Was ist Verfahrenstechnik? Definition, Grundlagen & Aufgaben

Die Verfahrenstechnik als Ingenieurwissenschaft beschäftigt sich mit der Umwandlung von Stoffen. Ein Beispiel dafür ist das Schmelzen von Eis, wodurch ein fester Stoff flüssig wird. Somit dient die Verfahrenstechnik die Brücke zwischen der Naturwissenschaft und der industriellen Produktion und bildet die Grundlage aller Prozessindustrien. Doch was genau umfasst die Verfahrenstechnik und welche spannenden Teildisziplinen existieren? Hier erfährst Du alle Details!

Was ist Verfahrenstechnik?

Die Verfahrenstechnik ist eine eigenständige Ingenieurwissenschaft, die sich damit beschäftigt, wie Stoffe wie Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe in ihrer Zusammensetzung, Art oder ihren Eigenschaften verändert werden. In der Verfahrenstechnik werden physikalische, chemische oder biologische Verfahren genutzt, um diese Veränderungen herbeizuführen.

Innerhalb der Produktionstechnik konzentrieren wir uns in der Verfahrenstechnik auf die Herstellung und Umwandlung von Stoffen, die keine genau definierte Form haben. Im Gegensatz dazu befasst sich die Fertigungstechnik mit der Weiterverarbeitung dieser Ausgangsprodukte zu Körpern mit einer klar bestimmten geometrischen Form. Ein einfaches Beispiel ist die Verarbeitung von Getreide: Du kannst es mahlen oder sieben. Ebenso können wir Metalle aus Erzen gewinnen, Papier produzieren oder die einzelnen Bestandteile von Rohöl trennen.

Die Verfahrenstechnik zeigt Dir auch, wie wichtig der Produktionsverbund ist. Hierbei kann das Rohmaterial eines Verarbeitungsprozesses bereits das Produkt einer früheren Verarbeitung sein. Ebenso kann das Endprodukt weiterverarbeitet werden. Ein weiteres spannendes Feld innerhalb der Verfahrenstechnik ist das Recycling, bei dem wir Wertstoffe aus Abfällen zurückgewinnen.

Ein aktuelles und wichtiges Thema in der Verfahrenstechnik ist die Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen, bekannt als Bioenergie. Verfahrenstechnische Methoden sind hier unverzichtbar.

Die Verfahrenstechnik ist interdisziplinär und steht in enger Verbindung mit anderen Bereichen wie Metallurgie, Chemieingenieurwesen, Chemie, Apparatebau, Biotechnik und Umwelttechnik. Wenn Du Dich für diese vielfältigen Verknüpfungen interessierst, wirst Du die Verfahrenstechnik als ein spannendes Feld der Ingenieurwissenschaften erleben.

Aufgaben und Berufsbild – Was macht ein Verfahrenstechniker?

Ein Verfahrenstechniker spielt eine zentrale Rolle in der Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Umwandlung von Stoffen beschäftigt. In der Verfahrenstechnik geht es darum, Prozesse zu entwickeln und zu optimieren, bei denen Stoffe in ihrer Art, Eigenschaft und Zusammensetzung verändert werden. Diese Aufgabe erfordert ein tiefes Verständnis von Chemie, Physik und Mathematik.

Als Verfahrenstechniker eines Ingenieurbüros planst Du Verarbeitungsschritte, entwickelst oder wählst die benötigten Apparate und Maschinen aus, bestimmst Methoden für den Stofftransport und findest Lösungen zur Energieversorgung. Dabei musst Du auch sicherstellen, dass die richtigen Mess-, Steuerungs- und Regelungstechniken eingesetzt werden, um die Prozesse zu kontrollieren und zu optimieren.

Ein weiterer wichtiger Aspekt Deiner Arbeit ist die Vermeidung von Havarien und die umweltgerechte Entsorgung von Abfällen. In der Verfahrenstechnik arbeitest Du häufig interdisziplinär und eng mit Chemikern, Betriebswirten und Umweltwissenschaftlern zusammen. Du überwachst und verbesserst Produktionsprozesse, entwickelst neue Technologien und stellst die Einhaltung von Vorschriften und Normen sicher.

In der Praxis bedeutet das, dass Du in verschiedenen Branchen tätig sein kannst, wie der Chemie-, Energie-, Lebensmittel- oder Pharmaindustrie. Hier kannst Du als Forscher im Labor, als Entwickler von Simulationen, als Projektingenieur oder sogar als Bauleiter arbeiten. Durch Deine Fähigkeit, komplexe Systeme zu analysieren und zu optimieren, trägst Du maßgeblich zum wirtschaftlichen Erfolg von Produktionsanlagen bei.

Die Verfahrenstechnik bietet ein breites und spannendes Aufgabenfeld, das Dir vielfältige Karrieremöglichkeiten eröffnet. Ob in der Forschung, Entwicklung oder im Betrieb – als Verfahrenstechniker bist Du ein unverzichtbarer Teil moderner Industrieprozesse.

