Table Of ContentHerbert Kölbel· J oachim Schulze
Projektierung und Vorkalkulation
in der chemischen Industrie
Reprint
Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1982
Professor Dr. phil. Herbert Kölbel
em. Professor der Technischen Universität Berlin
Professor Dr.-Ing. Joachim Schulze
mr
Institut Technische Chemie, Technische Universität Berlin
ISBN-13: 978-3-642-68420-3 e-ISBN-13: 978-3-642-68419-7
001: 10.10071978-3-642-68419-7
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek:
Kölbel, Herbert: Projektierung und Vorkalkulation in der chemischen Industriel
Herben KölbeJ; Joachim Schulze. -Reprint [d. Ausg.) Berlin, Göttingen. Heidelberg,
Springer, 1960. -Berlin, Heidelberg, New York, 1982.
NE: Schulze,Joachim:
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gesellschaft Wort«, München, wahrgenommen.
e
by Springer-Verlag OHG._B erlin/Göttingen/Heidelberg 1960,
Softcover reprint ofthe hardcover I st edition 1960
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen. Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw.
in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der
Annahme. daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz
Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden
dürften.
Reprographischer Nachdruck: ProfTGmbH & Co. KG, Bad Hünnef
Bindearbeiten: Graphischer Betrieb Konrad Triltsch. Würzburg
2060/3014 -5 4 3 2 I
Vorwort zur Reprintausgabe
Nachdem unser Buch, der "KölbeljSchulze", seit dem Ende
der sechziger Jahre vergriffen ist, wurden wir immer wieder aus
Kreisen der Industrie und der Hochschule auf eine Neuauflage
hin angesprochen. Wir haben dieses Ziel verfolgt, doch war uns
die Realisierung aus zeitlichen Gründen und wegen der inzwischen
enorm angewachsenen Stoffülle nicht möglich. Die auf den ver
schiedenen Teilgebieten der Projektierung und Vorkalkulation
von Chemieanlagen international verfügbar gewordene Fach-und
insbesondere Zeitschriftenliteratur würde bei erschöpfender Aus
wertung zu einem mehrbändigen Werk führen müssen.
Wir sind jedoch der Auffassung, daß trotz fortschreitender Auf
fächerung und spezialisierender Vertiefung des Gebietes ein vor
allem den methodischen und systematischen Grundlagen gewid
metes Werk, wie es unser Buch sein sollte, seinen Wert behält, in
dem es die übergeordnete Gesamtschau als notwendige Ausgangs
basis für das Verständnis der Probleme und der vielfältigen che
misch-technisch-wirtschaftlichen Zusammenhänge vermittelt. In
zwischen sind auch in der deutschsprachigen Literatur einige
Bücher erschienen, die den Gegenstand unserer Monographie teil
weise streifen oder überdecken, ohne diese in der zugrundeliegen
den Intention zu ersetzen. Die meisten Abschnitte des Buches
sind nach wie vor in der dargestellten Form gültig, sie wären vom
Leser nur durch Einbeziehung neuer spezieller Arbeitsmethoden,
wie vor allem im Bereich der rechnergestützten Berechnungs-und
Planungsmethoden, sowie durch Zusammenstellung neuer Daten
im System der Richtpreisdiagramme zur Vorkalkulation gesamter
Anlagen, von Apparaten und Maschinen sowie sonstiger Anlage
komponenten zu ergänzen.
Wir haben im Vorwort des Buches im Jahre 1960 auf die große
Bedeutung der Projektierung in der chemischen Industrie auf
Grund der häufigen Produkt innovationen hingewiesen. Diese
haben heute mit zunehmendem Reifegrad der Chemie und durch
aufkommende Innovationshemmnisse etwas an Bedeutung ver-
6 Vorwort zur Reprintausgabe
loren, was jedoch durch die rohstoffseitig ausgelösten Verfahrens
innovationen kompensiert wird. Schließlich erleben wir heute
weltweite regionale Strukturverschiebungen, welche auf verschie
denen Teilgebieten der chemischen Industrie die Investitions
schwerpunkte von den alten Chemieländern weg in andere Teile
der Welt verlagern. Auch dies führt beim internationalen Charak
ter der chemischen Industrie und des Chemieanlagenbaus nicht
zu einer Schmälerung, sondern eher Erweiterung unserer Projekt
ierungs- und Vorkalkulationsaufgaben.
Unter kritischer Wertung aller Faktoren und auch im Hinblick
auf die damals so außerordentlich günstige Aufnahme unseres
Buches haben wir uns mit dem Springer-Verlag dazu entschieden,
einen unveränderten Nachdruck herauszubringen. Wir hoffen
damit wiederum, sowohl den Praktikern in der chemischen Indu
strie, im Chemieanlagenbau und Apparatebau als auch den
Lehrenden und Lernenden an den Hochschulen dienlich zu sein.
