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Die Verfahrenstechnik ist eine selbstständige Ingenieurwissenschaft und befasst sich mit allen Vorgängen, bei denen Stoffe (Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe) hinsichtlich Zusammensetzung, Art oder Eigenschaften verändert werden. Sie nutzt dabei physikalische, chemische oder biologische Verfahren. Innerhalb der Produktionstechnik befasst sich die Verfahrenstechnik mit der Herstellung von Stoffen (Rohmaterial) sowie der Umwandlung von Stoffen mit nicht genau definierter Form, während die Fertigungstechnik diese Ausgangsprodukte zu Körpern mit geometrisch bestimmter Form weiterverarbeitet.

Beispiele sind Mahlen oder Sieben von Getreide, die Gewinnung von Metallen aus Erzen, die Produktion von Papier oder die Auftrennung der einzelnen Bestandteile des rohen Erdöls. Das Rohmaterial eines Verarbeitungsprozesses kann dabei selbst das Produkt einer vorhergegangenen Verarbeitung sein, und das Produkt kann weiterverarbeitet werden. Diese Vernetzung wird als Produktionsverbund bezeichnet. Auch die Wiedergewinnung, das Recycling von Wertstoffen aus Abfällen, fällt in den Aufgabenbereich der Verfahrenstechnik. Die zunehmende Energiegewinnung auf Basis nachwachsender Rohstoffe (Bioenergie) erfordert den Einsatz verfahrenstechnischer Methoden.

Die Verfahrenstechnik ist eine stark interdisziplinär ausgerichtete Wissenschaft. Zu verwandten Bereichen zählen Metallurgie, Chemieingenieurwesen und Chemie, Apparatebau (Teil des Maschinenbaus), Biotechnik und Umwelttechnik.

Inhaltsverzeichnis

Laut Definition der Gesellschaft für Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC) beschäftigt sich die Verfahrenstechnik mit der technischen und wirtschaftlichen Durchführung aller Prozesse, in denen Stoffe nach Art, Eigenschaft und Zusammensetzung verändert werden. Es handelt sich also um die Ingenieurwissenschaft der Stoffumwandlung. In der Praxis arbeitet der Verfahrensingenieur oft eng mit den naturwissenschaftlichen Disziplinen, z. B. mit Chemikern als Entwickler, zusammen und setzt deren Erkenntnisse in realisierbare technische Konzepte und Prozesse um. Besonders die Vergrößerung des Produktionsmaßstabes und der Energiehaushalt eines Verfahrens sind oft entscheidende Fragen.

Doch auch die Realisierung der verfahrenstechnisch entwickelten und geplanten Anlage, selbst als Anlagenbau bezeichnet, wird von der Verfahrenstechnik abgedeckt. Hierbei sind die Auswahl und Auslegung der zum Bau einzusetzenden Apparate, Bauteile und Materialien die Hauptaufgabe des Verfahrenstechnikers. Hinzu kommt in immer umfassenderem Maße auch die mess- und regelungstechnische Planung des zu betreibenden Prozesses. Hierbei fließen oft die Erkenntnisse aus der verfahrenstechnischen Theorie- und Versuchsarbeit in computergestützte Simulationen ein. Diese dienen dann als Ausgangsbasis oder sogar als Führungsmodell für die Prozessregelung. Aufgrund des sehr interdisziplinär ausgelegten Studiums finden Absolventen in der Berufspraxis ein sehr breites Einsatzspektrum. Von der Arbeit als Forscher im Labor, als Entwickler und Programmierer von Simulationen oder Leitsystemen, über die Tätigkeit als Berechnungs- und Projektingenieur, bis hin zum Bauleiter oder Betriebsführer von Produktionsanlagen sind Verfahrens- und Chemieingenieure in der gesamten Chemie-, Energie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie, wie auch in den entsprechenden Anlagenbauunternehmen und Forschungseinrichtungen anzutreffen.

Verfahrenstechnische Studiengänge werden in Deutschland und Österreich an Technischen Universitäten und anderen Hochschulen angeboten. Hierbei unterscheiden sich die jeweiligen Studiengänge zwischen den Hochschulen im Detail durchaus. Je nach Tradition bzw. der thematischen Ausrichtung der jeweiligen Institution kann sich die Ausbildung eher an der Technik oder an der Chemie (s. Chemieingenieurwesen) orientieren. Während an einigen Hochschulen die Verfahrenstechnik beispielsweise als Studienschwerpunkt direkt aus dem Studium des Maschinenbaus "abzweigt", ist das Fach an anderen Einrichtungen wiederum ein eigenständiges Grund- oder Bachelor-Studium für einen späteren Schwerpunkt wie die Bioverfahrenstechnik oder das Haupt- oder Masterstudium der Chemietechnik. Dazu existieren in eigenständigen Wissenschaftsgebieten auch eigene verfahrenstechnische Studien- oder Vertiefungsfächer. Dies ist beispielsweise die Agrartechnik oder die Technik der Nutztierhaltung innerhalb der Agrarwissenschaft. Auch Spezialisierungen im Bereich der verfahrenstechnischen Energietechnik (Energieanlagenbau, Erneuerbare Energien) werden zurzeit vermehrt angeboten. Hier fließen oft Maschinenbau und Elektrotechnik in das Fach mit ein. Der technischen Entwicklung folgend, führt dies mitunter zur Etablierung neuer Studienfächer, wie der Umwelttechnik, der Biotechnologie oder der Lebensmitteltechnologie.

