Die Entwicklung der Verfahrenstechnik zur wissenschaftlichen Disziplin

K. Krug

Einleitung Der nachfolgende Beitrag soll die historische Entwicklung der Verfahrenstechnik zu einem Wissenschaftsgebiet der Technikwissenschaften anhand der Hauptentwicklungsnchtungen und -etappen nachzeichnen. Ausgangspunkt soll die folgende Definition des Verfahrensingenieunvesens (Chemieingenieunvesens) sein, die bei den Verfahrenstechnikern der DDR Akzeptanz gefunden hatte:

Die Iferfahrenstechnik ist ein technologisch orientiertes Gebiet der Technikivissenschuften. Ihr Objektbereich ist die srofiandelnde Industrie. Die den industriellen Stoffiandlungen innewohnenden Gesetzma$igkeiten gelten als der Gegenstand der Verfahrenstechnik. Die Änderungen des Zustandes und der inneren Struktur der Stoffe sind dabei bedezctungsvoller als die Änderungen ihrer geometrischen Formen

111.

Die Quellen der Verfahrenstechnik Während die Formierung des Objektbereiches der Verfahrenstechnik, die praktische Nutzung verfahrenstechnischer Vorgänge in die Frühzivilisationen der Menschheit führt, sind die literarischen Wurzeln ihrer konzeptionellen Darstellung jüngeren Datums und im ausgehenden Mittelalter angesiedelt.

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Die natunvisi_enschaftlich-methodischeQuelle des Chemieingenieunvesens entsprang der geistigen Strömung des Renaissance-Humanismus. Im Jahre 1597 erschien mit der "Alchemia" 121 von A. Libavius (ca. 1550- 1616) das "erste systematische Lehrbuch für Chemie überhaupt" [3]. Es ist in die Abschnitte Encheria und Chymia, d.h. in freier Übersetzung in eine Prozeß- und eine Rezeptlehre gegliedert. Erstgenannte, der nach Libavius die "Apparate- und Feuerkiinde dienlich" sind, wird in der chemiehistorischen Literatur kaum für erwähnenswert gehalten, obwohl Libavius mehr als 60 Operationen, wie Extrahieren, Filtrieren, Destillieren usw. in klarer Sprache definiert und in ein dichotomes System gebracht sowie alle zugehörigen Apparate und mehr als 50 Ofentypen aus verstreuten Einzelquellen systematisch zusammengestellt hat. Mit der Einheit von Prozeß, Apparat und Prozeßenergie wurde von Libavius die Leitidee der Prozeßverfal~renstechnikgeprägt und das Konzept der Grundoperationen mehr als drei Jahrhunderte vorweggenommen. Dieses Werk des Spätenzyklopäden Libavius war seiner Zeit weit voraus. Es ist ein vortreffliches Werk der Vernunft, klar, prägnant und mit sensiblem Stil, entkleidet von Mystik und Bombastik paracelsischer Prägung. Das Paradigma von Libavius lautete: "Eine einzige Operation braucht nur auf eine einzige Art und an einer einzigen Stelle dargelegt zu werden, mag das Werk auch tausend verschiedenartigen Zwekken dienen" [2-XIV]. Dieser Leitgedanke weist dem chemisch-technologischen Prozeß eine eigenständige und weitgehend stoffunabhängige Funktion zu. Der relativ geringe Wissensstand ~ i n ddie zünftigen Wirtschaftsstnikturen waren Hauptursache dafür, daß dieses Konzept nicht weiter verfolgt werden konnte. Eine historische Kontinuität dieser Auffassungen ist in der Literatur bis zu Beginn des 19. Jahrhunderts nicht nachweisbar. In der Folgezeit - insbesondere nach den verheerenden Folgen des 30-jährigen Krieges, der die Bevölkerung Deutschlands von ca. 17 auf ca. 11 Millionen dezimierte setzten aufklärerische Bestrebungen ein, die damiederliegenden Gewerbe zu fördern, einheimische Rohstoffe zu veredeln und für die Ausbildung von Chemietechnologen zu sorgen. Die Werke der friihen Chemietechnologen um J. B. Glauber (1604-1668). J. Kunckel (1630-1 703) und J. J. Becher (1 635-1 682) prägten diese Entwicklung nachhaltig. Hauptergebnisse ihres Wirkens waren produktive Aspekte

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der Nutzung ihrer auf eigene experimentelle Arbeiten gegründeten Resultate zur Fabrikation von Salzen, Mineralsäuren, Glas usw. Im Mittelpunkt dieser Arbeiten standen - aus heutiger Sicht - einfache chemische Verfahren in großer Zahl mit ihren an das jeweilige Verfahren gebundenen Apparaten. Diese Vorgehensweise, die Libavius als den "unmethodischen Weg" bezeichnet hatte, setzt sich dann - freilich auf höherem Kenntnisstand und vor dem Hintergrund der sich rasch entwickelnden chemischen Industrie - ab Mitte des 19. Jahrhunderts durch (s.u.).

