Miha Košir
HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI
MODIFIKACIJAH VGRADNIH POLNIL V
ABSORPCIJSKI KOLONI
Diplomska naloga
Maribor, marec 2013
HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI
MODIFIKACIJAH VGRADNIH POLNIL V
ABSORPCIJSKI KOLONI
Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa
Študent: Miha Košir
Študijski program: univerzitetni, Kemijska tehnologija
Predvideni strokovni naslov: dipl. inž. kem. tehnol. (UN)
Mentor: red. prof. dr. Željko Knez
Komentor: red. prof. dr. Mojca Škerget
Mentor v tujini: Dipl.-Ing. (FH) Manuela Kopatschek
Prof. Dr.-Ing. Marcus Grünewald
Maribor, marec 2013
IZJAVA
Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal/a sam/a, prispevki drugih so posebej
označeni. Pregledal/a sem literaturo s področja diplomskega dela po naslednjih
geslih:
Vir: WILEY ONLINE LIBRARY (onlinelibrary.wiley.com)
Gesla: Število referenc
absorption, fluidverfahrenstechnik 61
füllkörper 156
Modell HTU/NTU 87
Skupno število pregledanih člankov: 5 Skupno število pregledanih knjig: 10
Maribor, marec 2013 Miha Košir
__________________
podpis študenta(ke)
Zahvala
Zahvaljujem se mentorju na Ruhr Universität
Bochum Prof. Dr.-Ing. Marcus Grünewaldu za
možnost opravljanja diplomske naloge.
Iskrena zahvala Dipl.-Ing. (FH) Manueli Kopatschek
za vso potrebno podporo pri delu in vso strokovno
pomoč. Najlepša hvala za ves trud, prijaznost in
potrpežljivost.
Zahvaljujem se mentorju na Fakulteti za kemijo in
kemijsko tehnologijo Maribor red. prof. dr. Željku
Knezu za sodelovanje in pomoč. Prav tako se
zahvaljujem somentorici red. prof. dr. Mojci Škerget
za pregled in popravke.
Največja zahvala gre dragi mami Saši in očetu
Jožetu, ki sta mi študij omogočila, za njuno skrb in
potrpežljivost, da mi stala ob strani ter me podpirala
pri odločitvah skozi študij. Zahvala tudi dragi sestri
Maši za vso motivacijo, skrb, podpiranje in bodrenje.
Predvsem hvala dragi mami za pravilno in pozitivno
usmerjanje skozi celotno obdobje šolanja.
Zahvala bližnjim sorodnikom za podporo in
vzpodbudo v času študija.
Zahvaljujem se vsem prijateljem, ki so mi stali ob
strani, za dano pozitivo in skupno veselje.
HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI
MODIFIKACIJAH VGRADNIH POLNIL V ABSORPCIJSKI
KOLONI
Povzetek
Namen absorpcije je ločitev komponent iz zmesi plinov.
V industriji se pri procesu absorpcije v kolonah uporabljajo polnila, strukturirana polnila
ali podlage. To povečuje pretok snovi in skrbi za boljše mešanje plinaste in tekoče
faze.
Med absorpcijo homogene mešanice plinov lahko nastane več različnih komponent.
Komponenta med fazo absorbiranja in sproščanja se imenuje absorptiv, pri prehajanju
iz nevezanega stanja v vezano stanje pa govorimo o absorptu. Tekočo pomožno snov
(topilo) imenujemo absorbent. Absorbent lahko odstrani absorptivno snov iz plina in jo
veže nase. Tekoča faza absorbenta in absorpta se imenuje absorbat.
Gre za ravnotežje plin – kapljevina. Količina plina se v absorpcijski koloni med
procesom absorpcije zmanjšuje, zaradi absorpcije v kapljevini.
Absorpcija je izrazito enosmerni snovni proces. Gre za enosmerno difuzijo snovi iz ene
faze (plin) v drugo (kapljevina) fazo. Pri tem gre za enakomerno porazdelitev in
mešanje atomov, molekul ali nosilcev nabojev. Iz tekoče faze pri tem v fazo plina ne
prehaja noben delec, iz faze plina pa snov skozi mejno fazo prehaja v kapljevino.
Pri absorpciji se najpogosteje uporablja dvofilmska teorija. Ta poskuša predstaviti
postopke snovne izmenjave v povezavi s primernim modelom, v katerem celoten
razpoložljiv upor nadomesti difuzijske upore mejnih plasti, ki se nanašajo na mejno
površino. Tako se pri absorpciji med dvema fazama na mejno površino vedno vežeta
laminarni mejni plasti debeline δ1 in δ2. Pri snovnem transportu prehaja plin z
molekularno difuzijo znotraj ene mejne plasti.
Dve pomembni področji za načrtovanje absorpcijskih kolon pri absorpciji sta termično
ločevanje in dinamika tekočin. Pri tem so pomembni naslednji parametri :
- najvišji pretok;
- padec tlaka;
- zadrževanje (ang. Hold-up)
Za izračunavanje padca tlaka so potrebni naslednji parametri:
- gostota in viskoznost kapljevine;
- meritve polnila;
- stopnja prostega volumna
Koncentracija plina je izražena s F-faktorjem in je količina, ki je določena z
ugotavljanjem premera in pri rekonstrukcijah moči kolone. Izračuna se kot produkt
hitrosti plina s korenom gostote plina.
F-faktor in hkrati tudi koncentracija plina sta toliko višja, kolikor večja količina plina se
dovaja v kolono. S količino plina se povečuje tudi hitrost plina. Padec tlaka se veča s
koncentracijo plina v nasutem polnilu ali strukturiranem polnilu. Z naraščajočo
koncentracijo kapljevin je lahko še večji, saj s tem istočasno narašča tudi Hold-up. Pri
manjši prosti površini premera, ki jo ima na razpolago tok pare, se povečata hitrost
plina in padec tlaka. Zato koncentracije plina in kapljevine vplivajo na padec tlaka v
koloni. Hidravlična lastnost polnila je predpostavljena na celotnem področju
obremenitve. Pri hidravliki je pomembna hitrost plina na ''poplavni točki'' uv, Fl.
Model HTU/NTU - višina prenosne enote (HTU – Height of one Transfer Unit) in število
prenosnih enot (NTU – Number of Transfer Units) se uporablja za izračun absorpcije v
kolonah s polnili, strukturiranimi polnili in v razpršilnih kolonah. Faze prehajanja snovi
so med seboj vedno v stiku. Komponenta (plin) se prenaša samo iz ene faze v drugo,
pri čemer se spreminjajo tudi celotni tokovi plina in tekočine.
Pri kolonah s polnilom nastopata dva različna mehanizma za ''poplavljanje'' glede na
koncentracijo kapljevine, model polnila in velikost polnila. Ta dva mehanizma sta:
''poplavljanje'' pri visokih faznih pretokih in polnilom z veliko površino s fazno
inverzijo, ki je v koloni napolnjeno s kapljevino;
''poplavljanje'' pri majhnih faznih pretokih λ0 zaradi nalaganja kapljic kapljevine
skozi plin.
Naprave za snovni transport se lahko delijo na:
kolone s polnili
kolone s strukturiranimi polnili
Polnilo je lahko iz različnih materialov: kovine, umetne mase, porcelana, stekla ali
keramike.
Polnila čez celotno površino imajo bistveno manjše območje obremenitve kot moderna
mrežasta polnila.
Podjetje Raschig Jaeger posebej za Katedro za fluidno tehniko na Univerzi v Bochumu
izdeluje Raschig Super Ringe, ki se uporabljajo pri testiranju hidrodinamike in snovne
izmenjave. Uporabljajo jih za različne vgradnje polnil pri preizkusih hidrodinamike in
snovne izmenjave.
Slika 1: Rashig Super Ringe
Polnila so lahko zapletene mrežaste strukture, ki imajo pri minimalnem padcu tlaka
zelo veliko površino in s tem veliko sposobnost snovnega transporta. Pri absorpciji so
vedno bolj pomembna moderna in neurejena nasutja mrežastih polnil v koloni. Ta
polnila nimajo samo izredno majhnih padcev tlaka in visoke obremenljivosti, omogočajo
tudi zelo majhno prostornino konstrukcije in s tem nizke obratovalne stroške, kar je pri
absorpciji vedno večjega pomena.
Različne strukture mrežastih polnil še zdaleč niso optimalne in stalno se razvijajo nova
polnila. Kot alternativo so v ta namen razvili tako imenovana ‘‘akumulacijska strukturna
polnila‘‘(nem. Anstafüllkörperschichtung), ki se zaradi različnih specifičnih površin polnil
določena območja ‘‘poplavijo‘‘. S takim povečanjem zadrževalnega časa se doseže
večji snovni transport kot pri običajnih strukturiranih polnilih. Z nalaganjem plasti
polnilnih snovi različnih velikosti je mogoča enaka zgradba kot pri ‘‘akumuliranih
strukturiranih polnilih‘‘. Istočasno pa se obdržijo prednosti nasutih polnil, kot sta
fleksibilnost in preprostejša ter cenejša izvedba. ‘‘Akumulirna kolona‘‘ (nem.
Anstaukolonne) potrebuje za intenzivno snovno izmenjavo in hidrodinamiko dvofazni
tok.
Ogrodje postavijo proizvajalci. Sestavljeno je iz štirih vložkov. V vsakem predelku je 50
mm debela plast polnil RSR #0,1 in 170 mm debela plast polnil RSR #2. Ti vložki so
položeni vzporedno eden na drugega. Sestavljeni so iz treh odtočnih jaškov, ki imajo
na koncu odtočno skodelo in so spojeni z distančniki. Med posameznimi plastmi je
vgrajena mreža. Pri ‘‘akumuilirni koloni‘‘ tvori prva plast s tako konstrukcijo
akumulacijsko območje za tekočo fazo.
Pri ''akumulaciji plasti'' (nem. Anstauschichtung) gre za kombinacijo polnil ali
strukturiranih polnil z različnimi specifičnimi površinami, ki so vgrajeni eden nad drugim,
pri čemer so deli kolone načrtno ''poplavljeni''. Tako v določenem območju obremenitve
(t. i. delovnim območjem kolone) nastane plast mehurčkov, s čimer se zadrževalni čas
poveča, doseže pa se večje mešanje faz v plasti mehurčkov. To je lahko ugodno za
različne kemične reakcije ali katalize. Zaradi svojih hidrodinamičnih lastnosti plasti le-te
spadajo med vgradne elemente za frakcionirne kolone, tako kot strukturirana polnila in
podlage, oz. imajo funkcijo veznega člena.
Ne glede na to, ali gre pri tem za optimizacijo obstoječe instalacije ali za novogradnjo,
bodoča uporaba akumulacij v industriji zahteva izračun hidrodinamičnih lastnosti. V
okviru tega dela mora biti ustvarjena podlaga za hidrodinamiko in ''akumulacijo plasti
polnil''.
Pri sestavljanju kolone s polnilom je pomembna uporaba mreže. Kakšno mrežo je treba
vgraditi v kolono, je odvisno od velikosti polnila.
Hidravlika - standardna preverjanja absorpcije v nasutih polnilih, ‘‘akumuliranih polnilih
in strukturiranih polnil‘‘ se izvajajo s hidrodinamičnimi meritvami za sistem voda-zrak.
Služijo za označevanje specifičnega padca tlaka in specifičnega Hold-upa v odvisnosti
od obremeniteve s plini in kapljevinami.
Absorpcija amonijaka - za standardna testiranja snovne izmenjave za sistem amonijak-
zrak/voda pri nasutih polnilih, ‘‘akumuliranih plasti polnil‘‘ in strukturiranih polnilih je
značilna ustrezna snovna izmenjava. Preverja se koncentracija NH3 v kapljevini na dnu
in na vrhu kolone
V okviru te diplomske naloge so bile izvedene raziskave v zvezi s hidrodinamiko in
snovnim transportom v nasutem polnilu in plasteh ''akumuliranega polnila''. Rezultati
teh raziskav so predstavljeni v 4. poglavju in obravnavani v naslednjih poglavjih.
Z naraščanjem koncentracije kapljevine v nasutem polnilu prihaja do vedno večjega
padca tlaka in Hold-upa oz. meje zajezitve in s tem meje ''poplavljanja'' pri nižjih
koncentracijah plina. S povečanjem koncentracije kapljevine se izboljša snovna
izmenjava, prav tako tudi z večjo površino nasutja.
Pri tem delu se je pri vseh meritvah nasutih polnil (RSR #0,1 in mešanici iz RSR #0,1 in
RSR #2) in plasteh ''akumuliranih polnil'' (iz RSR #0,1 in RSR #2 z in brez ogrodne
konstrukcije) pokazalo, da se pri visoki koncentraciji kapljevine povečuje padec tlaka in
Hold-upa in da je prej dosežena meja zajezitve.
Na splošno se snovni transport povečuje s povečano koncentracijo kapljevine. Večja
kot je specifična površina plasti pri ''akumuliranih polnilih'', toliko večji je padec tlaka. Iz
raziskav, ki so bile izvedene v okviru tega dela, lahko izhaja, da bi lahko bila uporaba
''akumuliranih polnil'' v primerjavi z ''akumuliranimi strukturiranimi polnili'' ali talnimi
kolonami zaradi manjših padcev tlaka, visokega Hold-upa in boljše snovne izmenjave
uporabna v industriji.
Za napovedovanje značilnosti je bil uporabljen model, ki služi za opisovanje poteka
''akumulacije polnil''. Ta model ima nastavek, ki se uporablja za določanje padca tlaka,
Hold-upa in snovnega transporta nasutih polnil in ''akumuliranih polnil''. Višina plasti z
mehurčki ni enaka v vseh oddelkih, ker se plinska faza dodaja od spodaj, kapljevinska
pa od zgoraj. Temu se da izogniti samo tako, da prihodnje plasti ''akumuliranih polnil''
vsebujejo več kot štiri oddelke.
Poleg tega bi bilo zanimivo opazovati, kako se nasuta polnila in plasti ''akumuliranih
polnil'' obnašajo pri drugi kapljevini. Nadaljnje meritve z manjšimi ali večjimi velikostmi
polnil bi rezultate še oplemenitile. Poleg tega bi lahko v kolono vgradili drug delilnik
kapljevin z bolj fino porazdelitvijo kapljevine in raziskali njegov vpliv.
Za izboljšanje vizualnih opazovanj med meritvami koncentracij plina na zajezni točki,
''poplavni točki'' in na višini plasti mehurčkov pri določeni koncentraciji kapljevine, bi
lahko opazovanje med meritvami zabeležila videokamera z visoko ločljivostjo.
V prihodnosti je treba za uporabo polnil v industriji razvijati nove variante in raziskati
hidrodinamiko ter snovno izmenjavo. Cilj industrije je določanje optimalnih višin za
vgrajevanje nasutij in plasti, s katerimi bi dosegli minimalen padec tlaka, Hold-up in kar
najboljšo snovno izmenjavo. V svetu so stroški vgradnje in raziskave pomemben
dejavnik. Težnja v svetu so čim nižji stroški in učinkovitejši vgradni elementi.
Ključne besede: absorpcija, polnilo, dvofilmska teorija, Model HTU/NTU,
akumulacijska strukturna polnila
UDK: 537.533.75(043.2)
UNTERSUCHUNGEN ZUR HYDRODYNAMIK UND ZUM
STOFFTRANSPORT BEI MODIFIKATION DES AUFBAUS
EINER ANSTAUFÜLLKÖRPERSCHICHTUNG
Zusammenfassung
Absorption ist die Aufnahme und Auslösung von Gasen oder Dämpfen in Flüssigkeiten.
Bei verfahrenstechnische Prozess der Absorption kommen in der Industrie Einbauten wie
Schüttungen von Füllkörpern, strukturierte Packungen oder Böden in den Kolonnen zum
Einsatz. Diese steigern das Stoffaustauschvermögen, indem sie für eine Verbesserung
der Vermischung von der Gas- und Flüssigphase sorgen.
Wenn ein homogenes Gasgemisch absorbiert wird, können mehrere Komponenten
unterschieden werden. Die zwischen Aufnehmer- und Abgeberphase unterscheidende
Komponente wird Absorptiv genannt, beim Übergang von einem nicht gebundenen
Zustand in den gebundenen Zustand spricht man von Absorpt. Den aufnehmenden
flüssigen Hilfsstoff (auch Absorptionsmittel genannt) bezeichnet man als Absorbens. Das
Absorbens kann ein Absorptiv aus dem Gas entfernen und in sich anreichern. Die flüssige
Aufnahmephase von Absorbens und Absorpt wird Absorbat genannt. Dieser Prozess ist
ein Verfahrensprinzip. Es geht um ein physikalisch-chemisches Trennverfahren.
Die Menge von Gas und Flüssigkeit stellt sich immer auf ein Gleichgewicht ein. Die
Menge des Gases wird in der Absorptionskolonne durch den Prozess der Absorption von
selbst reduziert, da die Flüssigkeitsmenge entsprechend dem gelösten Absorptiv
absorbiert wird.
Bei Absorption spricht man von einer einseitigen Diffusion, wenn ein Stoff (Absorptiv) in
ungleichmäßigem Ausmaß von einer Gasphase in eine andere Phase (Flüssigkeitphase)
diffundiert (d.h. sich vermischt). Es handelt sich dabei um eine gleichmäßige Verteilung
und Durchmischung von Atomen, Molekülen oder Ladungsträgern. Von der
Flüssigkeitsphase wird dabei keines der Teilchen in die Gasphase diffundiert, aber von
der Gasphase diffundiert der Stoff über die Phasengrenze in die Flüssigkeit.
Bei Absorption wird die Zweifilmtheorie am häufigsten verwendet. Sie versucht, die
Stoffaustauschvorgänge mit Bezug auf ein angezeigtes Modell darzustellen, in welchem
der gesamte verfügbare Widerstand durch die Diffusionswiderstände der Grenzschichten,
bezogen auf die Phasengrenzfläche, ersetzt wird.
Die Zweifilmtheorie basiert auf der Vorstellung, dass sich bei der Absorption zwischen
zwei Phasen an die Phasengrenzfläche immer eine laminare Grenzschicht der Dicke δ1
und δ2 anbindet. Beim Stofftransport diffundiert das Gas innerhalb einer Grenzschicht
durch molekulare Diffusion.
Die thermische Trennwirkung und die Fluiddynamik sind zwei wichtige Teilgebiete für
Kolonnen. Es sind dabei verschiedene Größen relevant:
- Der höchste Durchsatz und das minimale Teillastverhalten
- Die Vermessung der Einbauten in Abstimmung auf die im Vorfeld genannten Aufgaben
- Der Druckverlust
Die Gasbelastung wird ausgedrückt durch den F-Faktor und ist eine Größe, die sich durch
die Festlegung des Durchmessers und bei Umrüstungen über die Leistung einer Kolonne
bestimmt. Sie berechnet sich als Produkt der Gasgeschwindigkeit im Leerrohr multipliziert
mit der Wurzel der Gasdichte.
Der F-Faktor und damit die Gasbelastung ist umso höher, je mehr Gasmenge in der
Kolonne geführt wird. Mit der Gasmenge steigt auch die Gasgeschwindigkeit. Der
Druckverlust steigt innerhalb der Füllkörperschüttung oder Packung mit der Gasbelastung.
Er kann mit steigender Flüssigkeitsbelastung noch höher sein, weil dadurch auch
gleichzeitig der Flüssigkeitsinhalt (Holdup) steigt. Bei einer kleineren dem Dampfstrom zur
Verfügung stehenden freien Querschnittsfläche erhöhen sich die Gasgeschwindigkeit und
der Druckabfall. Wegen solcher Einflüsse haben die Flüssigkeits- und Gasbelastungen
eine Auswirkung auf den Druckverlust in der Kolonne. Eine hydraulische Charakteristik
des Füllkörpers wird im gesamten Belastungsgebiet vorausgesetzt. Bedeutungsvoll bei
dieser Hydraulik ist die Gasgeschwindigkeit am Flutpunkt uv,Fl.
HTU/NTU Modell - (die Höhe der Übertragungseinheit (HTU - Height of one Transfer Unit)
und die Anzahl der Übertragungseinheiten (NTU – Number of Transfer Units)) wird zur
Berechnung der Absorption in Füllkörper-, Packungs- und Sprühkolonnen angewendet.
Bei Absorptionskolonnen geht es, wie bereits dargestellt, um einen einseitigen
Stofftransport. Die stoffaustauschenden Phasen stehen permanent miteinander in
Kontakt. Die Komponente 1 (Gas) wird nur von einer Phase in die andere transportiert,
wobei sich auch die Gesamtströme von Gas und Flüssigkeit ändern.
In Füllkörperkolonnen treten zwei verschiedene Flutmechanismen in Hinsicht auf
Flüssigkeitsbelastung, Füllkörpermodell und Füllgröße auf. Diese zwei Mechanismen sind:
Fluten bei großen Phasendurchsatzverhältnissen und einem großflächigen
Füllkörper mit Phaseninversion, die in der Kolonne mit Flüssigkeit gefüllt sind.
Fluten bei kleinen Phasendurchsatzverhältnissen λ0 aufgrund des
Mittransportierens von Flüssigkeitstropfen durch das Gas.
Für die Berechnung des Druckverlustes es ist erforderlich, weitere Größen zu kennen:
- Dichte und Zähigkeit des Fluids
- Die Abmessungen der Füllkörper
- Der Lückengrad der Schüttung
Stoffaustauschapparate, können eingeteilt werden in:
Füllkörperkolonnen
Packungskolonnen
Die Füllkörper kann man aus unterschiedlichen Werkstoffen herstellen: Metall, Kunststoff,
Porzellan, Glas oder Keramik.
Vollflächige Füllkörper haben einen deutlich kleineren Belastungsbereich als moderne
Gitter-Füllkörper.
Die Raschig-Super-Ringe, die bei der Untersuchung der Hydrodynamik und des
Stoffaustausches verwendet werden, wurden von der Firma Raschig Jaeger für den
Lehrstuhl Fluidverfahrenstechnik an der Ruhr Universität Bochum speziell hergestellt. Es
wurden für verschiedene Füllkörpereinbauten in durchgeführten Untersuchungen die
Hydrodynamik und der Stoffaustausch ermittelt.
Slika 1: Rashig Super Ringe[16]
Die Füllkörpern weisen komplizierte Gitterstrukturen auf, welche bei minimalem
Druckverlust eine sehr große Oberfläche und damit ein sehr großes
Stoffaustauschvermögen besitzen, wobei immer weniger Material zur Herstellung benötigt
wird.
Moderne, regellose Schüttungen von Füllkörpern mit gitterartigen Strukturen wird damit
bedeutsam. Diese Füllkörper sind nicht nur durch extrem kleine Druckverluste und hohe
Belastbarkeit gekennzeichnet, sie ermöglichen auch ein geringes Bauvolumen und damit
niedrige Betriebskosten, die zunehmend wichtige Anforderungen im Bereich der
Absorption sind.
Je stärker eine Kolonne belastet wird oder je größer die Flutpunktgeschwindigkeit uv ist,
umso kleiner ist der notwendige Kolonnenquerschnitt und damit der
Kolonnendurchmesser ds.
Die Variationsmöglichkeiten der Struktur der Gitterfüllkörper sind noch lange nicht
ausgeschöpft und es werden kontinuierlich neue Füllkörper entwickelt.
Als Alternative hierzu wurden sogenannte Anstaupackungen entwickelt, die aufgrund ihrer
unterschiedlichen spezifischen Oberflächen gezielt Teilbereiche der Kolonne zum Fluten
bringt. Durch diese Erhöhung der Verweilzeit wird ein höheres Stofftransportvermögen als
bei herkömmlichen Packungen erreicht. Durch eine übereinander Schichtung von
unterschiedlichen Füllkörpergrößen ist ein vergleichbarer Aufbau wie bei den
Anstaupackungen möglich. Gleichzeitig bleiben jedoch die Vorteile von
Füllkörperschüttungen, wie Flexibilität und einfachere und somit kostengünstigere
Fertigung, erhalten. Eine Anstaukolonne benötigt für einen intensiven Stoffaustausch und
die Hydrodynamik zwei im Gegenstrom strömende Phasen.
Die Gerüstkonstruktion war von den Herstellern gestellt. Ein Gerüst war aus vier
übereinander geordneten Anstaueinsätzen gebildet. Jede Sektion bestand aus einer
Schicht von schüttfähigen Füllkörpern RSR #0,1 der Höhe 50 mm und einer zweiten
Schicht von schüttfähigen Füllkörpern #2 der Höhe 170 mm. Die Anstaueinsätze waren
parallel zueinander angeordnet. Sie bestanden aus drei Ablaufschächten, die am Ende
von einer Ablauftasse umgeben waren und durch Distanzhälter miteinander verbunden
wurden. Zwischen allen Schichten wurde unterhalb und oberhalb ein Gitter eingebaut. Die
erste Schicht bildet bei der Anstaukolonne mit einer solchen Gerüstkonstruktion einen
Anstaubereich, bei dem die flüssige Phase angestaut wird.
Bei einer Anstauschichtung handelt es sich um eine Kombination von Packungen oder
Füllkörpern mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen, die übereinander verbaut
werden, wodurch gezielt Teilbereiche der Kolonne zum Fluten gebracht werden.
Infolgedessen bildet sich in einem bestimmten Belastungsbe-reich (dem s.g.
Arbeitsbereich einer Kolonne) eine für die Anstauschichtung charakte-ristische
Sprudelschicht aus. Mit diesem Aufbau wird die Verweilzeit in der Kolonne erhöht sowie
eine höhere Vermischung der Phasen in der Sprudelschicht erreicht. Dies kann bei
verschiedenen Prozessen wie der chemischen Reaktion oder in der Katalyse von Vorteil
sein. Auf Grund der hydrodynamischen Ei-genschaften von Anstauschichten sind diese
zwischen den konventionellen Kolonnen-einbauten wie Füllkörper sowie Packungen und
den Böden einzuordnen bzw. als Bindeglied anzusehen.
Die zukünftige Anwendung von Anstauschichten in der Industrie macht es erforderlich,
unabhängig davon, ob es sich dabei um die Optimierung einer bestehenden Anlage oder
um einen Neubau handelt, die hydrodynamischen Eigenschaften zu berechnen. Dafür soll
in Rahmen dieser Arbeit eine Grundlage für die Hydrodynamik von
Anstaufüllkörperschichtungen geschaffen werden.
Zum Einbau der Füllkörperkolonne es ist wichtig, Gitter zu benutzen. Welches Gitter in die
Kolonne einzubauen ist, hängt von der Größe der Füllkörper ab.
Hydraulik - die Standarduntersuchungen der Absorption an Füllkörperschüttungen,
Anstaufüllkörperschichtungen und Packungen werden mit hydrodynamischen Messungen
für das System Wasser - Luft durchgeführt. Sie dienen der Charakterisierung des
spezifischen Druckverlustes und des spezifischen Hold-up in Abhängigkeit von der
Gasbelastung und Flüssigkeitsbelastung.
NH3-Absorption – die Standarduntersuchungen zur Absorption des Stoffaustausches für
das System Ammoniak-Luft/Wasser an Füllkörperschüttungen,
Anstaufüllkörperschichtungen und Packungen sind durch entsprechenden Stoffaustausch
charakterisiert. Vor der Untersuchung musste das Ammoniakkonzentrations-Messgerät
für ca. eineinhalb Stunden vorgewärmt werden. Untersucht wurde die Konzentration des
NH3 in der Flüssigphase im Sumpf und am Kopf der Kolonne.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Untersuchungen zur Hydrodynamik und zum
Stoffaustausch einer Füllkörperschüttung und Anstaufüllkörperschichtungen durchgeführt.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in dem Kapitel 4 dargestellt und im darauf
folgenden Kapitel diskutiert worden.
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung in einer Füllkörperschüttng wird die Steigung des
Druckverlustes und des Hold-ups bzw. die Staugrenze und somit die Flutgrenze bei
kleineren Gasbelastungen erreicht. Mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung verbessert
sich den Stofftausch und ebenfalls mit größerer Oberfläche der Schüttung.
Es hat sich in dieser Arbeit bei allen gemessenen Füllkörperschüttungen ( RSR #0,1 und
eine Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ) und der Anstaufüllkörperschichtungen (aus
RSR #0,1 und RSR #2 ohne und mit Gerüstkonstruktion) erwiesen, dass mit höherer
Flüssigkeitsbelastung der Druckverlust und der Hold-up steigt und die Staupunktgrenze
früher erreicht wird.
Allgemein steigt der Stoffaustausch mit höherer Flüssigkeitbelastung. Je größer die spez.
Oberfläche pro Schicht der Anstaufüllkörperschichtung ist, desto größer ist der
Druckverlust. Aus den Untersuchungen, die in im Rahmen dieser Arbeit gemacht wurden,
kann abgleitet werden, dass die Anwendung der Anstaufüllkörperschichtung wichtig für
Benutzbarkeit in Industrie werden könnte, wegen geringerer Druckverluste, höherem
Hold-up und besserem Stoffaustausch im Vergleich zu Anstaupackungen oder
Bodenkolonnen.
Für die Vorhersage der Charakteristik wurde ein Modell verwendet, welches zur
Beschreibung des Verlaufes der Anstaufüllkörperschichtung dient. Bei dem Modell
handelt es sich um die einen anwendbaren Ansatz zur Bestimmung des Druckverlustes,
des Hold-ups und des Stoffaustausches von Füllkörperschüttungen und
Anstaufüllkörperschichtungen. Die Sprudelschichthöhe ist nicht in jeder Sektion gleich, da
die Gasphase von unten und die Flüssigkeitphase von oben zugeführt wird. Dies kann
nur behoben werden, wenn zukünftige Anstaufüllkörperschichtungen mehr als vier
Sektionen besitzen.
Außerdem wäre es interessant zu beobachten, wie sich die Füllkörperschüttungen und
Anstaufüllkörperschichtungen bei einer anderen Flüssigkeit verhalten. Einige weitere
Messungen mit kleineren oder größeren Füllkörpern wurden die Ergebnisse weiter
bestätigen. Es könnte außerdem ein anderer Flüssigkeitverteiler mit einer feineren
Verteilung der Flüssigkeit eingbaut werden in die Kolonne, um diesen Einfluss zu
untersuchen.
Um die visuellen Beobachtungen während der Messungen zur Ermitlung der
Gasbelastung am Staupunkt, des Flutpunktes und der Höhe der Sprudelschicht bei
jeweiliger Flüssigkeitbelastung zu verbessern, könnte eine Vidokamera mit hoher
Auflösung während der Messungen die Beobachtung aufzeichenen.
Für eine zukünftige Anwendung von Füllkörpereinbauten in der Industrie ist es
erforderlich, weitere Aufbauvarianten zu entwickeln und die Hydrodynamik und den
Stoffaustausch zu untersuchen. Ziel für die Industrie ist es optimale Höhenverhältnisse für
Schüttungen und Schichten festzusetzten um einen geringeren Druckverlust, Hold-up und
wie größtmöglichen Stoffaustausch zu bekommen. Ein weltweit wichtiger Faktor sind die
Kosten des Einbaus und der Untersuchungen. Je kleiner die Kosten und je wirksamer die
Einbauten, desto früher werden solche Einbauten verwendet.
Schlüsselwörter: Absorption, Füllkörper, die Zweifilmtheorie, Modell HTU/NTU,
Anstaufüllkörperschichtung
UDK: 537.533.75(043.2)
Fakultät Maschinenbau
Institut für Thermo- und Fluiddynamik
Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik
Diplomarbeit
Untersuchungen zur Hydrodynamik und zum
Stofftransport bei Modifikation des Aufbaus einer
Anstaufüllkörperschichtung
Betreuer: Dipl.-Ing. (FH) Manuela Kopatschek
Prof. Dr.-Ing. Marcus Grünewald
vorgelegt von: Miha Košir
Bochum, den 21.12.2012
Aufgabenstellung zur Diplomarbeit (Diplom MB
4M)
„Untersuchungen zur Hydrodynamik und zum Stofftransport bei
Modifikation des Aufbaus einer Anstaufüllkörperschichtung“
In der Industrie werden für Stofftrennprozesse zwischen einer Flüssigkeit und einer
Gasphase häufig Absorptionskolonnen eingesetzt. Als Kolonneneinbauten dienen i.d.R.
eine regellose Schüttung einer bestimmten Füllkörpersorte oder übereinander gestapelte,
gleichmäßig strukturierte, Packungselemente.
Als Alternative dazu wurden Kolonneneinbauten nach dem Anstauprinzip entwickelt.
Diese weisen Bereiche unterschiedlicher spez. Oberfläche auf, wodurch gezielt
Teilbereiche zum fluten gebracht werden. Diese Erhöhung der Verweilzeit begünstigt
einen hohen Stofftransport.