Hinzu kommt, dass der deutsche und englische Sprachgebrauch bei den Begriffen des Verfahrens- und Chemieingenieurwesens unterschiedlich ist. Als Process Engineering wird im Englischen zwar die verfahrenstechnische Tätigkeit eines Ingenieurs bezeichnet. Das der deutschen Definition für Verfahrenstechnik entsprechende Studienfach ist im englischsprachigen Ausland aber meistens das Chemical Engineering (ebenso z. B. auch im Spanischen: Ingenieria química). In Deutschland wiederum wird in der Hochschulausbildung zwischen Verfahrens- und Chemietechnik klar unterschieden.

Der Studienabschluss in verfahrenstechnischen Studiengängen war in der Bundesrepublik Deutschland meistens der akademische Grad eines Diplom-Ingenieurs. Im Rahmen des Bologna-Prozesses erfolgte auch hier die Umstellung bzw. Einführung der aufeinander aufbauenden neuen akademischen Abschlussgrade Bachelor und Master. Lediglich an der Montanuniversität Leoben und der Technischen Universität Dresden schließt man noch mit dem Diplom-Ingenieur ab.

Die Verfahrenstechnik hat sich von ihren Anfängen im Rohrleitungs- und Kesselbau hin zu einer interdisziplinären Wissenschaft entwickelt. Heute werden für die Auslegung der Prozesse neben

  • den Natur- und Materialwissenschaften für die Beschreibung des Prozesses und seiner stofflichen Auswirkungen, auch
  • die Wirtschafts-, Sozial-, Politik- und Rechtswissenschaften für die Akzeptanz, die Rahmenbedingungen und den Betrieb des Prozesses

benötigt. Weiterhin wird für die Umsetzung des Prozesses im Anlagenbau auf alle anderen Ingenieurwissenschaften zurückgegriffen.

Verfahrenstechnische Anlagen produzieren zwischen wenigen Gramm und mehreren Millionen Tonnen pro Jahr. Produziert werden einfache chemische Substanzen bis hin zu komplizierten Bauteilen. Um die Fülle an Prozessen beschreiben zu können, werden sie in physikalisch nicht mehr sinnvoll trennbare Grundoperationen (englischunit operations) mit nur einem physikalischen Vorgang, wie Mischen oder Verdampfen, zerteilt. Verfahrensschritte, die eine räumlich untrennbare Kombination mehrerer Grundoperationen sind, werden meist auch als Grundoperationen bezeichnet. Klassen von verfahrenstechnischen Grundoperationen sind zum Beispiel:

Diese Grundoperationen werden aneinandergereiht und ergeben den Gesamtprozess. Ein derart gestalteter Prozess ist berechenbar und durchführbar, aber nicht energie- und platzoptimiert. Der Kostendruck in der Industrie und die besseren Simulations- und Analysemöglichkeiten sowie das bessere physikalische Verständnis führen dazu, dass heute immer mehr Grundoperationen in einem Prozessschritt kombiniert werden. Jedoch ist für das Verständnis des Gesamtzusammenhangs eine Betrachtung des Prozesses in getrennten physikalischen Grundschritten sinnvoll.

Die Verfahrenstechnik gliedert sich daher immer noch entlang der physikalischen Vorgänge der Grundoperationen in:

  • mechanische Verfahrenstechnik,
  • chemische Verfahrenstechnik,
  • thermische Verfahrenstechnik und
  • den sonstigen Verfahren, die meist als physikalische Verfahren der chemischen Verfahrenstechnik zugeschlagen werden.

Dazu kommt die nicht überschaubare Anzahl von komplexen, nicht voneinander trennbaren Verfahren wie:

Ebenso den benötigten Hilfs-, Umsetzungs- und Spezialdisziplinen, wie:

Eine andere, ältere Gliederung geht von den Stoffgruppen aus: Lebensmittelverfahrenstechnik, Kunststoffverfahrenstechnik usw.

In der Pharmazie wird die Verfahrenstechnik als Galenik; in der Apotheke als Rezeptur bezeichnet (alt: Arzneiformenlehre). Industriell wird sie als Aufbereitungstechnik oder als pharmazeutische Technologie bezeichnet.

Grundsätzlich gilt: jede Prozessentwicklung, bei der ein Stoffstrom betroffen ist, beinhaltet Verfahrenstechnik. Sie ist daher ein meist nicht genannter Bestandteil jeder Wissenschaft. Die Verfahrenstechnik betont das Verfahren an sich und versucht es mit den gegebenen Randbedingungen zu optimieren. In anderen Disziplinen wird meist von einem gegebenen Prozess ausgegangen, da der Schwerpunkt auf anderen Aspekten liegt.

Die Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit dem gleichen Gegenstand wie die anderen Naturwissenschaften und benutzt ihre Werkzeuge. Im Gegensatz zu anderen Naturwissenschaften versucht die Verfahrenstechnik jedoch nicht einen neuen Zusammenhang offenzulegen, sondern einen erkannten Zusammenhang technisch nutzbar zu machen. Bei der Auslegung neuer Prozesse entstehende Fragen führen meist zu einer engen Kooperation mit anderen Naturwissenschaften.

Verfahrenstechniker benutzen die Werkzeuge der Ingenieurwissenschaften. Sie legen den Raum und die Bedingungen fest, unter denen ein Prozess abläuft.

Das Chemieingenieurwesen ist eine Disziplin der Verfahrenstechnik, welche einen Schwerpunkt auf die Chemie legt. Die Umwelttechnik legt den Schwerpunkt hingegen auf rechtliche, toxikologische, und logistische Aspekte der Ver- und Entsorgung.