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Im Verlaufe des 18. Jahrhunderts, dem Vorabend der Industriellen Revolution, verstärkte sich zunehmend die Hinwendung zu den Gewerben. Die Zunftstrukturen der Wirtschaft enviesen sich mehr und mehr als I-Iemmnis wirtschaftlicher Entwick-

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lung. Der Ruf nach Wirtschaftsliberalismus, nach Handel und Wandel, dem Laisserfair, Laissez-passer wurde unüberhörbar. In Frankreich erschienen zwischen 175 1 und 1781 die 35 Bände der "Encyclopedie" der Sensualisten um Diderot und D'Alembert. In Deutschland avancierte der Kameralismus, jene deutsche Abart des englischen Merkantilismus, zu einer Heimstatt technischen Gedankengutes und wurde zur gegenständlich-technologischenQuelle des Chemieingenieunvesens. Im Jahre 1777 erschien die "Anleitung zur Technologie ..." [4] des Göttinger Ordinarius für Philosophie und Ökonomie Johann Beckmann (1739-151 1). Er gilt als der Begründer der Technologie als Wissenscl~aftund suchte sie in die Kameralwissenschaften einzuordnen. So systematisierte er 324 Gewerbe in 5 1 Klassen nach den in ihnen ablaufenden Vorgängen und Handgriffen von den einfachen zu den zusammengesetzten. Inhaltlich nahm er bei Diderot Anleihen auf, methodisch war Linn6 sein Vorbild. Es ist ganz sicher nicht zufällig, daß die späteren Wirtschaftsreformer Freiherr vom Stein und Hardenberg in jener Zeit an der damals progressivsten deutschen Universität in Göttingen ihr Studium absolvierten. Wenn auch Beckmanns "Anleitung zur Technologie ..." die Enge deutscher Kleinstaaterei atmet. besteht das Verdienst Beckrnanns unzweifelhaft in der neuzeitlichen Definition der Technologie und in der Schaffung des Zugangs dieser Lehre an die Universität. Diese Lehre bestand in der ganzheitlichen Zusarnn~enschauvon Arbeitskraft. Arbeitsmitteln und Arbeitsgegenstand und hatte das Ziel. Beamte für den Feudalstaat heranzubilden. NaturwissenschaftlicI-ie Komponenten waren dagegen nur schwach vertreten.

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Seine Technologiedefinition lautet: "Die Technolo-ie ist diejenige PVi.ssenscliift. welche die Verarbeitung der Nafuralien oder die Kenntnisse der Handwerke lehrt. Anstatt, daß in den kVerkstellen nur gewiesen wird, wie man zztr Verfertigung der Waren die Vorschriften und Gewohnheiten des A4eisters befolgen soll, gibt die Technologie in systematischer Ordnung grundliche Anleitung, wie man zu eben diesem Endzwecke aus wahren Grundsäfzen und zuverlässi~~eri Erfahrunpn die Mittel finden und die bei der Verarbeitung vorkommenden Erscheinungen erklaren zmd nutzen soll" [4-S. 171. Für etwa ein halbes Jahrhundert fand die Lehre Beckmanns großen Zuspruch, bevor sie mehr und mehr als gelehrt ausstaffierte Gewerbelehre in Verruf geriet. Bis 1809 erschienen sechs Auflagen der "Anleitung". Das Konzept war wegen fehlender naturwissenschaftlicher und quantifizierender Elemente nicht an die Dynamik des Objektbereiches anpaßbar. In seinem kontemplativen Charakter mußte es passiv bleiben. Hinzu kamen nach Beckrnann deutlich sichtbare Verflachungstendenzen. Es mußte zu Differenzierungen kommen, die in zwei Richtungen führten. Beckmann selbst hat das wolil erkannt, denn mit seinem 1806 erschienenen "Entwurf einer allgemeinen Technologie" [5] unterzieht er seine Anleitung einer grundlegenden Kritik und geht von der "zuerst gewählten Methode der Beschreibung auf die Methode des Vergleiches übcr", d.h. gewerbeübergreifcnd werden die "Absichten und Mittel" nach Ähnlichkeit miteinander verglichen. Diese später von dem Begründer der "mechanischen Technologie" Kar1 Karmarsch als "schöne Idee" der allgemeinen Technologie bezeichnet, die gestattet, "eine geistigere Auffassung des Gegenstandes zu gewinnen" [6], scheiterte an dem geringen Kenntnisstand per Detail und erwies sich keinesfalls als eine triviale Aufgabe. Immerhin unterscheidet man seit dieser Zeit zwischen allgemeiner und spezieller Technologie. Durch die streng gehüteten Gewerbegeheimnisse, die weitgehend fehlende Kommunikation zwischen den Gewerben, den katastrophalen Bildungsstand der Gewerbetreibenden, die immer noch unzutreffende Mystifizierung gerade der chemisch-technologischen Gewerbe erwies sich die Ausprägung dieses methodisch differenzierenden Konzeptes der allgemeinen Technologie immer noch als verfrüht. Beispiele für die Mystifizierung gibt z.B. E. E. Kisch sehr treffend an: "Unter Dach und Fach geschieht die Höherentwicklung, will sagen die Alkoholisierung. Binnen Tagesfrist wird dort der Pflanzensaft zu geronnenem Most, der klare