Teildisziplinen der Verfahrenstechnik

Mechanische Verfahrenstechnik

Die mechanische Verfahrenstechnik ist ein Spezialgebiet, das sich der Anwendung mechanischer Prinzipien auf Verarbeitungsprozesse widmet. Diese Disziplin konzentriert sich hauptsächlich auf die Umwandlung und Verarbeitung von Materialien durch mechanische Einwirkung. Ihr Kern besteht aus vier Hauptprozessen: Zerkleinern, Agglomerieren, Mischen und Trennen. Dabei werden häufig Geräte wie Filter und Siebe eingesetzt.

Dein Verständnis von mechanischer Verfahrenstechnik sollte beginnen mit ihrer historischen Verankerung im Rohrleitungsbau und in der Feststoffverfahrenstechnik. Traditionell umfasst sie auch das Lagern, Fördern und Dosieren von Feststoffen, Schüttgütern und flüssigen Medien, wobei oft Pumpen zum Einsatz kommen.

Ein wichtiger Aspekt der mechanischen Verfahrenstechnik ist die Trennung oder Herstellung von heterogenen Stoffgemischen sowie das Zerkleinern oder Zusammenfügen von Feststoffen. Wenn Chemieunternehmen Stoffe liefern, die mit nicht benötigten Hilfs- oder Reaktionsstoffen vermischt sind, kommt mechanische Verfahrenstechnik zum Einsatz, um den gewünschten Stoff mechanisch abzutrennen, sofern er eine eigene Phase bildet. Hierbei werden je nach Aggregatzustand der Komponenten verschiedene Techniken verwendet, wie Filter, Zentrifugen, Zyklone, Separatoren und Absetzbecken.

Darüber hinaus beeinflusst der Grad der Zerkleinerung vielfach die Eigenschaften von Stoffen. Wird ein Produkt in grobkörniger oder pulverförmiger Form benötigt, erfolgt das Zerkleinern durch Mahlen oder Brechen. Aufgrund der dabei entstehenden unterschiedlichen Korngrößen folgt oft ein Sieben oder Sichten, wobei leichtere Bestandteile durch einen Luftstrom abgetrennt werden.

In bestimmten Fällen erfordert die Handhabung der fertigen Produkte, dass die Materialien zu Komprimaten geformt werden. Hierzu mischt man die Komponenten und presst sie eventuell mit einem Bindemittel in Formen.

Die mechanische Verfahrenstechnik ist nicht nur auf die Stoffverarbeitung beschränkt, sondern spielt auch in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie eine wichtige Rolle, beispielsweise beim Röstprozess von Kaffee oder beim Mischen von Teig.

Techniken wie Partikelgrößenanalyse, Klassifizierung von Partikeln, Mischen von Feststoffen und Flüssigkeiten sowie das Trennen von Gas-Flüssigkeits-Gemischen sind zentrale Elemente in diesem Bereich. Das Feld bietet von Laborgeräten bis zu großen industriellen Anlagen eine breite Palette an technologischen Lösungen.

Die mechanische Verfahrenstechnik ist ein essenzieller Bestandteil vieler industrieller Prozesse und stellt sicher, dass Materialien effektiv verarbeitet und Produkte hochwertig hergestellt werden können. Ein tiefgreifendes Verständnis der Partikelmechanik ist unerlässlich, um effiziente und effektive Verarbeitungsprozesse zu entwerfen und zu implementieren.

Thermische Verfahrenstechnik

Die thermische Verfahrenstechnik ist ein spezialisiertes Gebiet der Verfahrenstechnik, das sich auf die thermischen Trenn- und Reinigungsprozesse konzentriert. Diese umfassen:‍

• ‍Destillation
• Rektifikation
• Extraktion
• Absorption
• Adsorption

Diese Verfahren werden verwendet, um homogene Stoffgemische zu trennen, oft unter Einsatz von Füllkörperkolonnen oder Membrantechnik.

Die Destillation basiert auf den unterschiedlichen Dampfdrücken der Bestandteile einer Flüssigkeit. Da nicht immer eine ausreichende Reinheit mit einfacher Destillation erzielt wird, kommt die Rektifikation zum Einsatz. Hierbei werden Dampf und Flüssigkeit im Gegenstromverfahren kontaktiert, was zu einer Anreicherung der leichter siedenden Komponente im Dampf führt.

Bei der Extraktion wird die unterschiedliche Löslichkeit von Stoffen in einem Lösemittel ausgenutzt. Das Lösemittel nimmt selektiv eine Komponente der Mischung auf, woraufhin die Lösung von der Mischung getrennt und das Lösemittel vom extrahierten Stoff separiert wird.