Mechanische Verfahrenstechnik

Kleiner Fliehkraftabscheider in einer Mühle

Die mechanische Verfahrenstechnik versteht sich als Anwender der Mechanik bzw. der Strömungsmechanik. Sie beschäftigt sich daher mit Stoffwandlungsprozessen, die auf mechanischer Einwirkung beruhen. Die vier Prozesshauptgruppen sind Zerkleinern und Agglomerieren sowie Mischen und Trennen (Filter, Siebe).

Historisch liegen ihre Wurzeln im Rohrleitungsbau und in der Feststoffverfahrenstechnik. Traditionell werden daher meist auch Lagern, Fördern und Dosieren von Feststoffen, Schüttgütern und flüssigen Gütern (z. B. Förderung durch Pumpen) der mechanischen Verfahrenstechnik zugeschlagen.

Thermische Verfahrenstechnik

14.000-kW-Absorption-Wärmepumpe zur Nutzung Industrieller Abwärme in einem Österreichischen Fernheizwerk

Die thermische Verfahrenstechnik beschäftigt sich insbesondere mit thermischen Trenn- und Reinigungsprozessen wie Destillation sowie mit den Prozessen Rektifikation und Extraktion. Auch Prozesse, die mittels Membrantechnik ablaufen, zählen zur thermischen Verfahrenstechnik.

Chemische Verfahrenstechnik

Blick auf das BASF-Werk von Norden

Die Chemische Verfahrenstechnik (Chemische Reaktionstechnik) beschäftigt sich mit Stoffwandlungen durch chemische Reaktionen und bildet das stärkste Bindeglied der Verfahrenstechnik zur Chemie. Insbesondere wird der Übergang vom Labormaßstab der Chemie zum technischen Maßstab untersucht. Das beinhaltet beispielsweise die Errichtung von Pilotanlagen und die Untersuchung von Kinetiken. Der Chemieingenieur leistet somit maßgebliche Arbeit bei der Umsetzung von Laborergebnissen in den Produktionsprozess. Diese Maßstabsübertragung bezeichnet man heute meist als "Scale-up".

Elektrochemische Verfahrenstechnik

Die Elektrochemische Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit den technischen Anwendungen der elektrochemischen Phänomene (z. B. Synthese von Chemikalien, elektrolytischen Raffination von Metallen, Batterien und Brennstoffzellen, Sensoren, Oberflächenmodifizierung durch galvanische Abscheidung und Ätzung, Trennungen, und Korrosion).

Bioverfahrenstechnik

Faulturm eines Klärwerks

Die Bioverfahrenstechnik (auch Bioprozesstechnik oder Bioengineering) ist der Bereich der Biotechnologie, der sich mit der verfahrenstechnischen Umsetzung beschäftigt, bzw. der Teil der Verfahrenstechnik, der sich mit biotechnologischen Prozessen beschäftigt. Die Biotechnologie macht Stoffumwandlungen durch biologische Prozesse in technischen Anwendungen nutzbar. Diese Prozesse können durch die in Zellen (meist Bakterien, Hefen, Pilzen) enthaltenen Enzyme (früher: Ferment) bzw. durch isolierte Enzyme durchgeführt werden. In beiden Fällen spricht man von Biokatalyse, Biosynthese oder Fermentation. Von Kultivierung spricht man dagegen nur, wenn Zellen eingesetzt werden, die sich während des Prozesses vermehren bzw. Stoffwechsel betreiben. Teilbereiche der Biotechnologie sind z. B. die Mikrobiologie, Chemie und Biochemie. Gentechnische Methoden können eingesetzt werden, kommen aber nicht zwangsläufig bei allen biotechnologischen Anwendungen zum Einsatz. Ein wichtiger Bereich der Biotechnologie ist die Verfahrenstechnik, die Prozesse in Forschungs- oder Produktionsmaßstab umsetzt. Dazu gehört die generelle Planung und Umsetzung eines Verfahrens, die Entwicklung der Prozesskontrolle und der Aufbereitungsmethoden für die Produkte, die Steuerung von Produktionsprozessen und ihre laufende Optimierung.

Vor- und Nachteile

Biotechnologische Verfahren können verschiedene Vor- und Nachteile gegenüber den chemischen Verfahren haben:

  • Bei chemischen Verfahren sind teilweise extreme Bedingungen (z. B. hohe Drücke und/oder Temperaturen) und giftige Chemikalien notwendig. Biologische Prozesse laufen unter weniger extremen Bedingungen ab und können verschiedene chemische Verfahren wegen ökonomischer und ökologischer Vorteile ersetzen.
  • Manche Verbindungen sind nicht mit chemischen Methoden synthetisierbar, können jedoch biotechnologisch hergestellt werden.
  • Vor allem bei pharmazeutischen Anwendungen kann es notwendig sein, nur eine Variante von chiralen Verbindungen einzusetzen. Bei biotechnologischer Produktion ist nur eine Variante vorhanden, bei chemischer Herstellung dagegen meistens beide.
  • Da biologische Prozesse nicht bei beliebig hohen Temperaturen ablaufen können, ist damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit limitiert. Reaktoren brauchen hier daher oft größere Volumina als bei nicht-biologischen Verfahren.

Einsatzbereiche

Biotechnologische Anwendungen unterscheiden sich stark und werden daher in verschiedene Bereiche eingeteilt. Neben der Bioverfahrenstechnik zu Herstellung von bestimmten Verbindungen können diese einzelnen Bereiche auch andere Felder umfassen:

Während die Begriffe Weiße, Rote und Grüne Biotechnologie etabliert sind, sind die anderen farblichen Zuordnungen bisher weniger verbreitet.