Bisherige Untersuchungen zur Hydrodynamik und zum Stofftransport wurden mit
Anstaufüllkörperschichtungen bestehend aus Raschig-Super-Ringen 0,3# als
Anstauschicht und Raschig-Super-Ringen 2# als Abscheideschicht durchgeführt.
Ziel der Arbeit
Im Rahmen dieser Arbeit sollen experimentelle Untersuchungen zur Hydrodynamik und
zum Stofftransport einer Anstaufüllkörperschichtung durchgeführt werden, wobei der
Aufbau modifiziert werden soll.
(1) Einarbeitungsphase (ca. 1 Monat)
Vor Beginn der experimentellen Untersuchungen sollen die Grundlagen über den Einsatz
und die Funktionsweise von Absorptionskolonnen studiert werden. Der Schwerpunkt der
Literaturrecherche sollte dabei auf dem Aufbau der Versuchsanlage und der
Durchführung der Experimente liegen. Es ist die Versuchsanlage umzurüsten, ein
Versuchsplan zu erstellen und die Auswertung vorzubereiten.
(2) Experimentelle Untersuchungen (ca. 1,5 Monate)
In einer Versuchsanlage mit einem Kolonneninnendurchmesser von di = 0,440 m sollen
experimentelle Untersuchungen zur Hydrodynamik und zum Stofftransport an einer
Anstaufüllkörperschichtung durchgeführt werden. Der Aufbau der
Anstaufüllkörperschichtung soll dabei modifiziert werden soll, indem als Anstauschicht der
Raschig-Super-Ring 0,1# statt 0,3# verwendet wird. Außerdem ist zu untersuchen welche
Eigenschaften eine ideal durchmischte Füllkörperschüttung aus Raschig-Super-Ringen
unterschiedlicher Größen aufweist.
(3) Auswertung und schriftliche Ausarbeitung (ca. 0,5 Monate)
Die Ergebnisse der Arbeit sind auszuwerten und zu interpretieren. Der Einfluss der
Mischung als auch der Füllkörpergröße ist zu interpretieren und zu diskutieren. In einer
schriftlichen Ausarbeitung sind alle Ergebnisse der Arbeit darzustellen, zu diskutieren und
in einem Vortrag (ca. 20 Minuten) zu präsentieren.
Erklärung
Hiermit versichere ich, dass die vorliegende Arbeit von mir selbstständig und ohne
unerlaubte Hilfe angefertigt worden ist, insbesondere, dass ich alle Abbildungen
bzw. Stellen, die wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen
entnommen sind, kenntlich gemacht habe.
_________________________________
Miha Košir
Bochum, den 21.12.2012
Inhalt
1 Einleitung .................................................................................................... 1
2 Theoretische Grundlagen .......................................................................... 3
2.1 Absorption ......................................................................................................... 3
2.2 Bilanz- oder Arbeitslinie ................................................................................... 8
2.3 Diffusion und Stofftransport ........................................................................... 11
2.4 Fluiddynamik .................................................................................................. 16
2.4.1 Hydraulik ............................................................................................. 16
2.4.2 Gasbelastung ....................................................................................... 20
2.4.3 Flutgrenze ............................................................................................ 21
2.4.4 Flüssigkeitsinhalt uL (Hold-up) ........................................................... 22
2.5 Druckverlust .................................................................................................... 24
2.6 HTU/NTU-Modell .......................................................................................... 25
2.7 Entwicklung von Packungskolonnen und Füllkörperkolonnen ...................... 29
2.8 Füllkörperkolonne und Packungskolonne ....................................................... 31
2.9 Theorie der Anstaupackung ............................................................................ 35
3 Versuchsaufbau ....................................................................................... 42
3.1 Versuchsaufbau ............................................................................................... 42
3.2 Aufbau der verschiedenen Einbauten ............................................................. 45
3.2.1 Verwendete Füllkörper ........................................................................ 45
3.2.2 Aufbau der Gitter in der Füllkörperschüttung und
Anstaufüllkörperschichtung ................................................................ 50
3.3 Aufbau der tragenden Gerüstkonstruktion ...................................................... 53
3.4 Versuchsdurchführung .................................................................................... 54
3.4.1 Hydraulik ............................................................................................. 54
3.4.2 NH3-Absorption .................................................................................. 56
4 Diskussion der Versuchsergebnisse ..................................................... 59
4.1 Auswertung des Druckverlustes ...................................................................... 59
4.1.1 Druckverlust der Füllkörperschüttung RSR #0,1 ................................ 59
4.1.2 Druckverlust der Mischung (Füllkörper RSR #0,1 und RSR #2) ....... 62
4.1.3 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 .................................................................. 64
4.1.4 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus
RSR #0,1 und RSR #2 ......................................................................... 66
4.2 Auswertung des Hold-ups ............................................................................... 68
4.2.1 Hold-up der Füllkörperschüttung RSR #0,1 ....................................... 68
4.2.2 Hold-up der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ............................. 70
4.2.3 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus
RSR #0,1 und RSR #2 ......................................................................... 71
4.2.4 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus
RSR #0,1 und RSR #2 ......................................................................... 73
4.3 Ergebnisse zum Stoffaustausch ....................................................................... 75
4.3.1 Stoffaustausch der Füllkörperschüttung RSR #0,1 ............................. 75
4.3.2 Stoffaustausch der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ................... 77
4.3.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 .................................................................. 79
4.3.4 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 .................................................................. 81
5 Interpretation der Ergebnisse ................................................................. 83
5.1 Vergleich unterschiedlicher Füllkörperschüttungen ....................................... 83
5.1.1 Druckverlust der Füllkörperschüttungen ............................................. 83
5.1.2 Hold-up der Füllkörperschüttungen .................................................... 88
5.1.3 Stoffaustausch der Füllkörperschüttungen .......................................... 91
5.1.4 Zusammenfassung ............................................................................... 94
5.2 Vergleich unterschiedlicher Anstaufüllkörper-schichtungen .......................... 95
5.2.1 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen ................................ 95
5.2.2 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtungen ........................................ 99
5.2.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtungen ............................ 103
5.2.4 Zusammenfassung ............................................................................. 106
5.3 Vergleich der Mischung mit der Anstaufüllkörper-schichtung .................... 107
5.3.1 Druckverlust der Mischung im Vergleich zur Anstaufüllkörperschichtung
........................................................................................................... 107
5.3.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur Anstaufüllkörperschichtung110
5.3.3 Stoffaustausch der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung .............................................................. 112
5.3.4 Modellierung ..................................................................................... 115
6 Zusammenfassung ................................................................................ 124
7 Literaturverzeichnis ............................................................................... 126
8 Anhang .................................................................................................... 128
8.1 Messwerte Hydraulik .................................................................................... 128
8.2 Messdaten Stoffaustausch ............................................................................. 132
8.3 Vergleich unterschiedlicher Füllkörperschüttungen ..................................... 137
8.3.1 Druckverlust der Füllkörperschüttung ............................................. 137
8.3.2 Hold-up der Füllkörperschüttung ...................................................... 140
8.3.3 Stoffaustausche der Füllkörperschüttung .......................................... 144
8.4 Vergleich unterschiedlicher Anstaufüllkörperschichtungen ......................... 145
8.4.1 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen ............................. 145
8.4.2 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtungen ...................................... 148
8.4.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtungen ........................... 152
8.5 Vergleich der Mischung mit der Anstaufüllkörperschichtung ...................... 153
8.5.1 Druckverlust der Mischung im Vergleich zur Anstaufüllkörperschichtung
........................................................................................................... 153
8.5.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur Anstaufüllkörperschichtung157
8.5.3 Stoffaustausch der Mischung im Vergleich zur Anstaufüllkörper-
schichtung ......................................................................................... 161
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Absorption und Desorption ......................................................................... 3
Abbildung 2: Haupteinsatzgebiete der Absorption ........................................................... 5
Abbildung 3: Betriebsweisen thermischer Trennverfahren ............................................... 5
Abbildung 4: Stoffmengenanteile und Beladung .............................................................. 7
Abbildung 5: Gleichgewichts-und Bilanzlinie sowie treibendes Konzentrationsgefälle .. 8
Abbildung 6: Stoffübergang und Stoffdurchgang ........................................................... 12
Abbildung 7: Zweifilmtheorie ......................................................................................... 12
Abbildung 8: Druckverlust und Flüssigkeitsinhalt einer berieselten, gasdurchströmten
Raschig-Ring-Schüttung ............................................................................ 17
Abbildung 9: Allgemeine Abhängigkeit des Strömungsdruckverlustes des Gases von der
Gasgeschwindigkeit und der Berieselungsdichte in Füllkörperapparaten . 18
Abbildung 10: Bilanzierung eines differentiellen Volumenelements einer
Gegenstromabsorptionskolonne ................................................................. 25
Abbildung 11: Übersicht über Füllkörperarten ............................................................... 31
Abbildung 12: Übersicht über regelmäßige Packungen .................................................. 31
Abbildung 13: Prinzipieller Aufbau von Packungen ...................................................... 32
Abbildung 14: Aufbau einer Anstaupackung ................................................................. 36
Abbildung 15: Druckverlustkurven der Anstaupackung Montz B1-250/B1-500 für
verschiedene Berieselungsdichten .............................................................. 37
Abbildung 16: Komformität der Druckverluste un der Hold-up-kurve bei der
Anstaupackung Montz B1-250/B1-500 bei einer Berieselunhsdichte von B=
10 m3/(m
2h) ................................................................................................ 38
Abbildung 17: Druckverlust der Anstaupackung B= 10 m3/(m
2h) ................................. 39
Abbildung 18: Schematischer Aufbau einer Anstauschichtung im Betriebsbereich des
Sprudelregimes ........................................................................................... 40
Abbildung 19: Schematische Darstellung der Modellvorstellung ................................... 40
Abbildung 20: Darstellung der Versuchsanlage .............................................................. 43
Abbildung 21: Querschnitt der Kolonne ......................................................................... 50
Abbildung 22: Gitter für den Füllkörper RSR#0,1 (Gitter 1, links) und Abdeckung der
Gitter bei Anstaufüllkörperschichtungen (Gitter 2, rechts) ........................ 50
Abbildung 23: Konstruktion der Gitter für den Einbau der Anstaufüllkörper-schichtungen.
Gitter 3 links unterhalb der vierten Sektion von RSR#2 und Gitter 4 rechts
oberhalb von RSR #0,1 .............................................................................. 52
Abbildung 24: Aufbau die Anstaukolonne mit Gerüstkonstruktion ................................ 53
Abbildung 25: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung RSR#0,1 .................................................................... 60
Abbildung 26: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Mischung aus
RSR#0,1 und RSR#2 .................................................................................. 62
Abbildung 27: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion ............................... 64
Abbildung 28: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ................................. 66
Abbildung 29: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung
RSR #0,1 .................................................................................................... 68
Abbildung 30: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 ........................................................................................ 70
Abbildung 31: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion ............................... 71
Abbildung 32: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor für eine
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ................................ 73
Abbildung 33: HTUOV-Wert der NH3-Absorption in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1 ..................... 75
Abbildung 34: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ................. 77
Abbildung 35: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
.................................................................................................................... 79
Abbildung 36: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion
.................................................................................................................... 81
Abbildung 37: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=0 m3/(m
2h)84
Abbildung 38: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m
2h)85
Abbildung 39: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m
2h)86
Abbildung 40: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m
2h)87
Abbildung 41: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m
2h) ........ 89
Abbildung 42: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m
2h) ...... 89
Abbildung 43: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m
2h) ...... 90
Abbildung 44: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 4 m3/(m
2h) ................................................ 92
Abbildung 45: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 10 m3/(m
2h) .............................................. 92
Abbildung 46: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 20 m3/(m
2h) .............................................. 93
Abbildung 47: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=0 m3/(m
2h) ...................................................................................... 95
Abbildung 48: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=4 m3/(m
2h) ...................................................................................... 97
Abbildung 49: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=30 m3/(m
2h) .................................................................................... 97
Abbildung 50: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=60 m3/(m
2h) .................................................................................... 98
Abbildung 51: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=4 m3/(m
2h) .................................................................................... 100
Abbildung 52: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=30 m3/(m
2h) .................................................................................. 100
Abbildung 53: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=60 m3/(m
2h) .................................................................................. 101
Abbildung 54: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1
und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m
2h) ............. 103
Abbildung 55: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1
und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m
2h) ........... 103
Abbildung 56: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1
und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m
2h) ........... 104
Abbildung 57: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=0 m3/(m
2h) ......................................... 107
Abbildung 58: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m
2h) ....................................... 109
Abbildung 59: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m
2h) ......................................... 110
Abbildung 60: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m
2h) ....................................... 111
Abbildung 61: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR
#2 bei uL=1 m3/(m
2h) ............................................................................... 112
Abbildung 62: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR
#2 bei uL=4 m3/(m
2h) ............................................................................... 113
Abbildung 63: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR
#2 bei uL=20 m3/(m
2h) ............................................................................. 113
Abbildung 64: Dastellung einer Modellirung des Druckverlustes ................................ 115
Abbildung 65: Modellierung und Vergleich des Druckverlustes in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR
#0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30
m3/(m
2h) ................................................................................................... 116
Abbildung 66: Modellierung und Vergleich des Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR
#0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei
Flüssigkeitsbelastung von uL=30 m3/(m
2h) .............................................. 119
Abbildung 67: Modellierung und Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR
#0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10
m3/(m
2h) ................................................................................................... 122
Abbildung 68: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m
2h)137
Abbildung 69: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m
2h)138
Abbildung 70: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m
2h)138
Abbildung 71: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m
2h)139
Abbildung 72: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m
2h)139
Abbildung 73: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und
RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m
2h)
.................................................................................................................. 140
Abbildung 74: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m
2h) ...... 140
Abbildung 75: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m
2h) .... 141
Abbildung 76: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m
2h) .... 141
Abbildung 77: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m
2h) .... 142
Abbildung 78: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m
2h) .... 142
Abbildung 79: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR
#2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m
2h) .. 143
Abbildung 80: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 1 m3/(m
2h) .............................................. 144
Abbildung 81: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=1 m3/(m
2h) .................................................................................... 145
Abbildung 82: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=10 m3/(m
2h) .................................................................................. 145
Abbildung 83: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=20 m3/(m
2h) .................................................................................. 146
Abbildung 84: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=40 m3/(m
2h) .................................................................................. 146
Abbildung 85: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=80 m3/(m
2h) .................................................................................. 147
Abbildung 86: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=100 m3/(m
2h) ................................................................................ 147
Abbildung 87: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=1 m3/(m
2h) .................................................................................... 148
Abbildung 88: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=10 m3/(m
2h) .................................................................................. 148
Abbildung 89: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=20 m3/(m
2h) .................................................................................. 149
Abbildung 90: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=30 m3/(m
2h) .................................................................................. 149
Abbildung 91: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=40 m3/(m
2h) .................................................................................. 150
Abbildung 92: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=80 m3/(m
2h) .................................................................................. 150
Abbildung 93: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2
bei uL=100 m3/(m
2h) ................................................................................ 151
Abbildung 94: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1
und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m
2h) ............. 152
Abbildung 95: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1
und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m
2h) ........... 152
Abbildung 96: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 1 m3/(m
2h) ........................................ 153
Abbildung 97: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 4 m3/(m
2h) ........................................ 153
Abbildung 98: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 10 m3/(m
2h) ...................................... 154
Abbildung 99: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 20 m3/(m
2h) ...................................... 154
Abbildung 100: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 40 m3/(m
2h) ...................................... 155
Abbildung 101: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 60 m3/(m
2h) ...................................... 155
Abbildung 102: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 80 m3/(m
2h) ...................................... 156
Abbildung 103: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 100 m3/(m
2h) .................................... 156
Abbildung 104: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m
2h) ......................................... 157
Abbildung 105: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m
2h) ....................................... 157
Abbildung 106: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m
2h) ....................................... 158
Abbildung 107: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m
2h) ....................................... 158
Abbildung 108: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m
2h) ....................................... 159
Abbildung 109: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m
2h) ....................................... 159
Abbildung 110: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1
und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m
2h) ..................................... 160
Abbildung 111: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor
der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR
#2 bei uL=10 m3/(m
2h) ............................................................................. 161
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Kenngrößen der Füllkörper ............................................................................ 45
Tabelle 2: Gewicht der Füllkörper .................................................................................. 46
Tabelle 3: Gewicht und Füllkörperanzahl RSR #0,1 ....................................................... 46
Tabelle 4: Gewichte und Füllkörperanzahl der Mischung .............................................. 47
Tabelle 5: Gewichte und Füllkörperanzahl der Schichten ohne Gerüstkonstruktion ...... 48
Tabelle 6: Gewichte und Füllkörperanzahl der Schichten mit Gerüstkonstruktion ........ 49
Tabelle 7: Parameter der Absorptionsanlage ................................................................... 58
Tabelle 8: Messdaten Hydraulik RSR #0,1 ................................................................... 128
Tabelle 9: Messdaten Hydraulik Mischung ( RSR #0,1 & RSR #2 ) ............................ 129
Tabelle 10: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion (
RSR #0,1 & RSR #2 ) .............................................................................. 130
Tabelle 11: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion (
RSR #0,1 & RSR #2 ) .............................................................................. 131
Tabelle 12: Messdaten Stoffaustausch RSR #0,1 .......................................................... 132
Tabelle 13: Messdaten Stoffaustausch Mischung ( RSR #0,1 & RSR #2 ) .................. 133
Tabelle 14: Messdaten Stoffaustausch Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 ) ............................................ 134
Tabelle 15: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion (
RSR #0,1 & RSR #2 ) .............................................................................. 135
Tabelle 16: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion (
RSR #0,1 & RSR #2 ) .............................................................................. 136
Symbolverzeichnis
Symbol Einheit Bescheibung
A [m2] Oberfläche
B [m3/(m2h)] Berieselungsdichte
A [m2/m3] spezifische Oberfläche
c [mol/m3] konzentration
Fstau [Pa0,5] Gasbelastungsfaktor am Staupunkt
FV [Pa0,5] Gasbelastungsfaktor
G [mol/h] Trägergasstrom
H [m] Packungshöhe
h [m] Kolonnenhöhe
hL [%] Flüssigkeitsinhalt (Hold-up)
K* [-] Gleichgewichtskonstante
K [-] Stoffdurchgangskoeffizient
L [mol/h] Absorptionsmittelstrom
∆p [N/m2] Druckdifferenz
uL [m3/(m2h)] Flüssigkeitsbelastung
V [m3/s] Volumenstrom
X;Y [-] Mengebeladung
x;y [-] Mengenanteil
ᵦ [-] Stoffübergangskoeffizient
ε [m3/m3] Lückengrad
ŋ [kg/ms] Dynamische Viskosität
ʋ [m2/s] Kinematische Viskosität
ρ [kg/(m3] Dichte der Gasphase
Abkürzungsverzeichnis und Indices
Abkürzung Erläuterung
CO2 Kohlenstoffdioxid
G Gas- bzw. Dampfphase
HTU Höhe der Übertragungseinheit (Height of Transfer Unit)
K Kolonne
L Flüssigphase
NH3 Ammoniak
NTU Zahl der Übergangseinheiten (Number of Transfer Units)
PVC Polyvinylchlorid
RSR RASCHIG-Super-Ring
1
1 Einleitung
In der Industrie werden für Stofftrennprozesse zwischen einer Flüssigkeit und
einer Gasphase häufig Absorptionskolonnen eingesetzt. Als Kolonneneinbauten
dienen i.d.R. eine regellose Schüttung einer bestimmten Füllkörpersorte oder
übereinander gestapelte, gleichmäßig strukturierte Packungselemente. Die
Einbauten sind verwendbar zur Verbesserung des Stofftransportes durch die
Erhöhung der Phasengrenzfläche zwischen der Gas- und Flüssigphase.
In den letzten Jahren wurden effizientere Einbauten mit immer komplexeren
Geometrien aus verschiedenen Materialen entwickelt. Auch Heutzutage werden
neue Einbauten zur Erhöhung der Wirksamkeit entwickelt, da der Umweltschutz
sehr wichtig ist.
Als Alternative dazu wurden Kolonneneinbauten nach dem Anstauprinzip
entwickelt. Diese weisen Bereiche unterschiedlicher spezifischer Oberfläche auf,
wodurch gezielt Teilbereiche zum fluten gebracht werden. Diese Erhöhung der
Verweilzeit begünstigt einen hohen Stofftransport.
Bei einer Anstauschichtung mit Füllkörpern wird durch ein übereinander schichten
von Füllkörpern mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen der Aufbau einer
Anstaufüllkörperschichtung realisiert, ohne oder mit Gerüstkonstruktion. Diese
braucht man für eine bessere Trennleistung der Füllkörperkolonne.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen experimentelle Untersuchungen zur Fluiddynamik
und zum Stofftransport von Füllkörperschüttungen und
Anstaufüllkörperschichtungen durchgeführt werden, wobei der Aufbau modifiziert
werden soll.
Dazu soll das Stoffsystem NH3-Luft / Wasser für die Absorption und Luft / Wasser
für die Fluiddynamik in einer Kolonne aus PVC mit einen Innendurchmesser von
440 mm verwendet werden. Zu untersuchende Parameter sind für die
Fluiddynamik der Druckverlust und der Hold-up und für die Trennleistung der
HTU-Wert. Die zu untersuchende Füllkörperschüttung soll aus Raschig Super-
2
Ring #0,1 bestehen und bei der Anstaufüllkörperschichtung soll die Anstaulage
aus dem Raschig Super-Ring #0,1, während die Abscheidelage aus dem Raschig
Super-Ring #2 aufgebaut werden.
Vorerst wird in Kapitel 2 auf die theoretischen Grundlagen ausgewählter
verfahrenstechnischer Prozesse eingegangen.
Der allgemeine Versuchsaufbau wird im Unterkapitel Versuchsaufbau (3.1), der
Aufbau der Kolonneneinbauten in Unterkapitel (3.2) und am Ende des Kapitels 3
wird für die Hydrodynamik und den Stoffaustausch die Versuchdurchführung
erläutet.
Anschließend werden die Versuchsergebnisse in Kapitel 4 für jeden Aufbau
dieser Arbeit präsentiert und diskutiert, eingeteilt in Druckverluste (4.1), Hold-up
(4.2) und Stoffaustausch (4.3).
Im folgenden Kapitel 5 werden die Ergebnisse der unterschiedlichen Einbauten
miteinander und mit Literaturdaten verglichen und diskutiert.
Das letzte Kapitel 6 gibt eine Zusammenfassung dieser Arbeit und deren
Ergebnisse und einen Ausblick für weitere eventuelle Versuche zu dem Thema
Anstaufüllkörperschichten auf.
3
2 Theoretische Grundlagen
Dieses Kapitel beschreibt die Grundlagen der Verfahrenstechnik, fokussiert auf die
Absorption und hier insbesondere auf das Problem der Füllkörperschüttung und
AnstauAnstaufüllkörperschichtungung.
Zunächst werden die Grundlagen der Absorption erklärt, um einen theoretischen
Überblick zu erhalten. Darauf folgend werden die Bilanz- oder Arbeitslinie und
danach im Unterkapitel 2.3 die theoretischen Grundlagen der Diffusion und des
Stofftransports dargestellt. Danach wird die Fluiddynamik einer
Absorptionskolonne erklärt und der Druckverlust. Im Unterkapitel 2.6 wird das
HTU/NTU-Modell vorgestellt und dann wird im Unterkapitel 2.7 schließlich auf die
Entwicklung von Füllkörperkolonnen und Packungskolonnen eingegangen. Im
Unterkapitel 2.8 werden verschiedene Einbauten bzw. Füllkörper sowie
Packungen, Kolonnen und Anstaupackungen beschrieben. Am Ende dieses
theoretischen Kapitels wird die Theorie von Anstaupackungen erläutert.
2.1 Absorption
Absorption ist die Aufnahme und Auslösung von Gasen oder Dämpfen in
Flüssigkeiten.[10]
Abbildung 1: Absorption und Desorption
Wenn ein homogenes Gasgemisch absorbiert wird, können mehrere
Komponenten unterschieden werden. Die zwischen Aufnehmer- und
4
Abgeberphase unterscheidende Komponente wird Absorptiv genannt, beim
Übergang von einem nicht gebundenen Zustand in den gebundenen Zustand
spricht man von Absorpt. Den aufnehmenden flüssigen Hilfsstoff (auch Wasch-,
Lösungs-, oder Absorptionsmittel genannt) bezeichnet man als Absorbens. Das
Absorbens kann ein Absorptiv aus dem Gas entfernen und in sich anreichern. Die
flüssige Aufnahmephase von Absorbens und Absorpt wird Absorbat genannt.
Dieser Prozess ist ein Verfahrensprinzip, das Abbildung 1 zeigt. Es geht um ein
physikalisch-chemisches Trennverfahren.[10]
Zwischen Gas und Flüssigkeit bildet sich eine sogenannte Konzentrationsgefälle
des Absorptivs. Diese geschieht, weil das Absorbens so beschaffen ist, dass die
Löslichkeit des Absorptivs in dem Absorbens besser ist als im Gas. Eine Bindung
der Gaskomponente in der Flüssigkeit, also das Entstehen des Absorptivs im
Absorbens, kann physikalisch (Physisorption) oder chemisch (Chemisorption)
sein. Flüssigkeiten kann man auch dazu benutzen, einem Gasgemisch eine oder
mehrere Komponenten, je nach seiner weiteren Nutzung, zu entziehen, sei es zur
Reinigung des Rohgases oder zur Befreiung von Feststoffen (Staub), auch
Gaswäsche genannt. [10][7]
Der absorbierte Stoff verbindet sich mit dem Lösungsmittel:
- Ammoniak (NH3) aus einem Gemisch mit Luft in Wasser (dieses
Stoffsystem wurden in dieser Arbeit benutzt)
- Die Entfernung von CO2 aus Rauch-, Gär- oder Synthesegasen mittels
Druckwasserwäsche. CO2 bildet dann mit dem Wasser eine unfeste
Verbindung[7]
5
Abbildung 2: Haupteinsatzgebiete der Absorption
Abbildung 2 zeigt an verschieden Beispielen die Haupteinsatzgebiete der
Absorption. Die Bilder zeigen Möglichkeiten der Absorption und erleichtern somit
die Entscheidung über ihren technischen Einsatz.[10]
Abbildung 3: Betriebsweisen thermischer Trennverfahren
6
Thermische Trennverfahren (Abbildung 3) können ein- oder mehrstufig
durchgeführt werden:
Kontinuierlich (dynamisch, ununterbrochen) – zu- und abgeführt werden die
leichte und auch die schwere Phase.
Diskontinuierlich (statisch, nicht zusammenhängend)– eine oder zwei
Phasen werden vorgelegt und über eine bestimmte Chargenzeit findet bei
definiertem Druck oder bestimmter Temperatur der Stoffübergang bzw. die
chemische Reaktion statt.
Halbkontinuierlich – eine Phase wird kontinuierlich zu- und abgeführt, die
zwei Phasen bleiben als Probe in der Kolonne. Bei der Absorption kann das
Absorbens über den Absorptionprozess mit dem Absorptiv auf konzentriert
sein.[9]
Unter thermischen Trennprozessen geht es über zwei oder mehrere Phasen,
sogenannte Mischphasen weiter. Eine Mischphase ist eine Phase aus mehreren
Komponenten. [10]
Bei der Absorption handelt es sich um zwei Phasen – Gas und Flüssigkeit. An der
Phasengrenze ist es notwendig, die Konzentrationsmaße zu kennen.[10]
Die molare Konzentration (das Konzentrationsmaß für das ausgetauschte
Absorptiv) wird wie folgt berechnet:
i…Absorptiv (1)
Der Massenanteil (Absorptiv bezieht sich auf die Gesamtmasse der Gemischs )
berechnet sich:
i…Absorptiv (2)
V
nc i
i
ges
ii
m
mw
7
Schließlich errechnet sich der Stoffmengenanteil xi oder yi wie folgt:
i…Absorptiv (3)
Dabei beschreibt der Stoffmengenanteil x die schwere Phase – die Flüssigkeit -
und der Stoffmengenanteil y die leichte Phase – die Gasphase. Dieser
Absorptionsprozess ist in Abbildung 4 erkennbar:
Abbildung 4: Stoffmengenanteile und Beladung
Für Massen- und Stoffmengenanteile gilt:
k…Komponente (4)
Definition von Stoffbeladung:
i…Absorptiv (5)
Für die Massenbeladung errechnet man:
i…Absorptiv (6)
,ges
ii
n
nx
,k
kges nn,k
kges mm
agergasrT
ii
n
nY
,Absorbens
ii
n
nX
Absorbens
iim
m
mY ,,,
Absorbens
iim
m
mX
8
Der Volumenanteil für ideale Gase beträgt:
(7)
Die mittlere molare Masse eines Gemischs errechnet sich:
k…Einzelkomponente (8)
Diese Konzentrationsmaße sind wichtig für das folgende Verständnis des
Stoffdurchgangs in der Zweifilmtheorie.[10]
2.2 Bilanz- oder Arbeitslinie
Die Gleichgewichtslinie steht für Gleichgewichtskonzentrationen zwischen der
leichten Phase und der schweren Phase in der Stoffaustauschkolonne
(Absorptionskolonne). [10]
Die Bilanzlinie zeigt eine Funktion zwischen realer Konzentration in der leichten
Phase und der Konzentration in der schweren Phase in einem bekannten
Querschnitt der Stoffaustauschkolonne bzw. der Absorptionskolonne. [10]
Abbildung 5: Gleichgewichts-und Bilanzlinie sowie treibendes Konzentrationsgefälle
In der Abbildung 5 sieht man den Abstand beider Linien. Dieser Abstand wird
treibendes Konzentrationsgefälle oder Triebkraft genannt. Je größer der Abstand
V
Vr ii
ii yr
k
kk MxM
9
zwischen Bilanz- und Gewichtslinie ist, umso größer ist auch das Bilanzgefälle.
Einen Einfluss auf diesen Abstand hat auch die Störung, die durch die Zufuhr von
Wärme oder eine Zusatzphase auftreten kann. [10]
Die Absorption kann als Gleich-, Kreuz- und Gegenstromoperation ausgeführt
werden. Stoffmengenanteile oder Molbeladungen werden dabei als
Konzentrationsmaß benutzt. Bei der Aufstellung der Bilanzen wird der Index i =
Absorptiv wegen des Stofftransportes nicht berücksichtigt.[10]
(9)
Die Menge von Gas und Flüssigkeit stellt sich immer auf ein Gleichgewicht ein.
Die Menge des Gases wird in der Absorptionskolonne durch den Prozess der
Absorption von selbst reduziert, da die Flüssigkeitsmenge entsprechend dem
gelösten Absorptiv absorbiert wird. [10]
Die Komponentenbilanz als Stoffmengenbilanz:
(10)
Da kein Trägergas, d.h. der Massendurchsatz an Inertgas GT, im Absorbens
(flüssiges Trägerstrom-Lösungsmittel) LT, absorbiert und die Verdampfung des
Absorbens ins Trägergas auszuschließen ist, gilt:
(11)
Durch eine weitere Gleichung vereinfacht, sodass es dann über eine
Geradengleichung berechnet werden muss, bedeutet das, dass der
Trägergasstrom GT und der flüssige Trägerstrom Lt konstant bleiben:
(12)
Eintretende Menge des Stoffes = Austretende Menge des Stoffes
(13)
EEiAAiEEi YYXXyy ,,, ,;
AAAAEEE xLyGxLyG
TATET LLL ,,TATET GGG ,,
ATATETET XLYGXLYG
EATAET XXLYYG
10
In einer Kolonne kann es passieren, dass eine erzielbare Trennwirkung nicht
ausreicht. Eine beliebige Anzahl von Trennstufen wird dazu hintereinander
geschaltet. Dies kann durch Kaskadenschaltung vieler Stufen im
Gegenstromprinzip erreicht werden. Entsprechendes passiert bei Füllkörper- und
Packungskolonnen, wobei die Gasphase und die Flüssigkeitsphase über die
gesamte stoffaustauschende Höhe stufenweise miteinander in Kontakt treten.
[7,10,13]
Dies liefert den gewünschten Zusammenhang zwischen der Molbeladung der
Gasphase Y und der entsprechenden Beladung im Absorbens X (Flüssigkeit);
dieser muss in jedem Querschnitt der Absorptionkolonne bekannt sein. Die
Beziehung für die Arbeitsgerade errechnet sich folgendermaßen:
(14)
Die Bilanzgerade kann nicht berechnet werden, weil sich der Absorbensstrom und
die Absorbataustrittskonzentration gegenseitig beeinflussen. Bei der Absorption
ergeben sich auch geforderte Reinigungsleistungen. Die Eintrittskonzentration XE
ist dann wegen der Regenerierung des Absorbens und damit des Absorpts kleiner.