Absorption involviert das Lösen von Gasmischungsbestandteilen in einem flüssigen Lösemittel, oft genutzt zur Gaswäsche. Die Adsorption hingegen bezieht sich auf die Anlagerung von Stoffen aus Flüssigkeiten oder Gasen an die Oberfläche eines Feststoffes, wodurch Stoffe aus dem Gemisch entfernt oder gewonnen werden.

Die thermische Verfahrenstechnik ist stark in der angewandten Thermodynamik verwurzelt und nutzt thermodynamische Stoffdaten zur Ausführung und Optimierung der Prozesse. Trotz der breiten Anwendung können die einzelnen Prozesse historisch und regional unterschiedlich der thermischen Verfahrenstechnik zugeordnet werden.

Chemische Verfahrenstechnik

Die chemische Verfahrenstechnik, auch bekannt als chemische Reaktionstechnik, ist ein zentraler Bereich der Verfahrenstechnik, der sich intensiv mit Stoffwandlungen durch chemische Reaktionen befasst. Ihr Ziel ist es, chemische Prozesse aus dem Labormaßstab erfolgreich in den industriellen oder technischen Maßstab zu überführen, ein Prozess, der als “Scale-up” bezeichnet wird.

Diese Überführung umfasst unter anderem die Planung und Errichtung von Pilotanlagen sowie die detaillierte Untersuchung von Reaktionskinetiken. Als Chemieingenieur bist Du maßgeblich daran beteiligt, Ergebnisse aus dem Labor in den Produktionsprozess zu integrieren und somit die praktische Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse zu ermöglichen.

In der chemischen Verfahrenstechnik wird die Umwandlung von Stoffen entweder durch Synthese, also das Verbinden einzelner Stoffe, oder durch Spaltung in ihre Bestandteile realisiert. Die Reaktionsverfahren sind vielfältig und werden anhand spezifischer Apparate und Methoden durchgeführt:

• Idealer Rührkessel: Hier werden Reaktionspartner gemischt, bis die gewünschten chemischen Produkte entstanden sind. Dies geschieht oft in einem Chargenbetrieb, bei dem der Reaktor nach jeder Reaktion entleert und neu befüllt wird.
• Rührkesselkaskade: Für einen kontinuierlichen Betrieb werden mehrere Rührkessel hintereinander geschaltet. Dies ermöglicht eine ständige Zufuhr von Rohstoffen und die Entnahme von Endprodukten.
• Ideales Strömungsrohr: In diesem Reaktortyp erfolgt die Vermischung der Stoffe durch Verwirbelungen, welche durch die Strömungsgeschwindigkeit und die physikalischen Eigenschaften der Stoffe bestimmt werden.

Die thermischen Bedingungen sind entscheidend, da viele chemische Reaktionen exotherm (Wärme freisetzend) oder endotherm (Wärme verbrauchend) ablaufen. Um optimale Reaktionstemperaturen zu gewährleisten, sind oft Kühl- oder Heizsysteme erforderlich.

Die Aktivierungsenergie ist eine weitere Schlüsselgröße in der Verfahrenstechnik. Sie definiert die Energiemenge, die benötigt wird, damit eine Reaktion startet. Katalysatoren werden eingesetzt, um Reaktionen bei niedrigeren Aktivierungsenergien zu ermöglichen. Sie ermöglichen eine Reaktion, ohne selbst verändert zu werden (Katalyse).

Die Reaktionsgeschwindigkeit, die wesentlich von den Konzentrationen der Reaktionspartner, dem Druck, der Temperatur und dem Reaktionsmechanismus abhängt, ist entscheidend für die Verweilzeit der Stoffe im Reaktor. Die Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeit ist ein zentraler Aspekt der Reaktionskinetik und bildet die Grundlage für die Dimensionierung von Reaktoren.

Die chemische Verfahrenstechnik bildet somit eine Brücke zwischen der theoretischen Chemie und der praktischen Anwendung in der Industrie, indem sie wissenschaftliche Erkenntnisse in großtechnische Produktionsprozesse übersetzt. Als Chemieingenieur trägst Du maßgeblich dazu bei, innovative chemische Prozesse und Technologien zu entwickeln und zu optimieren.

Elektrochemische Verfahrenstechnik

Die elektrochemische Verfahrenstechnik ist ein spezialisiertes Feld der Ingenieurwissenschaften, das sich mit der Anwendung elektrochemischer Prinzipien zur Lösung industrieller Probleme befasst. Dieser Bereich integriert Grundlagen der Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften, um Prozesse zu entwickeln, die auf elektrochemischen Reaktionen basieren. Zu den Anwendungen gehören unter anderem:

• Synthese von Chemikalien
• Elektrolytische Raffination von Metallen
• Batterien und Brennstoffzellen
• Sensoren
• Oberflächenmodifizierung durch galvanische Abscheidung und Ätzung
• Trennverfahren
• Korrosionsschutz

Diese Techniken sind entscheidend für viele Aspekte der modernen Industrie und Technologie.