Verfahrenstypen

Bioreaktoren und Technik zur Prozesssteuerung

Die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten haben verschiedene Verfahren hervorgebracht, die sich stark unterscheiden können. Häufig kommen Bioreaktoren (Fermenter) zum Einsatz. Meist enthalten die Fermenter Rührwerke für die Homogenisierung, Einrichtungen zur Temperatureinstellung und weitere Technik zur Kontrolle und Steuerung wichtiger Parameter.

Die Produkte werden nach unterschiedlichen Prinzipien erzeugt:

  • Enzyme können für die Umsetzung eines Stoffes sorgen.
  • Oft werden Mikroorganismen kultiviert, deren Stoffwechselprodukte das Produkt darstellen (z. B. Ethanol, Butanol, Citrat).
  • Speicherstoffe der kultivierten Art, wie z. B. der mikrobielle Kohlenhydratspeicher Polyhydroxybuttersäure können das Produkt sein.
  • Durch gentechnische Veränderung kann in der zu kultivierenden Art eine Überexpression induziert werden oder ein neuer Stoffwechselweg in die Art transferiert werden, so dass das gewünschte Produkt mit hoher Ausbeute produziert wird.

Im Anschluss an die Produktion (Fermentation) ist in der Regel eine Aufbereitung (Downstream Processing) notwendig. Diese kann, je nach Verfahren, sehr aufwendig sein und Schritte wie Zellaufschluss, Filtration, Chromatographien und anderes umfassen. Auch dieser Bereich wird der Bioverfahrenstechnik zugeordnet.

Systemverfahrenstechnik

Die Systemverfahrenstechnik als Teil der ingenieurwissenschaftlichen Systemtheorie hat die Aufgabe, das dynamische Verhalten verfahrenstechnischer Systeme zu modellieren, die Systemstruktur zu optimieren und die zur Beherrschung der stoffumwandelnden Prozesse erforderlichen Teilsysteme zu gestalten.

Nanotechnik

Bild der Oberfläche eines Ferrofluids im magnetischen Feld.

Die Nanotechnik oder Nanotechnologie ist ein noch junges Gebiet, welches sehr interdisziplinär Gebiete aus der Physik, der Chemie, der Biologie und der Verfahrenstechnik vereint. Es beschäftigt sich mit Stoffen und Systemen, die in ihrer Größe unter Umständen nur aus wenigen Molekülen bestehen. Für die Verfahrenstechnik ist die Nanopartikeltechnik von besonderer Bedeutung. Aufgrund der kleinen geometrischen Ausdehnung von Nanopartikeln besitzen sie spezielle optische und elektronische Eigenschaften, welche besondere Messverfahren erforderlich machen, jedoch auch zu neuen Anwendungen führen können. Ein Beispiel für diese Partikel sind Kohlenstoffnanoröhren, die sich ganz anders verhalten als z. B. Graphit-Partikel.

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Normdaten (Sachbegriff): GND:4062781-0(OGND, AKS)