Die gegenseitige Beeinflussung wird als chemische Absorption aus dem Gasstrom
mit den absorbierten Bestandteilen der Flüssigkeit bezeichnet. [7,10,14]
E
T
TA XX
G
LYY
11
2.3 Diffusion und Stofftransport
Bei Absorption spricht man von einer einseitigen Diffusion, wenn ein Stoff
(Absorptiv) in ungleichmäßigem Ausmaß von einer Gasphase in eine andere
Phase (Flüssigkeitphase) diffundiert (d.h. sich vermischt). Es handelt sich dabei
um eine gleichmäßige Verteilung und Durchmischung von Atomen, Molekülen
oder Ladungsträgern. Von der Flüssigkeitsphase wird dabei keines der Teilchen in
die Gasphase diffundiert, aber von der Gasphase diffundiert der Stoff über die
Phasengrenze in die Flüssigkeit. [1,6,7]
Beim Stofftransport wird ein Stoff von einer Phase in die andere transportiert. Zur
Beschreibung des Stoffaustausches existieren drei Modellvorstellungen:
- Zweifilmtheorie
- Penetrationstheorie
- Oberflächenerneuerungstheorie
Die Zweifilmtheorie basiert auf der Vorstellung, dass sich bei der Absorption
zwischen zwei Phasen an die Phasengrenzfläche immer eine laminare
Grenzschicht der Dicke δ1 und δ2 anbindet. Beim Stofftransport diffundiert das Gas
innerhalb einer Grenzschicht durch molekulare Diffusion. [6]
Bei Absorption wird die Zweifilmtheorie am häufigsten verwendet. Sie versucht,
die Stoffaustauschvorgänge mit Bezug auf ein angezeigtes Modell darzustellen, in
welchem der gesamte verfügbare Widerstand durch die Diffusionswiderstände der
Grenzschichten, bezogen auf die Phasengrenzfläche, ersetzt wird.[1,7]
12
Abbildung 6: Stoffübergang und Stoffdurchgang
Abbildung 7: Zweifilmtheorie
Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die Stofftransportrichtung von Phase I (Gas) nach
Phase II (Flüssigkeit) oder den Transport des Stoffes i aus dem Kern der Phase I
über die Phasengrenzfläche in den Kern der Phase II mit bekannter Konzentration.
In jeder Phase bleiben die Konzentrationen cK,I und cK,II im Kern konstant, Dies ist
durch die Übertragung des Stoffes durch Konvektion (Mitführen durch eine
Strömung unter thermischer Energie) begründet. Der Stoff (Gas) in laminaren
Grenzschichten wird durch Diffusion übertragen und es bildet sich der für den
Stoffdurchgang wesentliche Widerstand: die Grenzschichten der beide Phasen.
Die Konzentration des transportierten Stoffs fällt in der Grenzschicht von der
Konzentration im Kern bei der Phase I cK,I (Gaskern) hin zur Konzentration an der
Phasengrenzfläche cGr,I, die selber keinen Widerstand entgegensetzt. Wenn sich
13
das Gleichgewicht an der Phasengrenzfläche oder am Wendepunkt, die
sogenannte Konzentration cGr,II ändert, stellt sich in der Grenzschicht der Phase II
die konstante Konzentration im Kern der Phase II cK,II (Flüssigkeitskern) ein. Die
Konzentrationen an der Phasengrenze sind nicht gleich, deshalb formte sich das
Gleichgewicht
. Diesen Sturz kann man mit einem angemessenen
Verteilungs- oder Gleichgewichtskoeffizienten Ki berechnen: [1,6]
(15)
Die Beschreibung des Stoffübergangs einer Komponente i vom Kern der Phase I
zur Phasengrenzfläche berechnet sich:
(16)
Der Stoff i muss auch durch die Phasengrenze in Phase II übertragen werden.
(17)
Zwischen Gas und Flüssigkeit bildet sich an der Phasengrenzfläche ein
Gleichgewicht:
(18)
Unbekannte Konzentrationsgradienten an der Phasengrenzfläche berechnet man
aus den Gleichungen 2 und 3:
(19)
(20)
Die Konzentrationsgradienten sind in beiden Phasen gleich dem
Stoffübergangskoeffizienten.
IIGriIGr cKc ,,
IGrIKIi ccAn ,,
IIGrIIKIIi ccAn ,,
IIGriIGr cKc ,,
A
ncc
I
iIGrIK
,,
A
ncc
II
iIIGrIIK
,,
14
(21)
Die bekannten Stoffkonzentrationen im Kern jeder Phase werden berechnet durch
den Gleichgewichtskoeffizienten Ki:
(22)
(23)
Die Zusammenfügung der Konzentrationen cI* und cGr,I in Phase II erfolgt durch
eine Verbindung der Gleichungen 4 und 8 in Gleichung 6:
(24)
Die unbekannte Konzentration an der Phasengrenze kann damit beseitigt werden
und somit wird die Gleichung 5 in Gleichung 10 eingesetzt:
(25)
Für Phase II:
(26)
Der Stoffdurchgangskoeffizient k der Phase I:
(27)
II
I
IIGrIIK
IGrIK
cc
cc
,,
,,
*
, IIiIK cKc
i
IIIK
K
cc
*
,
A
Kncc
II
iiIIK
*
,
II
i
I
iIIK
K
A
ncc
1*
,
iIII
iIIIK
KA
ncc
11*
,
II
i
II
K
k
11
15
Der Kehrwert des Stoffdurchgangskoeffizienten (1/k) ist abgeleitet aus den
Einzelwiderständen der Phasengrenzschichten der Phasen I und II und stellt den
Gesamtwiderstand des Stofftransportprozesses dar.[6]
Die Gleichung für den zwischen zwei Phasen diffundierten Stoffstrom in Bezug auf
die zweite Phase lautet:
(28)
Alle Größen aus Phase II ergeben sich analog für den
Stoffdurchgangskoeffizienten der Phase II:
(29)
Im Fall, dass der Einzelwiderstand in einer der beiden Phasen steht, dann ist die
Phasengrenzschicht von Phase I für den Stoffdurchgangwiderstand ursächlich,
sodass mit den Gleichungen 13 und 15 vereinfacht werden kann:
(30)
Der gesamte Stoffdurchgangswiderstand wird durch den Widerstand der ersten
Phase bestimmt und der Stoffdurchgangskoeffizient ist mit dem
Stoffübergangskoeffizienten vergleichbar. Steht der Widerstand nur in Phase II,
dann ergibt sich auch:
(31)
Bei einer Absorption ist das so zu verstehen, dass sich mehr Absorptiv in der
Flüssigphase entfernt als in der Gasphase. Deswegen wird das Absorptiv im Kern
des Absorbens mehr aufkonzentriert als im Gas:
(32)
[6]
*
, IIKIi ccAkn
IIKIIIIi ccAkn ,
*
iIIIII Kk
111
IIk
IIIIk
IKIIK cc ,,
16
2.4 Fluiddynamik
Die thermische Trennwirkung und die Fluiddynamik sind zwei wichtige Teilgebiete
für Kolonnen. Es sind dabei verschiedene Größen relevant:
- Der höchste Durchsatz und das minimale Teillastverhalten
- Die Vermessung der Einbauten in Abstimmung auf die im Vorfeld
genannten Aufgaben
- Der Druckverlust
Bei Absorptionskolonnen müssen auch folgende Probleme beachtet werden:
- Extreme Belastungen wegen einer großen Flüssigkeitsstromdichte
- Viskosität in der Flüssigkeit, auch wenn sie keinen Einfluss auf
Phasengrenzfläche und die Stoffübertragung hat
- Neigung zum Schäumen
Eine hydraulische Charakteristik des Füllkörpers wird im gesamten
Belastungsgebiet vorausgesetzt. Bedeutungsvoll bei dieser Hydraulik ist die
Gasgeschwindigkeit am Flutpunkt uv,FL.[11]
Je stärker eine Kolonne belastet wird oder je größer die Flutpunktgeschwindigkeit
uv ist, umso kleiner ist der notwendige Kolonnenquerschnitt und damit der
Kolonnendurchmesser ds.[11]
2.4.1 Hydraulik
In Abbildung 8 wird die Abhängigkeit des Druckverlustes von der
Berieselungsdichte und der Gasgeschwindigkeit (Gasbelastung) sowie die
Abhängigkeit des Hold-up (Flüssigkeitsinhalt) von der Flüssigkeitsbelastung
(Berieselungsdichte) und der Gasbelastung dargestellt. Beim
strömungstechnischen Prozess im Gegenstrom wird die Füllkörperschüttung von
Gas und Flüssigkeit durchflossen. [14]
17
Abbildung 8: Druckverlust und Flüssigkeitsinhalt einer berieselten, gasdurchströmten Raschig-Ring-Schüttung [14]
Im oberen Diagramm der Abbildung 8 ist die Abhängigkeit des Druckverlustes von
der Gasgeschwindigkeit (Gasbelastung) zu erkennen. Die Kurve 1 stellt die
unberieselte, trockene Schüttung dar. Das bedeutet, dass lediglich Luft in die
Kolonne zugeführt wird und keine Tropfen von Flüssigkeit als sogenannter
Trockendruckverlust zu beachten sind. Die Kurven von zwei bis sechs stellen die
Abhängigkeit für die berieselte Schüttung bei höheren Flüssigkeitsbelastungen
und unterschiedlichen Gasgeschwindigkeiten (Gasbelastungen) dar. Besser
erkennbar ist dies in Form einer Darstellung als allgemeine Form eines
Druckverlustdiagramms (Abbildung 9). [14]
18
Abbildung 9: Allgemeine Abhängigkeit des Strömungsdruckverlustes des Gases von der Gasgeschwindigkeit und der Berieselungsdichte in Füllkörperapparaten
Die Druckverlustkurven für die Flüssigkeitsbelastung einer Schüttung verlaufen mit
steigender Gasgeschwindigkeit (Gasbelastung) bis zur Kurve A-A parallel zu der
für die trockene Schüttung (Kurve für Trockendruckverlust). In diesem Bereich
strömen beide Phasen unbeeinflusst voneinander durch die Schüttung. Nur durch
die kleinere Gasströmung in Zusammenhang mit der größeren
Flüssigkeitsbelastung der Schüttung tritt in diesem Strömungsbereich bei
gegebener Gasgeschwindigkeit (Gasbelastung) ein größerer Druckverlust auf als
in der trockenen Schüttung. Der Flüssigkeitsinhalt (Hold-up) in der Schüttung ist in
Bereich bis A-A unabhängig von der Gasgeschwindigkeit, was in der Abbildung 9
am oberen Diagramm bei der Abhängigkeit des Flüssigkeitsinhaltes von der
Flüssigkeitsbelastung und der Gasgeschwindigkeit deutlich wird. [14] uL=
Die Druckverlustkurven für verschiedene Flüssigkeitsbelastungen steigen
oberhalb der Kurve A-A bis B-B an. Das gilt nicht für eine trockene Schüttung. Die
Kurve ist dann weiter linear. Weiterhin ist auch der Flüssigkeitsinhalt abhängig von
der Gasgeschwindigkeit bis hin zur markierten Kurve B-B. Es kommt in dem
Bereich A-A bis B-B zu ersten Auswirkungen der Flüssigkeitsbelastungen auf den
Druckverlust der Gasströmung. Deutlichere Veränderungen des Druckverlustes
und Flüssigkeitsinhaltes oder der Wirkungen der Fluide beginnen oberhalb der
Kurve B-B. An einigen Stellen der Flüssigkeitsoberfläche der Schüttung wird
19
aufgestaut, d. h. die Oberfläche unterliegt leichten Schwankungen. Wenn die
Schüttung mit Flüssigkeit beschwert wird, wird der Flüssigkeitsinhalt nach
Übersteigen der Kurve B-B mit wachsender Gasgeschwindigkeit größer und die
Kurve steigt weiter an. Der Schnittpunkt zwischen der Druckverlustkurve mit
einigen Flüssigkeitsbelastungen und mit der Kurve B-B wird als Staupunkt (loading
point) bezeichnet. Für die Ausführung von Stoffaustauschprozessen in
Füllkörperkolonnen hat sich der Strömungszustand an diesem Punkt als minimale
Belastung sinnvoll bewährt, sodass er auch untere Belastungsgrenze genannt
wird. [14]
Mit weiterer Steigerung der Gasgeschwindigkeit (Gasbelastung) nimmt bei der
Druckverlust- und der Flüssigkeitsinhaltskurve die Kurve C-C einen senkrechten
Verlauf an. Der Schnittpunkt zwischen der Druckverlustkurve mit einigen
Flüssigkeitsbelastungen und der Kurve C-C wird in diesem Bereich als Flutpunkt
(flooding point) bezeichnet. Von der oberen Belastungsgrenze redet man, wenn
dieser Flutpunkt die obere Grenze des Strömungsbelastungsbereiches im
Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit in der Schüttung erreicht. Diese Grenze liegt
zwischen den Kurven B-B und C-C. In eine Füllkörperschüttung ist ein starker
Aufstau von Flüssigkeit in und auch über der Schüttung zu sehen. Ein Aufstau
bedeutet auch eine starke Schwankung der Flüssigkeit. An den engsten Stellen
der Schüttung staut die Flüssigkeit zuerst auf und breitet sich dann über die
gesamte Schüttung aus. Inwieweit dies geschieht, hängt vom Einbau und den
Formen der Füllkörper sowie deren Packungen ab. Es tritt jetzt die Veränderung in
der Phasenverteilung auf. Das Gas in Form von Blasen wird in der Schüttung
durchströmt, wenn die Flüssigkeit in der kohärenten Phase die obere
Belastungsgrenze erreicht. Je höher an diesem Punkt die Gasgeschwindigkeit
(Gasbelastung) wird, desto stärker wird die Flüssigkeit aus der Schüttung vom
Gas ausgeblasen. Die Flüssigkeit liegt in Tropfenform vor. In Abbildung 9 nicht
mehr sichtbar ist, dass diese durch keinen Gegenstrom mehr beeinflusst wird. Die
Kurve D-D zeigt den Flüssigkeitsaustragungspunkt. Im Fall eines Überlaufens
entspricht die Neigung der Druckverlustkurve dem gleichen Bereich wie unterhalb
der Kurve A-A. [14]
20
2.4.2 Gasbelastung
Die Gasbelastung wird ausgedrückt durch den F-Faktor und ist eine Größe, die
sich durch die Festlegung des Durchmessers und bei Umrüstungen über die
Leistung einer Kolonne bestimmt. Sie berechnet sich als Produkt der
Gasgeschwindigkeit im Leerrohr multipliziert mit der Wurzel der Gasdichte. Der F-
Faktor wird benutzt bei der fluiddynamischen Deutung von Kolonnen.[6]
(33)
Die Einheit:
(34)
In der englischen Literatur wird anstelle des F-Faktors meist der Capacity Factor
CG verwendet:
(35)
Der F-Faktor und damit die Gasbelastung ist umso höher, je mehr Gasmenge in
der Kolonne geführt wird. Mit der Gasmenge steigt auch die Gasgeschwindigkeit.
Der Druckverlust steigt innerhalb der Füllkörperschüttung oder Packung mit der
Gasbelastung. Er kann mit steigender Flüssigkeitsbelastung noch höher sein, weil
dadurch auch gleichzeitig der Flüssigkeitsinhalt (Holdup) steigt. Bei einer kleineren
dem Dampfstrom zur Verfügung stehenden freien Querschnittsfläche erhöhen sich
die Gasgeschwindigkeit und der Druckabfall. Wegen solcher Einflüsse haben die
Flüssigkeits- und Gasbelastungen eine Auswirkung auf den Druckverlust in der
Kolonne. [6]
GGG wF
Pam
kg
s
mFG
3
GLGG CF
21
2.4.3 Flutgrenze
In Füllkörperkolonnen treten zwei verschiedene Flutmechanismen in Hinsicht auf
Flüssigkeitsbelastung, Füllkörpermodell und Füllgröße auf. Diese zwei
Mechanismen sind:
Fluten bei großen Phasendurchsatzverhältnissen und einem großflächigen
Füllkörper mit Phaseninversion, die in der Kolonne mit Flüssigkeit gefüllt
sind.
Fluten bei kleinen Phasendurchsatzverhältnissen λ0 aufgrund des
Mittransportierens von Flüssigkeitstropfen durch das Gas.[11]
Wenn kleine und vollflächige Füllkörper in Füllkörperkolonnen mit kleinem
Lückenvolumen eingefügt werden, dann fließt die Flüssigkeit im Gegenstrom zum
Gas in Form von Filmen und Rinnsalen. Toträume bilden sich in den Hohlräumen
solcherlei Füllkörper, die mit progressiver Flüssigkeitsbelastung uL immer runder
und mit Flüssigkeit aufgefüllt werden. Wenn sich die ganze Kolonne mit Flüssigkeit
gefüllt hat (wegen der wachsenden spezifischen Flüssigkeitsbelastung uL und den
sehr kleinen Gasgeschwindigkeiten uL) flutet die Kolonne. Bei sehr großen
Phasendurchsatzverhältnissen am Flutpunkt λ0 bilden sich Blasen. Deswegen ist
gut erkennbar, wie eine Kolonne flutet.[11]
Vollflächige Füllkörper haben einen deutlich kleineren Belastungsbereich als
moderne Gitter-Füllkörper. Folglich hat auch die Gasströmung einen anderen
Einfluss auf die Flüssigkeitsströmung, als bei den ersten dargestellten
Füllkörpern.[11]
Tropfen bilden sich bei stark durchbrochenen Oberflächen von Füllkörpern durch
das Abtropfen aus den einzelnen Füllkörperelementen sowie aus Filmen und
Rinnsalen, die durch das Gas nach oben transportiert werden können.[11]
Am gesamten Hold-up liegt der Anteil der Tropfen zwischen 5 und 42 % und ist
abhängig von der Füllkörperart und –größe.[11]
22
2.4.4 Flüssigkeitsinhalt uL (Hold-up)
Zur Vorausberechnung des Druckverlustes und auch zur konstruktiven Deutung
einer Füllkörperkolonne ist der Flüssigkeitsinhalt hL im gesamten
Belastungsbereich einer Füllkörperkolonne von großer Bedeutung. Die Größe des
Flüssigkeitsinhaltes am Flutpunkt legt die konstruktive Ausführung des Gitters in
einer Füllkörperkolonne und die Größe hL unter Betriebsbedingungen, die
Bestimmung des Abstandes zwischen den Gittern und dem Flüssigkeitstand im
Sumpf der Kolonne und die Lage des Gaseintrittsstutzens fest.[11]
Einflüsse auf den Flüssigkeitsinhalt hL der Flüssigkeit:
Im turbulenten Strömungsbereich
- die Flüssigkeitsbelastung uL
- die Füllkörpergröße d
Im laminaren Strömungsbereich
- die Flüssigkeitsbelastung uL
- die Füllkörpergröße d
- der Stoffwert Viskosität ηL
- der Stoffwert Dichte δL
Unterhalb der Staugrenze hat das Gas praktisch kein Einfluss mehr auf den
Flüssigkeitsinhalt hL. [11]
Der statische Flüssigkeitsinhalt hst ist beeinflusst von den Stoffwerten und von der
spezifischen Flüssigkeitsbelastung uL. Der statische Anteil hst muss den
maximalen Wert erreichen, sofern die Flüssigkeitsbelastung uL gegen Null geht.
Dieser Wert wird Haftinhalt hH genannt. Es gilt:
HstLL hhhu max,0 (36)
Der statische Flüssigkeitsinhalt sinkt mit der Flüssigkeistbelastung uL. und erreicht
bei Null den kritischen Wert uL, krit. [11]
23
Für die Berechnung des dynamischen Flüssigkeitsanteiles wird normalerweise
angenommen, dass der Flüssigkeitsanteil meistens nur dem in Packung oder
Schüttung existierendem Rieselfilm zuzuordnen ist, denn hier existieren keine
Tropfen.
(37)
Der dynamische Flüssigkeitsinhalt hD und der gesamte Flüssigkeitsinhalt können
gleichgesetzt werden.[11]
Die als Triebkraft anzusehende Schwerkraft Kg , die Viskosität Kη und die
Widerstandskraft Kᴪ sind diejenigen drei Kräfte, die in Füllkörperkolonnen auf
Flüssigkeitsrieselfilme wirken. [11]
dLkritLL hhuu .,
24
2.5 Druckverlust
Im Hinblick auf den Aufbau der Apparate sind für zweiphasig im Gegenstrom
durchströmte Füllkörperschüttungen der Flutpunkt als obere und der Staupunkt als
untere strömungsbelastete Grenze bedeutende Größen, denn eine gasförmige
Phase erleidet bei zweiphasiger Durchströmung einer Füllkörperschüttung einen
Druckverlust. [14]
Bei der Beobachtung einer Füllkörperkolonne es ist nötig, vorher die
Einphasenströmung einer zusammenhängenden Phase sowie auch die
Einphasenrieselströmung zu erörtern. Bei Kenntnis der Einphasenströmung ist für
die weitere Arbeit die Betrachtung der Zweiphaseströmung sinnvoller. Hierbei ist
auch zu untersuchen, welche effektiven Strömungsgeschwindigkeiten in einer
Schüttung auftreten. Der Einbau beeinflusst den Druckverlust und führt zu
Veränderungen, weswegen es sich nicht empfiehlt, die Füllkörperkolonne
zwischen den Messungen aufzubauen. Einen weiteren Einfluss hat ferner die
Kolonnenwand. [14]
Für die Berechnung des Druckverlustes es ist erforderlich, weitere Größen zu
kennen:
- Dichte und Zähigkeit des Fluids
- Die Abmessungen der Füllkörper
- Der Lückengrad der Schüttung [14]
25
2.6 HTU/NTU-Modell
Das HTU/NTU-Modell wird zur Berechnung der Absorption in Füllkörper-,
Packungs- und Sprühkolonnen angewendet. Bei Absorptionskolonnen geht es,
wie bereits dargestellt, um einen einseitigen Stofftransport. Die
stoffaustauschenden Phasen stehen permanent miteinander in Kontakt. Die
Komponente 1 (Gas) wird nur von einer Phase in die andere transportiert, wobei
sich auch die Gesamtströme von Gas und Flüssigkeit ändern. [6]
Abbildung 10: Bilanzierung eines differentiellen Volumenelements einer Gegenstromabsorptionskolonne
Ein differentielles Volumenelement in einem bekannten Querschnitt der
Absorptionkolonne wird in einer gewählten Höhe z als Bilanzraum gewählt. Der
Gasstrom tritt mit der Beladung Y+dY in den bekannten Kolonnenquerschnitt ein
und verlässt diesen nach der eingebauten Höhe dz mit der geringeren
Konzentration Y, da das Absorptiv mit dem Stoffstrom dni in die Flüssigkeit
transportiert wird. Im Gegenstrom zum Gas tritt in die Kolonne Flüssigkeit und es
erhöht sich damit die Beladung in dem Volumenelement um den Anteil dX. Der
Stoffstrom dni, also die absorbierten Komponenten, sind verantwortlich für eine
26
Konzentrationänderung in der Gas- und Flüssigkeitsphase. Diese Bilanzierung
zeigt die Abbildung 10. [6]
Der Bilanzraum I beinhaltet die Gasphase und endet an der Phasengrenze:
(38)
Der Stoffstrom in der Höhe dz bestimmt sich:
(39)
Für den transportierten Stoffstrom wird die Stoffübergangsbeziehung (Formel 14 )
mit Befrachtung als Konzentrationsmaß eingesetzt:
(40)
Wegen der molaren Dichte G~ formt sich die molare Konzentration c in die
Beladung Y um. Der Stoffdurchgangskoeffizient wird als kG statt kI bezeichnet, Y ist
die Konzentration im Kern der Gasphase, Y* die Gleichgewichtsbeladung im
Verhältnis zur Beladung im Kern der Flüssigkeit X und dA ist das differentielle
Flächenelement, das sich mit dem Höheelement dz bestimmen lässt:
(41)
AQ ist der Kolonnenquerschnitt und a die Größe der spezifischen
Phasengrenzfläche. φ ist der Benetzungsfaktor und wird in der Regel bei
Kolonnen mit φ=1 eingesetzt.
Der Benutzungsgrad der Füllkörper ist das Verhältnis und kann erhöht
werden, wenn bei Inbetriebnahme die Kolonne geflutet wird. [7]
iTT ndYGdYYG
dYGnd Ti
dYGdAYYknd TGGi *~
dzAadA Q
27
Die Bilanzierung nach Höhe dz mit der Integration über die stoffaustauschende
Kolonnenhöhe H berechnet sich:
(42)
(43)
Die Gleichung bezeichnet die Höhe der Übertragungseinheit (HTU - Height of one
Transfer Unit) und die Anzahl der Übertragungseinheiten (NTU – Number of
Transfer Units):
(44)
(45)
Die Kolonnenhöhe H kann beschrieben werden als Produkt von HTU und NTU:
(46)
Der Index OG steht für Overall Gas und beschreibt, dass der
Gesamtstoffdurchgangswiderstand auf die aufströmende Phase bezogen wird.
Die gleiche Ableitung kann bis zur Kolonnenhöhe H in Bilanzraum II für die
flüssige Phase vorgenommen werden.
(47)
(48)
Hdz
Hz
z
0
E
A
Y
YGQG
T
YY
dY
Aak
GH
*~
GQG
TOG
Aak
GHTU
~
E
A
Y
Y
OGYY
dYNTU
*
OGOG NTUHTUH
dXLnd Ti
LQL
TOL
Aak
LHTU
~
28
(49)
(50)
Der Index OL steht für Overall Liquid und beschreibt, dass der
Gesamtstoffdurchgangswiderstand auf die abfließende Phase bezogen wird. [6]
Die Höhe einer Übertragungseinheit hängt von den Stoffdurchgangskoeffizienten
kg oder kL sowie auch von der volumenbezogenen Phasengrenzfläche ab. [6]
Der NTU- wie auch der HTU-Wert müssen bekannt sein, um die Höhe zu
bestimmen.
A
E
X
X
OLXX
dXNTU
*
OLOL NTUHTUH
29
2.7 Entwicklung von Packungskolonnen und
Füllkörperkolonnen
Schon in den 1930er Jahren wurde in den USA und in Deutschland mit der
Entwicklung von Füllkörpern begonnen, anfangs nur für keramische Kugeln und
Raschig-Ringe. Viele Jahre wurde der Einsatz von Füllkörperkolonnen bei der
Absorption nur in kleinen Anlagen, begrenzt auf 1 m Kolonnendurchmesser,
genutzt. Der Grund dafür liegt in den verwendeten Raschig-Ringen, die zu dieser
Zeit weniger wirksam waren, ferner auch in den begrenzten
Kolonnendurchmessern. Fritz Raschig erfand die ersten Füllkörper im Jahre 1907.
Durch Einführung von metallischen Pallringen konnten die Mängel der
verwendeten Füllkörper zum Teil behoben werden. Weiterhin wurde der
gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung am Kolonnenkopf und in der
Gasvorverteilung unter der Packung zu dieser Zeit nicht so viel Aufmerksamkeit
gewidmet. [15]
Das Unternehmen Sulzer AG im schweizerischen Winterthur hat bereits in den
1960er Jahren neue Standards in der Packungstechnik eingesetzt. Mit der
Entwicklung von Gewebepackungen der Typen BX und CC, dann mithilfe der
Blechpackung der Bauart Melapak 250 Y, wurden die konstruktiven Bedingungen
für moderne Kolonneneinbauten erheblich verbessert. Das bedeutete, dass der
Druckverlust im Betriebsbereich kleiner wurde, was eine höhere Belastbarkeit und
Trennwirkung ermöglichte. [15]
Diese Bedingungen und Besonderheiten waren am Ende der 1970er Jahre
Voraussetzungen für die Entwicklung von neuen, ungeordneten Füllkörpern und
Packungen. [15]
Zu Beginn der 1980er Jahre wurden durch die Zusammenarbeit der Industrie mit
den Universitäten das Wissen erweitert und weitere Füllköper und Packungen
entwickelt, wie NOR-Pac, Hiflow-Ringe, Top-Pak, Envipac, Dtnpac, VSP-Rings,
Intalox-Metallfüllkörper, Montzpackung, Ralupak, Rombopak usw. Ungeregelte
metallische Füllkörper wie Raschig-Super-Ringe und Mc-Pac-Füllkörper, ebenso
die keramischen Füllkörper der Bauarten R- und SR-Pac sowie die Packung
30
Durapar, waren gezeichnet durch mehrere und bessere Entwicklungen in die
1990er Jahren. [15]
Die Hersteller Sulzer und Montz haben in den 1990er Jahren bei strukturierten
Packungen ihre vielfältigen Packungsmodelle auf Größenordnungen von 100 bis
zu 750 m2m-3 mit vielfältigen Kanalneigungen von 30°-Typ X und 45°-Typ Y
ausgeweitet und die neu entwickelte Optiflow-Packung sowie Mellapak Plus auf
den Markt gebracht. [15]
Seit den 1970er Jahren führten hohe Energiekosten zu Marktanforderungen, die
Entwicklungstrends nach druckverlustarmen und hochbelastbaren Einbauten für
primäre Energieträger auslösten. [15]
Die Vorteile der Investition in moderne Gitterfüllkörper (offenere Umwandung) und
strukturierte Packungen kommen speziell bei der Absorption, der
Vakuumrektifikation oder bei stufenintensiven Trennungen zum Tragen. [15]
Absorption und Desorption gehören zu den Hauptanwendungsbereichen von
ungeregelten Füllkörpern aus Kunststoffen, weil diese Trennprozesse
normalerweise in normalen Temperaturbereichen ablaufen. Moderne, regellose
Schüttungen von Füllkörpern mit gitterartigen Strukturen wird damit bedeutsam.
Diese Füllkörper sind nicht nur durch extrem kleine Druckverluste und hohe
Belastbarkeit gekennzeichnet, sie ermöglichen auch ein geringes Bauvolumen und
damit niedrige Betriebskosten, die zunehmend wichtige Anforderungen im Bereich
der Absorption sind. [15]
31
2.8 Füllkörperkolonne und Packungskolonne
Stoffaustauschapparate, können eingeteilt werden in:
Füllkörperkolonnen
Abbildung 11: Übersicht über Füllkörperarten[10]
Packungskolonnen
Abbildung 12: Übersicht über regelmäßige Packungen[10]
32
Die Füllkörper kann man aus unterschiedlichen Werkstoffen herstellen: Metall,
Kunststoff, Porzellan, Glas oder Keramik. [15]
Die Flüssigkeit im Stoffaustauschapparat muss zur Oberflächenvergrößerung
verteilt werden, um eine große volumenbezogene Phasengrenzfläche für den
Stoffaustausch in den oben genannten Apparaten zu erreichen.[10]
Mithilfe der Füllkörper und Packungen müssen folgende Anforderungen erfüllt
werden:
- Hohe Belastbarkeit mit Gas und Flüssigkeit,
- Große volumenbezogene Phasenfläche bei kleinem Druckverlust
- Regelung optimaler Stofftransportbedingungen
- Ausgleich existierende Phasenungleichverteilungen
- Möglichkeit zur gleichmäßigen Phasenvermischung
- Gute Absorptionsfähigkeit für Flüssigkeit
- Möglichkeit der Produktion von verschiedenen Materialien
- Einfache Herstellung und geringe Kosten
- Ausreichende Stabilität gegen Bruch bei geringen Materialkosten [14,15]
Packungen benutzt man wegen der definierten Durchtrittskanäle für die
Gegenstromphasen bei genauen Flüssigkeitströmungen für eine gleichmäßige
Phasenverteilung über den Kolonnenquerschnitt und für steigende
Phasenturbulenz.[10]
Abbildung 13: Prinzipieller Aufbau von Packungen [10]
33
In Abbildung 13 sieht man verschiedene Aufbauarten von Packungen. Links sind
die Schichten der Kanäle erkennbar, die um 45° zueinander stehen. Die Kanäle
sind mit verschieden geformten Öffnungen versehen, sodass Flüssigkeit durch die
Kanäle rieseln kann. In der Mitte ist zu sehen, wie die Öffnungen für die
Flüssigkeitsmischung auf der Packungsoberfläche an den Rändern aufgebördelt
sind. Das rechte Bild zeigt einzelne Packungelente um 90° versetzt in die Kolonne
gestellt. [10]
Der Lückengrad ε ist definiert als der Raum der in der Stoffaustauschkolonne zur
Durchstömung der Gasphase im Verhältnis zum gesamten Volumen . Je kleiner
der Lückengrad ist, desto weniger Gas kommt durch die Packungen oder
Füllkörper. Das kann zu niedrigen Gasgeschwindigkeiten führen. Es muss folglich
ein solcher Lückengrad vorhanden sein, dass der Stoffaustausch optimal und
ohne höheren Druckverlust erfolgen kann. Packungen können im Vergleich zu
Füllkörpern bei sehr großen volumenbezogenen Phasengrenzflächen und großem
Lückengrad einen geringen Druckverlust erreichen. In der Industrie spielen die
Kosten von Packungen und Füllkörpern eine große Rolle, eobei Packungen teurer
sind als Füllkörper. Deswegen benutzt man in Kolonnen eher Füllkörper. Bei der
Auswahl muss auf eine gleichmäßige Flüssigkeitsaufteilung geachtet werden. Es
ist wichtig, geeignete Flüssigkeitsverteiler einzubauen, die für eine gleichmäßige
Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Kolonnenquerschnitt sorgen.