Im Kern der elektrochemischen Verfahrenstechnik steht die Ionendynamik in einem elektrischen Feld. Die meisten Salze, die in elektrochemischen Prozessen verwendet werden, setzen sich aus positiv geladenen Metallionen (Kationen) und negativ geladenen Säurerest-Ionen (Anionen) zusammen. In einem elektrischen Feld geschieht folgendes:

• Anionen bewegen sich zur positiven Anode und werden oxidiert, d.h., sie geben Elektronen ab.
• Kationen bewegen sich zur negativen Kathode, wo sie Elektronen aufnehmen und reduziert werden.

Diese Bewegungen und Reaktionen sind grundlegend für Prozesse wie die Metallabscheidung auf Werkstücken oder die Energieerzeugung in Batterien. Elektrochemische Verfahrenstechnik findet Anwendung in den verschiedensten Industrien:

• Elektrolytische Raffination: Durch den Einsatz von Elektrolyse werden Metalle wie Kupfer und Aluminium in hochreiner Form gewonnen. Dies ist ein Schlüsselprozess in der Metallurgie, der eine hohe Reinheit des Endprodukts gewährleistet.
• Batterien und Brennstoffzellen: Die elektrochemische Verfahrenstechnik spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Optimierung von Batterien und Brennstoffzellen, die als effiziente Energiespeicher- und Energieerzeugungssysteme dienen.
• Galvanische Abscheidung: Hierbei werden Metallschichten auf Werkstücke aufgetragen, um deren Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Ästhetik zu verbessern. Diese Methode wird häufig in der Elektronik- und Automobilindustrie eingesetzt.
• Korrosionsschutz: Elektrochemische Verfahren können auch zur Verhinderung von Korrosion eingesetzt werden, indem sie Schutzschichten auf Metallen erzeugen oder korrosionshemmende Materialien in Bauwerken integrieren.

Die elektrochemische Verfahrenstechnik ist also eine Disziplin, die fundamentale Wissenschaft mit praktischer Anwendung verbindet, um innovative Lösungen für Industrie und Technik zu schaffen. Ihre Rolle in der Verfahrenstechnik ist unerlässlich für die Entwicklung nachhaltiger und effizienter industrieller Prozesse.

Bioverfahrenstechnik

Die Bioverfahrenstechnik, auch bekannt als Bioprozesstechnik oder Bioengineering, ist ein spezialisierter Bereich der Biotechnologie, der sich auf die verfahrenstechnische Umsetzung biologischer Prozesse konzentriert. Hierbei werden Stoffumwandlungen durch biologische Vorgänge in technischen Anwendungen genutzt, um Produkte wie Enzyme, Medikamente oder Chemikalien herzustellen. Diese biologischen Prozesse können durch Enzyme, die in Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Pilzen vorhanden sind, oder durch isolierte Enzyme durchgeführt werden. Diese Vorgänge werden unter Begriffen wie Biokatalyse, Biosynthese oder Fermentation zusammengefasst.

Einsatzgebiete und Anwendungen

Die Bioverfahrenstechnik ist in verschiedene Bereiche unterteilt, die sich durch ihre spezifischen Anwendungen unterscheiden:

• Weiße Biotechnologie (Industrielle Biotechnologie): Ersetzt chemische Prozesse, erzeugt Grund- und Feinchemikalien sowie Enzyme.
• Rote Biotechnologie (Medizinische Biotechnologie): Fokussiert auf die Herstellung von Wirkstoffen, Diagnostika und Impfstoffen.
• Grüne Biotechnologie: Befasst sich mit der Optimierung von Nutzpflanzen.
• Graue Biotechnologie (Umweltbiotechnologie): Nutzt Mikroorganismen zur Aufbereitung von Umweltressourcen wie Trinkwasser und Abwasser.
• Blaue Biotechnologie: Nutzt marine Mikroorganismen für diverse Anwendungen.
• Gelbe Biotechnologie (Lebensmittel-Biotechnologie): Anwendung in der Lebensmittelindustrie, beispielsweise bei der Herstellung von Bier, Joghurt und Sauerkraut.

Technische Umsetzung und Verfahrenstypen

In der Bioverfahrenstechnik werden verschiedene technische Anlagen genutzt:

• Bioreaktoren (Fermenter): Hier werden Mikroorganismen kultiviert, um deren Stoffwechselprodukte als Endprodukte zu nutzen. Sie enthalten oft Rührwerke, Temperaturkontrollsysteme und andere Technologien zur Steuerung der Prozessparameter.
• Downstream Processing: Nach der Fermentation folgt oft eine aufwendige Aufbereitung der Produkte, die Schritte wie Zellaufschluss, Filtration und Chromatographien umfasst.