Berlin-Charlottenburg, im Januar 1982
Technische Universität
Herbert Kölbel J oachim Schulze
Projektierung und Vorkalkulation
in der chemischen Industrie
Von
Dr. phil. Herbert Kölbel
o. Professor und Direktor des Institutes für Technische Chemie
der Technischen Universität Berlin
Ehemals Betriebsdil'ektor bei der Rheinprenßen AG
für Bergbau und Chemie, Homberg (Xiederrhein)
und
Dr.-Ing. Joachim Schulze
Wirtschaftsingeuieur und Assistent am Lehrstuhl und Institut
für Technische Chemie der Technischen Universität Berlin
Mit 250 Abbildungen
Springer-Verlag
Ber linjGöttingenjH eidelb erg
1960
Alle Rechte, insbesondere das (Jer Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten
Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet,
dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
(Photokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen
@ by Springer-Verlag OHG., BerlinjGöttingenjHeidelberg 1960
Softcover reprint of the hardcover I st edition 1960
ISBN-l3: 978-3-642-68420-3 e-ISBN-l3: 978-3-642-68419-7
DOI: 10.1007/978-3-642-68419-7
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne
der Warenzeichen- und Markenschutz·Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von
jedermann benutzt werden dürften
Projektierung und Vorkalkulation
in der chemischen Industrie
Vorwort
Die chemische Industrie ist durch ein außergewöhnliches Entwickhmgs
tempo gekennzeichnet. Bei vielen namhaften Gesellschaften beträgt der
Anteil der nach 1948 neu entwickelten Produkte mehr als 40% der Ge
samterzeugung. Bei der starken Konkurrenz und der oft nur beschränkten
Nutzungsdauer neuer Produktionsverfahren hängt der wirtschaftliche
Erfolg wesentlich von der Schnelligkeit der Investitionsentscheidung und
der Errichtung der Anlagen ab. Die Ermittlung des Kapitalbedarfs für
die neuen Anlagen, die Vorkalkulation der Kosten der neuen Produkte,
die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und die Technik der Projektierung
neuer Anlagen sind hierfür von entscheidender Bedeutung.
Es erschien daher notwendig und an der Zeit zu versuchen, die Pro
bleme und Methoden der Vorkalkulation und Projektierung bei der aus
gedehnten chemischen Industrie Deutschlands zusammenfassend dar
zustellen. Im Gegensatz zu dem großen Umfang amerikanischer Spezial
literatur fehlt es nämlich bisher an entsprechenden deutschsprachigen
Werken, wenn man von Einzelveröffentlichungen absieht, unter denen
besonders die Arbeiten von K. SCHOENEMANN zu beachten sind.
Diese Tatsache mag unter anderem in den Schwierigkeiten begründet
sein, die in der Behandlung der Vorkalkulation und Projektierung 'als
einem Grenzgebiet zwischen Chemie, Maschinen- und Apparatebau und
Betriebswirtschaft liegen. Die genannten Fachdisziplinen sind so um
fangreich und in ihren Denkweisen so verl;lchiedenartig, daß es nicht
einfach ist, die chemischen, ingenieurmäßigen und betriebswirtschaft
lichen Probleme des Themas erschöpfend zu behandeln. So gebot auch
der Rahmen der vorliegenden Monographie, den gesamten Problemkreis
von einem mehr übergeordneten Gesichtspunkt zu betrachten und sich
bei der Bearbeitung der genannten Teilprobleme auf das zu beschränken,
was unmittelbar mit der Projektierung und Vorkalkulation zusammen
hängt. Der Leserkreis des vorliegenden Buches wird. sehr heterogen
zusammengesetzt und in den Reihen der Chemiker, Technologen, Maschi
nenbau- und Apparatebauingenieure, Verfahrenstechniker, Bauplaner
und Kaufleute zu suchen sein. Durch zahlreiche Literaturhinweise soll
vieles, was je nach der Fachrichtung des Lesers an Grundlagen oder
speziellen Angaben bei dieser Heterogenität zwangsläufig vermißt
werden muß, leicht auffindbar gemacht und ergänzt werden.
Eine besondere Aufgabenstellung lag in der Ableitung von "Richt-
VI Vorwort
preis-Diagrammen" auf empirisch-statistischer Grundlage, die für die
Abschätzung des Anlagekapitalbedarfs seit langem in der internationalen
Projektierungspraxis zu einem wesentlichen Hilfsmittel geworden sind.
Wenn die dargebotenen Ergebnisse wegen des in Deutschland spärlichen
Materials stellenweise lückenhaft geblieben oder teilweise noch hohe
Fehlergrenzen in Kauf zu nehmen sind, so mußte doch mit der vor
liegenden Arbeit ein erster Schritt getan werden, um den im deutschen
Sprachgebiet bisher so vernachlässigten Fragenkomplex zu erschließen.
Der Mangel an deutschen Unterlagen war hier wie in verschiedenen
anderen Abschnitten die Ursache dafür, daß auf amerikanische Methoden
und Daten zurückgegriffen werden mußte, deren Anwendbarkeit für
deutsche Verhältnisse nicht immer außer Frage steht.