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und geruchlose I-Ionigtrank zum trüben Pulque. Fragt man, welche Hefe diese rasend schnelle Metamorphose bewirkt, so bekommt man viele Antworten, aber keine Antwort. Wer's weiß sagt nichts, wer's nicht weiß behauptet, I-Iundedreck vollzielie das Wunder. Wir kennen solche Märchen von überallher; in Frankreich zum Beispiel wird gerne erzählt, es sei Urin, der dem Cognac den goldenen Glanz verleihe, und Alphonse Daudet schreibt in seinem Brief aus seiner Mühle, der weltberühmte Chartreuse-Liqueur habe seine Blume nur bewahrt, solange der alte Abt die getragenen Socken in den Destillationsbottich warf' [7]. Es bedurfte eines grundsätzlichen wirtschaftlichen Stniktunvandels von1 Gewerbe zur Industrie, von der Handarbeit zur Maschinenproduktion, die ein solches analytisches Konzept von der Wissenschaft erheischte.

Das Konzept der "Chemischen Technologie" Nach alldem Gesagten kann es nicht verwundern, daß sich stattdessen die zweite Differenziemngsrichtung des Beckmannschen Konzeptes, die nach industriellen Branchen gegliederte Technologie, ab etwa der Jahrhundertmitte des 19. Jahrhunderts duchsetzte. Als Hauptrichtungen dieses Konzeptes der speziellen Technologie haben sich die mechanische und die chemische Technologie herausgebildet. Die Wissenschaftsst~kturbrachte sich in Übereinstimmung mit dem sich rasch entwikkelnden Objektbereich.

im Jahre 1847 erschien das zweibändige "Lehrbuch der chemischen Technologie" [8] des Liebig-Schülers Friedrich Knapp (1 8 14-1904). Das Ausbildungsziel bestand nicht mehr wie bei Beckniann darin, technologisch gebildete Venvaltiingsbearnte, sondern technische Chemiker auszubilden. Im Mittelpunkt dieses Konzeptes der "Chemischen Technologie" steht die Verfahrensbeschreibung vom Rohstoff bis zum Endprodukt. Sie folgt als stofforientierte Verfahrenskunde fabrikatorischen Gesichtspunkten, löst sich einerseits gegenüber dem Beckmannschen Konzept aus dem Verband der ökonomischen Wissenschaften, folgt konzeptionell aber auch nicht der inneren Logik der "reinen Chemie". Tm letzten Drittel des 19. Jahrhunderts wurden an fast allen Universitäten Deutschlands