Vor- und Nachteile gegenüber chemischen Verfahren

Biologische Prozesse bieten gegenüber chemischen Verfahren mehrere Vorteile, aber auch einige Einschränkungen:

• Vorteile: Laufen unter weniger extremen Bedingungen ab und können aus ökonomischen und ökologischen Gründen bevorzugt werden.
• Nachteile: Die begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit biologischer Prozesse erfordert oft größere Reaktorvolumina.

Bedeutung in der Forschung und Industrie

Die Bioverfahrenstechnik spielt eine wichtige Rolle in der Forschung und industriellen Produktion, indem sie Verfahren von der Laborskala bis zum Produktionsmaßstab entwickelt und optimiert. Dies schließt die Planung und Steuerung von Produktionsprozessen sowie die laufende Optimierung ein.

Mit ihrem umfassenden Anwendungsspektrum und den innovativen Technologien trägt die Bioverfahrenstechnik wesentlich zur Weiterentwicklung und Verbesserung von Produkten und Prozessen in verschiedenen Industriezweigen bei. Durch die Integration biologischer Systeme und Prozesse bietet sie nachhaltige Alternativen zu traditionellen chemischen Verfahren und eröffnet neue Möglichkeiten in der biotechnologischen Landschaft.

Systemverfahrenstechnik

Systemverfahrenstechnik ist ein spezialisierter Bereich innerhalb der Ingenieurwissenschaften, der sich mit der Optimierung, dem Entwurf und der Modellierung verfahrenstechnischer Systeme befasst. Diese Disziplin ist ein Teil der Systemtheorie und konzentriert sich darauf, das dynamische Verhalten von Anlagen und Prozessen zu verstehen, die an der Stoffumwandlung beteiligt sind. Hier sind einige Kernaspekte der Systemverfahrenstechnik:

1. Modellierung des dynamischen Verhaltens: Du entwickelst, wie sich verfahrenstechnische Systeme unter verschiedenen Betriebsbedingungen verhalten. Dies umfasst die Konstruktion mathematischer Modelle, die das Verhalten von Systemen in Echtzeit simulieren und vorhersagen können.
2. Optimierung der Systemstruktur: Die Effizienz und Leistung verfahrenstechnischer Systeme hängt maßgeblich von ihrer Struktur ab. Die Systemverfahrenstechnik behandelt Techniken, die darauf abzielen, diese Strukturen zu verbessern, um eine maximale Leistung bei minimalen Kosten und Ressourceneinsatz zu erreichen.
3. Gestaltung von Teilsystemen: Ein weiterer wichtiger Bereich ist das Design einzelner Komponenten oder Teilsysteme, die für die effektive Stoffumwandlung notwendig sind. Dies beinhaltet die Auswahl geeigneter Materialien, die Auslegung von Apparaten und die Integration dieser Komponenten in das Gesamtsystem.

Nanotechnik

Nanotechnik in der Verfahrenstechnik bezeichnet die Anwendung von Nanotechnologie, um Stoffe und Systeme zu entwickeln und zu handhaben, die auf molekularer oder atomarer Ebene agieren. Dieses Feld ist interdisziplinär und verbindet Erkenntnisse aus Physik, Chemie, Biologie und insbesondere der Verfahrenstechnik.

Kernaspekt der Nanotechnik in der Verfahrenstechnik ist die Nanopartikeltechnik. Nanopartikel sind extrem klein, oft nur wenige Moleküle groß. Diese geringe Größe verleiht den Partikeln einzigartige optische und elektronische Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind entscheidend, da sie nicht nur spezifische Herausforderungen in der Handhabung und Messung mit sich bringen, sondern auch völlig neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.

Ein prägnantes Beispiel hierfür sind Kohlenstoffnanoröhren. Diese unterscheiden sich signifikant in ihren Eigenschaften von größeren Graphit-Partikeln, was sie für zahlreiche Anwendungen in der Verfahrenstechnik interessant macht. Die besondere Struktur und Größe der Nanoröhren ermöglicht es, dass sie in verschiedenen industriellen und technologischen Anwendungen genutzt werden, von verstärkten Materialien bis hin zu Anwendungen in der Elektronik und Energielagerung.

Dein Verständnis von Nanotechnik in der Verfahrenstechnik sollte also nicht nur die interdisziplinäre Natur dieses Feldes umfassen, sondern auch die spezifischen technischen Herausforderungen und Möglichkeiten, die sich aus den einzigartigen Eigenschaften der Nanopartikel ergeben. Dies erfordert fortgeschrittene Methoden in der Messung und Manipulation auf dieser winzigen Skala, welche die Verfahrenstechnik zur Verfügung stellt.