Verfahrenstechnik alle technischen Prozesse in denen aus einem Roh oder Ausgangsmaterial ein Produkt durch die Nutzung chemisch physikalischer oder biologischer Vorgange geschaffen wird Sprache Beobachten Bearbeiten Die Verfahrenstechnik ist eine selbststandige Ingenieurwissenschaft und befasst sich mit allen Vorgangen bei denen Stoffe Gase Flussigkeiten oder Feststoffe hinsichtlich Zusammensetzung Art oder Eigenschaften verandert werden Sie nutzt dabei physikalische chemische oder biologische Verfahren Innerhalb der Produktionstechnik befasst sich die Verfahrenstechnik mit der Herstellung von Stoffen Rohmaterial sowie der Umwandlung von Stoffen mit nicht genau definierter Form wahrend die Fertigungstechnik diese Ausgangsprodukte zu Korpern mit geometrisch bestimmter Form weiterverarbeitet Beispiele sind Mahlen oder Sieben von Getreide die Gewinnung von Metallen aus Erzen die Produktion von Papier oder die Auftrennung der einzelnen Bestandteile des rohen Erdols Das Rohmaterial eines Verarbeitungsprozesses kann dabei selbst das Produkt einer vorhergegangenen Verarbeitung sein und das Produkt kann weiterverarbeitet werden Diese Vernetzung wird als Produktionsverbund bezeichnet Auch die Wiedergewinnung das Recycling von Wertstoffen aus Abfallen fallt in den Aufgabenbereich der Verfahrenstechnik Die zunehmende Energiegewinnung auf Basis nachwachsender Rohstoffe Bioenergie erfordert den Einsatz verfahrenstechnischer Methoden Die Verfahrenstechnik ist eine stark interdisziplinar ausgerichtete Wissenschaft Zu verwandten Bereichen zahlen Metallurgie Chemieingenieurwesen und Chemie Apparatebau Teil des Maschinenbaus Biotechnik und Umwelttechnik 1 Inhaltsverzeichnis 1 Ingenieurwissenschaft und Berufsbild 2 Ausbildung 3 Arbeitsmittel und Gliederung der Verfahrenstechnik 4 Abgrenzung zu anderen Wissenschaften 5 Teildisziplinen 5 1 Mechanische Verfahrenstechnik 5 2 Thermische Verfahrenstechnik 5 3 Chemische Verfahrenstechnik 5 4 Elektrochemische Verfahrenstechnik 5 5 Bioverfahrenstechnik 5 5 1 Vor und Nachteile 5 5 2 Einsatzbereiche 5 5 3 Verfahrenstypen 5 6 Systemverfahrenstechnik 5 7 Nanotechnik 6 Siehe auch 7 Literatur 8 Weblinks 9 EinzelnachweiseIngenieurwissenschaft und Berufsbild BearbeitenLaut Definition der Gesellschaft fur Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen GVC beschaftigt sich die Verfahrenstechnik mit der technischen und wirtschaftlichen Durchfuhrung aller Prozesse in denen Stoffe nach Art Eigenschaft und Zusammensetzung verandert werden Es handelt sich also um die Ingenieurwissenschaft der Stoffumwandlung In der Praxis arbeitet der Verfahrensingenieur oft eng mit den naturwissenschaftlichen Disziplinen z B mit Chemikern als Entwickler zusammen und setzt deren Erkenntnisse in realisierbare technische Konzepte und Prozesse um Besonders die Vergrosserung des Produktionsmassstabes und der Energiehaushalt eines Verfahrens sind oft entscheidende Fragen Doch auch die Realisierung der verfahrenstechnisch entwickelten und geplanten Anlage selbst als Anlagenbau bezeichnet wird von der Verfahrenstechnik abgedeckt Hierbei sind die Auswahl und Auslegung der zum Bau einzusetzenden Apparate Bauteile und Materialien die Hauptaufgabe des Verfahrenstechnikers Hinzu kommt in immer umfassenderem Masse auch die mess und regelungstechnische Planung des zu betreibenden Prozesses Hierbei fliessen oft die Erkenntnisse aus der verfahrenstechnischen Theorie und Versuchsarbeit in computergestutzte Simulationen ein Diese dienen dann als Ausgangsbasis oder sogar als Fuhrungsmodell fur die Prozessregelung Aufgrund des sehr interdisziplinar ausgelegten Studiums finden Absolventen in der Berufspraxis ein sehr breites Einsatzspektrum Von der Arbeit als Forscher im Labor als Entwickler und Programmierer von Simulationen oder Leitsystemen uber die Tatigkeit als Berechnungs und Projektingenieur bis hin zum Bauleiter oder Betriebsfuhrer von Produktionsanlagen sind Verfahrens und Chemieingenieure in der gesamten Chemie Energie Lebensmittel und Pharmaindustrie wie auch in den entsprechenden Anlagenbauunternehmen und Forschungseinrichtungen anzutreffen Ausbildung BearbeitenVerfahrenstechnische Studiengange werden in Deutschland und Osterreich an Technischen Universitaten und anderen Hochschulen angeboten Hierbei unterscheiden sich die jeweiligen Studiengange zwischen den Hochschulen im Detail durchaus Je nach Tradition bzw der thematischen Ausrichtung der jeweiligen Institution kann sich die Ausbildung eher an der Technik oder an der Chemie s Chemieingenieurwesen orientieren Wahrend an einigen Hochschulen die Verfahrenstechnik beispielsweise als Studienschwerpunkt direkt aus dem Studium des Maschinenbaus abzweigt ist das Fach an anderen Einrichtungen wiederum ein eigenstandiges Grund oder Bachelor Studium fur einen spateren Schwerpunkt wie die Bioverfahrenstechnik oder das Haupt oder Masterstudium der Chemietechnik Dazu existieren in eigenstandigen Wissenschaftsgebieten auch eigene verfahrenstechnische Studien oder Vertiefungsfacher Dies ist beispielsweise die Agrartechnik oder die Technik der Nutztierhaltung innerhalb der Agrarwissenschaft Auch Spezialisierungen im Bereich der verfahrenstechnischen Energietechnik Energieanlagenbau Erneuerbare Energien werden zurzeit vermehrt angeboten Hier fliessen oft Maschinenbau und Elektrotechnik in das Fach mit ein Der technischen Entwicklung