Technische Anorganische Chemie

1. Einleitung und Übersicht
2. Technische Gase, Molekülverbindungen
   • 2.1. Sauerstoff, Stickstoff, Argon (Luftzerlegung; thermische Trennverfahren)
   • 2.2. Ammoniak (heterogene Katalyse, Reaktionstechnik)
   • 2.3. Essigsäure (homogene Katalyse: Gast: Burkhard Butschke, AK Krossing)
3. Salze
   • 3.1. KCl (NaCl-KCl-Trennung; Feststoffgewinnung, s/s-Trennung-Verfahren)
   • 3.2. Soda (Reziproke Umsetzung)
4. Säuren
   • s. auch 2.3. Essigsäure
5. Basen
   • 5.1. Natronlauge (Chloralkali-Elektrolyse)
6. Metalle
   • 6.1. Eisen und Stahl
   • 6.2. Kupfer
   • 6.3. Aluminium
   • 6.4. Gold
7. Silicate

• Themen
  • Bedeutung anorganische-technischer Prozesse und Stoffe, Unterschied zu Organika
  • Prozess-Schritte
  • Übersicht Apparate und Maschinen
  • Literaturempfehlungen
• Präsentation
  • Präsentation zum Kapitel
• SVGs
  • Bildzeichen für Apparate und Maschinen (VL 3)
• Links (2024 aktualisiert)
  • Ullmann Online (suche z.B. Article by Topics)
  • VCI Chemiewirtschaft in Zahlen
  • London Metal Exchange: Metallpreise
  • World Cement Association
  • Europan Cement Association
  • weitere Links in der Präsentation
• Vorlagen (von 2018)
  • Vorlage 1: Inhaltsübersicht, Literatur (PDF)
  • Vorlage 2: Produkte, Apparate (allgemein) (PDF)
  • Vorlage 3: Bildzeichen von Apparaten (PDF)

• Themen
  • Technischen Prozesse ohne Stoffumwandlung, Trennverfahren
  • Rektifikation als wichtigste thermische Trennmethode bei Flüssigkeiten
  • Berechnung von Rektifikationeskolonnen (Mc-Cabe-Thiele-Verfahren)
  • Bauarten von Rektifikationskolonnen
  • Luftzerlegung durch doppelte Tieftemperaturrektifikation
• Präsentation
  • Präsentation zum Kapitel
• SVGs
  • Luftverflüssigung (Prinzip) (VL 4)
  • Phasendiagramme l-g (Mischphasenthermodynamik) (VL 4)
  • Mc-Cabe-Thiele-Verfahren (VL 4)
  • Trenn-Kolonne (VL 5)
  • Anlage nach dem Niederdruckverfahren (VL 5)
• Links (2024 aktualisiert)
  • Allgemeines
    • Rektifikationskolonnen (Wikipedia)
  • Kolonnen-Einbauten (allgemein)
    • Fa. Montz (Produkte, Kolonneneinbauten)
    • Fa. Raschig
    • Fa. Sulzer, u.A. strukturierte Packungen
    • Envimac Kolonneneinbauten
    • Rauschert-VT, z.B. Kolonneneinbauten
    • Fa. Hel-X/Chr. Stöhr, u.A. Füllkörper
    • Koch-Glitsch
    • Raschig-Ringe
  • Kryogene Luftzerlegung
    • Universal Industry Gases (auch Fotos vom Anlagenaufbau!)
    • Linde, Luftzerlegungsanlagen, inkl. Geschichte usw. (auch Bildergallerie)
    • Airproducts (inkl. Poster einer Anlage, Videos)
  • PSA
    • Molecular Sieve Desiccants (Hersteller Molsiebe)
    • CanGas (Anlagen, auf für Medizin-Zwecke)
• Vorlagen (von 2018)
  • Vorlage 4: Luftzerlegung I (PDF)
  • Vorlage 5: Luftzerlegung II (PDF)

• Themen
  • Wasserstoffgewinnung (Steam-Reforming, POX)
  • Gasreaktionen mit Stoffumwandlung
  • Heterogene Katalyse
  • Thermodynamik und Kinetik der Ammoniakbildung aus N₂ und H₂
  • Reaktionstechik (Festbettreaktoren, Rohrbündelreaktoren, Druckreaktoren)
• Präsentation
  • Präsentation zum Kapitel
• SVGs
  • Steamreforming/POX
  • Thermodynamik der Ammoniak-Synthese
  • Kinetik der Ammoniak-Synthese
  • Ammoniak-Reaktor
  • Fließschema Ammoniak-Anlage
• VRMLs
  • 111-Oberfläche von b.c.c.-Fe
• Links
  • Allgemeines
  • Wikipedia zum Haber-Bosch-Verfahren
  • Verfahren (vereinfacht)
  • entsprechendes Kapitel aus der Vorlesung AC-I, Nichtmetalle
  • Personen
  • Fritz Haber (Biographie) (Nobelpreis 1918)
  • Fotos von Haber (links) und Bosch (rechts)
  • Reaktionsschritte (Gerhard Ertl, Nobelpreis 2007)
  • Ertl-Paper, Angewandte Chemie 1990 (PDF)
  • Historisches
  • Das Ammoniakwerk Ludwigshafen-Oppau 1920...
  • und eine Luftaufnahme nach dem Unglück im Ammoniumnitratlager am 21. September 1921
  • Kats
  • Katalysatoren, Fa. Haldor-Topsoe
  • Katalysatoren, aus China (z.B. Z111 für Primärreformer)
  • Aktuelle Anlagen
  • Thyssen-Krupp u.A. Broschüren/Videos zu Ammoniak, Wasserstoff usw.
  • Topsoe: Ammonia Processes
  • Fa. Casale, Lugano
  • Firma KBR (Kellog, Brown and Root)
  • Publikationsseite zu Ammoniak von KBR (2015, von archive.org)
  • Ammoniak-Reaktor Foto I
  • Foto II
  • Anlage des Tata-Konzerns, Indien
• Vorlagen
  • Vorlage 6: Ammoniaksynthese I (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 7: Basics Reaktionstechnik (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 8: Ammoniaksynthese II (ps.gz-, PDF-Format)