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Extraordinariate oder Privatdozenturen fur "Chen~ischeTechnologie" eingerichtet. Für die Chemikerausbildung hat es z.T. bis in die Gegenwart u.a. auch als "technische Chemie" Bestand, während es 2.B. in den USA schon in den 1930er Jahren kaum mehr eine Rolle spielte und durch das "chemical engineering" abgelöst cvorden ist. Wesentliche Ursache dafiir war das Verharren auf der verbaldeskriptiven Methode der Beschreibung. Seinen Höhepunkt erlebte das Konzept der "Chemischen Technologie" um die Jahrhundertwende mit den Arbeiten von Lunge in Zürich und von Davis in Manchester. Aus Gründen der Lehrbarkeit des Konzeptes mit den vielen Wiederholungen analoger Prozesse und Apparate in den Verfahren hatten beide erkannt, daß eine Auflösung in Prozesse und Apparate die bessere Methode sei. Lunge schreibt 1893: "Die Technik des Zermahlens, Verdampfens, Filtrierens, Destillierens und anderer Verfahren, die fortwährend in chemischen Fabriken ausgeführt werden, sind so gründlich entwickelt worden, daß sie fast zu einer Spezialwissenschaft geworden sind" [9]. Lunge versucht damit vom Standpunkt des Chemikers, die "Chemische Technologie" mit dem Apparatebau zu verknüpfen und ist damit auf höherem Erkenntnisstand konzeptionell bei Libavius angekommen, ohne dieses Konzept auszuführen.

Zur Entwicklung der chemischen Industrie und des Apparatebaues Besonders in England sind mit der Industriellen Revolution im Rahmen des bürgerlichen Nationalstaates alle Voraussetzungen für eine anorganisch-chemische Großindustrie geschaffen, die sich nach 1830 zügig entwickelt. In Deutschland bewegte sich die Entwicklung bis in die 1860er Jahre vielfach noch auf dem Niveau der "schmutzigen Industrie der Hinterhöfe" [10] auf der Basis der Erzeugung von SalZen, Säuren, Naturfarbstoffen und pharmazeutischen Präparaten. Erst ab den 1860er 11870er Jahren begann sich mit der Produktion synthetischer Farbstoffe und um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert mit der Erzeugung von Pharmazeutika die chemische Industrie in breitem Maße zu entwickeln. Bedeutsame Rahmenbedingungen für die Entwicklung in Deutschland waren:

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P Rohstoffarmut recente; keine Kolonialmärkte P politische Zerissenheit bis 1871 Reformen nach der Reichseinigung, u.a. das einheitliche Patentgesetz (mit Vorpnifung und "Verfahrenspatent")

P wenig Bankkapital; damit wenig Risikobereitschaft für größere Anlagen P ein miserabler Maschinen- und Apparatebau ("billig und schlecht") P das bestausgebildetste und größte Chemikerpotential (z. B. Liebig-Schule). Deutschlands Zugang zur modernen chemischen Industrie war im Gegensatz zu England von der organisch-chemischen Industrie, einer zunächst noch kleintonnagigen Vielproduktenindustrie geprägt. Das war für Deutschlands chemische Industrie die richtige Strategie. Wenn auch die Anfange nach Heinrich Caro als eine "freudund gewinnlose Nachahmungsindustrie von in englischen und französischen Patenten niedergelegten Vorschriften" [l 11 charakterisiert wurden, änderte sich ab den 1870er Jahren die Situation rasch. Es kam eine segensreiche Verbindung zwischen der chemischen Industrie und der universitären Forschung vor allem auf dem Gebiet der organischen Chemie zustande. Bis zum 1. Weltkrieg war der Anteil Deutschlands von auf dem Weltmarkt gehandelten Chemieprodukten auf 30% angewachsen, bei Farbstoffen belief sich dieser Anteil auf 89% und lag etwa gleich dem Anteil deutscher Patente auf diesem Gebiet. In den chemischen Großuntemelunen waren zwar technische Abteilungen entstanden, aber die Art der Produktion verlangte noch nicht den Verfahrenstechniker. Der Chemiker avancierte zum "König der Produktion", der Maschinenbauer war sein unentbehrlicher Gehilfe. Noch 1951 schrieb Friedrich Jähne: "Wer sich also mit der Stellung als Zweiter im Betrieb nicht abfinden kann, soll als Ingenieur dem Chemiebetrieb fernbleiben" [12]. An dieser Stelle ist die Frage zu diskutieren, ob und wenn ja inwieweit der deutsche Apparatebau in die Formierung des Chemieingenieunvesens involviert war. Generell gilt das für den Maschinenbau gesagte mit dem Zusatz, daß der Apparate- und Behälterbau als Stiefkind des Maschinenbaues bezeichnet werden kann. Ab den Gründerjahren wuchsen jedoch die Anforderungen in starkem Maße an. Nimmt man als Beispiel die Destillationsindiistrie, kann man verzeichnen, daß in1 Jahre 1873 ca.