folgend fuhrt dies mitunter zur Etablierung neuer Studienfacher wie der Umwelttechnik 2 der Biotechnologie oder der Lebensmitteltechnologie Hinzu kommt dass der deutsche und englische Sprachgebrauch bei den Begriffen des Verfahrens und Chemieingenieurwesens unterschiedlich ist Als Process Engineering wird im Englischen zwar die verfahrenstechnische Tatigkeit eines Ingenieurs bezeichnet Das der deutschen Definition fur Verfahrenstechnik entsprechende Studienfach ist im englischsprachigen Ausland aber meistens das Chemical Engineering ebenso z B auch im Spanischen Ingenieria quimica In Deutschland wiederum wird in der Hochschulausbildung zwischen Verfahrens und Chemietechnik klar unterschieden Der Studienabschluss in verfahrenstechnischen Studiengangen war in der Bundesrepublik Deutschland meistens der akademische Grad eines Diplom Ingenieurs Im Rahmen des Bologna Prozesses erfolgte auch hier die Umstellung bzw Einfuhrung der aufeinander aufbauenden neuen akademischen Abschlussgrade Bachelor und Master Lediglich an der Montanuniversitat Leoben und der Technischen Universitat Dresden schliesst man noch mit dem Diplom Ingenieur ab 3 Arbeitsmittel und Gliederung der Verfahrenstechnik BearbeitenDie Verfahrenstechnik hat sich von ihren Anfangen im Rohrleitungs und Kesselbau hin zu einer interdisziplinaren Wissenschaft entwickelt Heute werden fur die Auslegung der Prozesse neben den Natur und Materialwissenschaften fur die Beschreibung des Prozesses und seiner stofflichen Auswirkungen auch die Wirtschafts Sozial Politik und Rechtswissenschaften fur die Akzeptanz die Rahmenbedingungen und den Betrieb des Prozesses benotigt Weiterhin wird fur die Umsetzung des Prozesses im Anlagenbau auf alle anderen Ingenieurwissenschaften zuruckgegriffen Verfahrenstechnische Anlagen produzieren zwischen wenigen Gramm und mehreren Millionen Tonnen pro Jahr Produziert werden einfache chemische Substanzen bis hin zu komplizierten Bauteilen Um die Fulle an Prozessen beschreiben zu konnen werden sie in physikalisch nicht mehr sinnvoll trennbare Grundoperationen englisch unit operations mit nur einem physikalischen Vorgang wie Mischen oder Verdampfen zerteilt Verfahrensschritte die eine raumlich untrennbare Kombination mehrerer Grundoperationen sind werden meist auch als Grundoperationen bezeichnet Klassen von verfahrenstechnischen Grundoperationen sind zum Beispiel Anderung der Stoffeigenschaften Zerkleinern Kuhlen Trocknung Anderung der Stoffzusammensetzung Filtration Destillation Anderung der Stoffart Oxidation Hydrierung Polymerisation Diese Grundoperationen werden aneinandergereiht und ergeben den Gesamtprozess Ein derart gestalteter Prozess ist berechenbar und durchfuhrbar aber nicht energie und platzoptimiert Der Kostendruck in der Industrie und die besseren Simulations und Analysemoglichkeiten sowie das bessere physikalische Verstandnis fuhren dazu dass heute immer mehr Grundoperationen in einem Prozessschritt kombiniert werden Jedoch ist fur das Verstandnis des Gesamtzusammenhangs eine Betrachtung des Prozesses in getrennten physikalischen Grundschritten sinnvoll Die Verfahrenstechnik gliedert sich daher immer noch entlang der physikalischen Vorgange der Grundoperationen in mechanische Verfahrenstechnik chemische Verfahrenstechnik thermische Verfahrenstechnik und den sonstigen Verfahren die meist als physikalische Verfahren der chemischen Verfahrenstechnik zugeschlagen werden Dazu kommt die nicht uberschaubare Anzahl von komplexen nicht voneinander trennbaren Verfahren wie biologische Verfahrenstechnik Grenzflachenverfahrenstechnik und Membranverfahrenstechnik Ebenso den benotigten Hilfs Umsetzungs und Spezialdisziplinen wie Mess und Regeltechnik Anlagenbau und kerntechnische Verfahrenstechnik Eine andere altere Gliederung geht von den Stoffgruppen aus Lebensmittelverfahrenstechnik Kunststoffverfahrenstechnik usw In der Pharmazie wird die Verfahrenstechnik als Galenik in der Apotheke als Rezeptur bezeichnet alt Arzneiformenlehre Industriell wird sie als Aufbereitungstechnik oder als pharmazeutische Technologie bezeichnet Abgrenzung zu anderen Wissenschaften BearbeitenGrundsatzlich gilt jede Prozessentwicklung bei der ein Stoffstrom betroffen ist beinhaltet Verfahrenstechnik Sie ist daher ein meist nicht genannter Bestandteil jeder Wissenschaft Die Verfahrenstechnik betont das Verfahren an sich und versucht es mit den gegebenen Randbedingungen zu optimieren In anderen Disziplinen wird meist von einem gegebenen Prozess ausgegangen da der Schwerpunkt auf anderen Aspekten liegt Die Verfahrenstechnik beschaftigt sich mit dem gleichen Gegenstand wie die anderen Naturwissenschaften und benutzt ihre Werkzeuge Im Gegensatz zu anderen Naturwissenschaften versucht die Verfahrenstechnik jedoch nicht einen neuen Zusammenhang offenzulegen sondern einen erkannten Zusammenhang technisch nutzbar zu machen Bei der Auslegung neuer Prozesse entstehende Fragen fuhren meist zu einer engen Kooperation mit anderen Naturwissenschaften Verfahrenstechniker benutzen die Werkzeuge der Ingenieurwissenschaften Sie legen den Raum und die Bedingungen fest unter denen ein Prozess ablauft Das Chemieingenieurwesen ist eine Disziplin der Verfahrenstechnik welche einen Schwerpunkt auf die Chemie legt Die Umwelttechnik legt den Schwerpunkt hingegen auf rechtliche toxikologische und logistische Aspekte der Ver und