• Themen
  • homogene Katalyse
• PDF-Unterlagen
  • Stunde 1
  • Stunde 2

• Themen
  • Mineralsalzvorkommen
  • Abbauverfahren
  • Mühlen
  • Technische Kristallisationen (Auslegung, Apparate)
  • Flotation
  • Elektrostatische Trennverfahren
• Präsentation
  • Präsentation zum Kapitel
• SVGs
  • Sonnendiagramm
  • Lösungs-Kristallisation (binäres System)
  • Lösungs-Kristallisation (ternäres System)
  • Kristallisatoren für Lösungs- und Schmelzkristallisation
  • Sylvinit-Verarbeitung
  • Löseapparte
  • Prinzip von Sammlern und Schäumern
  • Flotationszelle
  • Flotationsschaltung
  • Elektroscheider
  • Elektroscheiderprozess für KCl
• Links
  • Allgemeines
    • Vortrag zur Gewinnung und Bedeutung von Kalium (PDF)
    • Chart der Preisentwicklung
    • Salzgärten
    • Abbau Übertage, Chile (Fotos, K+S)
    • Bergmännischer Abbau Untertage (Foto)
    • Abbau Untertage, Bernburg (Fotos, K+S)
    • Abbau Untertage, Flotation (Video)
    • Flotation, Trennung durch Kristallisation) (Video Uralkali)
    • K+S, Zeitreise, schöne Fotos
    • Mühlen (div. Bauarten, mit Fotos und Animationen)
  • A: Gewinnung durch Löse/Kristallisationsprozesse
    • Foto Crystalliser
    • Fa. Swenson, USA, allgemeine Broschüure mit vielen Fotos von Kristallisationsapparatuen
    • Skript zu Kristallisation aus Lösungen
    • Fa. Gea, Compacryst
    • Foto Kristallisierrinne
    • Foto dreifacher kontinuierlicher Vakuumverdampfer
    • das ganze in Vierfach
    • kleiner Oslo-Kristallisator (beim Aufbau)
    • Fotogallerie div. Apparate
    • Ammoniumsulfat-Gewinnung durch Verdampfungskristallisation
  • B: Flotationsverfahren zur Trennung
    • Flotationszellen
    • Flotation (in Aktion)
  • C: Elektrostatische Trennung
    • Elektrofreifallröhren
• Vorlagen
  • Vorlage 9: KCl I (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 10: Technische Kristallisation, KCl II (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 11: KCl III (Apparate) (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 12: KCl IV (Flotation) (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 13: KCl IV (Flotation, elektrostatische Trennung)) (ps.gz-, PDF-Format)

• Themen
  • Historisches
  • Produktion und Verwendung von Soda
  • Allgemeine Prinzipien reziproker Umsetzungen
  • Chemische Grundlagen des Solvay-Prozesses (Reaktionen s. Kap. 2.6. der Metall-Vorlesung)
  • Verfahrenstechnisches
• Präsentation
  • Präsentation zum Kapitel
• SVGs
  • Phasendiagramm Na₂CO₃ - Wasser
  • Phasendiagramme für reziproke Umsetzungen
  • Flussschema zum Solvay-Prozess
  • Jaenicke-Diagramm (png)
  • Ammoniak-Stripping
• Links
  • Nicolas Leblanc
  • Ernest Solvay
  • LeBlanc Zylinderofen
  • Wikipedia zum Solvay-Prozess
  • www.solvay.com
  • Referat zum Solvayprozess
  • Filmchen zur Sodaherstellung
  • Web-Seite 'So entsteht Soda'
  • Drehrohrofen
• Vorlagen
  • Vorlage 14: Soda I (ps.gz-, PDF-Format)
  • Vorlage 15: Soda II (ps.gz-, PDF-Format)

• s. Kapitel 5.4. der Vorlesung AC-I, Nichtmetalle
• Themen
  • Flammen als Reaktoren, Absorption, Wärmebilanzen
• Vorlagen
  • Vorlage 16 Schwefelsäure