Unregelmäßige Flüssigkeitsverteilung bedeutet, dass der Lückengrad an der
Wand der Kolonne größer ist als im Zentrum, was zu unterschiedlichen
Messergebnissen bei Füllkörperschüttungen und Packungen führt. Eine mittlerer
Lückengrad kann wie folgt bestimmt werden:
(51)
Hierbei ist Vp das Gesamtfüllkörpervolumen und Vs Schüttungsvolumen. [10,14]
s
p
V
V1
34
Bei Trennkolonnen mit Füllkörpern geht es um die Festlegung des Druckverlustes
∆p am Betriebspunkt und am Flutpunkt. Für jeden Füllkörper muss daher bekannt
sein:
der Belastungsbereich – Flutgrenze und die untere Belastungsgrenze
der auf 1 m bezogene Druckverlust der Schüttung ∆p/H
der Flüssigkeitsinhalt hL
die Trennwirkung HTUov bezogen auf die Dampfphase [11]
Füllkörperschüttungen, also die Schüttungen aus gleichgroßen Füllkörpern,
befinden sich in technischen Füllkörperapparaten. Die zur Charakterisierung einer
Schüttung benutzten geometrischen Größen sind miteinander verbunden.
Kennzeichnend für eine Füllkörperschüttung sind die sogenannte
volumenbezogene Füllkörperoberfläche, der Lückengrad und der hydraulischen
Durchmesser, welcher der Einphasenströmung durch Rohre und Kanäle
entspricht.[11]
Um die Schüttungshöhe zu berechnen, wird noch der HTU-Wert benötigt.
Die Gleichmäßigkeit der Flüssigkeitsverteilung in der Füllkörperschüttung ist
wichtig für die Fluiddynamik und Stoffübertragung. Bei einer Ungleichverteilung
der Flüssigkeit in einer Schüttung oder Packung muss auf eine mögliche
Überflutung oder Randgängigkeit geachtet werden. Eine ungleichmäßige Aufgabe
am Kopf oder in der Kolonne oder eine schlechte (nicht senkrechte) Montage der
Kolonne kann die Ungleichverteilung der Flüssigkeit beeinflussen. [15]
35
2.9 Theorie der Anstaupackung
Die Gas/Flüssigkeits – Kontaktapparate werden meistens als Boden-, Füllkörper-
oder Packungskolonnen benutzt. Charakteristisch haben einen höheren
Druckverlust und Flüssigkeitsinhalt und eine höhere Trennleistung Füllkörper- und
Packungkolonne. Gegenüber zu Bodenkolonnen haben Füllkörper- und
Packungkolonne sehr geringeren Druckverlust und niedrige Trennleistung. Auch
Flüssigkeitsinhalt ist geringer derart, dass die Gefahr der Zersetzung thermisch
instabiler Substanzen sehr gering ist. Sie reagieren weniger empfindlich auf
schäumende Gemische. Diese Eigenschaften zeigen eine größe Bedeutung in der
Absorption und Rektifikation. [3,4,8]
Theoretische und experimentelle Untersuchungenhaben haben ergeben, dass der
kapazitäts-begrenzende Flutzustand üblicher geordneter Packungen dort beginnt,
wo zwei übereinander liegende Packungselemente eine Kontaktfläche formen.
Danach bildet sich der Flutzustand nach oben in den Kern des
Packungselementes hin aus. Dies wird auch als vorzeitiges Fluten bezeichnet.
Hochleistungs- und Anstaupackungen können als Ergebnis dieser Entwicklung
angesehen werden. [8]
Der Grundsatz der Hochleistungspackung beruht darauf, das vorgezogene Fluten
zu verhindern, um die Kapazität der Packung eindeutig zu erhöhen. Um das zu
verhindern, wurden die Geometrie der Standard-Packungen dermaßen verändert,
dass am unteren bzw. oberen Ende jedes Packungselementes der
Neigungswinkel der Strömungs-kanäle hinsichtlich der Vertikale schrittweise an
Null herangeführt wurde. [8]
Bei der Entwicklung der Anstaupackung wird fokusiert darauf, dass die
Teilbereiche der Packung gezielt zu fluten zu bringen, den Stoffaustausch zu
verbessern sowie die Verweilzeit der Flüssigkeit zu erhöhen. Durch die
Kombination von gewöhnlichen Packungen mit voneinander unterschiedlichen
spezifischen Oberflächen entstehen in der Kolonne Zonen unterschiedlicher
36
fluiddynamischer Belastung. In der folgenden Abbildung ist den Aufbau einer
Anstaupackung präsentiert.[8]
Abbildung 14: Aufbau einer Anstaupackung [8]
Die Bereiche mit einer hohen spezifischen Oberfläche sozusagen mit kleinem
Strömungsquerschnitt a2 ( Abbildung 14 ), werden in der Nähe des Flutpunktes
betrieben und dienen aufgrund des dort herrschenden intensiven Kontaktes
zwischen dem Gas und der Flüssigkeit sowohl zu einer Verbesserung des
Stoffaustausches als auch zur Erhöhung der Verweilzeit bei. Diese Bereiche
werden im Folgenden als Anstaulagen benannt.[8]
Die Bereiche geringer spezifischer Oberfläche bzw. größeren
Strömungsquerschnitt a1 ( Abbildung 14 ) werden unterhalb des Flutpunktes
betrieben. Diese Bereiche dienen vorwiegend als Tropfenabscheider und werden
deshalb im Folgenden als Abscheidelagen bezeichnet. [8]
Erste Untersuchungen die gemacht wurden von Kaibel deuten daraufhin, dass die
Anstaupackungen zahlreiche Merkmale von Boden- und Packungskolonnen
nützlich miteinander verbinden. Die Anstaupackungen können sich nützlich
erweisen, wenn der Hold-up oder die Trennleistung von existierenden
Packungskolonnen erhöht werden sollen. [8]
37
Die experimentellen Untersuchungen wurden mit einer Plexiglaskolonne mit einem
Durchmesser von 0,3 m durchgeführt. Die eingebauten Packungskombinationen
bestanden aus 3 Anstaulagen und 4 Abscheidelagen mit einer Gesamthöhe von
0,89 m. Es wurden Druckverlust, Gasbelastung am Stau- und Flutpunkt,
dynamischer Flüssigkeitsinhalt und Haftflüssigkeitsinhalt gemessen. Die
ausgewählte Versuche wurden bei Umgebungs-temperatur und Umgebungsdruck
durchgeführt. Als Stoffsystem für die experimentellen Untersuchungen wurde das
System Luft/Wasser erlesen. [8]
Der Druckverlust in Abhängigkeit der Gasbelastung bei unterschiedlichen
Berieselungs-dichten für die Packungskombination Montz B1-250/Montz B1-500
sind in Abbildung 15 dargestellt.
Abbildung 15: Druckverlustkurven der Anstaupackung Montz B1-250/B1-500 für verschiedene Berieselungsdichten[8]
Bei jeder Berieselungsdichte kann eine Gasbelastung ermittelt werden, bei der ein
überproportionaler Anstieg des Druckverlustes vorkommt.[8]
38
Entgegen zu üblichen Packungskolonnen bildet sich ein Bereich aus, in dem es
mit steigender Gasbelastung zu einer Abflachung des zuvor steil verlaufenden
Druckverlustanstiegs kommt. Dieser abflachende Bereich kann als Arbeitsbereich
der Anstaupackung bezeichnet werden. Dieser Bereich ist wesentlich von der
Geometrie der eingesetzten Packungen, von der Berieselungsdichte und den
Stoffgrößen abhängig. [8]
In Abbildung 16 ist ersichtlich, dass der Verlauf des Flüssigkeitsinhaltes in
Abhängigkeit der Gasbelastung dem des Druckverlustes gleicht.
Abbildung 16: Komformität der Druckverluste un der Hold-up-kurve bei der Anstaupackung Montz B1-250/B1-500 bei einer Berieselunhsdichte von B= 10 m3/(m2h)[8]
Weitere Faktoren, die einen Einfluss auf das fluiddynamische Verhalten der
Anstaupackung haben sind die geometrischen Oberflächen der Abscheide- und
Anstaulagen. Je größer die geometrische Oberfläche der Abscheidelage ist, desto
weiter wird die Gasbelastung am Flutpunkt zu geringeren Werten verschoben
während mit größer werdender geometrischer Oberfläche der Anstaulagen
39
vergrößert wird. In folgender Abbildung 17 wird das sichtbar, da der Druckverlust
der Anstaupackung mit einer Montz B1-250 als Abscheidelage und Montz B1-500,
B1-750 und B1-100 als Anstaulagen bei einer Berieselungsdichte von B= 10
m3/(m2h) dargestellt ist.[8]
Abbildung 17: Druckverlust der Anstaupackung B= 10 m3/(m2h)[8]
Die Gasbelastungsfaktor FStau, die an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches
einer Anstaupackung gezeigt ist, wird wegen des Anstauens der Flüssigkeit durch
den sprunghaften Anstieg des Druckverlustes charakterisiert. Eine
Unterschreitung dieser Grenze, führt aufgrund der dann fehlenden Sprudelschicht
zu Verlust in der Trennleistung und der Verweilzeit. Die obere Grenze der
Gasbelastung kann als Absolutgrenze angesehen werden und kann mit ca. 80%
der Gasbelastung am Flutpunkt einer Anstaupackung bestimmt werden. Ein
Überschreiten dieser Grenze, die zu umgehen ist, wird zu einem instabilen Betrieb
der Kolonne führen.[8]
40
Abbildung 18: Schematischer Aufbau einer Anstauschichtung im Betriebsbereich des Sprudelregimes
In Abbildung 18 ist ersichtlich der schematische Aufbau einer aus zwei Sektionen
bestehenden Anstauschichtung im Betriebsbereich des Sprudelregimes bzw. im
typischen Arbeitsbereich einer Kolonne mit Anstaukolonneneinbauten. [3,4]
Die Modellierung des Druckverlustes zur Charakterisierung des fluiddynamischen
Verhaltens der Anstaupackung wird je nach Belastung unter- oder oberhalb der
Staugrenze auf zwei unterschiedliche Weisen vollzogen.[8]
In Abbildung 19 ist die vorgestellte Modellvorstellung schematische dargestellt.
Abbildung 19: Schematische Darstellung der Modellvorstellung[8]
41
In dem Belastungsbereich, der unterhalb der Staugrenze liegt, strömen Gas und
Flüssigkeit durch die Packung ohne gegenseitigen Einfluss, siehe Abbildung 19
auf der linken Seite.[8]
Der Druckverlust kann so für jedes einzelne Packungselement wie bei einer
gewöhnlichen Packung erfolgen. Für dem gesamten Druckverlust folgt:
(52)
Die n1 steht für die Anzahl der Abscheidelagen und n2 für die Anzahl der
Anstaulagen. ∆p1 und ∆p2 darstellen die in den jeweiligen Abschnitten
auftretenden Druckverluste dar.[8]
Im Belastungsbereich, der oberhalb der Staugrenze liegt, wird aufgrund der
gegenseitigen Beeinflussung der Gas- und Flüssigphase komplexer und versucht
die vorhandenen Strömungsphänomene durch vier unterschiedlichen
Druckverluste zu beschreiben. Dieses Model ist in Abbildung auf der rechten Seite
dargestellt. Der Gesamtdruckverlust lässt sich somit additiv berechnen:
(53)
Die ∆p3 bedeutet Druckverlust der Sprudelschicht und ∆p4 den Druckverlust der
Schicht, die oberhalb der Sprudelschicht liegt.[8]
4321 ppppp
2211 pnpnp
42
3 Versuchsaufbau
Die Raschig-Super-Ringe, die bei der Untersuchung der Hydrodynamik und des
Stoffaustausches verwendet werden, wurden von der Firma Raschig Jaeger für
den Lehrstuhl Fluidverfahrenstechnik an der Ruhr Universität Bochum speziell
hergestellt. Es wurden für verschiedene Füllkörpereinbauten in durchgeführten
Untersuchungen die Hydrodynamik und der Stoffaustausch ermittelt.
Im folgenden Kapitel wird der Versuchsaufbau der verwendeten Versuchsanlage
zur Untersuchung der Hydrodynamik und der Absorption erläutert. Im Unterkapitel
3.2. werden der Aufbau der Gitter und des Schusses erläutert und im Unterkapitel
3.3 der Aufbau von eingebauten tragenden Gerüstkonstruktionen für
Anstaufüllkörperschichtungen dargestellt. Die physikalischen Parameter und
Kenngrößen, die in den protokollierten Messungen enthalten sind, werden im
Unterkapitel 3.4 gezeigt. Schließlich wird im Unterkapitel 3.5 noch die
Versuchsdurchführung von Hydrodynamik und Stoffaustausch vorgestellt.
Alle Untersuchungen von Anstaufüllkörperschüttung und
Anstaufüllkörperschichtungungen wurden in der Kolonne mit dem Durchmesser
0,440 m mit den Füllkörpern RSR#0,1 oder RSR#2 vorgenommen.
3.1 Versuchsaufbau
Dieses Kapitel beschreibt den Versuchsaufbau der verwendeten Messtechnik. In
der Abbildung 20 ist die schematische Versuchsanlage dargestellt. Die Anlage ist
geeignet, Absorption und Desorption in der Kolonne durchzuführen, um
hydraulische und auch Stoffaustauschuntersuchungen vorzunehmen.
43
Zwei Phasen werden in der eingebauten Kolonne, der sogenannten Hauptkolonne
(K1) mit Füllkörperschüttung oder Anstaufüllkörperschichtungung, unterschieden:
oben die Flüssigkeitsphase und unten die Gasphase. Bei der Flüssigkeitsphase
wird Leitungswasser (LW) zuerst in den Zulaufbehälter (B1) und dann mithilfe der
Zulaufpumpe (P1) durch das Rohr in den Kopf der Kolonne über ein
Zulaufrotameter (Fl1) (Schwebekörper-Durchflussmesser) geleitet. Die Flüssigkeit
kommt dann in den Flüssigkeitsverteiler, wo sie aufgrund der hier vorhandenen
gleichmäßigen Verteilung der Löcher durch die gesamten zu vermessenden
Kolonneneinbauten fließt. Die Flüssigkeit fließt durch die Füllkörperschüttung oder
Anstaufüllkörperschichtungung in den unteren Teil der Kolonne, den Sumpf. Hier
wird die Flüssigkeit aufgefangen und mit einer Ablaufpumpe (P2) durch ein
Ablaufrotameter (Fl2) in einen Ablaufbehälter (B2) geleitet. Aus dem
Ablaufbehälter entweicht die Flüssigkeit über das geöffnete Ventil (V6) oder fließt
über das geöffnete Ventil (V8) und den Zulaufbehälter wieder in den
Wasserkreislauf der Hauptkolonne (K1) zurück.
Abbildung 20: Darstellung der Versuchsanlage
44
In der Gasphase wird Umgebungsluft über einen Radialventilator angesaugt und
in den unteren Teil der Luftbefeuchterkolonne (K2) befördert, um dort die Luft im
Gegenstrom mit Wasser zu sättigen. Am unteren Teil der mit Füllkörpern
versehenen Befeuchtungskolonne wird Wasser aufgefangen und mithilfe der
Befeuchterpumpe (P3) aus dem Vorratsbehälter (B3) über ein Rotameter (Fl4) in
den Kreislauf geführt. Mit Wasser gesättigte Luft verlässt die Befeuchtungskolonne
am oberen Teil durch einen Tropfenabscheider (T2), wo noch Flüssigkeitstropfen
zurückgehalten werden. Die Luft strömt weiter zum unteren Teil der Hauptkolonne
und wird gleichmäßig mittels eines Gasverteilers über die ganze Oberfläche der
Füllkörperschüttung oder AnstauAnstaufüllkörperschichtungung verteilt. Luft strömt
im Gegenstrom zur Flüssigphase nach oben. Das Gas wird über einen
Frequenzumrichter und mit einem Schieber bzw. einer Drosselklappe (S)
gesteuert. Auch hier durchläuft die Gasphase die gesamte Hauptkolonne nach
oben bis hin zum Tropfenabscheider und wird schließlich über die Abgasleitung
abgeleitet.
Wie viel Flüssigkeit aufgenommen wird, also der Flüssigkeitsvolumenstrom, wird
geregelt und bestimmt über den Flüssigkeitseingang in der Hauptkolonne mit dem
Handventil (V1) und das Zulaufrotameter (FI1). Für den Flüssigkeitsausgang
erfolgt die Regelung vom Sumpf der Hauptkolonne aus mit dem Handventil (V2)
und dem Ablaufrotameter (FI2). Ohne die Pumpen (P1, P2, P3), welche von der
Baureihe Up der Firma Schmitt Kreiselpumpen verwendet werden, kann die
Flüssigkeit nicht zu- oder abgeführt werden. Die Ermittlung des
Gasvolumenstromes wird über die Messung des Druckverlustes an einer dafür
genormten Messblende bestimmt, die nach DIN EN ISO 5167 ausgelegt ist. Die
Druckverluste über die Hauptkolonne (K1) und über die genormte Messblende
werden mit vier U-Rohrmanometern ermittelt. [9]
Bei der Ermittlung und Bestimmung der Gaskonzentration von NH3 (Ammoniak)
wird dieses in die Gasphase geleitet und im Sumpf durch den Gasverteiler der
Hauptkolonne zugeführt. Die Gaskonzentration von Ammoniak wird am
Kolonnenkopf und am Kolonnensumpf gemessen.
45
3.2 Aufbau der verschiedenen Einbauten
In diesem Kapitel wird der Aufbau der verschieden Einbauten präsentiert, welche
für die experimentellen Untersuchungen benutzt wurden. In Unterkapitel 3.2.1
werden die verwendeten Füllkörper erläutert. Es handelt sich um Bestimmung den
Kenngrößen, Gewicht und Anzahl der Einbauten der Füllkörper. Am Ende dieses
Kapitel wird der Unterkapitel 3.2.2 beschreiben den Aufbau der Gitter in der alle
Einbauten bzw. der Füllkörperschüttung und Anstaufüllkörperschichtungen.
3.2.1 Verwendete Füllkörper
Dieses Unterkapitel zeigt die physikalischen Größen der modifizierten Einbauten
der Füllkörper. Die Tabelle 1 zeigt die geometrischen Kenngrößen der Füllkörper
(Herstellerangaben).
Tabelle 1: Kenngrößen der Füllkörper [16]
Füllkörper Spezifische geometrische
Oberfläche a [m2/m3]
Lückengrad ε [%]
RSR#0,1 480 94
RSR#0,3 315 96
RSR#2 100 98
Um den mittleren Gewichtswert zu bestimmen, wurden dreimal verschiedene
Füllkörperzahlen eingewogen. Bei RSR#0,1 waren das dreimal 20 Füllkörper. Der
Mittelwert wurde dann berechnet. Diese Werte sind in die Tabelle 2 aufgelistet.
46
Tabelle 2: Gewicht der Füllkörper
Füllkörper Gewicht der Füllkörper [g]
RSR#0,1 0,66
RSR#0,3 1,29
RSR#2 16,15
Beim Einbau wurden zuerst die Füllkörper RSR#0,1 gemessen und dann in die
Hauptkolonne geschüttet. Es wurden so viele abgewogen, dass die Höhe der
Füllkörperschüttung 0,3 m erreichte.
Das Gewicht und die gesamte Füllkörperanzahl sind in Tabelle 3 aufgelistet.
Tabelle 3: Gewicht und Füllkörperanzahl RSR #0,1
Füllkörper Gewicht [g] Anzahl [-]
RSR#0,1 15473,14 23601
Eine zweite Messung wurde mit einer Mischung von Füllkörpern RSR#0,1 und
RSR#2 durchgeführt. Im Gegensatz zur Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion wurden weder die gleiche Anzahl der Füllkörper noch
dieselben Füllkörper benutzt. Hingegen wurden stets neue und saubere Füllkörper
verwendet. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Mischung proportional erfolgte.
Das bedeutet, dass wegen deren kleineren Oberfläche zuerst die Füllkörper
RSR#2 gewogen und geschüttet wurden, damit die kleinen Füllkörper nicht
durchfallen konnten. Der Flüssigkeitsverteiler in der Kolonne musste hoch genug
über der Füllkörperschüttung positioniert sein, dass die Flüssigkeit gleichmäßig
verteilt werden konnte. Die Höhe der Flüssigkeitsverteiler war bei den
verschiedenen Einbauten ungefähr gleich und betrug 10 bis 15 cm. Die Höhe der
Füllkörperschüttung erreichte 0,74 mm.
47
Das Gewicht und die Füllkörperanzahl der Mischung sind in Tabelle 4 aufgelistet.
Tabelle 4: Gewichte und Füllkörperanzahl der Mischung
Füllkörper Gewicht [g] Anzahl [-]
RSR#0,1 13450,03 18488
RSR#0,3 10389,18 643
Weitere Messungen wurden für Anstaufüllkörperschichtungen vorgenommen.
Dabei handelte es sich um Anstaufüllkörperschichtungen ohne
Gerüstkonstruktion. Jede Schüttung war auf ein Gitter mit dem Querschnitt der
Kolonne aufgebracht und wurde mit einem weiteren Gitter bedeckt. Für die
Anstaufüllkörperschichtungen wurden zuerst die kleinen Füllkörper RSR#0,1 und
darauf die Füllkörper RSR#2 verwendet. Die Füllkörper wurden abgewogen und
dann geschüttet. In der Kolonne wurden 4 Schichten mit der gleichen Schütthöhe
für RSR#0,1 und RSR#2 eingebaut. Die Höhe der Anstaufüllkörperschichtung
ohne Gerüstkonstruktion war 0,88 mm.
Die Gewichte und die berechnete Füllkörperanzahl der
Anstaufüllkörperschichtungen ohne Gerüstkonstruktion sind in Tabelle 5
aufgelistet.
48
Tabelle 5: Gewichte und Füllkörperanzahl der Schichten ohne Gerüstkonstruktion
Schicht
Füllkörper
Gewicht [g]
Anzahl [-]
Gesamt Anzahl [-]
1 RSR#0,1 2757,84 4369
4571
RSR#2 3262,7 202
2 RSR#0,1 2556,13 3994
4184
RSR#2 3149,97 190
3 RSR#0,1 2529,2 3951
4163
RSR#2 3456,3 212
4 RSR#0,1 3058,01 4778
4992
RSR#2 3504,8 214
Die letzte Messung wurde noch einmal mit einer Anstaufüllkörperschichtung
durchgeführt, aber in diesem Fall mithilfe der Gerüstkonstruktion. Der Prozess für
den Einbau war gleich dem des Einbaus der Anstaufüllkörperschichtungen ohne
Gerüstkonstruktion. Für die untere Schicht wurde eine Gerüstkonstruktion mit
Gitter verwendet. Bei der Schüttung von RSR#0,1 musste vorsichtig vorgegangen
werden, sodass die Füllkörper nicht durch den Ablaufschacht in die Ablauftasse
fallen. Zwischen den zwei Sektionen bzw. Ablaufschächten entstand ein freier
Zwischenraum von ca. 3 cm. Deswegen wurde der untere Füllkörper der
Gerüstkonstruktion manuell am Ende geordnet, um diesen Zwischenraum zu
reduzieren.
Die Anzahl von Füllkörpern RSR#0,1 entsprach wegen der Gerüstkonstruktion
nicht der der Anstaufüllkörperschichtungen ohne Gerüstkonstruktion oder
49
Füllkörperschüttung. Das gilt auch für die Anzahl von Füllkörpern RSR#2. Die
Höhe der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion war 0,89 mm.
Die Gewichte, die berechnete Füllkörperanzahl sowie die gesamte Anzahl von
Anstaufüllkörperschichtungen mit Gerüstkonstruktion sind in Tabelle 6 aufgelistet.
Tabelle 6: Gewichte und Füllkörperanzahl der Schichten mit Gerüstkonstruktion
Schicht
Füllkörper
Gewicht [g]
Anzahl [-]
Gesamt Anzahl [-]
1 RSR#0,1 2236,35 3448
3675
RSR#2 3664,77 227
2 RSR#0,1 2164,23 3279
3494
RSR#2 3489,72 215
3 RSR#0,1 2198,67 3331
3552
RSR#2 3591,61 221
4 RSR#0,1 2348,29 3558
3793
RSR#2 3812,95 235
50
3.2.2 Aufbau der Gitter in der Füllkörperschüttung und
Anstaufüllkörperschichtung
In diesem Unterkapitel werden die Gitter in den Anstaufüllkörperschichtungen
näher beschrieben.
Abbildung 21: Querschnitt der Kolonne
Abbildung 21 zeigt den Querschnitt der Hauptkolonne. Der Außendurchmesser
beträgt 452 mm und der Innendurchmesser 440mm, d.h. der Durchmesser der
Füllkörperschüttung oder Anstaufüllkörperschichtung. Die Kolonne ist konstruiert
aus PVC.
Abbildung 22: Gitter für den Füllkörper RSR#0,1 (Gitter 1, links) und Abdeckung der Gitter bei Anstaufüllkörperschichtungen (Gitter 2, rechts)
Zum Einbau der Füllkörperkolonne es ist wichtig, Gitter zu benutzen. Welches
Gitter in die Kolonne einzubauen ist, hängt von der Größe der Füllkörper ab. Das
51
linke Quadratlochgitter in Abbildung 22 war eingebaut für den Füllkörper RSR
#0,1. Der Durchmesser von 5,5 mm sorgte dafür, dass die Füllkörper nicht in den
unteren Teil der Kolonne, den Sumpf fallen. Das hätte zu Messfehlern oder
Störungen in der Kolonne führen können. Dieses Gitter war in allen
durchgeführten Messungen am untersten Grund der Kolonne. Bei der
Füllkörperschüttung von RSR #0,1 und bei der Mischung von RSR #0,1 und RSR
#2 war das Gitter 1 auch für die Abdeckung der Füllkörper eingebaut, damit die
Füllkörper nicht aus der Schüttung in den Kopf mitgerissen werden. Die Gitter
waren mit vier Distanzhaltern zur Festigung und Stabilisierung der Höhe
verbunden.
In der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion waren drei verschiedene
Quadratlochgitter eingebaut. Das erste Gitter 2 war auf die Ablauftasse zwischen
den Ablaufschächten gelegt. Dazwischen waren Füllkörper RSR #0,1 geschüttet.
Oberhalb der Schicht aus RSR #0,1 war das Gitter 1 eingebaut (Durchmesser
5,5 mm), worauf dann RSR #2 geschüttet wurde. Wegen des kleineren
Durchmessers von RSR #0,1 gegenüber der Größe der Ablaufschächte wurde mit
einem Draht jeder Ablaufschacht mit Gitter 1 fest verbunden, um zu verhindern,
dass die RSR #0,1 in den Ablaufschacht fallen. Auf solche Weise wurden alle 4
Schichten eingebaut. Wegen des größeren Durchmessers von RSR #2 war am
letzten Schacht ein größeres Gitter 3 eingebaut, damit der Transport der
Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsverteiler leichter erfolgen konnte. Die Gitter 2 und
3 sind in Abbildung 23 dargestellt.
52
Abbildung 23: Konstruktion der Gitter für den Einbau der Anstaufüllkörper-schichtungen. Gitter 3 links unterhalb der vierten Sektion von RSR#2 und Gitter 4 rechts oberhalb von RSR #0,1
Der Einbau der Anstaufüllkörperschichtungen ohne Gerüstkonstruktion erfolgt auf
gleiche Weise, also ohne Ablaufschächte und Ablauftassen. Zuerst wurde das
Gitter 1 eingebaut und danach Füllkörper RSR #0,1 geschüttet. Nach der
Abdeckung mit Gitter 1 wurden Füllkörpern RSR #2 als nächste Schicht
geschüttet. In entsprechender Reihenfolge wurden noch drei Sektionen eingebaut.
Am Ende wurde wie bei den Anstaufüllkörperschichtungen mit Gerüstkonstruktion
mit dem Gitter 3 (größerer Durchmesser der Quadratlochgitter) abgedeckt.
Alle Gitter waren mit vier Distanzhaltern zur Stabilisierung und Erhaltung der Höhe
verbunden.
53
3.3 Aufbau der tragenden Gerüstkonstruktion
Eine Anstaukolonne benötigt für einen intensiven Stoffaustausch und die
Hydrodynamik zwei im Gegenstrom strömende Phasen.
Die Anlage war so eingebaut wie in Abbildung 24 dargestellt.
Abbildung 24: Aufbau die Anstaukolonne mit Gerüstkonstruktion
Die Gerüstkonstruktion war von den Herstellern gestellt. Ein Gerüst war aus vier
übereinander geordneten Anstaueinsätzen gebildet. Jede Sektion bestand aus
einer Schicht von schüttfähigen Füllkörpern RSR #0,1 der Höhe 50 mm und einer
zweiten Schicht von schüttfähigen Füllkörpern #2 der Höhe 170 mm. Die
Anstaueinsätze waren parallel zueinander angeordnet. Sie bestanden aus drei
Ablaufschächten, die am Ende von einer Ablauftasse umgeben waren und durch
Distanzhälter miteinander verbunden wurden. Zwischen allen Schichten wurde
unterhalb und oberhalb ein Gitter eingebaut.
Die erste Schicht bildet bei der Anstaukolonne mit einer solchen
Gerüstkonstruktion einen Anstaubereich, bei dem die flüssige Phase angestaut
wird.
54
3.4 Versuchsdurchführung
Die experimentellen Untersuchungen werden in diesem Kapitel 3.4 näher
beschrieben. Von dem Hochfahren des Anlage bis den bekommen Ergebnissen.
In dem Unterkapitel 3.4.1 wird die Versuchsdurchführung der Hydraulische
Messungen beschrieben und danach der NH3-Absorption.
3.4.1 Hydraulik
Die Standarduntersuchungen der Absorption an Füllkörperschüttungen,
Anstaufüllkörperschichtungen und Packungen werden mit hydrodynamischen
Messungen für das System Wasser - Luft durchgeführt. Sie dienen der
Charakterisierung des spezifischen Druckverlustes und des spezifischen Hold-up
in Abhängigkeit von der Gasbelastung und Flüssigkeitsbelastung.
Vor Beginn der Messungen wurden zuvermessende Kolonneneinbauten in die
Hauptkolonne (K1) eingefügt und vorher gewogen. Dies sollte gewährleisten, dass
die Füllkörper gleichmäßig und lückenlos in der Kolonne eingebaut werden
können.
Zur hydraulischen Untersuchung wurden mehrere Messreihen für verschiedene
Flüssigkeitsbelastungen durchgeführt. Die Füllkörperschüttungen oder Packungen
wurden auf eine bestimmte Höhe eingebaut. Vor der Befeuchtung der Kolonne
wurden zuerst sieben Betriebspunkte ohne Flüssigkeitsbelastung gemessen, nur
mit Zulauf eines Gasstroms, der über ein Gebläse und den Schieber sowie den
Frequenzumrichter reguliert wurde. Der Druckwert ∆pB wurde bei allen
Untersuchungen an der Drosselklappe zwei eingestellt und am U-Rohr-
Manometer abgelesen und notiert. Mit der Absorptionskolonne wurden vier U-
Rohr-Manometer verbunden, die den Druck am unteren und oberen Teil der
Kolonne (∆pB, p1B,, ∆p1K, ∆pK) messen. Die nächsten sechs Betriebspunkte waren
so aufgeteilt, dass eine gleichgroße Abweichung voneinander gewährleistet war
und dass beim letzten Betriebspunkt die maximale Leistung des eingestellten
Gebläses erreicht wurde. Maximale Leistung bedeutete, dass die Drosselklappe
ganz geöffnet war und eine maximale Menge Gas der Kolonne zugeführt werden
55
konnte. Nach diesem Versuch wurden die Betriebspunkte in einer Excel-Datei
eingetragen und daraus ein Diagramm des Druckverlustes gefertigt.