Abgrenzung zu anderen Wissenschaften

Die Verfahrenstechnik, auch oft als Chemie-Ingenieur-Technik bezeichnet, ist eine interdisziplinäre Ingenieurwissenschaft, die sich grundlegend von anderen wissenschaftlichen Disziplinen unterscheidet. Sie integriert und nutzt zwar die Methoden und Erkenntnisse der Naturwissenschaften, ihr Hauptfokus liegt jedoch auf der technischen und wirtschaftlichen Umsetzung dieser Erkenntnisse. Hier sind die Kernpunkte zur Abgrenzung der Verfahrenstechnik von anderen Wissenschaften:

1. Fokus auf Prozessoptimierung: Im Gegensatz zu anderen Wissenschaften, die oft von einem bestehenden Prozess ausgehen und deren Schwerpunkt auf der Erforschung und Erklärung neuer Phänomene liegt, konzentriert sich die Verfahrenstechnik darauf, bereits verstandene Zusammenhänge optimal für technische Anwendungen umzusetzen.
2. Interdisziplinäre Kooperation: Während andere Naturwissenschaften sich darauf konzentrieren, neue wissenschaftliche Zusammenhänge zu erforschen, arbeitet die Verfahrenstechnik eng mit diesen Disziplinen zusammen, um die technische Realisierbarkeit neuer oder verbesserter Prozesse zu entwickeln.
3. Werkzeuge der Ingenieurwissenschaften: Verfahrenstechniker nutzen ingenieurwissenschaftliche Werkzeuge, um die räumlichen und betrieblichen Bedingungen für die Durchführung von Prozessen festzulegen. Anders als in reinen Ingenieurdisziplinen, wie dem Maschinenbau, wo der Schwerpunkt auf der Konstruktion der Maschinen selbst liegt, konzentriert sich die Verfahrenstechnik auf die Gestaltung des gesamten Prozessablaufs und die Optimierung der Anlagentechnik.
4. Teilgebiete der Verfahrenstechnik: Innerhalb der Verfahrenstechnik gibt es verschiedene Spezialisierungen, die sich auf bestimmte Aspekte konzentrieren:some text
   • Chemieingenieurwesen: Fokus liegt auf chemischen Prozessen.
   • Umwelttechnik: Beinhaltet rechtliche, toxikologische und logistische Aspekte der Ver- und Entsorgung.
   • Weitere Teildisziplinen wie biologische Verfahrenstechnik oder Membranverfahrenstechnik erweitern den Anwendungsbereich auf spezifische Prozesse und Materialien.

Grundbegriffe erklärt

Um Prozesse in der Industrie effektiv zu gestalten und zu optimieren, ist ein tiefes Verständnis von Stoffen, Stoffeigenschaften und den genutzten Verfahren unerlässlich. Diese Kenntnisse ermöglichen es, Materialien gezielt zu verarbeiten, Produkte zu verbessern und Ressourcen effizient einzusetzen. Sie bilden die Grundlage, um technische Herausforderungen zu meistern und innovative Lösungen in der Verfahrenstechnik zu entwickeln.

Was sind Stoffe?

In der Verfahrenstechnik verstehen wir unter einem Stoff jede Materie, die durch spezifische chemische und physikalische Eigenschaften definiert ist. Diese Eigenschaften bestimmen, wie der Stoff in verschiedenen Prozessen eingesetzt oder verändert werden kann. Jeder Stoff besitzt eine Masse und nimmt einen bestimmten Raum ein, also hat er ein Volumen. Es gibt zwei Hauptkategorien von Stoffen: Reinstoffe und Stoffgemische.

• Reinstoffe bestehen entweder aus einem einzigen chemischen Element oder aus einer chemischen Verbindung. Beispiele sind Wasser (H₂O), Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) und Eisen (Fe).
• Stoffgemische setzen sich aus zwei oder mehr Reinstoffen zusammen und können homogen oder heterogen sein. Ein homogenes Gemisch, wie Luft oder eine Salzlösung, ist einheitlich verteilt. Heterogene Gemische, wie eine Emulsion oder ein Schaum, bestehen aus unterschiedlichen Phasen, die nicht vollständig miteinander vermischt sind.

Welche Stoffeigenschaften gibt es?

Stoffeigenschaften sind die Merkmale, die einen Stoff ausmachen und ihn von anderen unterscheiden. Diese Eigenschaften sind in der Verfahrenstechnik von zentraler Bedeutung, da sie bestimmen, wie Stoffe verarbeitet, getrennt oder in andere Stoffe umgewandelt werden können. Wir unterscheiden zwischen chemischen und physikalischen Eigenschaften.

• Chemische Eigenschaften betreffen die Reaktionsfähigkeit eines Stoffes und seine Fähigkeit, sich mit anderen Stoffen zu verbinden oder in neue Stoffe umzuwandeln. Dazu zählen:some text
  • Reaktionsfreudigkeit
  • Chemische Bindungen
  • Zusammensetzung
• Physikalische Eigenschaften lassen sich messen, ohne den Stoff dauerhaft zu verändern. Nach der Messung kehrt der Stoff in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Wichtige physikalische Eigenschaften sind:some text
  • Dichte
  • Schmelztemperatur
  • Siedetemperatur
  • Dampfdruck
  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Wärmeleitfähigkeit
  • Viskosität
  • Brechungsindex

Diese Eigenschaften spielen eine wesentliche Rolle bei der Auswahl der richtigen Verfahren in der Verfahrenstechnik, um Stoffe nach Art, Eigenschaft und Zusammensetzung zu verändern. Wenn Du die Eigenschaften eines Stoffes kennst, kannst Du geeignete Verfahren entwickeln, um ihn in gewünschter Weise zu behandeln oder umzuwandeln.