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16.000 Brennereien in Deutscliland existierten. Bis zum Jahre 1894 stieg ihre Zahl auf 71 -503. Wenn man bedenkt, daß diese Etablissements in jener Zeit von der Blasen- auf die Kolonnendestillation umzustellen waren, werden sowohl die quantitativen wie die qualitativen Anforderungen recht deutlich. Aus ehemals Kupferschmieden und Schlossereien wurden in vielen Fällen mittlere Unternehmen. Eines dieser Unternehmen war die Apparatebaufirma Heckrnann mit Niederlassungen in Breslau, Moskau, Hamburg und Havanna. Hauptsitz war Berlin, Hausvogteiplatz 12. In dieser Firma wirkte von 1878 bis zu seinem Tode 1922 der Apparatebauer Eugen Hausbrand (1845-1922). Aufgrund seiner Publikationen wird er zu einem Mitbegründer der Verfahrenstechnik. In der amerikanischen Literatur wird er als "the world first process engineer" bezeichnet. Bemerkenswert bleibt, daß diese Ergebnisse weder von den Technischen Hochschulen noch aus der chemischen Großindustrie mit ihren Werkstätten kamen, die "an Größe und Vielseitigkeit der Ausrüstungen denen einer Maschinenbaufabrik größten Formats" [13] nicht nachstand. Erinnern wir uns an die Zitate von Kisch und setzen dem eine Aussage von Marx entgegen: "Es ist charakteristisch, daß bis ins 18. Jhd. hinein die besonderen Gewerbe mysteries ... hießen ... Die grol3e Industrie zerriß den Schleier, der den Menschen ihren eigenen Produktionsprozeß versteckte und ... zu Rätseln machte. Ihr Prinzip, jeden

... in seine konstituierenden Elemente aufzulösen, schuf die ganz moderne Wissenschaft der Technologie ... Die Technologie entdeckte die wenigen großen Grundformen der Bewegung ... ganz so wie die größte Komplika-

Produktionsprozeß

tion der Maschinerie sich über die beständige Wiederholung der einfachen mechanischen Potenzen nicht täuschen Iäßt..." [14]. Er bezieht sich dabei zeitgemäß vorwiegend auf die mechanischen Industrien, in denen - weil einfacher - dieses bereits von Libavius formulierte Konzept einige Dezennien eher erkennbar war als in der chemischen Industrie. Um die Jahrhundertwende trat die chemische Industrie in eine neue Phase ein: > Kontinuierliche Verfahren

> Katalyse und P Massenproduktion

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waren die Hauptentwicklungslinien, die sich der Wissenschaft systemntisch bedienten lind den Chemieingenieur forderten. Der einflußreiche Carl Duisberg schätzt die Lage zumindest sehr einseitig ein. In

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seinem New Yorker Vortrag anläßlich der Centenarfeier zu Liebigs Geburtstag

I

schränkt er die eigentliche chemische Industrie auf einen Bereich ein, "wo nicht oder nur selten die Massenproduktion in Frage kommt, sondern eine unendliche

1

Kette verschiedenartigster Produkte in kleinen Mengen herzustellen ist,

I

... wo ein

neues Trom Chemiker gefundenes Verfahren die alten stürzt und vor allem die

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schönsten Ingenieurkünste umwirft und wertlos macht" [ I 51. Den Amerikanern verleiht er gönnerhaft den "Ehrentitel der Massenproduktion". Folgerichtig setzt sich das Chemieingenieunvesen in breitem Maße zuerst in den USA durch, obwohl in Deutschland ebenfalls alle "Zutaten" vorhanden waren.

Die Herausbildung der Verfahrenstechnik Das Konzept der Grundoperritiotien - die Geburtsztrkzrnde des Chernieingenieurwesens [I G ] Hausbrand publizierte in den 1890er Jahren Monographien zur Wirkungsweise der Destillier- und Rektifiziergeräte, zur Trocknung, zum Verdampfen, Kühlen und Kondensieren [17]. In ihnen sucht er die gesetzmäßige und quantitative Verknüpfung von Stoff-, Prozeß- und geometrischen Parametern zu realisieren. Beispielsweise führte Hausbrand auf der Basis der Daten der Dampf/Flüssigkeits-Gleichgewichte von acht binären Systemen, der Verdanipfungsenthalpien und der PictetTroutonschen Regel die erste Boden-zu-Roden-Berechnung numerisch vor, womit er gegenüber den "Gröningschen Zahlen" eine neue wissenschaftliche Qualität erreichte. Hausbrands Publikationen, die in mehrere Sprachen übersetzt wurden, blieben im deutschen Bildungssystem nahezu unbeachtet. Freundliche Rezensionen deuten auf eine breite Anwendung in der Apparatebauindustrie hin. Der Prozeß- und Quantifizierungsgedanke wurde in Deutschland in erster Linie durch die physikalische Chenlie eingebracht, die mit dem "Weltzentnim" um Wilhelm Ostwald (1 853-1932) in Leipzig eine einzigartige Bliite erlebte. Es ist ohne weiteres nachweisbar, daß ab