4.2. Phosphorsäure

• Themen
  • Technische wässrige Elektrolyse
• Präsentation
  • Präsentation zum Thema
• Links
  • Membranverfahren Foto
  • Membranverfahren schematisch
  • Amalgam-Verfahren
  • Elektrolyse

• s.a. Kapitel 9 der Vorlesung Chemie der Metalle
• Themen
  • Roheisengewinnung im Hochofen
  • Stahlgewinnung

• Präsentation
  • Präsentation
• s.a. Kapitel 9.1. der Vorlesung Chemie der Metalle
• Themen
  • Trennverfahren: Flotation
  • Pyrometallurgie
  • Wirbelbettreaktoren
  • Reinigungselektrolyse
• SVGs
  • Cu-Gewinnung
  • Flammofen
  • Hochofen für die Cu-Gewinnung
  • Konverter
  • Wirbelschicht-Reaktor

• Präsentation
  • Präsentation, LA-Oberseminar WS 2013

• Sonderkapitel Metall-Vorlesung: Vom Ton zur Tasse

7.2. Baubindestoffe (Zement, Beton)

• s. Kapitel 3.8. der Vorlesung Chemie der Metalle
• und ein Vortrag nur zu Asbest (Oberseminar SS 2017)

• Links
  • Obsidian natürliches Glas
  • Smalte Co-Glas, das als Blaupigment verwendet werden kann
  • Rubin-Glas (Gold-Sol als Pigment)
  • G. Agricola, 12. Buch, s. S. 502 (Glasherstellung und Verarbeitung)
  • Geschichte des Glases (Web-Seiten Jugendheim Gersbach)
  • Hohlglasherstellung Gerresheimer (Video)
  • Wie Fensterglas hergestellt wird (Video)
• SVGs
  • Phasendiagramm CaO - Na₂O - SiO₂
  • Struktur von Glas
• Vorlagen
  • Vorlage 20 (PS, PDF)
  • Vorlage 21 (PS, PDF)
  • Vorlage 22 (PS, PDF)
• Literatur
  • Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry (4 Artikel zu Glas)
  • West: Solid State Chemistry and its Application Kap. 18)
  • H.-H. Emmons et al.: Technische Anorganische Chemie

8. Hochtemperaturwerkstoffe

div. Verfahren

• Wasserstoff (div. Reaktoren, u.a. Wirbelbett, Strömungsrohr, Festbett, )
• TiO₂ (Rührkessel, technische Kristallisation, Drehrohröfen)
• Silicone (Rektifikationen und Extraktionen, Rührkesselkaskaden), ev. Si
• Quarze (technische Einkristalle)

Testfragen

• Nennen Sie je zwei Vor- und zwei Nachteile von kontinuierlichen und diskontinuierlichen technischen Prozessen.
• Skizzieren Sie eine Destillationskolonne mit drei Böden im Abtriebs- und zwei Böden im Verstärkungsteil. Bestimmen Sie grafisch nach dem Mac-Cabe-Thiele-Verfahren (x/y-Diagramm natürlich dann dabei) die Zusammensetzung im Sumpf und am Kopf der Kolonne. Der Zulauf erfolgt mit Siedetemperatur.
• Bei der Soda-Herstellung wird eine sog. reziproke Umsetzung ausgenutzt.
  1. Formulieren Sie diese Umsetzung stöchiometrisch exakt.
  2. In welcher Art von Reaktor wird diese Reaktion in der Praxis durchgeführt (Name und kleine Skizze).
• Begründen Sie in Stichworten, warum die Ammoniak-Synthese bei niedrigen Temperaturen, hohen Drücken und niedrigen Umsätzen gefahren wird.
• Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas (Methan) wird dieser in zwei geschickt gekoppelten Reaktionen erhalten. Formulieren Sie die zugehörigen Reaktionsgleichungen und nennen Sie die Reaktionsbedingungen.
• Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten zur Trennung von NaCl und KCl. Welchen physikalischen Gesetze werden jeweils ausgenutzt und in welchen Apparaten (ggf. kleine Skizze) wird die Trennung durchgeführt.
• Skizzieren und beschreiben Sie in Stichworten die Funktionsweise eines klassierenden Vakuumverdampfers.
• Nennen Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Siebböden und Glockenböden in Destillationskolonnen.
• Einfache Kristallisationen z.B. aus wässrigen Lösungen können entweder als Kühlungs- oder als Verdampfungskristallisationen durchgeführt werden. Skizzieren Sie das binäre T-x-Zweistoffsystem Wasser-Salz und erkären Sie anhand dieser Skizze die beiden Wege.
• Rührkessel und Strömungsrohr sind zwei einfache Basisreaktoren. Welche Vor- und Nachteile haben diese Reaktor-Bauarten?
• Erklären Sie anhand einer Skizze die Funktionsweise einer Flotationszelle. Nennen Sie zwei technische Verfahren, bei denen die Flotation ausgenutzt wird.
• Mechanische Feststoffverarbeitungen und -trennungen sind für die anorganische Technik extrem wichtig. Welche Apparate (je 2 Beispiele, ggf. mit Skizze) werden zum Zerkleinern bzw. Klassieren von mineralischen Rohstoffen praktisch eingesetzt?