Welche Verfahren gibt es?

In der Verfahrenstechnik gibt es eine Vielzahl von Verfahren, die genutzt werden, um Stoffe nach Art, Eigenschaft und Zusammensetzung zu verändern. Diese Verfahren werden in Grundoperationen unterteilt, die wiederum physikalisch nicht weiter trennbar sind. Zu den wesentlichen Verfahren in der Verfahrenstechnik gehören:

1. Änderung der Stoffeigenschaften
   • Zerkleinern: Zerteilen von Feststoffen in kleinere Partikel.
   • Kühlen: Senken der Temperatur eines Materials.
   • Trocknung: Entfernen von Feuchtigkeit aus einem Stoff.
2. Änderung der Stoffzusammensetzung:some text
   • Filtration: Trennen von festen Partikeln aus Flüssigkeiten oder Gasen.
   • Destillation: Trennen von Flüssigkeiten durch unterschiedliche Siedepunkte.
   • Elektrolyse: Chemische Zersetzung durch elektrischen Strom.
3. Änderung der Stoffart:some text
   • Oxidation: Chemische Reaktion mit Sauerstoff.
   • Hydrierung: Anlagerung von Wasserstoff an Moleküle.
   • Polymerisation: Bildung großer Moleküle (Polymere) aus Monomeren.

Diese Grundoperationen können in unterschiedlichen Kombinationen zu komplexen Verfahren zusammengeführt werden, die den Gesamtprozess eines Produktionsablaufs ausmachen.

Neben diesen grundlegenden Verfahren gibt es spezielle Vorgänge, die auf natürlichen Prozessen basieren, wie:

• Bildung und Zerfall von Molekülen
• Elektrochemische Abscheidung und Auflösung
• Stoffwechsel von Mikroorganismen und Pflanzen
• Diffusion und Osmose
• Verdunstung und Verdampfung
• Lösen, Absorbieren und Fällung
• Adsorbieren und Sedimentbildung

Diese Prozesse sind stark abhängig von Parametern wie Konzentration, Temperatur, Druck und Strömungseigenschaften. Um die optimalen Bedingungen für diese Verfahren zu schaffen und aufrechtzuerhalten, nutzt die Verfahrenstechnik Erkenntnisse aus den Bereichen der Wärmelehre, Strömungstechnik und Mechanik, unterstützt durch Mess- und Regeltechnik.

Insgesamt zielt die Verfahrenstechnik darauf ab, Rohmaterialien in nutzbare Produkte zu verwandeln oder Stoffe wiederzugewinnen, wie etwa im Recycling. Die Vielfalt der Verfahren ermöglicht die Bearbeitung und Umwandlung unterschiedlichster Materialien, von einfachen chemischen Verbindungen bis hin zu komplexen Bauteilen.

Ausbildung und Berufsaussichten

Um Verfahrenstechniker zu werden, ist der klassische Weg ein Studium in der Verfahrenstechnik oder einem verwandten Bereich der Ingenieurwissenschaften. Das Studium wird in Deutschland und Österreich an Technischen Universitäten und Hochschulen angeboten und gliedert sich typischerweise in folgende Schritte:

1. Bachelor-Studium (3-4 Jahre)

• Grundlagenfächer: Mathematik, Physik, Chemie
• Einführung in Ingenieurwissenschaften: Grundlegende Konzepte und Methoden der Verfahrenstechnik
• Spezielle Fächer: Erste Einführung in verfahrenstechnische Prozesse, Mechanik, Thermodynamik, Werkstofftechnik, Elektrotechnik

2. Master-Studium (1-2 Jahre)

• Vertiefung: In spezifischen Bereichen wie Bioverfahrenstechnik, Energieverfahrenstechnik, chemische Verfahrenstechnik, Umwelttechnik
• Forschung und Projektarbeit: Intensiver Praxiseinblick durch Projekte und mögliche Praktika in Industrieanlagen, z.B. Raffinerien oder chemischen Produktionsstätten
• Abschluss: Master of Science (M.Sc.) oder in Österreich auch Diplom-Ingenieur (Dipl.-Ing.)