Für die Planung der geeigneten Betriebspunkte begannen die Hydraulik-
Messungen mit der in die Kolonne aus dem Wasserbehälter eingefüllten
Flüssigkeit. Die Behälter sollten einen Tag vorher gefüllt werden, um auf die
Raumtemperatur zu kommen. Vor Beginn der Messungen wird in die Kolonne
Flüssigkeit von einer niedrigen Belastung bis hin zum starken Fluten eingeführt,
d. h. die Kolonne wird ca. zwei Minuten lang bei größtmöglicher Flüssigkeits- und
Gasbelastung betrieben, um die Oberfläche der Kolonneneinbauten zu befeuchten
und die Kolonne auf Dichtigkeit und Funktionsfähigkeit zu überprüfen.
Im Gegenstrom zur Flüssigkeit wird der Gasstrom geführt. Für die Messung des
Gasstromes wurden sieben Betriebspunkte eingestellt, die nacheinander von der
kleinsten bis zu größtmöglichen Stärke vermessen werden. Der festgelegte
Gasstrom wird kontrolliert mithilfe des Druckverlustes ∆pB am U-Rohr-Manometer.
Für die Versuchsanlage wurden immer dieselben Flüssigkeitsbelastungen von uL =
1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h) eingestellt. Für jede
Flüssigkeitsbelastung wurden sieben Betriebspunkte festgelegt und von der
kleinsten bis zur größtmöglichen Gasbelastung nacheinander gemessen.
Zwischen den vorgenommenen Belastungen wurden für jeden Punkt die
Druckverluste am U-Rohr-Manometer abgelesen und notiert.
Bei hydraulischen Untersuchungen werden außer den durchgeführten Messungen
des Druckverlustes auch Messungen des Flüssigkeitsinhalts (Hold-up)
vorgenommen. Die Gasbelastung, die Flüssigkeitszufuhr (Zulaufrotameter) und
der Füllstand im Sumpf der Hauptkolonne (K1) (Ablaufrotameter) werden dabei
konstant gehalten. Es musste darauf geachtet werden, dass der
Flüssigkeitsbehälter nicht leer ist. Nach der Einstellung des Gleichgewichts wird
der Hold-up bestimmt, indem die Höhe des Flüssigkeitsstandes im Sumpf der
Kolonne markiert wird. Gleichzeitig wird der Flüssigkeitszu- und ablauf
geschlossen, indem die Zulaufpumpe (P1) und die Ablaufpumpe (P2)
56
ausgeschaltet und zugleich das Zulaufventil (V3) und das Ablaufventil (V4)
verriegelt werden.
Bei abgeschaltetem Radialventilator (G) sammelte sich der Flüssigkeitsinhalt der
Kolonneneinbauten (Füllkörperschüttung und Anstaufüllkörperschichtungen) im
Sumpf der Hauptkolonne (K1) und das Volumen wurde nach einer Zeit ca. 8 bis 10
Minuten bestimmt, bis sich das gesamte in den Füllkörpern befindliche Wasser
durch Abtropfen im Sumpf gesammelt hatte. Das abgelesene Volumen des
Wassers wurde für den Hold-up ermittelt. Damit war die Messung eines
Betriebspunktes für den Druckverlust und den Flüssigkeitsinhalt (Hold-up
Volumen) abgeschlossen.
Für den somit ermittelten und einstellten Betriebspunkt bei höherer Gasbelastung
wurden anschließend das Zulaufventil (V3) und das Ablaufventil (V4) wieder
geöffnet sowie das Gebläse (G) und die Pumpen (P1) und (P2) wieder
eingeschaltet.
3.4.2 NH3-Absorption
Standarduntersuchungen zur Absorption des Stoffaustausches für das System
Ammoniak-Luft/Wasser an Füllkörperschüttungen, Anstaufüllkörperschichtungen
und Packungen sind durch entsprechenden Stoffaustausch charakterisiert. Vor der
Untersuchung musste das Ammoniakkonzentrations-Messgerät für ca. eineinhalb
Stunden vorgewärmt werden. Untersucht wurde die Konzentration des NH3 in der
Flüssigphase im Sumpf und am Kopf der Kolonne.
Wie schon bei hydraulischen Untersuchungen wurden vor dem Beginn die
Kolonneneinbauten mit Flüssigkeit befeuchtet (ca. 2 Minuten geflutet). Danach
wurde der Ammoniak aus einer Gasflasche mit der Luft, die vorher mit Wasser im
Luftbefeuchter gesättigt worden war, von unten in den Sumpf der Hauptkolonne
(K1) durch den Gaseintrittskrümmer im Gegenstrom zur Flüssigkeit eingebracht.
Der Luftstrom bzw. die Gasbelastung wurde mit dem Schieber und dem
Frequenzumrichter eingestellt.
57
Die Untersuchungen wurden bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL = 1, 4, 10, 20
und 30 m³/(m²h) bei fünf aus den hydraulischen Untersuchungen ermittelten
Gasbelastungen vorgenommen. Der Druckverlust wurde auch am U-Rohr-
Manometer (∆pB, p1B,, ∆p1K, ∆pK) abgelesen und so die ermittelte Gasbelastung
eingestellt.
Zusätzlich dazu wurde beim Stoffaustausch bei jedem Messpunkt jeweils eine
Flüssigkeitsprobe für die chemische Analyse entnommen. Die NH3-Konzentration
im Gas wurde im Kolonnensumpf und im Kolonnenkopf mit einem
Ammoniakkonzentrations-Messgerät ermittelt.
Mit der richtigen Einstellung einer konstanten Flüssigkeitsbelastung und
Gasbelastung wurden die Untersuchungen durchgeführt. Nach konstanter NH3-
Konzentration wurde der Wert notiert und die Probe wurde im Sumpf
abgenommen. Anschließend wurde das Handventil des Messgerät der NH3-
Konzentration auf den Kolonnenkopf umgestellt und die Probe am Kolonnenkopf
genommen.
Es musste darauf geachtet werden, dass das Gerät, welches zur Messung der
Gaskonzentration eingesetzt wurde, eine Messabweichung von 50 ppm hat.
Für die Analyse der NH3-Konzentration in den Flüssigkeitsproben aus dem Ein-
und Ausgang der Flüssigkeit wird das Verfahren der Titration durchgeführt. Die
Proben wurden direkt gegen HCl bei einem pH-Wert von 4,8 (Methylrot) mit einem
automatischen Titrator titriert. Zu den Proben im Gasbecher wurde vor der
Titration entionisiertes Wasser dazugegeben, zur Probe aus dem Kolonnensumpf
20 ml und Kolonnensumpf 5 ml.
Die Parameter der experimentellen Untersuchungen zur Ermittlung der
Hydrodynamik und des Stoffaustauschverhaltens werden in Tabelle 7 dargestellt.
58
Tabelle 7: Parameter der Absorptionsanlage
Parameter Bezeichnung Absorption 440
Kolonneninnendurchmesser [mm] dI 440
maximale Kolonnenhöhe [m] H 2
maximale Gasbelastung [m³/h] Lmax 2850
Flüssigkeitsbelastung [m3/(m2h)] UL 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100
Flüssigkeitsverteiler [m-2] 859
Temperatur Umgebungstemperatur
59
4 Diskussion der Versuchsergebnisse
Die Diskussion der ermittelten Ergebnisse wird im 4 Kapitel in 3 Unterkapitel
unterteilt. Am Anfang beschäftig sich das Unterkapitel 4.1 mit einer Diskussion des
Druckverlustes. Das Unterkapitel 4.2 beschreibt die Ergebnisse des Hold-ups und
anschließend werden die Ergebnisse des Stoffaustausches in Unterkapitel 4.3
diskutiert.
4.1 Auswertung des Druckverlustes
Die Ergebnisse zum Druckverlust werden in diesem Unterkapitel beschrieben.
Beim ersten Unterkapitel 4.1.1 handelt es sich um den Druckverlust der
Füllkörperschüttung RSR #0,1. Danach wird im Unterkapitel 4.1.2 der Druckverlust
der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 erläutert. Das folgende Unterkapitel
4.1.3 behandelt den Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und das letzte Unterkapitel 4.1.4
zeigt die Ergebnisse des Druckverlustes der Anstaufüllkörperschichtung mit
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2.
4.1.1 Druckverlust der Füllkörperschüttung RSR #0,1
Die Abbildung 25 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H des Einzelfüllkörpers
RSR #0,1 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv ohne Flüssigkeitsbelastung
(trockener Druckverlust bei uL=0 m3/(m2h)) und bei den Flüssigkeitsbelastungen
uL=1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5
aufgetragen.
60
Abbildung 25: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung RSR#0,1
Es ist ersichtlich, dass die ermittelte Abhängigkeit des Druckverlustes von der
Gas- und Flüssigkeitsbelastung der Füllkörperschüttung RSR#0,1 charakteristisch
für Füllkörperschüttungen ist.
Mit Erhöhung der Gasbelastung und der Flüssigkeitsbelastung steigt der
spezifische Druckverlust. Wie erwartet steigt der trockene Druckverlust
(Flüssigkeitsbelastung uL=0m3/(m2h)) bei doppellogarithmischer Skalierung linear
an.
Bei einer Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 ist der Druckverlust bei der
Flüssigkeitsbelastung uL=1m3/(m2h) im Vergleich zu uL=4 m3/(m2h) um ca. 5 % zu
hoch. Bei uL=30m3/(m2h) ist der Druckverlust im Vergleich zu uL=10 und 20
m3/(m2h) um ca. 20 % zu klein. Diese Abweichungen liegen innerhalb der
Messunsicherheit von 3-5 %.
1
10
100
1000
10000
0,10 1,00 10,00
spez.
Dru
ckverlust dp/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 0
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
61
Grund für die Abweichungen könnte sein, dass die Messung des Druckverlustes
an diesen Betriebspunkten zu früh, d.h. direkt nach dem Hochfahren der Anlage
durchgeführt wurden. Um die trockenen Füllkörper mit Flüssigkeit zu benetzen,
sollte nach dem Hochfahren der Anlage die Füllkörperschüttung befeuchtet
werden, wie in Unterkapitel 3.4 (Versuchsdurchführung) beschrieben.
Möglicherweise war bei der Messung dieser Betriebspunkte die Befeuchtung nicht
ausreichend.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL=1, 4 und 10 m3/(m2h) verläuft der
Druckverlust bis zum Staupunkt parallel zum linearen trockenen Druckverlust bei
uL= 0 m3/(m2h). Eigentlich musste der ermittelte Druckverlust bei uL= 4 m3/(m2h)
höher als bei uL=1 m3/(m2h) sein. Die Abweichungen liegen im Rahmen der
Messunsicherheit und könnten durch die Messunsicherheit von 2 mm des
Rotameters für Flüssigkeitsbelastung uL= 1 und 4 m3/(m2h) oder durch zufällige
Fehler bei der manuellen Regelung des Flüssigkeitsvolumenstroms begründet
sein.
Bei Flüssigkeitsbelastungen unterhalb von 40 m3/(m2h) ist es mit dem aktuellen
Gebläse nicht möglich die Gasbelastung bis zum Staupunkt zu steigern.
Bei steigender Flüssigkeitsbelastung liegt der Staupunkt bei kleinerer
Gasbelastung. Beispielsweise bei einer Flüssigkeitsbelastung uL= 60 m3/(m2h)
liegt der Staupunkt bei Fv=1,24Pa0,5.
Eine Erhöhung der Gasbelastung über den Staupunkt hinaus, führt zum Fluten der
Kolonne. Dies ist daran zu erkennen, dass der Druckverlust immer steiler ansteigt.
Visuell ist dies bei der Messung daran zu erkennen, dass durch die Gasströmung
Flüssigkeit und teilweise sogar Füllkörper aus der Schüttung in den Kopf
mitgerissen werden.
62
4.1.2 Druckverlust der Mischung (Füllkörper RSR #0,1 und RSR
#2)
Die Abbildung 26 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H einer Mischung aus
RSR#0,1 und RSR#2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv ohne
Flüssigkeitsbelastung (trockener Druckverlust bei uL=0 m3/(m2h)) und bei den
Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). ∆p/H
ist in Pa/m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 26: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Mischung aus RSR#0,1 und RSR#2
Auch bei der Mischung ist ersichtlich, dass die ermittelte Abhängigkeit des
Druckverlustes von der Gas- und Flüssigkeitsbelastung der Mischung aus
RSR#0,1 und RSR#2 charakteristisch für Füllkörperschüttungen ist.
Mit Erhöhung der Gasbelastung und der Flüssigkeitsbelastung steigt der
spezifische Druckverlust. Wie erwartet steigt der trockene Druckverlust
(Flüssigkeitsbelastung uL=0m3/(m2h)) bei doppellogarithmischer Skalierung linear
an.
1
10
100
1000
10000
0,10 1,00 10,00
spez.
Dru
ckverlust dp/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 0
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
63
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 der Druckverlust
bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 10m3/(m2h) im Vergleich zu uL=4 m3/(m2h) und
uL=20m3/(m2h) um ca. 10 % zu klein ist. Diese Abweichungen liegen innerhalb der
Messunsicherheit von 3-5 %.
Grund für die Abweichungen könnte sein, dass die Messung des Druckverlustes
an diesen Betriebspunkten zu früh, d.h. direkt nach dem Hochfahren der Anlage
durchgeführt wurden. Um die trockenen Füllkörper mit Flüssigkeit zu benetzen,
sollte nach dem Hochfahren der Anlage die Füllkörperschüttung befeuchtet
werden, wie in Unterkapitel 3.4 beschrieben. Möglicherweise war bei der Messung
dieser Betriebspunkte die Befeuchtung nicht ausreichend. Die Abweichungen
liegen im Rahmen der Messunsicherheit und könnten durch die Messunsicherheit
von 2 mm des Rotameters oder durch zufällige Fehler bei der manuellen
Regelung des Flüssigkeitsvolumenstroms begründet sein.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 1, 4, 10, 20, 30 und 40m3/(m2h) verläuft der
Druckverlust bis zum Staupunkt parallel zum linearen trockenen Druckverlust bei
uL= 0 m3/(m2h).
Bei steigender Flüssigkeitsbelastung liegt der Staupunkt bei kleinerer
Gasbelastung. Beispielsweise bei einer Flüssigkeitsbelastung uL= 60 m3/(m2h)
liegt der Staupunkt ab Fv= 1,51 Pa0,5 und bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 80
m3/(m2h) bei 1,24 Pa0,5. Auch bei diesen Flüssigkeitsbelastungen verlaufen die
Druckverluste bis zum Staupunkt parallel zum linearen trockenen Druckverlust bei
uL= 0 m3/(m2h).
Eine Erhöhung der Gasbelastung über den Staupunkt hinaus, führt zum Fluten der
Kolonne. Dies ist daran zu erkennen, dass der Druckverlust immer steiler ansteigt.
Visuell ist dies bei der Messung daran zu erkennen, dass durch die Gasströmung
Flüssigkeit und teilweise sogar Füllkörper aus der Schüttung in den Kopf
mitgerissen werden. HTUOV-Wert
64
4.1.3 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 27 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv ohne Flüssigkeitsbelastung (trockener
Druckverlust bei uL=0 m3/(m2h)) und bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10,
20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5aufgetragen.
Abbildung 27: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
Es zeigt sich kein charakteristisches Verhalten einer Füllkörperschüttung, sondern
die ermittelte Abhängigkeit des Druckverlustes von der Gas- und
Flüssigkeitsbelastung der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
weicht stark davon ab, wie in der Abbildung 27 zu erkennen ist. Benutzt werden
für die erste Schicht die Füllkörper RSR #0,1 und für die zweite die Füllkörper
RSR #2.
1
10
100
1000
10000
0,10 1,00 10,00
spez.
Dru
ckverlust ∆
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 0
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
1. Staupunkt 2. Staupunkt
65
Das Diagramm zeigt das Verhalten einer neuen Generation einer
Füllkörperkolonne. Es zeigen sich die erwarteten zwei Anstaupunkte, da die
Schichtung aus zwei unterschiedlichen Füllkörpern zusammensetzt ist.
Der erste Staupunkt ist bis zu einer Flüssigkeitsbelastung von 80 m3/(m2h) gut
erkennbar. Der zweite Staupunkt ist nicht bei jeder Flüssigkeitsbelastung
erkennbar, das bedeutet dass es noch möglich ist mit größerer Gasbelastung in
die Kolonne einzutreten.
Die Gasbelastung am Staupunkt kann nur abgeschätzt werden, wie die Abbildung
27 zeigt. Für eine exakte Bestimmung müssten mehr Betriebspunkte untersucht
werden. Zum Beispiel liegt der erstes Staupunkt bei den Flüssigkeitsbelastungen
uL= 1 m3/(m2h) bei einer Gasbelastung zwischen1,95 Pa0,5.
Nur bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 60 m3/(m2h) ist der zweite Staupunkt
erkennbar und liegt ca. bei einer Gasbelastung von 1,30 Pa0,5. Bei einer
Flüssigkeitsbelastung von 80 und 100 m3/(m2h) sind keine Staupunkte erkennbar,
weil die Schichtung bereits bei der kleinsten gemessenen Gasbelastung von 0,68
Pa0,5 staut.
Zwischen dem ersten und zweiten Staupunkt wird der Bereich als Arbeitsbereich
bezeichnet und in diesem Bereich bildet sich die charakteristische Sprudelschicht
aus. Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 60 (m3/(m2h) liegt dieser Arbeitsbereich bei
einer Gasbelastung zwischen 1,04 bis 1,30 Pa0,5.
Eine Erhöhung der Gasbelastung über den zweiten Staupunkt hinaus, ist mit der
aktuellen Gebläseleistung nicht möglich. Je höher die Flüssigkeitsbelastung wird
somit wird auch den Druckverlust.
66
4.1.4 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung mit
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 28 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv ohne Flüssigkeitsbelastung (trockener
Druckverlust bei uL=0 m3/(m2h)) und bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10,
20,30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 28: Druckverlust in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion
Bei einer Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus den Füllkörpern
RSR #0,1 und RSR #2 ist ersichtlich, dass die ermittelte Abhängigkeit des
Druckverlustes von der Gas- und Flüssigkeitsbelastung nicht charakteristisch für
Füllkörperschüttungen ist.
Wie die Abbildung 28 zeigt, steigt der trockene Druckverlust
(Flüssigkeitsbelastung uL=0m3/(m2h)) bei doppellogarithmischer Skalierung linear
1
10
100
1000
10000
0,10 1,00 10,00
spez.
Dru
ckverl
ust
∆p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 0
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
67
an und wie erwartet ist erkennbar, dass mit höherer Flüssigkeitsbelastung und
Gasbelastung der spezifische Druckverlust parallel ansteigt.
Es sind die erwarteten zwei Anstaupunkte sichtbar, weil die Schichtung aus zwei
verschiedenen Füllkörpern besteht.
Diese zwei Staupunkte sind erkennbar bis zu einer Flüssigkeitsbelastung von 80
m3/(m2h). Je höher die Flüssigkeitsbelastung ist, umso kleiner ist die
Gasbelastung am Staupunkt. Bei einer Flüssigkeitsbelastung von 100 m3/(m2h)
sind keine Staupunkte erkennbar, der Druckverlust steigt linear bei
doppellogarithmischer Skalierung linear mit höherer Steigung als beim trockenen
Druckverlust.
Zwischen dem ersten und zweiten Staupunkt wird der Bereich als Arbeitsbereich
bezeichnet und in diesem Bereich bildet sich die charakteristische Sprudelschicht
aus.
Eine Erhöhung der Gasbelastung über den zweiten Staupunkt hinaus, führt zum
Fluten der Kolonne. Dies ist daran zu erkennen, dass der Druckverlust immer
steiler ansteigt.
68
4.2 Auswertung des Hold-ups
Die Diskussion der Ergebnisse des Hold-ups wird in dieses Kapitel beschrieben.
Das erste Unterkapitel 4.2.1 zeigt den Hold-up der Füllkörperschüttung RSR #0,1.
Danach wird im Unterkapitel 4.2.2 der Hold-up der Mischung aus RSR #0,1 und
RSR #2 erläutert. Das folgende Unterkapitel 4.2.3 beschäftigt sich mit dem Hold-
up der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und
RSR #2 und im letzten Unterkapitel 4.2.4 werden die Ergebnisse des Hold-ups der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
gezeigt.
4.2.1 Hold-up der Füllkörperschüttung RSR #0,1
Die Abbildung 29 zeigt den spezifischen Hold-up hLdes Einzelfüllkörpers RSR
#0,1 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den
Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). hList in
% über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 29: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung RSR #0,1
1
10
100
1000
0,10 1,00 10,00
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
Staupunkt
69
In der Abbildung 29 ist erkennbar, dass die Abhängigkeit des Hold-ups von der
Gas- und Flüssigkeitsbelastung der Füllkörperschüttung RSR#0,1 bei
doppellogarithmischer Skalierung charakteristisch für Füllkörperschüttungen ist.
Der Hold-up bei Flüssigkeitsbelastungen von uL= 1, 4, 10, 20, 30, 40 m3/(m2h) ist
konstant bis zum Staupunkt, ebenfalls bei uL= 60 und 80 m3/(m2h), aber bei denen
mit steigender Flüssigkeitsbelastung liegt der Staupunkt bei kleineren
Gasbelastungen. Bei einer Gasbelastung von 0,79 Pa0,5 liegt der Staupunkt bei
einer Flüssigkeitsbelastung von uL=100 m3/(m2h).
Eine Erhöhung der Gasbelastung über den Staupunkt hinaus, führt zum Fluten der
Kolonne. Dies ist daran zu erkennen, dass der Hold-up immer steiler ansteigt.
70
4.2.2 Hold-up der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 30 zeigt den spezifischen Hold-up hL einer Mischung aus RSR#0,1
und RSR#2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den
Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). hL ist in
% über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 30: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2
Die ermittelte Abhängigkeit des Hold-ups der Mischung aus RSR #0,1 und RSR
#2, dargestellt in Abbildung 30, ist charakteristisch für die Abhängigkeit des Hold-
ups von der Gas- und Flüssigkeitsbelastung für Füllkörperschüttungen.
Wie erwartet verlaufen die Kurven der gemessenen Flüssigkeitsbelastungen
parallel. Bei allen Flüssigkeitsbelastungen (uL=1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100
m3/(m2h)) verläuft der Hold-up linear und parallel bis zum Staupunkt.
Der steile Anstieg des Hold-ups oberhalb des Staupunktes deutet auf das Fluten
der Kolonne hin. Bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL= 100 m3/(m2h) und einer
1
10
100
0,10 1,00 10,00
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
Staupunkt
71
Gasbelastung von 1,35 Pa0,5 war eigentlich ein höhere Hold-up um ca. 50% zu
erwarten. Diese Abweichungen liegen innerhalb der Messunsicherheit von 3-5 %.
Der Grund könnte sein, dass die Messung des Hold-ups an diesem Betriebspunkt
durch zufällige Fehler bei der manuellen Regelung des Flüssigkeitsvolumenstroms
begründet ist oder bei der Bestimmung des Füllstandes im Sumpf. Die
Abweichungen liegen innerhalb der Messunsicherheit von 3-5 %.
4.2.3 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 31 zeigt den spezifischen Hold-up hL der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1,
4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). hL ist in % über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 31: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
1
10
100
0,10 1,00 10,00
spez.
Hold
-up h
L
[%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
1. Staupunkt
2. Staupunkt
72
Der Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung zeigt bei allen
Flüssigkeitsbelastungen im doppellogarithmischen Diagramm nicht das Verhalten
einer Füllkörperschüttung.
In Abbildung 31 ist erkannbar, dass mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung der
Hold-up steigt. Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 1 m3/(m2h) liegen die Werte bei
einer Gasbelastung zwischen 0,88 bis 1.95 Pa0,5 um Messfehler, da der ermittelte
Hold-up um ca. 70 bis 80 %zu niedrig liegt.
Der Grund für die Abweichungen bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL= 1 und 4
m3/(m2h) könnte die manuelle Regelung der Flüssigkeitsbelastung sein oder die
Messungenauigkeit des U-Rohres von 2-4 mm. Der gleiche Grund könnte für die
Abweichungen des Hold-up bei der Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 bei der
Flüssigkeitsbelastung uL= 30 und 60 m3/(m2h) sein.
Bei Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung liegt der steile Anstieg des Hold-ups bei
niedrigeren Gasbelastungen.
Bis zum 1. Staupunkt verläuft der Hold-up waagerecht und dann steiler bis zum 2.
Staupunkt. Diesen Verlauf zeigt der Hold-up z.B. bei der Flüssigkeitsbelastung uL=
60 m3/(m2h).
Zwischen den Staupunkten liegt der Arbeitsbereich, hier ist die Sprudelschicht
optimal ausgebildet. Die Erhöhung des Hold-ups oberhalb des 2. Staupunkt, weist
auf den Flutpunkt in der Kolonne hin.
73
4.2.4 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung mit
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 32 zeigt den spezifischen Hold-up hL der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1,
4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). hL ist in % über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 32: Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor für eine Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion
Es zeigt sich die erwartete Charakteristik des Hold-ups für
Anstaufüllkörperschichtungen mit Gerüstkonstruktion in Abbildung 32
(doppellogarithmischer Diagramm) für Flüssigkeitsbelastungen von uL= 1, 4, 10,
20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h).
Auffällig bei der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ist die
Ausbildung von zwei Anstaupunkten. Die Schichtung besteht aus RSR #0,1 und
RSR #2. Die Schichtung beginnt ab dem ersten Staupunkt in der Schicht aus
RSR #0,1 zu stauen.
1
10
100
0,10 1,00 10,00
spez.
Hold
-up h
L
[%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
uL= 40
uL= 60
uL= 80
uL= 100
1. Staupunkt
2. Staupunkt
Arbeitsbereich
74
Je höher die Flüssigkeitsbelastung wird, umso kleiner sind die Werte der
Gasbelastung am Staupunkt. Bei einer Flüssigkeitsbelastung von 100 m3/(m2h)
bildet sich bereits bei kleinster Gasbelastung von 0,68 Pa0,5 eine Sprudelschicht
aus.
Je höher die Flüssigkeitsbelastung ist, umso kleiner sind die Werte der
Gasbelastung an den Stau- und Flutpunkten und es kommt zu stärkerem Fluten in
der Kolonne. Zwischen dem ersten und zweiten Staupunkt liegt der Arbeitsbereich
und in diesem Bereich bildet sich die charakteristische Sprudelschicht aus.
75
4.3 Ergebnisse zum Stoffaustausch
Die Diskussion der Ergebnisse zum Stoffaustausch wird in diesem Kapitel
beschrieben. Im ersten Unterkapitel 4.3.1 wird der Stoffaustausch der
Füllkörperschüttung aus RSR #0,1. Und danach im Unterkapitel 4.2.2 der
Stoffaustausch der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 erläutert. Das folgende
Unterkapitel 4.2.3 beschäftigt sich mit dem Stoffaustausch der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
und im letzten Unterkapitel 4.2.4 mit den Ergebnissen zum Stoffaustausch der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2.
4.3.1 Stoffaustausch der Füllkörperschüttung RSR #0,1
Die Abbildung 33 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorption des Einzelfüllkörpers
RSR #0,1 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den Flüssigkeits-
belastungen uL = 1, 4, 10, 20 und 30m3/(m2h). Der HTUOV-Wert ist in m über Fv in
Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 33: HTUOV-Wert der NH3-Absorption in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
76
Die Abbildung 33 zeigt, dass die Abhängigkeit des HTUOV-Werts von der Gas- und
Flüssigkeitsbelastung der Füllkörperschüttung RSR#0,1 charakteristisch für
Füllkörperschüttungen ist.
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung sinkt der HTUOV-Wert, weil die Leistung des
Stoffaustausches besser wird. Die größte Abweichung von 0,075 m zwischen den
Flüssigkeitsbelastungen uL= 1, 4 m3/(m2h) und den Flüssigkeitsbelastungen uL=
10, 20, 30 m3/(m2h) könnte daran liegen, dass bei niedriger Flüssigkeitsbelastung
die Flüssigkeitsverteilung schlecht ist.
Bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL= 30 m3/(m2h) könnten Messfehler
aufgetreten sein, weil kleinere HTUOV-Werte als bei uL= 20 m3/(m2h) zu erwarten
waren. Der Grund dafür könnte in der Messunsicherheit des Ammoniak-
Messgeräts mit einer Abweichung von ca. 50 ppm sein.
Der Stoffaustausch oberhalb des Staupunktes sollte größer sein als unterhalb und
dies ist in der Abbildung 33 mit Senkung des HTUOV-Wertes erkennbar. Unterhalb
des Staupunktes steigt der HTUOV-Wert und nach dem Staupunkt sinkt er mit
steigender Gasbelastung wieder ab. Die Stofftransport steigt mit Erhöhung der
zugeführten Flüssigkeit an.
77
4.3.2 Stoffaustausch der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 34 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorption einer Mischung aus
RSR#0,1 und RSR#2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den
Flüssigkeitsbelastungen uL = 1, 4, 10 und 20 m3/(m2h). Der HTUOV Wert ist in m
über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 34: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2
Es ist ersichtlich, dass die Abhängigkeit des HTUOV-Wertes von der Gas- und
Flüssigkeitsbelastung der Mischung aus RSR #0,1 und #2 charakteristisch für
Füllkörperschüttungen ist.
Die Abhängigkeit des HTUOV-Wertes der Flüssigkeitsbelastungen uL= 1 und 4
m3/(m2h) ist mit ca. 5% klein. Der Grund kann in einer schlechten
Flüssigkeitsverteilung durch den kleinen Volumenstrom liegen, welche bei höherer
Flüssigkeitsbelastung besser ist.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
78
Auffällig ist, dass zuerst der HTUOV-Wert steigt und ab dem Staupunkt sinkt. Dies
war zu erwarten, weil die Mischung behält sich wie eine Füllkörperschüttung. Die
gleiches Verlauf zieht bei der Füllkörperschüttung von RSR #0,1 am oberen
Unterkapitel 4.3.1.
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung sinkt der HTUOV-Wert.
79
4.3.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 35 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorptiondes
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1,
4, 10, 20 und 30m3/(m2h). Der HTUOV Wert ist in m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 35: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
Hier ist deutlich sichtbar, dass die Abhängigkeit des HTUOV-Wertes nicht
charakteristisch für Füllkörperschüttungen ist. Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 1
m3/(m2h) ist dies am besten erkennbar. Der HTUOV-Wert steigt bis zum 1.
Staupunkt, an, d.h. der Stofftransport wird schlechter. Nach dem 1. Staupunkt fällt
der HTUOV-Wert ab, weil sich eine Sprudelschicht ausbildet. Die Steigerung bis
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
80
zum 1. Staupunkt ist intensiver bei niedrigen Flüssigkeitsbelastungen, was zieht in
Abbildung 35 bei Flüssigkeitsbelastung uL= 1 m3/(m2h).
Bei diese Anstaufüllkörperschichtung zeigt sich, dass der HTUOV-Wert im
Arbeitsbereich waagerecht verläuft. Dieser Verlauf ist bei den
Flüssigkeitsbelastungen uL= 1, 4 und 10 m3/(m2h) sichtbar. Es konnte mit
Gasbelastung noch höher gehen, aber wurde den Stoffaustausch nicht verbessern
sondern wurde die Konzentration von Ammoniak weiter konstanter fällen mit
HTUOV-Wert von 1-2%. Solches Verlauf konnte bei den Füllkörperschüttungen
nicht passieren, weil der Stoffaustausch bei Füllkörperschüttungen verbessert sich
mit höherer Gasbelastung.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 20 und 30 m3/(m2h) war eine weitere
Steigerung der Gasbelastung nicht möglich, da am Kopf der Kolonne kein
Ammoniak mehr detektiert werden konnte.
Der Stofftransport verbessert sich mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung und der
Gasbelastung. Bei niedrigen Gasbelastungen erscheint der 1. Staupunkt mit
Erhöhung der Flüssigkeitsbelastungen.
.
81
4.3.4 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung mit
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
Die Abbildung 36 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorption der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus RSR#0,1 und RSR#2 in
Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei den Flüssigkeitsbelastungen uL = 1,
4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). Der HTUOV-Wert ist in m über Fv in
Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 36: HTUOV-Wert bei NH3-Absorption in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion
Hier ist deutlich sichtbar, dass die Abhängigkeit des HTUOV-Wertes nicht
charakteristisch für Füllkörperschüttungen ist. Der HTUOV-Werte steigt erst an und
dann fällt ab dem Staupunkt linear ab.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
uL= 1
uL= 4
uL= 10
uL= 20
uL= 30
82
Im Vergleich zur Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion verläuft der
HTUOV-Wert nicht waagerecht nach dem Staupunkt sondern fällt immer weiter ab.
Es konnte noch erhöhen der Gasbelastung in der Kolonne, weil wurden HTUOV-
Werte weiter nach unten sinken. Das bedeutet, dass konnte noch die Anlage
betrieben - Arbeitsbereich. Mit weitere Verringerung verbessert sich den
Stoffaustausch.