Die vorliegende Monographie ist im Institut für Technische Chemie und
im Institut für Industriebetriebslehre (Prof. Dr. K. MELLEROWICZ) an
der Technischen Universität Berlin entstanden und im August 1959
abgeschlossen worden. Die bis zu diesem Zeitpunkt erschienenen ein
schlägigen Veröffentlichungen, insbesondere das umfangreiche ameri
kanische Schrifttum, wurden so vollständig wie möglich berücksichtigt.
Unser Dank gebührt in erster Linie der großen Zahl westdeutscher
Apparatebau-, Maschinenbau- und Projektierungsfirmen sowie einigen
britischen Gesellschaften, die uns das grundlegende Zahlenmaterial
überließen und dabei weder Konkurrenzbedenken Raum gaben noch die
:Mühe der oft zeitraubenden Ermittlungen scheuten. Namentlich seien
hiervon nur die Koppers GmbH in Essen, die Lurgi-Gesellschaften
mbH in FrankfurtJMain, die Firma Krebs & Co., Berlin-Frohnau, er
wähnt, die darüber hinaus wertvolles Anschauungsmaterial aus der
Projektierungspraxis zur Verfügung gestellt haben, sowie von britischer
Seite die Firma Petrocarbon Developments, Ltd., London. Die
:aerren Dr.-Ing. H.-J. STRÖER und Dr.-Ing. H. ALLHAUSEN vom Verein
Deutscher Maschinenbauanstalten (VDMA) und der Fachverband
Kohlechemie, Essen, haben uns mit Rat und Tat wertvolle Hilfe ge
leistet. Herr Dr.-Ing. H. MIESSNER von den Farbenfabriken Bayer AG.
überließ schwer zugängliches Literaturmaterial. Herr Dr.-Ing. H. HAM
MER, Institut für Technische Chemie, Technische Universität Berlin,
hat bei der Abfassung des Kapitels: "Die Vorprojektierung des chemi
schen Reaktors als Aufgabe der chemischen Reaktionstechnik" und beim
Lesen der Korrekturen mitgewirkt. Alle, die unsere Arbeit so wesentlich
gefördert haben, auch die hier nicht genannten Persönlichkeiten und In
st,itutionen, seien unseres besonderen Dankes versichert, den wir mit der
Vorlage dieses Bandes abstatten möchten.
Berlin-Charlottenburg, im Herbst 1959
Technische Universität Herhert Kölhel Joachim Schulze
Inhaltsverzeichnis
Seite
Verzeichnis der Symbole und Abkürzungen ............................ XIII
1 Allgemeines .................................................... 1
1.0 Geltungsbereich der Untersuchung ............................... 1
1.1 Der Begriff der Projektierung ................................... 1
1.2 Das Wesen der Vorkalkulation und ihre Besonderheiten in der chemi-
schen Industrie ................................................ 2
1.3 Die Beziehungen zwischen Projektierung und Vorkalkulation. . .. ... . . 4
1.30 Gliederung der Projektierungsaufgabe in Vor- unO. Ausführungs-
projektierung ............................................. 4
L31 Die Beziehungen in den einzelnen Projektierungsstadien ... . . . . . 6
1.32 Stellung lmd Aufgaben der Forschung und Entwicklung bei der
Projektierung ............................................. 11
1.4 Zur Methodik der Vorkalkulation und Projektierung . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Die Grundlagen der Proj ekti eru ng ............................ 1:3
2.0 Vorprojektierung ............................................ 14
2.00 Die Vorprojektierung des chemischen Reaktors als Aufgabe der
chemischen Reaktionstechnik ............................... 14
2.000 Die chemische Reaktion als Ausgangsbasis .............. 15
2.001 Stöchiometrie........................................ 15
2.002 Chemische Thermodynamik ........................... 16
2.003 Chemische Kinetik (Mikrokinetik) ...................... 22
2.004 Die Reaktionsgeschwindigkeit unter dem Einfluß physi-
kalischer Transportvorgänge (Makrokinetik) ............. 26
~.005 Entscheidung über Betriebsform, Betriebsweise und Form-
. gebung des Reaktors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
2.006 Dimensionierung des Reaktors. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34
2.006.0 Extrapolation der Versuchsergebnisse auf die groß
technische Anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
2.006.1 Die Reaktordimensionierung im einzelnen ........ 39
2.006.2 Das wirtschaftliche Optimum bei der Reaktor-
dimensionierung ............................. " 45
2.01 Schematische und Verfahrens-Fließbilder ..................... 45
2.010 Das Wesen der Fließbilder ............................ 45
2.011 Schematische Fließbilder ............................. 47
2.012 Verfahrens-Fließbilder ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. 56
2.02 Materialbilanzen ......................................... " 60
2.03 Energiebilanzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.04 Die Vorbestimmung der Apparatur .......................... 76
2.040 Werkstoffauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
2.041 Dimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
2.042 Die Ermittlung wirtschaftlicher Optima ................ 79
2.042.0 Optimale Betriebsgröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79