3. Zusätzliche Qualifikationen

• Weiterbildungen und Zertifikate: Spezialisierungen in Bereichen wie Sicherheitstechnik, Projektmanagement
• Praktika: Praxisorientierung ist ein wichtiger Bestandteil der Ausbildung; Praktika während des Studiums sind oft Pflicht und können in verschiedenen Industriebereichen absolviert werden

Studieninhalte und Schwerpunkte

Das Studium der Verfahrenstechnik ist interdisziplinär ausgerichtet. Es kombiniert mathematisch-naturwissenschaftliche Inhalte mit ingenieurtechnischen Disziplinen sowie Elektro- und Umwelttechnik. Studierende können sich im Verlauf des Studiums auf bestimmte Bereiche spezialisieren, z.B.:

• Bio- und Prozessverfahrenstechnik
• Verfahrens-, Energie- und Umwelttechnik
• Energietechnik
• Pharmatechnik
• Erneuerbare Energien
• Biotechnology and Process Engineering

Berufsaussichten

Verfahrenstechniker finden Anstellungen in unterschiedlichsten Branchen, von der chemischen Industrie über den Maschinenbau bis hin zu Umwelt- und Energietechnik. Ihre Tätigkeit ist in vielen Bereichen gefragt, und zusätzliche Qualifikationen oder Spezialisierungen können die Karrierechancen weiter verbessern.

Ein wichtiger Hinweis: Aktuell gibt es keinen Numerus clausus für das Studium der Verfahrenstechnik, jedoch kann sich dies je nach Nachfrage ändern. Informiere Dich rechtzeitig über die Zulassungsvoraussetzungen Deiner gewünschten Hochschule.

FAQ zur Verfahrenstechnik

Was ist Verfahrenstechnik?

Verfahrenstechnik ist ein Bereich der Ingenieurwissenschaften, der sich mit der Entwicklung, dem Design und der Optimierung von industriellen Prozessen befasst. Ziel ist es, Rohstoffe in Produkte umzuwandeln oder bestehende Herstellungsverfahren zu verbessern. Hierbei kommen physikalische, chemische oder biologische Veränderungen zum Einsatz.

Was bedeutet Verfahrenstechnik?

Verfahrenstechnik bedeutet die Anwendung wissenschaftlicher und mathematischer Prinzipien zur Lösung von Problemen innerhalb von Produktionsprozessen in Industrien wie Chemie, Pharma, Lebensmitteltechnik und Energiegewinnung.

Was ist ein Verfahrenstechniker?

Ein Verfahrenstechniker ist ein Ingenieur, der sich auf die Planung, Entwicklung und Verbesserung von industriellen Prozessen spezialisiert hat. Verfahrenstechniker arbeiten daran, Effizienz, Sicherheit und Umweltverträglichkeit in Produktionsprozessen zu optimieren.

Was machen Verfahrenstechniker?

Verfahrenstechniker entwerfen und optimieren Produktionsanlagen und -prozesse, um Produkte kosteneffizient, sicher und nachhaltig herzustellen. Sie analysieren Probleme, entwickeln innovative Lösungen und implementieren diese in bestehende oder neue Produktionslinien.

Wo arbeitet man als Verfahrenstechniker?

Verfahrenstechniker finden Beschäftigung in verschiedenen Sektoren, darunter:

• Chemische Industrie
• Pharmaindustrie
• Lebensmittel- und Getränkeindustrie
• Energieerzeugung und -management
• Umwelttechnik und Abfallmanagement

Was verdient ein Verfahrenstechniker?

Das Gehalt eines Verfahrenstechnikers kann stark variieren und hängt von Faktoren wie Berufserfahrung, Standort und Industrie ab. In Deutschland liegt das durchschnittliche Gehalt zwischen 45.000 und 70.000 Euro pro Jahr.

Was ist die Verbindung zwischen Energie und Verfahrenstechnik?

In der Verfahrenstechnik spielt Energie eine zentrale Rolle, da viele Produktionsprozesse energieintensiv sind. Verfahrenstechniker arbeiten daran, Energieeffizienz zu maximieren und den Energieverbrauch sowie die CO2-Emissionen zu minimieren. Sie entwickeln auch Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien.

Welche Fachbücher und Fachwissen sind empfehlenswert?

Für angehende Verfahrenstechniker sind folgende Bücher empfehlenswert:

• “Lehrbuch der Verfahrenstechnik” von Walter Bauer: Ein umfassendes Standardwerk, das die grundlegenden Prinzipien und Methoden der Verfahrenstechnik klar und praxisnah vermittelt.
• “Technische Thermodynamik: Eine Einführung für Ingenieure” von Konrad Wirtz: Ein unverzichtbares Buch, das die thermodynamischen Grundlagen und ihre Anwendungen in der Verfahrenstechnik anschaulich darstellt.‍
• “Grundlagen der Chemischen Technik” von Heinrich Marten: Dieses Buch bietet eine solide Einführung in die chemische Verfahrenstechnik mit einem Fokus auf praktische Anwendungen und Beispiele.

Diese Werke bieten eine fundierte Einführung und vertiefendes Wissen in allen Kernbereichen der Verfahrenstechnik.