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der Jalirhundertweiide in der deutschen chemischen Großindustrie der Physikochemiker neben den Organiker trat. Auf diese Weise konnten der Führungsanspruch des Chemikers gesichert sowie Arbeitsteilung und Kooperation zum Maschinenbauer in neuer Qualität verwirklicht werden, ohne das bewährte Konzept ändern zu müssen. Mit diesem "team werk" war man in der Lage, den Verfahrenstechniker zeit- und teilweise zu ersetzen. Beweise für den Erfolg sind u.a. die Synthesen von Ammoniak (l913), Methanol (I 923) und Kohlehydrierung (1927). 0 . Hougen, ein Wegbereiter des Chemical Engineering, bemerkte aus eigener Ansicht zur Situation in Deutschland treffend: "Die Einführung in die Mathematik, die Physik und andere Gebiete der Ingenieurwissenschaften war exzellent, aber es gab keine Integration zwischen der Chemie und den Ingenieurwissenschaften" [I 81. Diese Integration vollzog sich in den USA. Am MIT hatte man ab 1880 zunächst versucht, den "chemical engineer" als Maschinenbauer mit speziellen chemischen Kenntnissen auszubilden, bevor man im ersten Dezennium des 20. Jahrhunderts mit Einführung der physikalischen Chemie als Pflichtfach und Schaffung einer experimentellen Basis am MIT sowie "work stations" in der chemischen Industrie einen Chemieingenieur auf der Basis eines chemischen Grundstudiums auszubilden begann [19]. In den USA erfolgte der Zugang zur modernen chemischen Industrie - im Gegensatz zu Deutschland - über Verfahren größten Maßstabes. Energetisierung und Motorisierung als gesellschaftliche Bedürfnisse waren wesentliche Triebkräfte. Diese Entwicklung erkannt und adäquate Lösungen mit Hilfe der amerikanischen Industrie durchgesetzt zu haben, ist das Verdienst einiger weniger Chemieingenieure und Chemiker. Betrachtet man die personelle Entwicklung am MIT etwas näher (vgl. Tab. I), erkennt man hinsichtlich des Studienfaches und des Promotionsgebietes sehr deutlich die Entwicklung von der organischen Chemie über die physikalische Chemie zum Chemical Engineering. Ebenso interessant sind die Promotionsorte. Vor allem Noyes, Walker und Lewis haben es hervorragend verstanden, das Fundament der (deutschen) physikalischen Chemie für die Verhältnisse in den USA zu adaptieren und mit dem Konzept des Chemical Engineering die Integration von physikalischer Chemie und Apparatebau zu einem Wissensprofil zu vollziehen. Konzeptioneller Höhepunkt war im Jahre 1915 die Definition des Chemical Engineering durch Arthur D. Little (1863-1935) als die Übertragung eines chemischen Venvandlungsprozesses in den Großbetrieb durch Anwendung einer erforderlichen

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Anzahl einzelner mechanischer Operationen, den sogenannten "unit operations" Pol.

Promotion Ort bzw. Einrichtung und Jahr

Name

Studienfach

Gebiet

L. M. Norton (1855-1 893)

Chemie

org. Chemie

Göttingen 1879

F. H. Thorp (1 864-1 932)

Chemie

org. Chemie

Heidelberg 1893

A. A. Noyes (1 866-1 936)

Chemie

phys. Chemie

Leipzig 1890

W. H. Walker (1 869-1 934)

Chemie

phys. Chemie

Göttingen 1892

W. K. Lewis (1882-1975)

Chemical Engineering

phys. Chemie

Breslau 1908

W. H. McAdams (1 892- 1975)

Chemie

Chemical Engineering

MIT 1917

T. K. Sherwood (1 903-1 976)

Chemical Engineering

Chemical Engineering

MIT 1929

E. R. Gilliland (1 909-1 973)

Chemical Engineering

Chemical Engineering

MIT 1933

Tabelle 1: Ausbildungsgang wesentlicher Mitbegründer des Chemical Engineering (MIT)