Entsorgung Teildisziplinen BearbeitenMechanische Verfahrenstechnik Bearbeiten Kleiner Fliehkraftabscheider in einer Muhle Die mechanische Verfahrenstechnik versteht sich als Anwender der Mechanik bzw der Stromungsmechanik Sie beschaftigt sich daher mit Stoffwandlungsprozessen die auf mechanischer Einwirkung beruhen Die vier Prozesshauptgruppen sind Zerkleinern und Agglomerieren sowie Mischen und Trennen Filter Siebe Historisch liegen ihre Wurzeln im Rohrleitungsbau und in der Feststoffverfahrenstechnik Traditionell werden daher meist auch Lagern Fordern und Dosieren von Feststoffen Schuttgutern und flussigen Gutern z B Forderung durch Pumpen der mechanischen Verfahrenstechnik zugeschlagen Thermische Verfahrenstechnik Bearbeiten 14 000 kW Absorption Warmepumpe zur Nutzung Industrieller Abwarme in einem Osterreichischen Fernheizwerk Die thermische Verfahrenstechnik beschaftigt sich insbesondere mit thermischen Trenn und Reinigungsprozessen wie Destillation sowie mit den Prozessen Rektifikation und Extraktion Auch Prozesse die mittels Membrantechnik ablaufen zahlen zur thermischen Verfahrenstechnik Chemische Verfahrenstechnik Bearbeiten Blick auf das BASF Werk von Norden Die Chemische Verfahrenstechnik Chemische Reaktionstechnik beschaftigt sich mit Stoffwandlungen durch chemische Reaktionen und bildet das starkste Bindeglied der Verfahrenstechnik zur Chemie Insbesondere wird der Ubergang vom Labormassstab der Chemie zum technischen Massstab untersucht Das beinhaltet beispielsweise die Errichtung von Pilotanlagen und die Untersuchung von Kinetiken Der Chemieingenieur leistet somit massgebliche Arbeit bei der Umsetzung von Laborergebnissen in den Produktionsprozess Diese Massstabsubertragung bezeichnet man heute meist als Scale up Elektrochemische Verfahrenstechnik Bearbeiten Die Elektrochemische Verfahrenstechnik beschaftigt sich mit den technischen Anwendungen der elektrochemischen Phanomene z B Synthese von Chemikalien elektrolytischen Raffination von Metallen Batterien und Brennstoffzellen Sensoren Oberflachenmodifizierung durch galvanische Abscheidung und Atzung Trennungen und Korrosion 4 Bioverfahrenstechnik Bearbeiten Faulturm eines Klarwerks Die Bioverfahrenstechnik auch Bioprozesstechnik oder Bioengineering ist der Bereich der Biotechnologie der sich mit der verfahrenstechnischen Umsetzung beschaftigt bzw der Teil der Verfahrenstechnik der sich mit biotechnologischen Prozessen beschaftigt Die Biotechnologie macht Stoffumwandlungen durch biologische Prozesse in technischen Anwendungen nutzbar Diese Prozesse konnen durch die in Zellen meist Bakterien Hefen Pilzen enthaltenen Enzyme fruher Ferment bzw durch isolierte Enzyme durchgefuhrt werden In beiden Fallen spricht man von Biokatalyse Biosynthese oder Fermentation Von Kultivierung spricht man dagegen nur wenn Zellen eingesetzt werden die sich wahrend des Prozesses vermehren bzw Stoffwechsel betreiben Teilbereiche der Biotechnologie sind z B die Mikrobiologie Chemie und Biochemie Gentechnische Methoden konnen eingesetzt werden kommen aber nicht zwangslaufig bei allen biotechnologischen Anwendungen zum Einsatz Ein wichtiger Bereich der Biotechnologie ist die Verfahrenstechnik die Prozesse in Forschungs oder Produktionsmassstab umsetzt Dazu gehort die generelle Planung und Umsetzung eines Verfahrens die Entwicklung der Prozesskontrolle und der Aufbereitungsmethoden fur die Produkte die Steuerung von Produktionsprozessen und ihre laufende Optimierung Vor und Nachteile Bearbeiten Biotechnologische Verfahren konnen verschiedene Vor und Nachteile gegenuber den chemischen Verfahren haben Bei chemischen Verfahren sind teilweise extreme Bedingungen z B hohe Drucke und oder Temperaturen und giftige Chemikalien notwendig Biologische Prozesse laufen unter weniger extremen Bedingungen ab und konnen verschiedene chemische Verfahren wegen okonomischer und okologischer Vorteile ersetzen Manche Verbindungen sind nicht mit chemischen Methoden synthetisierbar konnen jedoch biotechnologisch hergestellt werden Vor allem bei pharmazeutischen Anwendungen kann es notwendig sein nur eine Variante von chiralen Verbindungen einzusetzen Bei biotechnologischer Produktion ist nur eine Variante vorhanden bei chemischer Herstellung dagegen meistens beide Da biologische Prozesse nicht bei beliebig hohen Temperaturen ablaufen konnen ist damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit limitiert Reaktoren brauchen hier daher oft grossere Volumina als bei nicht biologischen Verfahren Einsatzbereiche Bearbeiten Biotechnologische Anwendungen unterscheiden sich stark und werden daher in verschiedene Bereiche eingeteilt Neben der Bioverfahrenstechnik zu Herstellung von bestimmten Verbindungen konnen diese einzelnen Bereiche auch andere Felder umfassen Die Weisse Biotechnologie industrielle Biotechnologie kann chemische Verfahren bei denen Nicht Enzym Katalysatoren verwendet werden ersetzen und erganzen Es werden z B Fein und Grundchemikalien Enzyme und anderes erzeugt Die Rote Biotechnologie medizinische Biotechnologie hat verschiedene Aufgaben darunter auch die bioverfahrenstechnische Herstellung von Wirkstoffen Diagnostika und Impfstoffen Die Grune Biotechnologie beschaftigt sich vor allem mit der Optimierung von Nutzpflanzen Die Bioverfahrenstechnik spielt hier eine untergeordnete Rolle Die Graue Biotechnologie Umweltbiotechnologie