Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (Band 26) PDF

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Am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der Technischen Universität Braunschweig werden grundlagenorientierte wie anwendungsbezogene Forschungsarbeiten auf den Gebieten Nachhaltige Produktionsverfahren, Innovative Apparate und Anlagenkonzepte, Fouling und Reinigung sowie Biotechnologische und pharmazeutische Prozesse durchgeführt. Die beschriebenen wissenschaftlichen Untersuchungen erstrecken sich von verfahrenstechnischen Grundlagen über die Konzeption von Produktionsverfahren bis hin zur Bewertung von Apparatedesigns. Aufbauend auf experimentellen Untersuchungen werden mechanistische Modelle der untersuchten Vorgänge entwickelt und anschließend in entsprechende Simulationen umgesetzt. Insbesondere stehen dabei Reaktion und Stofftrennung für thermisch und/oder mechanisch sensible Stoffsysteme im Fokus. Die Arbeiten werden vielfach in enger Kooperation mit akademischen und industriellen Partnern durchgeführt.

Naturwissenschaften der gerichtete Fluss von molekularen Teilchen durch eine selektiv- oder semipermeable Trennschicht bezeichnet. Osmose ist in der Natur von zentraler Bedeutung, insbesondere für die Regulation des Wasserhaushalts von Lebewesen und ihren Zellen. Ein anschauliches Beispiel für die Wirkung der Osmose ist das Aufplatzen reifer Kirschen nach Benetzung mit Regenwasser. Das Wasser auf der Außenseite der Frucht enthält nur sehr wenig gelöste Teilchen, hat also ein hohes chemisches Potential. Triebkraft der spontan ablaufenden Osmose ist der Unterschied zwischen den chemischen Potentialen eines oder mehrerer Stoffe in den durch eine Membran getrennten Phasen. Diese können aus flüssigen und gasförmigen Lösungen oder Reinstoffen bestehen. Einstrom von Wasser in eine mit einer Schweinsblase umschlossene Messkammer als Endosmose, die Auswärtsbewegung als Exosmose.

Adjektiv wurde 1854 von dem schottischen Chemiker Thomas Graham geprägt. 1864 gelang dem Chemiker und Privatgelehrten Moritz Traube die Herstellung von künstlichen semipermeablen Membranen, die für Zucker und eine Reihe anderer organischer Stoffe undurchlässig waren. 1877 beschrieb der deutsche Botaniker Wilhelm Pfeffer erstmals eine Methode zur quantitativen Messung des osmotischen Drucks wässriger Lösungen. Die Entwicklung geeigneter Membranen, zunächst aus Celluloseacetat Ende der 1950er Jahre, etwas später dann synthetische asymmetrische Membranen ermöglichte die Nutzung der Umkehrosmose zur Trinkwasseraufbereitung. Unter Osmose versteht man die Diffusion von Teilchen durch eine selektiv permeable Membran, wie sie eine biologische Membran darstellt.

Das Phänomen der Osmose besteht im Bestreben eines reinen Lösungsmittels, durch eine semipermeable Membran in eine Lösung hineinzuwandern. Als osmotischen Druck Π bezeichnet man denjenigen Druck, den man auf die Lösung ausüben muss, um das Eindringen der Lösungsmittelteilchen zu verhindern. Lösungsmittel und gelöste Stoffe gleichermaßen einschließt. Pfeffer spricht in diesem Zusammenhang von der Diosmose gelöster Körper.

Für die quantitative Beschreibung osmotischer Systeme ist eine qualitative Unterscheidung zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff nicht erforderlich. Phänomene wie der Gibbs-Donnan-Effekt beruhen darauf, dass neben dem Lösungsmittel auch gelöste Ionen die Membran passieren. Häufig zu finden sind Definitionen, die ausschließlich Wasser als Lösungsmittel erwähnen. Erklärung geht auf einen Vorschlag des Physiologen Adolf Fick aus dem Jahr 1855 zurück.