I-Iauptlinien der Tlieorienbildung während der Herausbildungsperiode des Chemieingenieunvesens Als wissenschaftlicher Gegenstand standen in der Herausbildungsperiode des Chemieingenieunvesens thermische Prozesse von strömenden Mehrphasen- und Mehrkomponentensystemen im Vordergnind [20, 211. Ihnen folgten Versuche zur Beschreibung reaktionstechnischer Sachverhalte. Die mechanischen Prozesse der Stoffwandlung waren zumeist noch in den Montanwissenschaften verankert. Fast 30 Jahre (!) nach den Hausbrandschen Arbeiten zur Destillation versuchte Lewis die umständliche Methode von Hausbrand zu ersetzen und berechnete die Bodenzahl unter der Annahme einer stetigen Funktion durch Integration [23]. Diese Annahme führte aber zu einem um so größeren Fehler, je größer die Konzentrationsänderung auf einem Boden war. Diesen Mangel umgingen im Jahre 1925 W. L. McCabe und E. W. Thiele [24], indem sie das klassische graphische Verfahren einführten. Die Konstruktion der Arbeitsgeraden stellte den typisch technikwissenschaftlichen Sachverhalt dar, der über die physikalisch-chemische Behandlung des Phasengleichgewichts hinausreichte. Dieser Übergang von zumeist umständlich zu handhabenden numerischen Methoden zu graphischen Lösungen war in den 20er Jahren für verschiedene verfahrenstechnische Problemstellungen typisch. Auf diese Weise entstanden fiir das behandelte Beispiel erste Modelle zur Berechnung von Destillationskolonnen. Für chemische Vorgänge, die zunächst ausgeklammert waren, formulierte G. Damköhler im Jahre 1936 die Bilanzgleichungen für chemische Reaktionen in strömenden Systemen und leitete daraus die vier später nach ihm benannten DainköhlerZahlen ab [25]. Seine Arbeiten stellten eine Erweiterung der klassischen Reaktionskinetik um die Vorgänge der Konvektion und Diffusion dar und dienten als Grundlage für die Reaktormodellierung. Seit jener Zeit gehört die Reaktionstechnik in den Bestand der klassischen Verfahrenstechnik, die sich nun nicht mehr auf die Beschreibung der physikalischen Grundoperationen beschränkte. Damit waren um 1940 die wissenschaftlichen Grundlagen der klassischen Verfahrenstechnik formuliert. Die um 1920 noch verstreuten Einzelerkenntnisse hatten Systemcharakter erhalten.

Die Entwicklung der Verfahrenstechnik zur Wissenschaft

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In der Arbeit von K.-P. Meinicke wird der Theorienbildung in der Herausbildiingsperiode des Chemieingenieunvesens detailliert und im Zusammenhang für die Gebiete Ähnlichkeitstheorie, Stoffübertragungstheorien und Theorien zur Reaktormodellierung nachgegangen [22].

Zur Institutionalisierung des Cl-iemieingenieurwesens Zu Beginn des 20. Jh. waren für die Hochschulen aller entwickelten Länder Lehrstühle für chemische Technologie bzw. technische Chemie typisch. Deutschland war noch immer die "höchste Instanz in der organischen Chemie und verfügte über die meisten Experten der Chemischen Technologie, so daß deutsche Sprachkenntnisse erforderlich waren", beschreibt Hougen die Situation [I 81. Die folgende Übersicht enthält einige ausgewählte Daten der Institutionalisierung [27]. Gründung des "Arnerican Institute of Chemical Engineers" (AICHE) Lehrstuhl für "Prozesse und Apparate der chemischen Technologie" am Petersburger Technologischen Institut (A. K. Krupski) Selbständige Disziplin fiir "Prozesse und Apparate der chemischen Technologie" an der Moskauer höheren technischen Lehranstalt (I. A. Tiscenko) Gründung des Mendeleev-Instituts für Chemische Technologie (erster Rektor: I. A. Tiscenko) Lehrstühle für "Chemical Engineering" an 14 Hochschulen der USA Gründung der "Institution of Chemical Engineers" in London Erster Lehrstuhl für "Chemical Engineering" an der kaiserlichen Universität Kyoto Erstes Lehrbuch "Principles of Chemical Engineering" Gründung der "Deutschen Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen" DECHEMA (M. Ruchner) Aus den Daten geht eindeutig hervor, daß trotz fundamentaler Arbeiten in Europa die Institutionalisierung einschließlich aller reproduktiven Elemente in den USA zuerst erfolgt. Die Ursachen für die Verspätung Deutschlands können wie folgt zusainmengefaßt werden:

26

1.