Es konnte aus dem Abbildung 36 behaupten, dass konnte man noch die Kolonne
betrieben mit höheren Flüssigkeitsbelastungen, wegen kleineren Verringerung.
Diese Erhöhung im Vergleich zu Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion konnte realisiert sein, weil bei ohne Gerüstkonstruktion schon
ab den Flüssigkeitsbelastung uL = 20 m3/(m2h) ist der Ammoniak absorbiert.
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion hat ein schlechten
Stoffaustausch als Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion. Die
Stofftransport verbessert sich mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastungen.
83
5 Interpretation der Ergebnisse
In diesem Kapitel werden die ermittelten Ergebnisse der unterschiedlichen
Aufbauten miteinander und mit Literaturdaten verglichen und interpretiert. Im
Unterkapitel 5.1 werden die Ergebnisse unterschiedlicher Füllkörperschüttungen,
in Unterkapitel 5.2 zu unterschiedlichen Anstaufüllkörperschichtungen und in
Unterkapitel 5.3 ein Vergleich der Mischung mit einer Anstaufüllkörperschichtung
diskutiert.
Die Literaturwerte zum Druckverlust, Hold-up und dem Stofftransport der
Füllkörperschüttungen RSR #0,3 und RSR #2 wurden der Bachelorarbeit von
Bartels [2] entnommen. Die Werte der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus den Füllkörpern RSR #0,3 und RSR #2 sind folgenden
Diplom- und Bachelorarbeiten [Ramakers][Biyik] entnommen.
5.1 Vergleich unterschiedlicher Füllkörperschüttungen
In diesem Unterkapitel werden der Druckverlust, der Hold-up und der
Stoffaustausch unterschiedlicher Füllkörperschüttungen miteinander verglichen
und anschließend die Erkentnisse zusammengefasst.
5.1.1 Druckverlust der Füllkörperschüttungen
Die Abbildung 37 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Füllkörperschüttung RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL=0 m3/(m2h).
∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
84
Abbildung 37: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=0 m3/(m2h)
Es zeigt sich für jede Füllkörperschüttung (RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und
der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2) ein linearer Anstieg des trockenen
Druckverlustes bei doppellogaritmischer Skalierung, welcher charaktiristisch für
Füllkörperschüttungen ist.
Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 0 m3/(m2h) der Füllkörperschüttung RSR #0,3 ist
der Druckverlust um ca. 30-35% zu klein im Vergleich zu den
Flüssigkeitsbelastungen uL=1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100 m3/(m2h). Das
bedeutet, dass musste Füllkörperschüttung RSR #0,3 ein größeren Verlauf des
Druckverlustes haben als Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2. Diese Daten sind
aus der Literatur Bartels[2] entnommen.
Die ermittelten Ergebnisse der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 zeigen, dass
der Druckverlust zwischen den Druckverlusten der Füllkörperschüttungen RSR
#0,1 und RSR #2 liegt. Der Druckverlust der Mischung ist annähernd so groß wie
der der Füllkörperschüttung aus RSR #0,3 und der Unterschied zwischen den
beiden liegt bei nur ca. 15 %.
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez. D
ruckverlu
st
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 0
RSR #0,3 uL= 0
RSR #2 uL= 0
M RSR #0,1 & #2 uL= 0
85
Eine kleinere spez. Oberfläche des Füllkörpers bedeutet kleineren Druckverlust,
dies ist in der Abbildung ersichtlich. Deshalb hat die Füllkörperschüttung mit der
größten spez. Oberfläche, d.h. RSR #0,1, den größten Druckverlust.
Die Abbildungen 38, 39 und 40 zeigen den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Füllkörperschüttung RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 30 und
60 m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 38: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 4
RSR #0,3 uL= 4
RSR #2 uL= 4
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
86
Abbildung 39: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 30
RSR #0,3 uL= 30
RSR #2 uL= 30
M RSR #0,1 & #2 uL= 30
87
Abbildung 40: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m2h)
In Abbildungen 38, 39 und 40 lässt sich erkennen, dass der Druckverlust jeweils
harakteristisch für Füllkörperschüttungen ist.
Den größten Druckverlust hat die Füllkörperschüttung RSR #0,1, dann RSR #0,3,
dann die Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und den niedrigsten die
Füllkörperschüttung RSR #2, weil sie die kleinste spez. Oberfläche im Gegensatz
zu den anderen Schüttungen hat.
In Abbildung 39 und 40 bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 30 und 60 m3/(m2h) ist
zu sehen, dass der Druckverlust von RSR #0,3 und der Mischung annähernd
gleich groß sind, weil die spez. Oberfläche der beiden sich nur um ca. 20%
unterscheiden. Die spezifische Oberfläche von RSR #0,3 beträgt 315 m2/m3 und
die Mischung von erwartung konnte eine mittlere Oberfläche haben, weil es
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 60
RSR #0,3 uL= 60
RSR #2 uL= 60
M RSR #0,1 & #2 uL= 60
88
besteht aus RSR #0,1 mit 480 m2/m3 und aus RSR #2 mit 100 m2/m3. Der
Druckverlust von RSR #0,3 ist zwischen 0,69 bis 1,40 Pa0,5 um ca. 10% kleiner.
Diese Abweichungen liegen innerhalb der Messunsicherheit von 3-5 %.
Außerdem lassen sich anhand der Druckverlustkurven der Füllkörperschüttungen
die charakteristischen Staupunkte erkennen. Es ist auffällig, dass der Staupunkt
der Schüttung aus RSR #0,1 bei allen Flüssigkeitsbelastungen bei der kleinsten
Gasbelastung liegt, weil hat die größte Oberfläche von allen gemessenen
Füllkörper und wegen kleinste Löcher zwischen des Schüttung. Bei einer
Flüssigkeitsbelastung von uL=4 m3/(m2h) z.B. liegt er bei 2,61 Pa0,5.
Die Schüttung aus RSR #2 zeigt bei Flüssigkeitsbelastungen unter uL= 60
m3/(m2h) keinen Staupunkt, dieser liegt damit oberhalb der einstellbaren
Gasbelastung.
Der spezifische Druckverlust steigt bei Erhöhung der Gasbelastung und der
Flüssigkeitsbelastung. Eine Erhöhung der Gasbelastung über den Staupunkt
hinaus führt zum Fluten des Schüttung in der Kolonne.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 1, 10, 20, 40, 80 und 100 m3/(m2h) weisen
die Druckverluste der Füllkörperschüttungen der RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2
und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 analoge Zusammenhänge auf.
5.1.2 Hold-up der Füllkörperschüttungen
Die Abbildungen 41, 42 und 43 zeigen den spezifischen Hold-up hL der
Füllkörperschüttung RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 30 und
60 m3/(m2h). hL ist in % über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
89
Abbildung 41: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
Abbildung 42: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 4
RSR #0,3 uL= 4
RSR #2 uL= 4
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 30
RSR #0,3 uL= 30
RSR #2 uL= 30
M RSR #0,1 & #2 uL= 30
90
Abbildung 43: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m2h)
Im Vergleich zu dem Druckverlustverlauf der Füllkörperschüttungen aus RSR
#0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2, müsste
der Hold-up erwartungsgemäß analog verlaufen. Dies ist bei einer
Flüssigkeitsbelastung von 60 m3/(m2h) (Abbildung 41) wie erwartet der Fall. Den
größten Hold-up hat hier der Füllkörper RSR #0,1, wegen der größeren
Oberfläche. Gleiches ist bei den Flüssigkeitsbelastungen von 1 und 100 m3/(m2h)
zu erkennen. Den kleinsten Druckverlust hat der Füllkörper RSR #2.
In Abbildung 42 und 43 bei einer Flüssigkeitsbelastungen von 4 und 30 m3/(m2h)
ist der Hold-up der Füllkörperschüttung RSR #0,3 bei Gasbelastungen unterhalb
des Staupunktes größer als der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1. Der Verlauf
der Holp-ups bei Flüssigkeitsbelastungen von 4 und 30 m3/(m2h) ist um ca. 200%
zu größ. Der Grund liegt in zufälligen Fehler bei der manuellen Regelung des
Flüssigkeitsvolumenstroms oder Messunsicherheit von 3-5 %.
Dies tritt ebenfalls bei Flüssigkeitsbelastungen von uL= 10, 20 und 80 m3/(m2h)
auf. Ab dem Staupunkt steigt der Hold-up stark an.
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 60
RSR #0,3 uL= 60
RSR #2 uL= 60
M RSR #0,1 & #2 uL= 60
91
Bei den Schuttüngen ist sichtbar, dass mit Erhöhung des Gasbelastung der Hold-
up steigt. Er steigt mit 0,5 bis 1 % an bis zum Staupunkt. Danach kommt ein steiler
Anstieg des Hold-ups von 2% bis zur Flutgrenze. Diese Grenze zeigt sich bei
Füllkörperschüttungen der RSR #0,1 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR
#2.
Bei der Schüttung aus RSR #2 ist die Staugrenze zu erkennen, aber die
Flutgrenze nicht. Hier ist es nicht möglich bis zum Flutpunkt zu kommen, wegen
der zu geringen Gebläseleistung.
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung in einer Füllkörperschüttung wird die
Steigung des Hold-ups bzw. die Staugrenze und somit die Flutgrenze bei
kleineren Gasbelastungen erreicht.
5.1.3 Stoffaustausch der Füllkörperschüttungen
Die Abbildungen 44, 45 und 46 zeigen den HTUOV-Wert der NH3-Absorption der
Füllkörperschüttung RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 10 und
20 m3/(m2h). Der HTUOV-Wert ist in m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
92
Abbildung 44: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 4 m3/(m2h)
Abbildung 45: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 10 m3/(m2h)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 4
RSR #0,3 uL= 4
RSR #2 uL= 4
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 10
RSR #0,3 uL= 10
RSR #2 uL= 10
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
93
Abbildung 46: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 20 m3/(m2h)
Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 4 m3/(m2h) in Abbildung 44 handelt es sich
anscheinend um einen Messfehler, da sich die HTUOV-Werte der Füllkörper RSR
#0,3 und der Mischung nicht überschneiden sollten. Der Grund konnte die
Abweichung von 50 ppm des Ammoniak-Konzentrationsgerät sein. Allgemein lässt
sich sagen, dass sich der Stoffaustausch mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung
verbessert.
Es ist erkennbar, dass der HTUOV-Wert der Schüttungen RSR #0,1, RSR #0,3 und
der Mischung bis zum Staugrenze ansteigt und danach sinkt bis zum Flutpunkt der
Schüttung, was bedeutet dass der Stoffaustausch erst schlechter und nach dem
Staupunkt wieder besser wird.
Es wurde erwartet, dass der Stoffaustausch der Mischung annähernd so groß ist
wie der Schüttung RSR #0,3, weil die spez. Oberfläche der beiden annähern
gleich groß ist mit einer Abweichung von nur ca. 20%.
Es stellte sich jedoch heraus, dass die Mischung einen schlechten Stoffaustausch
als die Schüttung RSR #0,3 verursacht, weil die Oberfläche von Schüttung RSR
#0,3 ist kleiner als Oberfläche von Mischung. Ein Einfluss auf schlechten
Stoffaustausch der Mischung haben die geschüttete Füllkörper der RSR#2. In
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 20
RSR #0,3 uL= 20
RSR #2 uL= 20
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
94
Abbildung ist auch sichtbar, dass die Füllkörper RSR #2 haben schlechten
Stoffaustausch als RSR #0,1, RSR #0,3 und Mischung aus #0,1 und RSR #2.
Außerdem liegenden die HTUOV-Werte der Füllkörperschüttung des RSR #0,1 bei
allen Flüssigkeitsbelastung ( uL= 1, 4, 10, 20 und 30 m3/(m2h)) am niedrigsten (
unter 0,150 m ) was auf das größte Stoffaustauschvermögen schließen lässt. Im
Gegenteil liegen die HTUOV-Werte der Füllkörperschüttung des RSR #2 wie
erwartet am höchsten, d.h. haben ein schlechtes Stoffaustauschvermögen. Es ist
sichtbar in den Abbildungen 45 und 46, dass der HTUOV-Wert des RSR #2 nur
steigt und nicht fällt. Bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL= 20 m3/(m2h) bei der
Gasbelastung 2,66 Pa0,5 bleibt der HTUOV-Wert konstant. Den Unterschied
zwischen den HTUOV-Werten bei Gasbelastung 2,66 und 3,37 Pa0,5 liegt nur bei
0,002 m. Es ist zu erwarten dass mit höherer Gasbelastung sich der
Stoffaustausch des RSR #2 verbessern würde, dies ist beispielsweise bei einer
Flüssigkeitsbelastung von 30 m3/(m2h) zu erkennen.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 1 und 30 m3/(m2h) zeigen sich analoge
Abhängigkeiten des Stofftransports wie bei uL= 4, 10 und 20 m3/(m2h), daher wird
auf eine Darstellung hier verzichtet.
5.1.4 Zusammenfassung
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung von 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und 100
m3/(m2h) in einer Füllkörperschüttung wird die Steigung des Druckverlustes und
Hold-ups bzw. die Staugrenze und somit die Flutgrenze bei kleineren
Gasbelastungen erreicht. Mit Erhöhung der Flüssigkeitsbelastung verbessert sich
der Stoffaustausch und ebenfalls mit größerer spez. Oberfläche der Schüttung.
95
5.2 Vergleich unterschiedlicher Anstaufüllkörper-
schichtungen
In diesem Unterkapitel werden der Druckverlust, der Hold-up und der
Stoffaustausch unterschiedlicher Anstaufüllkörperschichtungen miteinander
verglichen und anschließend die Erkenntnisse zusammengefasst.
5.2.1 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen
Die Abbildung 47 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion für die Füllkörper
RSR #0,1 und RSR #2 und die Füllkörper RSR #0,3 und RSR #2 in Abhängigkeit
vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 0 m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5
aufgetragen.
Abbildung 47: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=0 m3/(m2h)
Bei den Anstaufüllkörperschichtungen ohne Gerüstkonstruktion und mit
Gerüstkonstruktion (aus den Füllkörpern RSR #0,1 und RSR #2 und den
Füllkörpern RSR #0,3 und RSR #2) ist jeweils beim trockenen Druckverlust in
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 0
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 0
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 0
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 0
96
Abbildung 47 erkennbar, dass die Druckverluste bei doppellogarithmischer
Skalierung linear und parallel zueinander verlaufen.
Die Anstaufüllkörperschichtung aus den Füllkörpern RSR #0,1 und RSR #2 haben
einen größeren Druckverlust als die Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,3 und
RSR #2, wegen der größeren spez. Oberfläche des Füllkörpers RSR #0,1.
Es gib einen Unterschied zwischen dem Einbau mit und ohne Gerüstkonstruktion.
Es wurde erwartet, dass der Druckverlust mit Gerüstkonstruktion größer ist als
ohne Gerüstkonstruktion, wegen dem zusätzlichen Druckverlust durch die
Gerüstkonstruktion. Dieser Unterschied wurde bei der Anstaufüllkörperschichtung
aus RSR #0,3 und RSR #2 ermittelt, jedoch nicht bei RSR #0,1 und RSR #2. Der
Grund liegt an den manuellen Messfehler an U-Rohr-Manometer.
Der Unterschied zwischen den Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 beträgt ca. 4 bis 10 %, d.h. der
trockene Druckverlust mit Gerüstkonstruktion ist um ca. 5% zu niedrig oder der
Druckverlust ohne Gerüstkonstruktion ist zu groß. Dieses Unterschied konnte
liegen an unterschiedlichen Füllkörperanzahlen pro Schicht in der Kolonne.
Je größer die spez. Oberfläche der Anstaufüllkörperschichtung ist, desto größer ist
der Drückverlust.
Die Abbildungen 48, 49 und 50 zeigen den spezifischen Druckverlust ∆p/H der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion für die Füllkörper
RSR #0,1 und RSR #2 und die Füllkörper RSR #0,3 und RSR #2 in Abhängigkeit
vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 30 und 60m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über
Fv in Pa0,5 aufgetragen.
97
Abbildung 48: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
Abbildung 49: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 4
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 4
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 30
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 30
98
Abbildung 50: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m2h)
Aus den Abbildungen 48, 49 und 50 wird den Flutpunkt früher erreicht mit
mehreren Belastung des Flüssigkeit uL= 4, 30 und 60 m3/(m2h) damit bei niedrige
Gasbelastung.
Bei einem Vergleich der Anstaufüllkörperschichtungen aus den Füllkörper #RSR
0,1, RSR #2 und aus RSR #0,3, RSR #2 zeigt sich, dass der Druckverlust ähnlich
verläuft.
Der Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion steigt
parallel zur Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion bis zum Staupunkt.
Ab einer Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 ist der Druckverlust der Schicht mit
Gerüstkonstruktion größer als ohne Gerüstkonstruktion, danach ist er kleiner als
ohne Gerüstkonstruktion. Dieses Verhalten ist erkennbar bei allen
Flüssigkeitsbelastungen der Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,1 und RSR
#2. Der Grund dafür liegt am dem Einflusses der Gerüstkonstruktion und der
Bildung der Sprudelschicht.
Dieses Verhalten tritt bei zunehmender Flüssigkeitsbelastung bei immer kleinerer
Gasbelastung auf.
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 60
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 60
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 60
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 60
99
Der Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen ohne Gerüstkonstruktion
nähert sich ab dem zweiten Staupunkt, d.h. im Flutbereich, dem mit
Gerüstkonstruktionan.
Bei den Anstaufüllkörperschichtungen aus RSR #0,3 und RSR #2 mit und ohne
Gerüstkonstruktion ist ersichtlich, dass bei Flüssigkeitsbelastungen von uL= 4 und
30 m3/(m2h) die Druckverluste linear ab und parallel zu einnander verlaufen.
Es ist nicht erkennbar bei Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,3 und RSR #2
im Vergleich zu Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,1 und RSR #2 die zwei
Staupunkte bzw. den Arbeitbereich oder optimalen Bereich - Sprudelschicht der
Füllkörperschichten.
Der Druckverlust bei beiden Konstruktionen steigt immer steiler bei
Anstaufüllkörper-schichtung aus RSR #0,1 und RSR #2. Im Vergleich zu der
anderen Konstruktion der Anstaufüllkörperschichtung RSR #0,3 und RSR #2
verlaufen auch bei Flüssigkeitsbelastungen uL= 1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und
100 m3/(m2h) am Anfang immer steiler aber noch linearer als Schichtung aus RSR
#0,1 und RSR #2 bis zum letzten Messpunkt vor dem Staupunkt. Es bildet sich
keine Sprudelschicht.
Mit größeren Flüssigkeitsbelastung ist auch der Abstand zwischen den
Druckverlusten des Anstaufüllkörperschichtungen größer.
5.2.2 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtungen
Die Abbildungen 51, 52 und 53 zeigen den spezifischen Hold-up hL der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion für die Füllkörper
RSR #0,1 und RSR #2 und die Füllkörper RSR #0,3 und RSR #2 in Abhängigkeit
vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 30 und 60m3/(m2h). hL ist in % über Fv in
Pa0,5 aufgetragen.
100
Abbildung 51: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
Abbildung 52: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 4
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 4
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 30
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 30
101
Abbildung 53: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m2h)
Es hat sich in Abbildungen 51, 52 und 53 gezeigt, dass die
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion einen größeren Hold-up als
mit Gerüstkonstruktion hat. Bei eine Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 hat die
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion bei uL= 30 und 60 m3/(m2h)
einen kleineren Hold-up als mit Gerüstkonstruktion. Mit größerer Gasbelastung
steigt der Hold-up ohne Gerüstkonstruktion und es kommt zu einem 10 bis 20 %
größeren Hold-up im Vergleich zu mit Gerüstkonstruktion.
Bei der Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,1 und RSR #2 hat sich gezeigt,
dass sie einen höheren Hold-up als die Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,3
und RSR #2 hat.
Es wurde erwartet, dass der Hold-up zuerst konstant bleibt, dann sprunghaft
ansteigt beim ersten Staupunkt, dann wieder konstant steigt und dann am 2.
Staupunkt wieder sprunghaft ansteigt bis zur Flutgrenze, was auch bei der
Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,1 und RSR #2 zu erkennen ist. Dieser
Bereich ist der optimale Arbeitsbereich indem sich die charakteristische
Sprudelschicht bildet.
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 60
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 60
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 60
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 60
102
Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 4 m3/(m2h) bei der Anstaufüllkörperschichtung
ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 verläuft der Hold-up mit
kleinerer Steigerung als mit Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bis zur
Staugrenze. Ohne Gerüstkonstruktion hat auch eine größe Steigung ab dem
Staupunkt. Der Grund liegt daran, dass keine Gerüstkonstruktion vorhanden ist.
Mit Gerüstkonstruktion liegt die erste Steigung am Staupunkt der RSR #0,1.
Danach ist der Hold-up konstant. Es entwickelt sich eine Sprudelschicht. Bei der
zweiten Steigung beginnt das Fluten der Schichten.
Bei den Flüssigkeitsbelastungen uL= 60, 80 und 100 m3/(m2h) stellt sich heraus,
dass sie einen größeren Hold-up als die Anstaufüllkörperschichtung mit
Gerüstkonstruktion hat.
Mit höheren Flüssigkeitsbelastungen sehen bei der Schichten ohne und mit
Gerüstkonstruktion ähnlicher mit den Füllkörper einbauten. Es ergibt sich auch ein
Unterschied zwischen den Schichten von RSR #0,1 und RSR #2 und RSR #0,3
und RSR #2.
Es zeigt sich ein Unterschied beim Verlauf des Hold-ups, bei der
Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,1 und RSR #2 beginnt das Stauen bei
niedrigeren Gasbelastungen als bei Anstaufüllkörperschichtung aus RSR #0,3 und
RSR #2 und der Hold-up ansteigt sprunghaft mit höherer Flüssigkeitsbelastung.
Dieses Verhalten gilt für beide Konstruktionen, d.h. mit und ohne
Gerüstkonstruktion. Der Hold-up bei RSR #0,3 und RSR #2 bleibt zuerst konstant
und ab dem letzten Messpunkt vor dem Staupunkt steigt er an, aber nicht so
sprunghaft wie bei den Anstaufüllkörperschichtungen aus RSR #0,1 und RSR #2.
Sie steigt, wegen deren größeren Oberfläche.
Es hat sich bei allen gemessenen Anstaufüllkörperschichtungen (RSR #0,1 und
RSR #2 ohne und mit Gerüstkonstruktion, RSR #0,3 und RSR #2 ohne und mit
Gerüstkonstruktion) erweisen, dass mit höherer Flüssigkeitsbelastung der Hold-up
steigt und die Staupunktgrenze früher erreicht wird,.
103
5.2.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtungen
Die Abbildungen 54, 55 und 56 zeigen den HTUOV-Wert der NH3-Absorption der
Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion für die Füllkörper
RSR #0,1 und RSR #2 und die Füllkörper RSR #0,3 und RSR #2 in Abhängigkeit
vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 10 und 20 m3/(m2h). Der HTUOV-Wert ist in
m über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 54: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
Abbildung 55: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 4
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 4
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 10
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 10
104
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
Abbildung 56: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
In Abbildung 54 ist sichtbar, dass bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL=
4m3/(m2h) der Stoffaustausch aller Messpunkte mit Gerüstkonstruktion aus RSR
#0,3 und RSR #2 schlechter ist als bei Schichten ohne Gerustkonstruktion aus
RSR #0,3 und RSR #2 und bei Schichten ohne und mit Gerustkonstruktion aus
RSR #0,1 und RSR #2. Das beste Stofftransportvermögen besitzt allerdings die
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus Füllkörper RSR #0,1 und
RSR #2. Das ist ebenfalls für Stoffaustausch bei den Flüssigkeitsbelastungen uL=
1, 10, 20 und 30 m3/(m2h) sichtbar, z.B. in Abbildung 54, 55 und 56.
Der Verlauf des HTUOV-Wertes der Anstaufüllkörperschichtungen mit und ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR#2
steigt zuerst an und nach dem Staupunkt fällt ab.
Im Vergleich von Schichten ohne Gerüstkonstruktion von RSR #0,1 und RSR #2
mit Schichten ohne Gerüstkonstruktion RSR #0,3 und RSR #2 steigt der
Stoffaustausch ab dem Staupunkt an. Es könnte sein, dass beim letzten
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL=20
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 20
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 20
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 20
105
Messpunkt ein Messfehler aufgetreten ist. Der Grund dafür könnte die manuelle
Regelung oder die Abweichung des NH3- Messgerätes sein. Es war zu erwarten,
dass ab dem Staupunkte der HTUOV-Wert fällt und somit sich der Stoffaustausch
der Schichtung verbessert.
Bei der Flüssigkeitsbelastung 20 m3/(m2h) zeigt sich ein Messfehler bei der
Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion aus Füllkörper RSR #0,3 und
RSR #2. Der ermittelte HTUOV Verlauf ist um ca. 50 % zu niedriger im Vergleich zu
den anderen Anstaufüllkörperschichtungen.
Bis zur Flüssigkeitsbelastung 20 m3/(m2h) ist bei der Anstaufüllkörperschichtung
mit Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 ein Arbeitsbereich erkennbar,
dass zeigt sich dadurch, dass ab dem vorletzten Messpunkt der HTU-Wert
konstant bleibt. Dieser Bereich wird als Arbeitsbereich definiert, in dem kann man
die Kolonne am effektivsten betreiben. Bei höherer Flüssigkeitsbelastung konnte
bisher kein Arbeitsbereich ermittelt werden, weil das gesamte Ammoniak in der
Flüssigkeit (Wasser) bereits absorbiert war.
Allgemein sinkt der HTUOV-Wert mit höherer Flüssigkeitsbelastung. Der beste
Stoffaustausch wurde mit der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 ermittelt.
Bei der niedrigsten und höchsten Flüssigkeitsbelastung (uL= 1 und 30 m3/(m2h))
sehen die HTUOV-Werte ähnlicher aus. Bei 30 m3/(m2h) kommt es bereits bei
kleineren Gasbelastungen zur Verbesserung des Stoffaustausches und es kann
keine Ammoniak im Kopf der Kolonne mehr detektiert werden.
106
5.2.4 Zusammenfassung
Es hat sich bei allen gemessenen Anstaufüllkörperschichtungen (RSR #0,1 und
RSR #2 ohne und mit Gerüstkonstruktion, RSR #0,3 und RSR #2 ohne und mit
Gerüstkonstruktion) erweisen, dass mit höherer Flüssigkeitsbelastung der
Druckverlust und der Hold-up steigt und die Staupunktgrenze früher erreicht wird.
Allgemein sinkt der Stoffaustausch mit höherer Flüssigkeitsbelastung. Der beste
Stoffaustausch wurde mit der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion
aus RSR #0,1 und RSR #2 ermittelt.
Je größer ist die spez. Oberfläche pro Schicht der Anstaufüllkörperschichtungen
ist, desto größer ist der Drückverlust.
107
5.3 Vergleich der Mischung mit der Anstaufüllkörper-
schichtung
In diesem Unterkapitel werden der Druckverlust, der Hold-up und der
Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion mit der
Mischung verglichen.
Anschließend wird der Druckverlust, der Hold-up und der HTU-Wert jeweils aus
den Schüttungen des RSR#0,1 und RSR#2 berechnet und die Erkenntnisse
zusammengefasst.
5.3.1 Druckverlust der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung
Die Abbildung 57 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor Fv bei uL=0 m3/(m2h) . ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5
aufgetragen.
Abbildung 57: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=0 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 0
AV-O-RSR #0,1  uL= 0
108
Der trockene Druckverlust der Mischung und der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion steigen bei doppellogarithmischer Skalierung linear an.
Bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 0 m3/(m2h) der Füllkörperschüttung des
Mischung aus RSR #0,1 und RSR#2 überschneiden sich die Druckverluste fast.
Der Druckverlust der Mischung ist um ca. 5% größer. Es wurde ein höherer
Druckverlust der Füllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und
RSR #2 erwartet. Der Grund dafür könnten Messungenauigkeiten sein.
Im Vergleich zu den Flüssigkeitsbelastungen uL=1, 4, 10, 20, 30, 40, 60, 80 und
100 m3/(m2h) ist der Druckverlust der Schichten größer als bei der Schüttung.
Der Grund konnte die Anordnung der Füllkörper in der Kolonne sein. Bei einer
Schichtung sind die Füllkörper geschichtet und bei einer Mischung sind sie nur
geschüttet.
Die Abbildung 58 zeigt den spezifischen Druckverlust ∆p/H der Mischung aus
RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor Fv bei uL=30 m3/(m2h) . ∆p/H ist in Pa/m über Fv in Pa0,5
aufgetragen.
109
Abbildung 58: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
Der Druckverlust der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ist im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
um ca. 40% kleiner.
Der Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus
RSR #0,1 und RSR #2 und der Mischung steigt parallel bis zum 1. Staupunkt der
Anstaufüllkörperschichtung. Dann steigt der Druckverlust der
Anstaufüllkörperschichtung stärker an im Gegensatz zur Mischung. D.h. der 1.
Staupunkt der Anstaufüllkörperschichtung liegt bei niedriegerer Gasbelastung als
der Staupunkt der Mischung. War ist zu erwarten, dass mit höherer
Flüssigkeitsbelastung der Staupunkt bei kleineren Gasbelastungen liegt.
Der Druckverlust beider Einbau zeigt bei Flüssigkeitsbelastungen von 1, 4, 10, 20,
40, 60, 80 und 100 m3/(m2h) dieselbe Abhängigkeit von der Gasbelastung wie
oben beschrieben.
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL=30
AV-O-RSR #0,1 uL= 30
110
5.3.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung
Die Abbildungen 59 und 60 zeigen den Hold-up der Mischung aus RSR #0,1 und
RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR
#0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL=4 und 40
m3/(m2h).
Abbildung 59: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-O-RSR #0,1 uL= 4
111
Abbildung 60: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m2h)
Beim Hold-up in Abbildungen 59 und 60 ist auffällig, dass der Verlauf des Hold-
ups der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung
ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 ähnlich ist.
Die Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion hat einen größeren Hold-
up im Vergleich zur Mischung, aber bei niedrigen Gasbelastungen ist der Hold up
kleiner. Mit höherer Flüssigkeitsbelastung ist dieser Unterschied größer. Ab der
Flüssigkeitsbelastung von 10 m3/(m2h) ist der Hold-up kleiner. Höherer
Flüssigkeitsbelastung erscheint offensichtlich der Staupunkt bei kleinerer
Gasbelastung.
Bei der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ist der
Verlauf des Hold-ups bei allen Flüssigkeitsbelastung ab der Staugrenze steiler,
d.h. es gibt keinen 2. Staupunkt sondern nur einen Staupunkt und einen Flutpunkt.
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 40
AV-O-RSR #0,1  uL= 40
112
5.3.3 Stoffaustausch der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung
Die Abbildungen 61, 62 und 63 zeigen den HTUOV-Wert der NH3-Absorption der
Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 in Abhängigkeit vom
Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 1, 4 und 20 m3/(m2h). Der HTUOV-Wert ist in m
über Fv in Pa0,5 aufgetragen.
Abbildung 61: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-O-RSR #0,1  uL= 1
113
Abbildung 62: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=4 m3/(m2h)
Abbildung 63: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
Der Stoffaustausch bei einer Flüssigkeitsbelastung von 1 m3/(m2h) ist bei der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion höher als bei der
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-O-RSR #0,1  uL= 4
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
AV-O-RSR #0,1  uL= 20
114
Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR#0,1 und RSR#2 um HTUOV-Wert ca.
0,50 m. Ab dem Staupunkt fällt den HTUOV-Wert der Anstaufüllkörperschichtung
unten den der Mischung, was bedeutet ab hier der Stoffaustausch besser ist als
von der Mischung. Der HTU-Wert fällt bis zum optimalen Bereich, der durch die
Sprudelschicht charakterisiert ist. DiesesrBereich ist sichtbar z.B. in Abbildung 61
bei der Flüssigkeitsbelastung uL= 4 m3/(m2h) als waagerechter Verlauf des
HTUOV-Wertes bei einer Gasbelastung von 2,30 bis 2,64 Pa0,5.
Die Abbildungen 62 und 63 zeigt einen besseren Stoffaustausch der
Anstaufüllkörperschichtung als der Füllkörperschüttung. Die HTUOV Verlauf steigt
zuerst und fällt dann ab mit dem letzten Messpunkt vor den Staupunkt und der
Stoffaustausch verbessert sich damit. Bei einer Flüssigkeitsbelastung von 20
m3/(m2h) zeigt sich ein sehr guter Stoffaustausch, sodas ab einer Gasbelastung
von 1,87 Pa0,5 das gesamte Ammoniak absorbiert wurde.
