Die Thermodynamik als Grundlagenwissenschaft für die Verfahrenstechnik. Helmuth Hausen zum 75. Geburtstag

Abstract

Die Therniodynamik und die St,roniungsinechanik liefern die wichtigsten Grundlagen fiir die Verfahrenst,echnik. Das gilt fur die zweckmaBige Bernessung vieler Apparatearten und fiir das Auffinden der gunsbigsten Arbeitsprozesse. Irn folgendeii wird an Hand einiger Beispiele gezeigt, wie die Entwicklung verschiedener Arbeitsverfahren durch die Ergebnisse therniodynaniisclier Forschungsarbeiten gefordert xvurde. Dabei werden auch die Grundlagen der Warme-und Stoffiiberbragung als zur Thermodynamik gehorend angesehen. Die Zahl der Bejspiele, die sich anfiihren lieBen, ist, so iiberaus g o B , daB sich von vornherein eine Auswahl nach einem ubergeordneten Gesiclitspunkt empfielilt : Hier sollen nun die wissenschaft,licheii Arbeiten von He,lmzcth Hausen als Wegweiser dianen, denn Hausen hat, so viele grundlegende Beitrage zur Weiterentwicklung der Thermodynainik beigesteuert, daB es besonders reizvoll ist, zu untersuchen, wie diese Arbeit,en die praktische Entwicklung befruclitet haben. Luftverfliissigung I m Rahmen einer seiner ersten Untersuchungen hat Hausen den Thomson-Joule-Effekt von Luft im Bereich tiefer Temperatnren und bei Drucken bis zu 200 a t geniessen [l]. Das Ergebnis zeigt Abb. l, in dem der differentiale Thomson-Joule-Effekt abhangig von der Teniperatur mit dem Druck als Parameter dargestellt ist. Dabei bedeutet der differentiale Thomson-Joule-Effekt mit gutter Naherung die Temperaturanderung , die bei der Drosselung um 1 at auftritt. Die praktische Bedeutung dieser MeRergebnisse liegt darin, daB es daraufhin moglich war, samtliche ZustandsgroBen der Luft bis zu sehr tiefen Temperaturen zu berechnen. Da die Aufstellung einer fur das gaiize Gebiet gultigeli Zustandsgleichung mit holien Bchwierigkeiten verbunden ist, hat Haasen auf Grund der MeRergebnisse zahlreiche theriiiodynamische Diagramme entwickelt. Als Beispiel zeigt Abb. 2 das T,s-Diagramin in etwas vereinfacliter Darstellung. Damit war es erstJmals nioglich, die Wirksamkeit der verschiedenen Prozesse zur Verfliissigung von Luft tliermodynamjsch exakt zu untersuchen und den Energieverbrauch zu ermitteln [a, 3, 4, 51. Dieser ist in Abb. 3 fur den Linde-ProzeB niit Hochdruckkreislauf dargestellt. Die Abbilclung lafit) deutlicli erkennen, daB der Arbeitsaufwand bei einer bestiminten ProzeBfiihrung einen Kleinstwert erreicht. Damit sind aber dem Verfahrens-Ingenieur die niaBgebenden GroBen fur die zweckmaBigste Fiihrung des Prozesses bekannt, die er fur die praktische Beniessung der Anlagen benot,igt.Eine der wichtigsten Aufgaben hei der Planung von Luftverflussigungsaiilagen und Anlagen zur Zerlegung der Luf t in Sauerstoff und Stickstoff ist die richtige Gestaltung der Warnieaustauscher, da von ihrer Leistung die Leistung der ganzen Anlage stark a b h h g t . AuBerordentlich niit,zlich fur die Beinessung dieser Apparate ist ein i, T-Diagramni nach Abb. 1, welches Hatisen ebenfalls auf Grand der Thonison-Joule-Effekt-Messungen aufgestellt hat,. Denn wegen der verschieden hohen Driicke der warmeaustauschenden Gase und der entspwcheiid unterschiedli...