K. Krug Bis iim die Jahrhundertwende genügte das Konzept der "Chemischen Techno-

logie". 2. Die Erfolge der deutschen chemischen Industrie gaben keinerlei Veranlassung zur Konzeptänderung. Die Konzerne pflegten die Zusammenarbeit zwischen Chemiker und Ingenieur und hielten die Hochschulen zur verstärkten Grundlagenausbildung an. 3. Der chemische Apparatebau jener Zeit war ein Stiefkind des Maschinenbaus, so daß 2.B. die Ergebnisse von Hausbrand auch fiir den wissenschaftlichen Maschinenbau weitgehend unbeachtet blieben. In den chemischen Werken entstand ein eigener Maschinenbau. Darüber hinaus wurden die verfahrenstechnischen Erkenntnisse vielfach geheimgehalten, und für die Hochschulen mit ihren bescheidenen Mitteln fehlte jegliche Anregung, das Gebiet zu etablieren. 4. Die Blüte der physikalischen Chemie in Deutschland mit dem "Weltzentrum" um Ostwald in Leipzig schuf wesentliche Grundlagen der Verfahrenstechnik und kam hinsichtlich der Ausbildung der chemischen Großindustrie entgegen (C. Bosch, Mittasch, Pier, Bergius u.a. entstammen dieser Schule). Dadurch wurde das Konzept der Grundoperationen ersetzt. 5. Die in Deutschland verbreitete neuhumanistische Auffassung von der (nicht praktizierten) zweckfreien Wissenschaft Humboldtscher Prägung verhinderte nicht nur der1 Zugang technischer Disziplinen zu den Universitäten, sondern ließ auch das Wissenschaftsprofil des "Chemieingenieurs" als "unrein" erscheinen. Diese Meinung begann sich erst Anfang der 30er Jahre zu ändern, als die kommerziellen Erfolge der amerikanischen chemischen Industrie unübersehbar waren. Trotz der vorhandenen verfahrenstechnischen Erkenntnisse und trotz der Einsichten blieben manche Vorhaben bis nach dem zweiten Weltkrieg nur Pläne. Allerdings glichen sich die Inhalte der Konzepte des Chernical Engineering und der Verfahrenstechnik ab den 1950er Jahren an.

Die Ent\vicklung der Verfahrenstechnik zur Wissenschaft

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1. Ich hoffe es ist verdeutlicht worden, daß die Einordnung des Chemieingenieur-

wesens in die Wissenschafts- und Geistesgeschichte stets einen technologischen I-Tintergnind hatte. 2. Es hat sich gezeigt, wie Traditionen auch einen hemmenden Einfliiß ausüben können und dadurch geographische Muster der Entwicklung bzw. Verlagerungen von Zentren entstehen.

3. Der betrachtete Zeitraum endet mit der gesamtdeutschen Entwicklung bis zum 2. Weltkrieg. Nunmehr ist wieder eine gemeinsame Entwicklung in Deutschland möglich geworden. Man darf auf die Sichtweisen und Bilanzen, die sich aus der getrennten Entwicklung ergeben haben und daraus auf mögliche Ansätze für die Zukunft sehr gespannt sein!

Literatur [ I ] Krug, K.: Die Ent\~icklungsgeschichteder Verfahrenstechnik von den Quellen bis zur ihrer Emaiizipation, Dissertation B. T U Dresden 1983, S. 5. [2]

Libavius, A.: Die Alchemie des Andreas Libavius. Ein Lehrbuch der Chemie aus dem Jahre 1597, Verlag Chemie GmbH, WeinheimfBergstraße 1964, S. XIV.

[3]

Partington, J.: A. History of Chemistry, Vol. 2. Verlag Mac Millan & Co. Ltd., London, und St. Martins Press, New York 1961, S. 247.

[4]

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[5] Exner, W.F.: J. Beckmann. Begründer der technologischen Wissenschaften; Verlag C. Gerold's Sohn; Wien 1878, S. 49. [6] Karmarsch. K.: Geschichte der Technologie seit der Mitte des 18. Jahrhunderts, Verlag R. 01denbourg, München 1872. S. 866. [7] Kisch E.E.: Gesammelte Werke, Marktplatz der Sensationen, Entdeckungen in Mexiko, Aufbau-Verlag, Berlin und Weimar 1979, S. 516.

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28

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