Der Stoffaustausch bei Flüssigkeitsbelastungen von uL= 10 und 30 m3/(m2h)
wurde ebenfalls miteinander verglichen und es zeigen sich analoge
Zusammenhänge. Bei 10 m3/(m2h) ist ebenfalls erkennbar, dass der HTUOV-
Wertes der Anstaufüllkörperschichtung erst größer und dann ab dem Staupunkt
kleiner als der der Schüttung ist.
115
5.3.4 Modellierung
Es ist zu erwarten, dass die Druckverluste in Anstaufüllkörperschichten sich
additiv berechen lassen. Die Dastellung der Modellirung ist in Abbildung 64
gezeigt.
Abbildung 64: Dastellung einer Modellirung des Druckverlustes
Für den Druckverlust der Anstaufüllkörperschichten, bezogen auf die Höhe
beschreibt die folgende Formel:
(54)
Die Modellierung des Druckverlustes der Schichten aus RSR #0,1 und RSR #2
wird durch die Gewichtung über die bestimmte Höhen der
Anstaufüllkörperschichtung realisiert. Die Höhe der RSR #0,1 Schichten ( h0,1 )
und RSR #2 ( h2 ) werden auf die Gesamthöhe ( h0,1+h2 ) bezogen. Bei der
Modellierung mussen der Druckverluste auf den gleichen Gasbelastung referieren.
(55)
21,0 44 pph
p
Schichten
21,0
1,0
1,0 hh
hwh
1,021
21,0
2
hh woderhh
hw
116
Daraus folgt dann die Modellgleichung:
(56)
5.3.4.1 Modellierung zur Auswertung des Druckverlust
Die Abbildung 65 zeigt den spezifischen Druckverlust der Einzelfüllkörper RSR
#0,1, RSR #2, RSR #0,3, der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2, die
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
und den Druckverlust nach dem Modell berechnet bei einer Flüssigkeitsbelastung
von uL= 30 m3/(m2h).
Abbildung 65: Modellierung und Vergleich des Druckverlustes in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-O-RSR #0,1 & #2 uL= 30
Modell uL= 30
RSR #0,1 uL= 30
RSR #0,3 uL= 30
RSR #2 uL= 30
21,021,0
h
pw
h
pw
h
phh
Modell
117
Es ist auffällig, dass das Modell den Verlauf des Druckverlustes der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion und der Mischung aus RSR
#0,1 und RSR #2 und der Schüttung RSR #0,3 beschreibt. Das Modell bei einer
Flüssigkeitsbelastung von uL= 30 m3/(m2h) findet in dem Abbildung 65 eine
Verwendung für den Schichten.
Das Modell beschreibt den Bereich der Sprudelschicht nicht, da der Verlauf des
Druckverlustes des Modells nur den Bereich des Druckverlustes von
Gasbelastung 0,88 Pa0,5 bis 1,79 Pa0,5 beschreibt, weil es war nicht ermöglich zu
berechnen Modell ab den Gasbelastung von 1,79 Pa0,5. Eine Sprudelschicht
entwickelt sich ab 1,79 Pa0,5 bei der Anstaufüllkörperschichtung ohne
Gerüstkonstruktion, weil es startet nach erstem Schicht des RSR #0,1 noch die
zweite Schicht des RSR #2 zu stauen.
Bei dem Modell wird allerdings der charakteristische 1. Anstaupunkt der
Füllkörperschichten gezeigt, da es sich ab der Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 der
Druckverlust linear verläuft bis zum letzten Messpunkt vor dem Staupunkt. Dann
steigt den Verlauf steiler bis 1,79 Pa0,5.
Das Modell beschreibt am besten den Druckverlust der Füllkörperschüttung aus
RSR #0,3, nur dass der Staupunktes bei einer zu niedrigen Gasbelastung
vorhergesagt wird. Der Druckverlust mit dem Modell berechnet, verläuft wie der
einet Füllkörperschüttung.
Die Druckverluste von RSR #0,3, Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und
Modells verlaufen nahezu gleich bis zum Staupunkt, welcher annähernd dem der
Schichtung entspricht. Der Verlauf der Steigung ist im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion um ca. 200% zu niedrig.
Wenn das Modell auf höhere Gasbelastungen erweitert werden würde, dann
könnte es evtl. den Arbeitsbereich beschreiben.
118
5.3.4.2 Modellierung
Zur Modellierung des Hold-ups der Anstaufüllkörperschichtung werden analoge
Formel wie zur Modellierung des Druckverlustes benutzt. Der Hold-up der Anstau-
füllkörperschichtung wird mit folgenden Gleichungen beschrieben:
(57)
(58)
Bei der Modellierung mussen der Hold-up Werte auf den gleichen Gasbelastung
bezogen sein.
Die Abbildung 66 zeigt den spezifischen Hold-up der Einzelfüllkörper RSR #0,1,
RSR #2, RSR #0,3, der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2, der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
und die berechneten Werte des Modells bei einer Flüssigkeitsbelastung von uL=
30 m3/(m2h).
21,0 21,0 LhLhModellL hwhwh
21,0
44 LLSchichtenL hhh
119
Abbildung 66: Modellierung und Vergleich des Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei Flüssigkeitsbelastung von uL=30 m3/(m2h)
In Abbildung 66 das Modell des Verlaufs der Hold-up beschreibt der Verlauf des
Füllkörperschichten und zeigt wo kann man dann die betreiben.
Es kann man beobachtet das Modell noch deutlich näher an
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion liegt als bei Mischung. Bei
eine Gasbelastung von 1,79 Pa0,5 sind den Hold-up Werte fast gleich.. Es konnte
sagen, dass das Modell annähernd kongruent zu den Holdup der
Füllkörperschichten liegt.
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-O-RSR #0,1 & #2 uL= 30
Modell uL= 30
RSR #0,1 uL= 30
RSR #0,3 uL= 30
RSR #2 uL= 30
120
Es ist ersichtlich bei der Füllkörperschüttung aus RSR #0,3, dass es handelt sich
um ein Messfehler, wegen zu größen Hold-up. Dass liegt in Rahmen dess
Messunsicherheit. Den Verlauf des Hold-ups ist um ca. 200% zu größ, wegen
zufälligen Fehler bei der manuellen Regelung des Flüssigkeitsvolumenstroms oder
Messunsicherheit von 3-5 %.
Ab der Gasbelastung von 0,88 Pa0,5 steigen die Hold-ups der Anstaufüllkörper-
schichtung ohne Gerüstkonstruktion und die nach dem Modell berechneten Werte,
dass bedeutet das Modell beschreibt den Hold-up der Anstaufüllkörperschichtung
ohne Gerüstkonstruktion besser als der Mischung. Auch bei dem Modell des Hold-
ups müssten die Berechnungen auch bei höherer Gasbelastung durchgeführt
werden um den Arbeitsbereiches oder den 2. Staupunkt der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion vorherzusagen.
121
5.3.4.3 Stoffaustausch
In diesem Unterkapitel wird die Modellierung von RSR #0,1 und RSR #2 und der
Vergleich zwischen den Füllkörperschüttungen der Mischung aus RSR #0,1 und
RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion diskutiert.
Der Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtung wird in folgende Gleichung
erläutert:
(59)
(60)
Bei der Modellierung mussen der HTUOV-Werte bei den gleiche Gasbelastung von
HTUOV-Werte sein bei RSR #0,1 und RSR #2.
Die Abbildung 67 zeigt den HTUOV der NH3-Absorption der Einzelfüllkörper RSR
#0,1, RSR #2, der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2, der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2
und die anch dem Modell berechneten Werte bei einer Flüssigkeitsbelastung von
uL= 30 m3/(m2h).
21,0 21,0 OVhOVhModellOV HTUwHTUwHTU
21,0
44 OVOVSchichtenOV HTUHTUHTU
122
Abbildung 67: Modellierung und Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2, der Füllkörperschüttungen von RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
Aus Abbildung 67 geht hervor, dass das Modell den der Füllkörperschüttungen
besser beschreibt als der Anstaufüllkörperschichtung. Ab der Gasbelastung von
0,88 Pa0,5 zeigt sich eine Übereinstimmung der Mischung, der
Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion und des Modells bis zum
Staupunkt der Schichten.
Die Füllkörperschüttung aus RSR #0,3 wird nicht wiedergegeben, weil es einen
besseren Stoffaustausch als die Mischung und die Schichtung hat. Der Grund liegt
an der Füllkörper RSR #2. Die Mischung und auch der Schicht bestehen aus den
Füllkörper RSR #2. Weil deren Oberfläche ist größ, beinflusst den Stoffaustausch
der Mischung und Schicht. Daswegen kommt es bei Mischung und Schicht zu
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-O-RSR #0,1  uL= 10
Modell uL= 10
RSR #0,3 uL= 10
RSR #0,1 uL= 10
RSR #2 uL= 10
123
einem schlechteren Stoffaustausch im Verglaich zu Füllkörperschüttung aus RSR
#0,3.
Der berechnete Stoffaustausch des Modells steigt mit Erhöhung des
Gasbelastung und ab dem erreichten Staupunkt fällt er ab, d.h. der Stoffaustausch
verbessert sich nach dem Staupunkt mit höherer Gasbelastung.
Es ist auch ersichtlich, dass das Modell einen größeren HTUOV-Wert am
Staupunkte vorhersagt als die Mischung und die Schichten, aber die
Gasbealstung am Staupunkt der Mischung liegt bei größeren Gasbelastung.
Modell zeigt, dass bei einer kleineren Gasbelastung ab den 2,07 Pa0,5 erscheint
ein Staupunkt. Das ist von Bedeutung wichtig, wegen besseren Stoffaustausch bei
niedrigen Gasbelastungen und erwartung auf schnelleren Erscheinung von
Arbeitbereiches.
Bei Schichtung ist solches Verlauf sichtbar in Abbildung 67. Mit Erhöhung des
Gasbelastung bei Mischung und auch Modells, konnte das führen zum niederung
des HTUOV-Wertes und somit zum besseren Stoffaustausch des
Füllkörperschüttungen.
124
6 Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Untersuchungen zur Hydrodynamik und
zum Stoffaustausch einer Füllkörperschüttung und Anstaufüllkörperschichtungen
durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in dem Kapitel 4
dargestellt und im darauf folgenden Kapitel diskutiert worden.
Mit steigender Flüssigkeitsbelastung in einer Füllkörperschüttng wird die Steigung
des Druckverlustes und des Hold-ups bzw. die Staugrenze und somit die
Flutgrenze bei kleineren Gasbelastungen erreicht. Mit Erhöhung der
Flüssigkeitsbelastung verbessert sich den Stofftausch und ebenfalls mit größerer
Oberfläche der Schüttung.
Es hat sich in dieser Arbeit bei allen gemessenen Füllkörperschüttungen ( RSR
#0,1 und eine Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 ) und der
Anstaufüllkörperschichtungen (aus RSR #0,1 und RSR #2 ohne und mit
Gerüstkonstruktion) erwiesen, dass mit höherer Flüssigkeitsbelastung der
Druckverlust und der Hold-up steigt und die Staupunktgrenze früher erreicht wird.
Allgemein steigt der Stoffaustausch mit höherer Flüssigkeitbelastung. Je größer
die spez. Oberfläche pro Schicht der Anstaufüllkörperschichtung ist, desto größer
ist der Druckverlust. Aus den Untersuchungen, die in im Rahmen dieser Arbeit
gemacht wurden, kann abgleitet werden, dass die Anwendung der
Anstaufüllkörperschichtung wichtig für Benutzbarkeit in Industrie werden könnte,
wegen geringerer Druckverluste, höherem Hold-up und besserem Stoffaustausch
im Vergleich zu Anstaupackungen oder Bodenkolonnen.
Für die Vorhersage der Charakteristik wurde ein Modell verwendet, welches zur
Beschreibung des Verlaufes der Anstaufüllkörperschichtung dient. Bei dem Modell
handelt es sich um die einen anwendbaren Ansatz zur Bestimmung des
Druckverlustes, des Hold-ups und des Stoffaustausches von
Füllkörperschüttungen und Anstaufüllkörperschichtungen. Die Sprudelschichthöhe
ist nicht in jeder Sektion gleich, da die Gasphase von unten und die
125
Flüssigkeitphase von oben zugeführt wird. Dies kann nur behoben werden, wenn
zukünftige Anstaufüllkörperschichtungen mehr als vier Sektionen besitzen.
Außerdem wäre es interessant zu beobachten, wie sich die Füllkörperschüttungen
und Anstaufüllkörperschichtungen bei einer anderen Flüssigkeit verhalten. Einige
weitere Messungen mit kleineren oder größeren Füllkörpern wurden die
Ergebnisse weiter bestätigen. Es könnte außerdem ein anderer Flüssigkeitverteiler
mit einer feineren Verteilung der Flüssigkeit eingbaut werden in die Kolonne, um
diesen Einfluss zu untersuchen.
Um die visuellen Beobachtungen während der Messungen zur Ermitlung der
Gasbelastung am Staupunkt, des Flutpunktes und der Höhe der Sprudelschicht
bei jeweiliger Flüssigkeitbelastung zu verbessern, könnte eine Vidokamera mit
hoher Auflösung während der Messungen die Beobachtung aufzeichenen.
Für eine zukünftige Anwendung von Füllkörpereinbauten in der Industrie ist es
erforderlich, weitere Aufbauvarianten zu entwickeln und die Hydrodynamik und
den Stoffaustausch zu untersuchen. Ziel für die Industrie ist es optimale
Höhenverhältnisse für Schüttungen und Schichten festzusetzten um einen
geringeren Druckverlust, Hold-up und wie größtmöglichen Stoffaustausch zu
bekommen. Ein weltweit wichtiger Faktor sind die Kosten des Einbaus und der
Untersuchungen. Je kleiner die Kosten und je wirksamer die Einbauten, desto
früher werden solche Einbauten verwendet.
126
7 Literaturverzeichnis
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Stuttgart: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie GmbH, 1993
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128
8 Anhang
8.1 Messwerte Hydraulik
Tabelle 8: Messdaten Hydraulik RSR #0,1
pR VL uL FV B p1B p1K K HL hL
bar m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS L mmWS/m Pa/m %
0,9982 0,00 uL= 0 1,24 10,00 22,0 8,0 7,00 0,00 23,33 228,90 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 2,13 30,00 66,0 26,0 21,00 0,00 70,00 686,70 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 3,24 70,00 152,0 65,0 47,00 0,00 156,67 1536,90 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 4,06 110,00 248,0 101,0 72,00 0,00 240,00 2354,40 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 4,73 150,00 323,0 135,0 96,00 0,00 320,00 3139,20 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 4,88 160,00 346,0 143,0 104,00 0,00 346,67 3400,80 0,00
0,9982 0,00 uL= 0 4,91 162,00 349,0 146,0 105,00 0,00 350,00 3433,50 0,00
1,0061 0,15 uL= 1 0,88 5,00 13,0 7,0 6,00 5,60 20,00 196,20 12,28
1,0061 0,15 uL= 1 1,41 13,00 36,0 18,0 15,00 6,70 50,00 490,50 14,69
1,0061 0,15 uL= 1 1,74 20,00 56,0 30,0 24,00 6,60 80,00 784,80 14,47
1,0061 0,15 uL= 1 2,13 30,00 83,0 45,0 37,00 7,10 123,33 1209,90 15,56
1,0061 0,15 uL= 1 2,46 40,00 113,0 60,0 51,00 7,30 170,00 1667,70 16,00
1,0061 0,15 uL= 1 2,75 50,00 148,0 82,0 70,00 8,10 233,33 2289,00 17,76
1,0061 0,15 uL= 1 2,96 58,00 220,0 149,0 134,00 16,30 446,67 4381,80 35,73
1,0000 0,61 uL= 4 0,88 5,00 -3,0 -10,0 6,00 5,90 20,00 196,20 12,93
1,0000 0,61 uL= 4 1,51 15,00 24,0 2,0 16,00 7,40 53,33 523,20 16,22
1,0000 0,61 uL= 4 1,95 25,00 56,0 21,0 28,00 8,30 93,33 915,60 18,20
1,0000 0,61 uL= 4 2,30 35,00 87,0 40,0 42,00 8,40 140,00 1373,40 18,41
1,0000 0,61 uL= 4 2,61 45,00 122,0 61,0 56,00 9,60 186,67 1831,20 21,05
1,0000 0,61 uL= 4 2,75 50,00 154,0 88,0 83,00 11,20 276,67 2714,10 24,55
1,0000 0,61 uL= 4 2,88 55,00 188,0 122,0 118,00 19,10 393,33 3858,60 41,87
0,9979 1,52 uL= 10 0,88 5,00 16,0 9,0 8,00 8,80 26,67 261,60 19,29
0,9991 1,52 uL= 10 1,24 10,00 14,0 1,0 17,00 9,80 56,67 555,90 21,48
0,9979 1,52 uL= 10 1,51 15,00 50,0 30,0 25,00 11,00 83,33 817,50 24,11
0,9979 1,52 uL= 10 1,74 20,00 64,0 38,0 33,00 11,00 110,00 1079,10 24,11
0,9991 1,52 uL= 10 1,95 25,00 82,0 49,0 42,00 13,60 140,00 1373,40 29,81
0,9991 1,52 uL= 10 2,13 30,00 114,0 72,0 63,00 13,90 210,00 2060,10 30,47
0,9991 1,52 uL= 10 2,27 34,00 131,0 84,0 76,00 20,20 253,33 2485,20 44,28
1,0061 3,04 uL= 20 0,88 5,00 8,0 11,0 9,00 11,40 30,00 294,30 24,99
1,0047 3,04 uL= 20 1,17 9,00 30,0 18,0 16,00 12,60 53,33 523,20 27,62
1,0047 3,04 uL= 20 1,35 12,00 26,0 8,0 25,00 13,00 83,33 817,50 28,50
1,0047 3,04 uL= 20 1,51 15,00 39,0 20,0 33,00 13,50 110,00 1079,10 29,59
1,0047 3,04 uL= 20 1,66 18,00 67,0 54,0 50,00 15,00 166,67 1635,00 32,88
1,0047 3,04 uL= 20 1,74 20,00 77,0 52,0 63,00 17,00 210,00 2060,10 37,27
1,0047 3,04 uL= 20 1,87 23,00 95,0 58,0 78,00 21,50 260,00 2550,60 47,13
1,0061 4,56 uL= 30 0,88 5,00 16,0 9,0 8,00 12,40 26,67 261,60 27,18
1,0047 4,56 uL= 30 1,11 8,00 10,0 -1,0 17,00 13,90 56,67 555,90 30,47
1,0061 4,56 uL= 30 1,24 10,00 38,0 25,0 22,00 14,10 73,33 719,40 30,91
1,0026 4,56 uL= 30 1,46 14,00 57,0 39,0 35,00 14,30 116,67 1144,50 31,35
1,0061 4,56 uL= 30 1,61 17,00 81,0 59,0 54,00 17,20 180,00 1765,80 37,71
1,0061 4,56 uL= 30 1,70 19,00 97,0 73,0 69,00 18,00 230,00 2256,30 39,46
1,0061 4,56 uL= 30 1,79 21,00 137,0 113,0 106,00 30,00 353,33 3466,20 65,77
1,0061 6,08 uL= 40 0,88 5,00 18,0 11,0 10,00 14,70 33,33 327,00 32,23
0,9965 6,08 uL= 40 1,11 8,00 40,0 30,0 20,00 16,10 66,67 654,00 35,29
1,0061 6,08 uL= 40 1,24 10,00 48,0 35,0 31,00 16,90 103,33 1013,70 37,05
1,0061 6,08 uL= 40 1,35 12,00 73,0 56,0 52,00 18,70 173,33 1700,40 40,99
1,0061 6,08 uL= 40 1,51 15,00 168,0 152,0 146,00 26,00 486,67 4774,20 57,00
0,9965 6,08 uL= 40 1,56 16,00 210,0 191,0 185,00 29,50 616,67 6049,50 64,67
1,0061 9,12 uL= 60 0,79 4,00 18,0 13,0 11,00 18,90 36,67 359,70 41,43
0,9965 9,12 uL= 60 0,88 5,00 19,0 16,0 14,00 19,80 46,67 457,80 43,41
1,0061 9,12 uL= 60 1,04 7,00 41,0 33,0 30,00 23,50 100,00 981,00 51,52
0,9965 9,12 uL= 60 1,17 9,00 90,0 82,0 76,00 25,50 253,33 2485,20 55,90
1,0026 9,12 uL= 60 1,35 12,00 275,0 258,0 257,00 45,50 856,67 8403,90 99,75
0,9965 12,16 uL= 80 0,79 4,00 29,0 22,0 21,00 20,60 70,00 686,70 45,16
1,0013 12,16 uL= 80 0,96 6,00 56,0 50,0 48,00 22,20 160,00 1569,60 48,67
1,0013 12,16 uL= 80 1,04 7,00 158,0 149,0 148,00 37,00 493,33 4839,60 81,11
1,0061 15,21 uL= 100 0,68 3,00 35,0 33,0 32,00 20,00 106,67 1046,40 43,84
1,0061 15,21 uL= 100 0,79 4,00 65,0 62,0 62,00 25,50 206,67 2027,40 55,90
1,0061 15,21 uL= 100 0,88 5,00 215,0 205,0 208,00 53,00 693,33 6801,60 116,19
129
Tabelle 9: Messdaten Hydraulik Mischung ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR TR VL uL FV B p1B p1K K HL hL
bar °C m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS L mmWS/m Pa/m %
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 1,04 7,00 17,0 7,0 5,00 0,00 6,76 66,28 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 1,95 25,00 55,0 24,0 17,00 0,00 22,97 225,36 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 3,01 60,00 131,0 55,0 39,00 0,00 52,70 517,01 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 4,06 110,00 237,0 99,0 71,00 0,00 95,95 941,23 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 4,73 150,00 323,0 132,0 94,00 0,00 127,03 1246,14 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 5,10 175,00 382,0 156,0 110,00 0,00 148,65 1458,24 0,00
0,9958 0,0 0,00 uL= 0 5,20 182,00 394,0 161,0 114,00 0,00 154,05 1511,27 0,00
0,9973 0,0 0,15 uL= 1 0,88 5,00 13,0 6,0 5,00 9,70 6,76 66,28 8,62
1,0063 0,0 0,15 uL= 1 1,74 20,00 47,0 22,0 17,00 9,90 22,97 225,36 8,80
1,0063 0,0 0,15 uL= 1 2,46 40,00 97,0 47,0 36,00 10,70 48,65 477,24 9,51
0,9973 0,0 0,15 uL= 1 3,36 75,00 187,0 90,0 68,00 11,20 91,89 901,46 9,95
0,9973 0,0 0,15 uL= 1 3,73 93,00 326,0 204,0 182,00 21,70 245,95 2412,73 19,29
0,9957 0,0 0,61 uL= 4 0,88 5,00 13,0 6,0 5,00 10,00 6,76 66,28 8,89
0,9957 0,0 0,61 uL= 4 1,51 15,00 37,0 18,0 14,00 10,20 18,92 185,59 9,07
0,9957 0,0 0,61 uL= 4 1,95 25,00 64,0 31,0 24,00 10,80 32,43 318,16 9,60
0,9957 0,0 0,61 uL= 4 2,30 35,00 90,0 44,0 35,00 11,20 47,30 463,99 9,95
0,9957 0,0 0,61 uL= 4 3,01 60,00 157,0 81,0 65,00 12,50 87,84 861,69 11,11
#SKLIC! 0,0 0,61 uL= 4 3,36 75,00 211,0 116,0 95,00 13,50 128,38 1259,39 12,00
#SKLIC! 0,0 0,61 uL= 4 3,45 79,00 312,0 214,0 194,00 25,00 262,16 2571,81 22,22
0,9957 0,0 1,52 uL= 10 0,88 5,00 13,0 6,0 5,00 11,30 6,76 66,28 10,04
0,9957 0,0 1,52 uL= 10 1,74 20,00 52,0 27,0 22,00 13,50 29,73 291,65 12,00
1,0063 0,0 1,52 uL= 10 2,46 40,00 108,0 56,0 46,00 13,80 62,16 609,81 12,26
1,0063 0,0 1,52 uL= 10 3,01 60,00 195,0 119,0 104,00 18,40 140,54 1378,70 16,35
1,0063 0,0 1,52 uL= 10 3,08 63,00 293,0 217,0 205,00 31,70 277,03 2717,64 28,17
1,0063 0,0 3,04 uL= 20 0,88 5,00 14,0 8,0 6,00 13,40 8,11 79,54 11,91
1,0063 0,0 3,04 uL= 20 1,51 15,00 44,0 25,0 21,00 14,40 28,38 278,39 12,80
0,9957 0,0 3,04 uL= 20 1,74 20,00 61,0 35,0 29,00 15,00 39,19 384,45 13,33
0,9957 0,0 3,04 uL= 20 2,13 30,00 93,0 57,0 49,00 15,30 66,22 649,58 13,60
0,9957 0,0 3,04 uL= 20 2,46 40,00 134,0 82,0 71,00 15,40 95,95 941,23 13,69
#SKLIC! 0,0 3,04 uL= 20 2,61 45,00 218,0 161,0 148,00 24,80 200,00 1962,00 22,04
#SKLIC! 0,0 3,04 uL= 20 2,69 48,00 266,0 209,0 196,00 30,20 264,86 2598,32 26,84
0,9957 0,0 4,56 uL= 30 0,88 5,00 16,0 9,0 7,00 16,20 9,46 92,80 14,40
0,9957 0,0 4,56 uL= 30 1,51 15,00 45,0 26,0 22,00 16,40 29,73 291,65 14,58
0,9957 0,0 4,56 uL= 30 1,95 25,00 75,0 45,0 37,00 17,50 50,00 490,50 15,55
0,9957 0,0 4,56 uL= 30 2,30 35,00 111,0 67,0 57,00 18,00 77,03 755,64 16,00
0,9905 0,0 4,56 uL= 30 2,52 42,00 257,0 203,0 192,00 32,20 259,46 2545,30 28,62
0,9905 0,0 6,08 uL= 40 0,88 5,00 15,0 9,0 8,00 18,20 10,81 106,05 16,18
0,9905 0,0 6,08 uL= 40 1,24 10,00 34,0 20,0 18,00 19,70 24,32 238,62 17,51
0,9905 0,0 6,08 uL= 40 1,51 15,00 50,0 30,0 26,00 20,70 35,14 344,68 18,40
0,9905 0,0 6,08 uL= 40 1,74 20,00 66,0 41,0 37,00 22,70 50,00 490,50 20,17
1,0063 0,0 6,08 uL= 40 2,30 35,00 249,0 206,0 201,00 36,90 271,62 2664,61 32,79
1,0063 0,0 9,12 uL= 60 0,88 5,00 23,0 15,0 14,00 22,00 18,92 185,59 19,55
0,9973 0,0 9,12 uL= 60 1,24 10,00 36,0 22,0 20,00 22,60 27,03 265,14 20,09
0,9973 0,0 9,12 uL= 60 1,51 15,00 62,0 45,0 39,00 23,40 52,70 517,01 20,80
1,0063 0,0 9,12 uL= 60 1,70 19,00 93,0 71,0 68,00 28,70 91,89 901,46 25,51
1,0063 0,0 9,12 uL= 60 1,91 24,00 253,0 217,0 214,00 48,80 289,19 2836,95 43,37
1,0063 0,0 12,16 uL= 80 0,68 3,00 14,0 9,0 8,00 23,70 10,81 106,05 21,06
0,9957 0,0 12,16 uL= 80 0,88 5,00 22,0 15,0 13,00 25,00 17,57 172,34 22,22
0,9973 0,0 12,16 uL= 80 1,24 10,00 51,0 36,0 33,00 25,60 44,59 437,47 22,75
0,9957 0,0 12,16 uL= 80 1,41 13,00 115,0 99,0 94,00 35,20 127,03 1246,14 31,28
0,9957 0,0 12,16 uL= 80 1,51 15,00 256,0 228,0 222,00 46,00 300,00 2943,00 40,88
0,9957 0,0 15,21 uL= 100 0,68 3,00 18,0 15,0 13,00 27,30 17,57 172,34 24,26
1,0000 0,0 15,21 uL= 100 0,88 5,00 28,0 21,0 19,00 28,50 25,68 251,88 25,33
1,0000 0,0 15,21 uL= 100 1,11 8,00 70,0 57,0 55,00 36,00 74,32 729,12 31,99
1,0000 0,0 15,21 uL= 100 1,24 10,00 135,0 123,0 120,00 42,00 162,16 1590,81 37,33
1,0000 0,0 15,21 uL= 100 1,35 12,00 266,0 250,0 247,00 43,90 333,78 3274,42 39,02
130
Tabelle 10: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR TR VL uL FV B p1B p1K K HL hL
bar °C m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS L mmWS/m Pa/m %
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 0,88 5,00 12,0 5,0 4,00 0,00 4,55 44,59 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 1,74 20,00 44,0 20,0 14,00 0,00 15,91 156,07 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 2,75 50,00 111,0 47,0 34,00 0,00 38,64 379,02 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 3,47 80,00 176,0 76,0 55,00 0,00 62,50 613,13 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 4,06 110,00 244,0 104,0 76,00 0,00 86,36 847,23 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 4,57 140,00 309,0 132,0 96,00 0,00 109,09 1070,18 0,00
1,0000 0,0 0,00 uL= 0 5,15 178,00 394,0 167,0 122,00 0,00 138,64 1360,02 0,00
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 0,88 5,00 14,0 8,0 7,00 6,00 7,95 78,03 4,48
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 1,51 15,00 42,0 22,0 18,00 6,60 20,45 200,66 4,93
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 1,95 25,00 71,0 40,0 33,00 7,00 37,50 367,88 5,23
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 2,30 35,00 122,0 77,0 68,00 9,50 77,27 758,05 7,10
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 2,61 45,00 236,0 179,0 158,00 13,00 179,55 1761,34 9,72
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 2,75 50,00 264,0 200,0 187,00 19,00 212,50 2084,63 14,20
1,0046 0,0 0,15 uL= 1 3,15 66,00 347,0 262,0 239,00 24,00 271,59 2664,31 17,94
0,9953 0,0 0,61 uL= 4 0,88 5,00 16,0 8,0 7,00 12,20 7,95 78,03 9,12
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 1,51 15,00 43,0 24,0 20,00 13,30 22,73 222,95 9,94
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 1,95 25,00 76,0 45,0 40,00 13,60 45,45 445,91 10,16
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 2,30 35,00 171,0 127,0 118,00 14,00 134,09 1315,43 10,46
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 2,61 45,00 266,0 218,0 197,00 21,70 223,86 2196,10 16,22
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 2,75 50,00 296,0 231,0 220,00 24,00 250,00 2452,50 17,94
1,0046 0,0 0,61 uL= 4 3,01 60,00 349,0 278,0 262,00 28,00 297,73 2920,70 20,93
0,9953 0,0 1,52 uL= 10 0,88 5,00 14,0 9,0 8,00 13,00 9,09 89,18 9,72
0,9953 0,0 1,52 uL= 10 1,24 10,00 35,0 22,0 19,00 14,90 21,59 211,81 11,14
0,9953 0,0 1,52 uL= 10 1,74 20,00 89,0 63,0 58,00 15,20 65,91 646,57 11,36
1,0000 0,0 1,52 uL= 10 1,95 25,00 146,0 112,0 108,00 14,90 122,73 1203,95 11,14
1,0000 0,0 1,52 uL= 10 2,13 30,00 191,0 152,0 145,00 19,40 164,77 1616,42 14,50
0,9953 0,0 1,52 uL= 10 2,46 40,00 288,0 235,0 225,00 29,50 255,68 2508,24 22,05
0,9953 0,0 1,52 uL= 10 2,64 46,00 334,0 280,0 268,00 32,00 304,55 2987,59 23,92
0,9953 0,0 3,04 uL= 20 0,88 5,00 19,0 11,0 10,00 15,30 11,36 111,48 11,43
0,9953 0,0 3,04 uL= 20 1,24 10,00 40,0 27,0 24,00 17,60 27,27 267,55 13,15
0,9953 0,0 3,04 uL= 20 1,51 15,00 93,0 74,0 69,00 18,80 78,41 769,19 14,05
0,9953 0,0 3,04 uL= 20 1,74 20,00 174,0 152,0 148,00 24,00 168,18 1649,86 17,94
1,0046 0,0 3,04 uL= 20 1,95 25,00 244,0 208,0 197,00 28,90 223,86 2196,10 21,60
1,0046 0,0 3,04 uL= 20 2,13 30,00 305,0 254,0 244,00 32,00 277,27 2720,05 23,92
0,9953 0,0 3,04 uL= 20 2,24 33,00 312,0 272,0 264,00 37,50 300,00 2943,00 28,03
0,9953 0,0 4,56 uL= 30 0,88 5,00 18,0 12,0 11,00 15,80 12,50 122,63 11,81
