehmen → stärkere Einbeziehung nachgeschalteter Anwender → transparente Einstufung und Kennzeichnung

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Ziele: hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt Förderung alternativer Beurteilungsmethoden für von Stoffen ausgehenden Gefahren Gewährleistung des freien Verkehrs von Stoffen im Binnenmarkt Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit und Innovation

Kavitation • Entstehung und Implosion von Dampfblasen anstelle der Flüssigkeitsströmung bei Drücken nahe des Dampfdruckes. • Der statische Druck hat einen großen Einfluss auf Pumpen und Ventile • ist dieser zu gering, erhöht sich insbesondere bei hohen Temperaturen die Kavitationsgefahr. • • • •

Ursachen: hohe örtliche Geschwindigkeiten Anstieg der Temperatur Verkleinerung des Druckes auf der Saugseite Vergrößerung der geodätischen Saughöhe

Wirkung: • Zunahme von Geräuschen und Vibrationen • Wirkungsgrad-, Volumenstrom-, und Förderhöhenabfall • Werkstoffverschleiß und -Zerstörung Vermeidung: • Verringerung des Druckverlustes in der Saugleitung (durch größeren Rohrdurchmesser, kürzere Ansaugstrecke, ...) • Erhöhung der Zulaufhöhe bzw. Zulaufdruckes • Reduzierung der Fluidtemperatur Welche internationale Größe dient der Quantifizierung der Kavitationsempfindlichkeit? • NPSH-Wert [m] • Haltedruckhöhe bzw. Halteenergie der Pumpe

Kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb diskontinuierliche Verfahrensabschnitte: • sequenzielle Folge von Grundoperationen, welche jeweils zu quasistationären Zwischenzuständen mit definierten Produkteigenschaften führen • Befüllen: Die Reaktionspartner sowie weitere evtl. notwendige Stoffe wie Lösungsmittel, Katalysatoren oder Inerte werden in den Reaktor gegeben. • Reaktion: Der Reaktorinhalt verbleibt über einen bestimmten Zeitraum unter definierten Bedingungen im Reaktor. • Entleeren: Der Reaktorinhalt wird entnommen und der Reaktor für die nächste Befüllung vorbereitet. Vorteile • hohe Flexibilität: Einsatz eines Reaktors für die Herstellung verschiedener Produkte möglich • hohe Umsätze durch einheitliche, beliebig lang einstellbare Reaktionszeiten Nachteile • Totzeiten durch Füllen, Entleeren, Aufheizen, Abkühlen und Reinigen • hoher Mess- und Regelaufwand aufgrund des instationären Prozesses • durch Chargenbetrieb kann es zu Qualitätsschwankungen kommen Anwendung • wenn Produkte nur in geringen Mengen hergestellt werden sollen • wenn mit einem Reaktor verschiedene Produkte hergestellt werden sollen • wenn ein kontinuierlicher Prozess nicht möglich ist (z.B. bei der Herstellung von Feststoffen, die Rohre verstopfen können)

kontinuierliche Verfahrensabschnitte: • eine Grundoperation (abgesehen von An- und Abfahrvorgängen) • Beim kontinuierlichen Betrieb werden die Reaktionspartner im gleichbleibenden Mengenstrom dem Reaktor zugeführt. Das Reaktionsgemisch wird ebenso kontinuierlich entnommen. Alle Reaktionsparameter werden zeitlich konstant gehalten. Der Reaktor arbeitet stationär. Vorteile • hohe Mechanisierung und Automatisierung • gleichbleibende Produktqualität • geringe Totzeit Nachteile • nur geringe Parameteränderungen möglich (geringe Flexibilität, gleichbleibende Rohstoffqualität erforderlich) • hohe Investitionskosten Anwendung • Massenproduktion

Messe, Steuern und Regeln Messen: • (Informationsgewinnung) ist der experimentelle Vorgang, durch den ein spezieller Wert einer physikalischen Größe als Vielfaches einer Maßeinheit oder eines Bezugswertes ermittelt und zur Weiterverarbeitung in manueller oder maschineller Form bereitgestellt wird. • (Durchfluss, Dichte, Temperatur, Druck, Füllstand, pH-Wert, Leitfähigkeit Steuern: • Steuern ist der Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgröße andere Größen als Ausgangsgrößen auf Grund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen • Erfassen einer Ursache → Automatische Reaktion Regeln: • Regeln ist ein Vorgang, bei dem fortlaufend: • eine oder mehrere Größe(n) – die Regelgröße(n) – erfasst, • mit einer oder mehreren anderen Größe(n) – dem(n) Sollwert(en) – verglichen und • abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs im Sinne einer Angleichung die Sollwerte beeinflusst wird (werden). Wirkungsplan: Steuerkette

w: Führungsgröße

Regelkreis

y: Stellgröße

x: Steuergröße/ Regelgröße

z: Störgröße

Steuereinrichtung/ Regeleinrichtung umfasst die Gesamtheit aller Geräte und Funktionen, die zur Verwirklichung der Steuerung/ Regelung zusätzlich zum Prozess benötigt werden. Steuerstrecke/ Regelstrecke entspricht dem geregelten Prozess, der beeinflusst werden soll. Steuersystem besteht aus Steuereinrichtung und Steuerstrecke Regelsystem besteht aus Regeleinrichtung und Regelstrecke Folgeregelung: • Bei einer Folgeregelung verändert sich der Wert der Führungsgröße w und folgt die Regelgröße x während der Regelung diesen veränderten Werten. • Ist diese Veränderung der Führungsgröße zeitabhängig, so liegt eine Zeitplanregelung vor. • Beispiele für Zeitplanregelungen: • Temperatur der Lauge in einem Waschautomaten • Nachtabsenkung bei einer Hausheizungsanlage

Was machen Regler? • Regler beeinflussen selbsttätig in einem meist technischen Prozess eine oder mehrere physikalische Größen auf ein vorgegebenes Niveau unter Reduzierung von Störeinflüssen. → Vergleich des Sollwert-Signals mit dem gemessenen und zurückgeführten Istwert der Regelgröße → Ermittlung einer Stellgröße y aus dem Unterschied der beiden Größen (Regelabweichung xW) → Beeinflussung der Regelstrecke mittels Stellgröße, so dass die Regelabweichung spätestens im eingeschwungenen Zustand zu einem Minimum wird Arten von Reglern • Proportionalregler (P-Regler) Sofortige proportionale Änderung • Proportionalregler mit Differentialanteil (PD-Regler) D verlangsamt den Prozess von P • Integralregler (I-Regler) Sehr genaue und langsame Regler • Proportional-integrale Regler (PI-Regler) • Proportional-integrale Regler mit D-Anteil (PID-Regler)

MSR-Messstelle zeichnen und beschreiben • Kennzeichnung durch Kreis ggf. mit Querstric...