nutzt Enzyme und Mikroorganismen fur die Aufbereitung von Trinkwasser Abwasser Abluft Abfalle Abgasen und anderes Die Blaue Biotechnologie marine Biotechnologie nutzt marine Mikroorganismen Die Gelbe Biotechnologie meist als Lebensmittel Biotechnologie definiert findet Anwendung in der Lebensmittelindustrie z B zu Herstellung von Bier mittels Hefen Joghurt und Sauerkraut mittels Milchsaurebakterien etc Wahrend die Begriffe Weisse Rote und Grune Biotechnologie etabliert sind sind die anderen farblichen Zuordnungen bisher weniger verbreitet 5 Verfahrenstypen Bearbeiten Bioreaktoren und Technik zur Prozesssteuerung Die zahlreichen Anwendungsmoglichkeiten haben verschiedene Verfahren hervorgebracht die sich stark unterscheiden konnen Haufig kommen Bioreaktoren Fermenter zum Einsatz Meist enthalten die Fermenter Ruhrwerke fur die Homogenisierung Einrichtungen zur Temperatureinstellung und weitere Technik zur Kontrolle und Steuerung wichtiger Parameter Vor allem in der Weissen und Roten Biotechnologie kommen sterilisierbare Fermenter zum Einsatz in denen die Parameter Temperatur Sauerstoffgehalt pH Wert etc exakt steuerbar sind 6 Bei der Grauen Biotechnologie kommen verschiedene Bioreaktoren zum Einsatz wie z B Faulturme bei Klarwerken Fermenter bei der Biogaserzeugung und Biofilter bei der Abluftreinigung In der Lebensmitteltechnik Gelbe Biotechnologie werden z B bei der Bierherstellung Gartanks als Bioreaktoren eingesetzt Weitere Bioreaktoren sind z B Algenreaktoren Photobioreaktoren Wasserstoffbioreaktoren etc Die Produkte werden nach unterschiedlichen Prinzipien erzeugt Enzyme konnen fur die Umsetzung eines Stoffes sorgen Oft werden Mikroorganismen kultiviert deren Stoffwechselprodukte das Produkt darstellen z B Ethanol Butanol Citrat Speicherstoffe der kultivierten Art wie z B der mikrobielle Kohlenhydratspeicher Polyhydroxybuttersaure konnen das Produkt sein Durch gentechnische Veranderung kann in der zu kultivierenden Art eine Uberexpression induziert werden oder ein neuer Stoffwechselweg in die Art transferiert werden so dass das gewunschte Produkt mit hoher Ausbeute produziert wird Im Anschluss an die Produktion Fermentation ist in der Regel eine Aufbereitung Downstream Processing notwendig Diese kann je nach Verfahren sehr aufwendig sein und Schritte wie Zellaufschluss Filtration Chromatographien und anderes umfassen Auch dieser Bereich wird der Bioverfahrenstechnik zugeordnet 6 Systemverfahrenstechnik Bearbeiten Die Systemverfahrenstechnik als Teil der ingenieurwissenschaftlichen Systemtheorie hat die Aufgabe das dynamische Verhalten verfahrenstechnischer Systeme zu modellieren die Systemstruktur zu optimieren und die zur Beherrschung der stoffumwandelnden Prozesse erforderlichen Teilsysteme zu gestalten Nanotechnik Bearbeiten Bild der Oberflache eines Ferrofluids im magnetischen Feld Die Nanotechnik oder Nanotechnologie ist ein noch junges Gebiet welches sehr interdisziplinar Gebiete aus der Physik der Chemie der Biologie und der Verfahrenstechnik vereint Es beschaftigt sich mit Stoffen und Systemen die in ihrer Grosse unter Umstanden nur aus wenigen Molekulen bestehen Fur die Verfahrenstechnik ist die Nanopartikeltechnik von besonderer Bedeutung Aufgrund der kleinen geometrischen Ausdehnung von Nanopartikeln besitzen sie spezielle optische und elektronische Eigenschaften welche besondere Messverfahren erforderlich machen jedoch auch zu neuen Anwendungen fuhren konnen Ein Beispiel fur diese Partikel sind Kohlenstoffnanorohren die sich ganz anders verhalten als z B Graphit Partikel Siehe auch BearbeitenProzessindustrie Trennverfahren Verfahrenstechnik Verfahrenstechnik Zeitschrift Literatur BearbeitenPeter Grassmann Physikalische Grundlagen der Chemie Ingenieur Technik Sauerlander Frankfurt am Main 1961 Eckhart Blass VDI Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen GVC gestern heute morgen Saur Dusseldorf 1984 Horst Chmiel Hrsg Bioprozesstechnik 2 Auflage Spektrum Munchen 2006 ISBN 3 8274 1607 8 Hans Gunther Hirschberg Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau Chemie Technik Wirtschaftlichkeit Springer Berlin und Heidelberg 1999 ISBN 3 540 60623 8 Weblinks BearbeitenGVC VDI Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen DECHEMA Gesellschaft fur Chemische Technik und Biotechnologie e V GVT Forschungs Gesellschaft Verfahrens Technik e V AIChE American Institute of Chemical EngineersEinzelnachweise Bearbeiten Kogl Moser Grundlagen der Verfahrenstechnik Springer 1981 S 1 Startseite Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes Montanuniversitat Leoben Abgerufen am 16 September 2021 Uber die Montanuniversitat Abgerufen am 16 September 2021 Electrochemistry Encyclopedia Memento des Originals vom 14 Mai 2011 im Internet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot electrochem cwru edu Die Regenbogenfarben der Biotechnologie Memento des Originals vom 8 Juni 2009 im Internet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www chemie de Artikel bei der Informationsseite chemie de Abgerufen am 3 Dezember 2009 a b Angewandte Mikrobiologie Garabed Antranikian Springer Verlag Berlin Heidelberg 2006 Normdaten Sachbegriff GND 4062781 0 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Verfahrenstechnik amp oldid 221511702, wikipedia, wiki, deutsches, deutschland,

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