1,0024 0,0 4,56 uL= 30 1,24 10,00 42,0 29,0 26,00 22,70 29,55 289,84 16,96
1,0024 0,0 4,56 uL= 30 1,51 15,00 107,0 85,0 81,00 26,30 92,05 902,97 19,66
1,0024 0,0 4,56 uL= 30 1,70 19,00 174,0 152,0 146,00 28,80 165,91 1627,57 21,52
0,9953 0,0 4,56 uL= 30 1,79 21,00 235,0 207,0 203,00 33,00 230,68 2262,99 24,66
0,9953 0,0 4,56 uL= 30 1,87 23,00 258,0 229,0 224,00 33,80 254,55 2497,09 25,26
0,9953 0,0 4,56 uL= 30 2,06 28,00 299,0 262,0 258,00 37,90 293,18 2876,11 28,32
0,9973 0,0 6,08 uL= 40 0,88 5,00 18,0 14,0 13,00 20,00 14,77 144,92 14,95
1,0024 0,0 6,08 uL= 40 1,11 8,00 36,0 28,0 27,00 24,60 30,68 300,99 18,38
1,0024 0,0 6,08 uL= 40 1,24 10,00 76,0 63,0 60,00 28,30 68,18 668,86 21,15
1,0024 0,0 6,08 uL= 40 1,41 13,00 158,0 143,0 139,00 29,00 157,95 1549,53 21,67
1,0024 0,0 6,08 uL= 40 1,46 14,00 177,0 160,0 155,00 29,50 176,14 1727,90 22,05
0,9953 0,0 6,08 uL= 40 1,74 20,00 304,0 276,0 272,00 40,80 309,09 3032,18 30,49
0,9953 0,0 9,12 uL= 60 0,88 5,00 32,0 28,0 27,00 22,00 30,68 300,99 16,44
0,9953 0,0 9,12 uL= 60 1,04 7,00 120,0 114,0 113,00 30,00 128,41 1259,69 22,42
0,9979 0,0 9,12 uL= 60 1,17 9,00 187,0 172,0 167,00 32,50 189,77 1861,67 24,29
0,9979 0,0 9,12 uL= 60 1,30 11,00 238,0 195,0 191,00 39,00 217,05 2129,22 29,15
0,9979 0,0 9,12 uL= 60 1,41 13,00 298,0 279,0 275,00 42,50 312,50 3065,63 31,76
0,9979 0,0 12,16 uL= 80 0,68 3,00 16,0 14,0 14,00 21,30 15,91 156,07 15,92
0,9979 0,0 12,16 uL= 80 0,79 4,00 39,0 35,0 35,00 21,50 39,77 390,17 16,07
0,9979 0,0 12,16 uL= 80 0,88 5,00 88,0 83,0 81,00 23,00 92,05 902,97 17,19
0,9979 0,0 12,16 uL= 80 0,96 6,00 188,0 176,0 171,00 36,50 194,32 1906,26 27,28
0,9979 0,0 12,16 uL= 80 1,04 7,00 309,0 298,0 284,00 49,50 322,73 3165,95 36,99
0,9979 0,0 15,21 uL= 100 0,68 3,00 29,0 27,0 26,00 22,00 29,55 289,84 16,44
0,9979 0,0 15,21 uL= 100 0,79 4,00 129,0 125,0 123,00 30,50 139,77 1371,17 22,79
0,9979 0,0 15,21 uL= 100 0,88 5,00 331,0 310,0 304,00 54,00 345,45 3388,91 40,36
131
Tabelle 11: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR TR VL uL FV B p1B p1K K HL hL
bar °C m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS L mmWS/m Pa/m %
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 0,88 5,00 12,0 5,0 4,00 0,00 4,49 44,09 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 1,95 25,00 56,0 23,0 17,00 0,00 19,10 187,38 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 2,46 40,00 88,0 36,0 26,00 0,00 29,21 286,58 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 3,01 60,00 134,0 55,0 39,00 0,00 43,82 429,88 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 3,89 101,00 223,0 91,0 65,00 0,00 73,03 716,46 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 4,60 142,00 314,0 128,0 91,00 0,00 102,25 1003,04 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 5,22 183,00 403,0 167,0 119,00 0,00 133,71 1311,67 0,00
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 0,88 5,00 16,0 8,0 7,00 9,90 7,87 77,16 7,32
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 1,51 15,00 44,0 24,0 21,00 11,10 23,60 231,47 8,20
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 1,95 25,00 81,0 53,0 47,00 14,10 52,81 518,06 10,42
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 2,30 35,00 152,0 104,0 96,00 15,40 107,87 1058,16 11,38
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 2,75 50,00 212,0 145,0 132,00 18,00 148,31 1454,97 13,30
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 3,13 65,00 255,0 169,0 152,00 19,20 170,79 1675,42 14,19
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 3,49 81,00 376,0 271,0 253,00 28,60 284,27 2788,69 21,13
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 0,88 5,00 16,0 9,0 8,00 10,70 8,99 88,18 7,91
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 1,51 15,00 49,0 29,0 25,00 12,90 28,09 275,56 9,53
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 1,95 25,00 96,0 62,0 56,00 15,10 62,92 617,26 11,16
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 2,30 35,00 164,0 119,0 108,00 18,40 121,35 1190,43 13,60
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 2,61 45,00 202,0 139,0 129,00 19,00 144,94 1421,90 14,04
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 3,01 60,00 245,0 166,0 152,00 19,80 170,79 1675,42 14,63
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 3,34 74,00 388,0 289,0 273,00 30,10 306,74 3009,13 22,24
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 0,88 5,00 19,0 12,0 11,00 13,10 12,36 121,25 9,68
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 1,51 15,00 67,0 47,0 43,00 15,80 48,31 473,97 11,68
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 1,95 25,00 139,0 105,0 99,00 19,10 111,24 1091,22 14,11
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,30 35,00 187,0 141,0 133,00 21,00 149,44 1465,99 15,52
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,61 45,00 224,0 165,0 152,00 21,90 170,79 1675,42 16,18
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,88 55,00 272,0 198,0 182,00 23,20 204,49 2006,09 17,14
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 3,06 62,00 374,0 296,0 282,00 32,60 316,85 3108,34 24,09
1,0116 0,0 3,04 uL= 20 0,88 5,00 22,0 14,0 13,00 15,90 14,61 143,29 11,75
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,24 10,00 47,0 32,0 29,00 17,50 32,58 319,65 12,93
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,51 15,00 85,0 65,0 60,00 20,10 67,42 661,35 14,85
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,95 25,00 169,0 137,0 129,00 25,80 144,94 1421,90 19,06
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,30 35,00 224,0 176,0 167,00 29,10 187,64 1840,75 21,50
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,61 45,00 298,0 235,0 223,00 32,00 250,56 2458,01 23,65
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,66 47,00 366,0 309,0 295,00 39,40 331,46 3251,63 29,11
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 0,88 5,00 22,0 16,0 15,00 17,40 16,85 165,34 12,86
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,24 10,00 58,0 44,0 41,00 20,20 46,07 451,92 14,93
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,51 15,00 126,0 105,0 101,00 23,80 113,48 1113,27 17,59
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,74 20,00 163,0 136,0 131,00 25,90 147,19 1443,94 19,14
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,95 25,00 200,0 166,0 162,00 27,90 182,02 1785,64 20,62
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 2,13 30,00 243,0 203,0 196,00 33,00 220,22 2160,40 24,39
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 2,20 32,00 324,0 281,0 276,00 41,90 310,11 3042,20 30,96
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 0,88 5,00 32,0 25,0 24,00 20,10 26,97 264,54 14,85
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,24 10,00 97,0 83,0 81,00 25,40 91,01 892,82 18,77
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,41 13,00 141,0 124,0 121,00 31,00 135,96 1333,72 22,91
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,51 15,00 165,0 144,0 140,00 32,00 157,30 1543,15 23,65
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,66 18,00 197,0 173,0 169,00 34,50 189,89 1862,80 25,49
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,74 20,00 232,0 202,0 196,00 37,10 220,22 2160,40 27,42
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,83 22,00 309,0 282,0 278,00 47,00 312,36 3064,25 34,73
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 0,88 5,00 53,0 45,0 44,00 27,20 49,44 484,99 20,10
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,11 8,00 131,0 120,0 118,00 32,10 132,58 1300,65 23,72
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,24 10,00 184,0 169,0 167,00 39,20 187,64 1840,75 28,97
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,35 12,00 231,0 215,0 213,00 44,80 239,33 2347,79 33,10
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,41 13,00 308,0 291,0 288,00 55,50 323,60 3174,47 41,01
1,0116 0,0 12,16 uL= 80 0,68 3,00 49,0 40,0 39,00 29,20 43,82 429,88 21,58
1,0116 0,0 12,16 uL= 80 0,88 5,00 135,0 127,0 125,00 37,50 140,45 1377,81 27,71
1,0049 0,0 12,16 uL= 80 0,96 6,00 192,0 184,0 182,00 50,20 204,49 2006,09 37,10
1,0049 0,0 12,16 uL= 80 1,04 7,00 292,0 281,0 278,00 59,10 312,36 3064,25 43,67
1,0049 0,0 15,21 uL= 100 0,68 3,00 100,0 95,0 94,00 32,10 105,62 1036,11 23,72
1,0049 0,0 15,21 uL= 100 0,79 4,00 204,0 198,0 196,00 49,30 220,22 2160,40 36,43
1,0116 0,0 15,21 uL= 100 0,88 5,00 344,0 337,0 333,00 66,40 374,16 3670,48 49,07
132
8.2 Messdaten Stoffaustausch
Tabelle 12: Messdaten Stoffaustausch RSR #0,1
pR TR VL uL FV B p1B p1K K yU yO CU CO
bar °C m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS ppm ppm mol/m³ mol/m³
1,0038 0,0 0,15 uL= 1 0,96 6,00 -3,0 -10,0 7,0 3381 1043 62,00 2,21
1,0038 0,0 0,15 uL= 1 1,51 15,00 26,0 4,0 17,0 2071 753 51,42 2,22
1,0038 0,0 0,15 uL= 1 2,13 30,00 66,0 29,0 34,0 1454 582 45,32 2,22
1,0038 0,0 0,15 uL= 1 2,61 45,00 113,0 56,0 53,0 1147 452 42,30 2,23
1,0038 0,0 0,15 uL= 1 3,10 64,00 183,0 102,0 92,0 922 350 47,76 2,22
1,0038 0,0 0,61 uL= 4 0,96 6,00 -3,0 -11,0 7,0 3530 878 47,24 2,20
1,0038 0,0 0,61 uL= 4 1,51 15,00 23,0 2,0 16,0 2330 725 43,24 2,22
1,0038 0,0 0,61 uL= 4 1,95 25,00 53,0 21,0 28,0 1778 559 37,30 2,21
1,0038 0,0 0,61 uL= 4 2,30 35,00 84,0 40,0 42,0 1434 447 35,68 2,21
1,0038 0,0 0,61 uL= 4 2,88 55,00 163,0 97,0 94,0 1132 266 40,28 2,22
0,9982 0,0 1,52 uL= 10 0,96 6,00 -1,0 -7,0 8,0 3450 341 34,60 2,25
0,9982 0,0 1,52 uL= 10 1,35 12,00 21,0 2,0 18,0 2501 295 30,78 2,42
0,9982 0,0 1,52 uL= 10 1,74 20,00 47,0 21,0 31,0 1858 244 28,34 2,21
0,9982 0,0 1,52 uL= 10 2,13 30,00 88,0 49,0 53,0 1389 167 26,82 2,47
0,9982 0,0 1,52 uL= 10 2,27 34,00 141,0 109,0 106,0 1246 36 28,60 2,48
1,0038 0,0 3,04 uL= 20 1,04 7,00 5,0 -4,0 11,0 4095 291 28,18 2,42
1,0038 0,0 3,04 uL= 20 1,35 12,00 26,0 9,0 24,0 2949 203 23,02 2,42
1,0038 0,0 3,04 uL= 20 1,66 18,00 53,0 31,0 40,0 2118 144 20,52 2,44
1,0038 0,0 3,04 uL= 20 1,83 22,00 102,0 72,0 82,0 1731 50 19,14 2,42
1,0038 0,0 4,56 uL= 30 0,79 4,00 -5,0 -10,0 7,0 3568 198 15,42 2,23
1,0038 0,0 4,56 uL= 30 1,11 8,00 16,0 4,0 21,0 2568 183 13,80 2,22
1,0038 0,0 4,56 uL= 30 1,35 12,00 29,0 12,0 27,0 1962 135 13,04 2,22
1,0038 0,0 4,56 uL= 30 1,56 16,00 52,0 32,0 44,0 1660 108 12,60 2,23
uV L V NTUOV U-O HTUOV U-O
m/s mol/s mol/s - m
2,00
1,39 2,34 9,41 1,390 0,216
1,96 2,34 13,27 1,275 0,235
2,39 2,34 16,23 1,239 0,242
2,85 2,34 19,32 1,356 0,221
0,88 2,34 5,98 1,786 0,168
1,39 9,37 9,41 1,579 0,190
1,79 9,37 12,13 1,389 0,216
2,11 9,37 14,33 1,416 0,212
2,64 9,37 17,92 1,493 0,201
0,88 9,37 5,98 2,164 0,139
1,24 23,42 8,43 2,611 0,115
1,60 23,42 10,86 2,482 0,121
1,96 23,42 13,27 2,436 0,123
2,08 23,42 14,12 2,738 0,110
0,95 23,42 6,46 7,337 0,041
1,24 46,84 8,43 2,917 0,103
1,52 46,84 10,30 3,027 0,099
1,68 46,84 11,38 3,171 0,095
46,84 4,963 0,060
1,02 70,25 6,90 3,147 0,095
1,24 70,25 8,43 2,918 0,103
1,43 70,25 9,72 3,056 0,098
70,25 3,205 0,094
133
Tabelle 13: Messdaten Stoffaustausch Mischung ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR VL uL FV B p1B p1K K yU yO CU CO
bar m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS ppm ppm mol/m³ mol/m³
1,0063 0,15 uL= 1 0,88 5,00 -4,0 -11,0 5,0 6085 542 94,82 2,29
1,0063 0,15 uL= 1 1,74 20,00 33,0 7,0 17,0 2991 467 69,64 2,32
1,0063 0,15 uL= 1 2,46 40,00 88,0 38,0 37,0 1838 368 54,76 2,35
1,0063 0,15 uL= 1 3,01 60,00 147,0 70,0 60,0 1380 302 49,46 2,47
1,0063 0,15 uL= 1 3,55 84,00 324,0 221,0 203,0 1064 248 47,48 2,24
0,9905 0,61 uL= 4 0,88 5,00 -4,0 -11,0 5,0 5414 480 92,36 2,35
0,9905 0,61 uL= 4 1,74 20,00 35,0 8,0 17,0 3145 508 82,38 2,36
0,9905 0,61 uL= 4 2,46 40,00 90,0 38,0 38,0 2204 452 73,40 2,36
0,9905 0,61 uL= 4 3,01 60,00 150,0 72,0 62,0 1732 388 67,70 2,31
0,9905 0,61 uL= 4 3,47 80,00 304,0 204,0 185,0 1417 314 65,08 2,34
0,9905 1,52 uL= 10 0,88 5,00 -3,0 -11,0 5,0 5100 315 66,46 2,34
0,9905 1,52 uL= 10 1,74 20,00 35,0 9,0 19,0 3035 323 53,44 2,34
0,9905 1,52 uL= 10 2,46 40,00 96,0 44,0 44,0 1962 271 44,78 2,30
0,9905 1,52 uL= 10 3,01 60,00 181,0 104,0 94,0 1453 176 41,66 2,35
0,9905 1,52 uL= 10 3,06 62,00 287,0 209,0 198,0 1281 123 37,48 2,32
1,0000 3,04 uL= 20 0,88 5,00 -4,0 -11,0 6,0 6043 212 35,36 2,33
1,0000 3,04 uL= 20 1,51 15,00 25,0 5,0 17,0 3185 194 28,10 2,31
1,0000 3,04 uL= 20 1,95 25,00 59,0 27,0 33,0 2263 174 23,80 2,30
1,0000 3,04 uL= 20 2,30 35,00 92,0 49,0 51,0 1658 146 20,72 2,42
1,0000 3,04 uL= 20 2,80 52,00 263,0 198,0 196,0 1227 18,14 2,31
uV L V NTUOV U-O HTUOV U-O
m/s mol/s mol/s - m
2,00
1,60 2,34 10,86 2,860 0,259
2,26 2,34 15,31 2,376 0,311
2,76 2,34 18,71 2,223 0,333
3,26 2,34 22,10 2,285 0,324
0,81 2,34 5,47 2,496 0,296
1,60 9,37 10,86 2,921 0,253
2,26 9,37 15,31 2,406 0,308
2,76 9,37 18,71 2,271 0,326
3,18 9,37 21,58 2,319 0,319
0,81 9,37 5,47 2,622 0,282
1,60 23,42 10,86 3,257 0,227
2,26 23,42 15,31 2,738 0,270
2,76 23,42 18,71 2,571 0,288
2,80 23,42 19,02 3,021 0,245
0,81 23,42 5,47 3,502 0,211
1,39 46,84 9,41 3,694 0,200
1,79 46,84 12,13 3,193 0,232
2,11 46,84 14,33 2,996 0,247
2,57 46,84 17,43 2,944 0,251
46,84 3,676 0,201
134
Tabelle 14: Messdaten Stoffaustausch Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR VL uL FV B p1B p1K K yU yO CU CO
bar m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS ppm ppm mol/m³ mol/m³
0,9942 0,15 uL= 1 0,96 6,00 1,0 -7,0 8,0 4396 480 119,96 2,35
0,9942 0,15 uL= 1 1,51 15,00 27,0 8,0 18,0 2926 492 96,70 2,34
0,9942 0,15 uL= 1 2,13 30,00 85,0 48,0 51,0 2054 470 83,54 2,42
0,9942 0,15 uL= 1 2,61 45,00 194,0 137,0 133,0 1660 288 88,20 2,26
0,9942 0,15 uL= 1 2,88 55,00 277,0 206,0 198,0 1431 287 82,76 2,34
0,9950 0,61 uL= 4 0,96 6,00 2,0 -6,0 9,0 6112 285 92,10 2,34
0,9950 0,61 uL= 4 1,51 15,00 30,0 12,0 22,0 4361 329 85,40 2,34
0,9950 0,61 uL= 4 1,95 25,00 81,0 50,0 55,0 3140 278 72,62 2,34
0,9950 0,61 uL= 4 2,30 35,00 194,0 147,0 149,0 2452 134 72,26 2,41
0,9950 0,61 uL= 4 2,64 46,00 269,0 209,0 205,0 2011 123 65,44 2,32
0,9942 1,52 uL= 10 0,88 5,00 -1,0 -8,0 7,0 8225 284 109,42 2,42
0,9942 1,52 uL= 10 1,51 15,00 30,0 12,0 22,0 5555 365 102,90 2,34
0,9942 1,52 uL= 10 1,95 25,00 102,0 69,0 75,0 3825 125 83,08 2,28
0,9942 1,52 uL= 10 2,13 30,00 176,0 136,0 139,0 3125 51 71,72 2,36
0,9942 1,52 uL= 10 2,40 38,00 239,0 192,0 194,0 2585 46 64,30 2,33
0,9953 3,04 uL= 20 0,96 6,00 1,0 6,0 9,0 7350 83 55,56 2,34
0,9953 3,04 uL= 20 1,51 15,00 50,0 29,0 39,0 5205 120 52,08 2,29
0,9953 3,04 uL= 20 1,66 18,00 105,0 81,0 91,0 4445 41 49,88 2,32
0,9953 4,56 uL= 30 0,96 6,00 4,0 -4,0 11,0 5015 47 31,40 2,43
0,9953 4,56 uL= 30 1,24 10,00 38,0 26,0 39,0 3466 59 25,82 2,41
uV L V NTUOV U-O HTUOV U-O
m/s mol/s mol/s - m
1,39 2,34 9,41 2,993 0,634
1,96 2,34 13,27 2,560 0,450
2,39 2,34 16,23 2,326 0,368
2,64 2,34 17,92 3,563 0,333
0,88 2,34 5,98 3,606 0,998
1,39 9,37 9,41 3,686 0,634
1,79 9,37 12,13 3,239 0,492
2,11 9,37 14,33 3,181 0,417
2,42 9,37 16,40 4,357 0,364
0,81 9,37 5,47 4,391 1,092
1,39 23,42 9,41 3,977 0,634
1,79 23,42 12,13 3,367 0,492
1,96 23,42 13,27 4,643 0,450
2,20 23,42 14,92 6,500 0,400
0,88 23,42 5,98 6,748 0,998
1,39 46,84 9,41 5,320 0,634
1,52 46,84 10,30 4,471 0,579
46,84 6,702 0,131
135
Tabelle 15: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR TR VL uL FV B p1B p1K K HL hL
bar °C m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS L mmWS/m Pa/m %
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 0,88 5,00 12,0 5,0 4,00 0,00 4,49 44,09 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 1,95 25,00 56,0 23,0 17,00 0,00 19,10 187,38 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 2,46 40,00 88,0 36,0 26,00 0,00 29,21 286,58 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 3,01 60,00 134,0 55,0 39,00 0,00 43,82 429,88 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 3,89 101,00 223,0 91,0 65,00 0,00 73,03 716,46 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 4,60 142,00 314,0 128,0 91,00 0,00 102,25 1003,04 0,00
0,9998 0,0 0,00 uL= 0 5,22 183,00 403,0 167,0 119,00 0,00 133,71 1311,67 0,00
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 0,88 5,00 16,0 8,0 7,00 9,90 7,87 77,16 7,32
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 1,51 15,00 44,0 24,0 21,00 11,10 23,60 231,47 8,20
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 1,95 25,00 81,0 53,0 47,00 14,10 52,81 518,06 10,42
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 2,30 35,00 152,0 104,0 96,00 15,40 107,87 1058,16 11,38
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 2,75 50,00 212,0 145,0 132,00 18,00 148,31 1454,97 13,30
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 3,13 65,00 255,0 169,0 152,00 19,20 170,79 1675,42 14,19
1,0116 0,0 0,15 uL= 1 3,49 81,00 376,0 271,0 253,00 28,60 284,27 2788,69 21,13
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 0,88 5,00 16,0 9,0 8,00 10,70 8,99 88,18 7,91
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 1,51 15,00 49,0 29,0 25,00 12,90 28,09 275,56 9,53
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 1,95 25,00 96,0 62,0 56,00 15,10 62,92 617,26 11,16
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 2,30 35,00 164,0 119,0 108,00 18,40 121,35 1190,43 13,60
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 2,61 45,00 202,0 139,0 129,00 19,00 144,94 1421,90 14,04
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 3,01 60,00 245,0 166,0 152,00 19,80 170,79 1675,42 14,63
0,9998 0,0 0,61 uL= 4 3,34 74,00 388,0 289,0 273,00 30,10 306,74 3009,13 22,24
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 0,88 5,00 19,0 12,0 11,00 13,10 12,36 121,25 9,68
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 1,51 15,00 67,0 47,0 43,00 15,80 48,31 473,97 11,68
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 1,95 25,00 139,0 105,0 99,00 19,10 111,24 1091,22 14,11
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,30 35,00 187,0 141,0 133,00 21,00 149,44 1465,99 15,52
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,61 45,00 224,0 165,0 152,00 21,90 170,79 1675,42 16,18
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 2,88 55,00 272,0 198,0 182,00 23,20 204,49 2006,09 17,14
0,9998 0,0 1,52 uL= 10 3,06 62,00 374,0 296,0 282,00 32,60 316,85 3108,34 24,09
1,0116 0,0 3,04 uL= 20 0,88 5,00 22,0 14,0 13,00 15,90 14,61 143,29 11,75
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,24 10,00 47,0 32,0 29,00 17,50 32,58 319,65 12,93
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,51 15,00 85,0 65,0 60,00 20,10 67,42 661,35 14,85
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 1,95 25,00 169,0 137,0 129,00 25,80 144,94 1421,90 19,06
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,30 35,00 224,0 176,0 167,00 29,10 187,64 1840,75 21,50
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,61 45,00 298,0 235,0 223,00 32,00 250,56 2458,01 23,65
0,9998 0,0 3,04 uL= 20 2,66 47,00 366,0 309,0 295,00 39,40 331,46 3251,63 29,11
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 0,88 5,00 22,0 16,0 15,00 17,40 16,85 165,34 12,86
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,24 10,00 58,0 44,0 41,00 20,20 46,07 451,92 14,93
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,51 15,00 126,0 105,0 101,00 23,80 113,48 1113,27 17,59
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,74 20,00 163,0 136,0 131,00 25,90 147,19 1443,94 19,14
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 1,95 25,00 200,0 166,0 162,00 27,90 182,02 1785,64 20,62
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 2,13 30,00 243,0 203,0 196,00 33,00 220,22 2160,40 24,39
1,0116 0,0 4,56 uL= 30 2,20 32,00 324,0 281,0 276,00 41,90 310,11 3042,20 30,96
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 0,88 5,00 32,0 25,0 24,00 20,10 26,97 264,54 14,85
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,24 10,00 97,0 83,0 81,00 25,40 91,01 892,82 18,77
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,41 13,00 141,0 124,0 121,00 31,00 135,96 1333,72 22,91
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,51 15,00 165,0 144,0 140,00 32,00 157,30 1543,15 23,65
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,66 18,00 197,0 173,0 169,00 34,50 189,89 1862,80 25,49
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,74 20,00 232,0 202,0 196,00 37,10 220,22 2160,40 27,42
1,0116 0,0 6,08 uL= 40 1,83 22,00 309,0 282,0 278,00 47,00 312,36 3064,25 34,73
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 0,88 5,00 53,0 45,0 44,00 27,20 49,44 484,99 20,10
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,11 8,00 131,0 120,0 118,00 32,10 132,58 1300,65 23,72
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,24 10,00 184,0 169,0 167,00 39,20 187,64 1840,75 28,97
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,35 12,00 231,0 215,0 213,00 44,80 239,33 2347,79 33,10
1,0116 0,0 9,12 uL= 60 1,41 13,00 308,0 291,0 288,00 55,50 323,60 3174,47 41,01
1,0116 0,0 12,16 uL= 80 0,68 3,00 49,0 40,0 39,00 29,20 43,82 429,88 21,58
1,0116 0,0 12,16 uL= 80 0,88 5,00 135,0 127,0 125,00 37,50 140,45 1377,81 27,71
1,0049 0,0 12,16 uL= 80 0,96 6,00 192,0 184,0 182,00 50,20 204,49 2006,09 37,10
1,0049 0,0 12,16 uL= 80 1,04 7,00 292,0 281,0 278,00 59,10 312,36 3064,25 43,67
1,0049 0,0 15,21 uL= 100 0,68 3,00 100,0 95,0 94,00 32,10 105,62 1036,11 23,72
1,0049 0,0 15,21 uL= 100 0,79 4,00 204,0 198,0 196,00 49,30 220,22 2160,40 36,43
1,0116 0,0 15,21 uL= 100 0,88 5,00 344,0 337,0 333,00 66,40 374,16 3670,48 49,07
136
Tabelle 16: Messdaten Hydraulik Anstaufüllkörperschichtung mit Gerüstkonstruktion ( RSR #0,1 & RSR #2 )
pR VL uL FV B p1B p1K K yU yO CU CO
bar m³/h m³/(m²h) Pa0,5
mmWS mmWS mmWS mmWS ppm ppm mol/m³ mol/m³
1,0000 0,15 uL= 1 0,88 5,00 1,0 -7,0 8,0 3814 341 105,54 2,15
1,0000 0,15 uL= 1 1,51 15,00 32,0 11,0 23,0 2523 508 86,92 2,21
1,0000 0,15 uL= 1 1,95 25,00 77,0 44,0 49,0 2407 491 76,90 2,18
1,0000 0,15 uL= 1 2,46 40,00 149,0 96,0 95,0 1489 376 75,98 2,17
1,0000 0,15 uL= 1 3,63 88,00 364,0 247,0 224,0 952 283 62,60 2,19
0,9995 0,61 uL= 4 0,88 5,00 -1,0 -7,0 7,0 4325 299 104,82 2,19
0,9995 0,61 uL= 4 1,51 15,00 32,0 11,0 22,0 2974 416 91,98 2,36
0,9995 0,61 uL= 4 2,13 30,00 103,0 62,0 65,0 2096 389 81,80 2,18
0,9995 0,61 uL= 4 2,75 50,00 205,0 141,0 135,0 1544 285 80,80 2,19
0,9995 0,61 uL= 4 3,51 82,00 364,0 255,0 237,0 1155 262 75,90 2,32
1,0000 1,52 uL= 10 0,88 5,00 1,0 -7,0 9,0 4803 169 53,28 2,21
1,0000 1,52 uL= 10 1,51 15,00 53,0 32,0 42,0 3260 250 48,12 2,18
1,0000 1,52 uL= 10 1,95 25,00 141,0 107,0 112,0 2580 146 48,38 2,20
0,9995 1,52 uL= 10 2,61 45,00 213,0 154,0 150,0 1776 100 51,12 2,18
0,9995 1,52 uL= 10 2,93 57,00 335,0 261,0 257,0 1537 88 52,10 2,20
1,0000 3,04 uL= 20 0,88 5,00 1,0 -6,0 10,0 5136 139 42,78 2,15
1,0000 3,04 uL= 20 1,51 15,00 65,0 43,0 54,0 3362 173 41,88 2,15
1,0000 3,04 uL= 20 1,95 25,00 155,0 122,0 128,0 2404 100 36,40 2,10
1,0000 3,04 uL= 20 2,30 35,00 211,0 166,0 165,0 1934 70 33,58 2,18
1,0000 3,04 uL= 20 2,43 39,00 294,0 244,0 243,0 1740 52 32,94 2,14
1,0000 4,56 uL= 30 0,88 5,00 1,0 -6,0 10,0 5113 98 27,56 2,17
1,0000 4,56 uL= 30 1,51 15,00 87,0 67,0 78,0 3222 113 26,62 2,16
1,0000 4,56 uL= 30 1,74 20,00 139,0 112,0 121,0 2695 72 24,30 2,22
1,0000 4,56 uL= 30 2,27 34,00 288,0 245,0 247,0 1959 39 24,04 2,16
uV L V NTUOV U-O HTUOV U-O
m/s mol/s mol/s - m
0,00 #DEL/0! 0,00 3,315 0,268
0,00 #DEL/0! 0,00 2,323 0,383
0,00 #DEL/0! 0,00 2,231 0,399
0,00 #DEL/0! 0,00 2,573 0,346
0,00 #DEL/0! 0,00 3,267 0,272
0,00 #DEL/0! 0,00 3,547 0,251
0,00 #DEL/0! 0,00 2,775 0,321
0,00 #DEL/0! 0,00 2,626 0,339
0,00 #DEL/0! 0,00 3,360 0,265
0,00 #DEL/0! 0,00 4,174 0,213
0,00 #DEL/0! 0,00 3,925 0,227
0,00 #DEL/0! 0,00 3,072 0,290
0,00 #DEL/0! 0,00 3,705 0,240
0,00 #DEL/0! 0,00 4,353 0,204
0,00 #DEL/0! 0,00 4,743 0,188
0,00 #DEL/0! 0,00 4,145 0,215
0,00 #DEL/0! 0,00 3,523 0,253
0,00 #DEL/0! 0,00 4,035 0,221
0,00 #DEL/0! 0,00 4,550 0,196
0,00 #DEL/0! 0,00 5,185 0,172
0,00 #DEL/0! 0,00 4,510 0,197
0,00 #DEL/0! 0,00 3,912 0,227
0,00 #DEL/0! 0,00 4,484 0,198
0,00 #DEL/0! 0,00 5,833 0,153
137
8.3 Vergleich unterschiedlicher Füllkörperschüttungen
8.3.1 Druckverlust der Füllkörperschüttung
Abbildung 68: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 1
RSR #0,3 uL= 1
RSR #2 uL= 1
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
138
Abbildung 69: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
Abbildung 70: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 10
RSR #0,3 uL= 10
RSR #2 uL= 10
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 20
RSR #0,3 uL= 20
RSR #2 uL= 20
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
139
Abbildung 71: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m2h)
Abbildung 72: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 40
RSR #0,3 uL= 40
RSR #2 uL= 40
M RSR #0,1 & #2 uL= 40
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 80
RSR #0,3 uL= 80
RSR #2 uL= 80
140
Abbildung 73: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m2h)
8.3.2 Hold-up der Füllkörperschüttung
Abbildung 74: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 100
RSR #0,3 uL= 100
RSR #2 uL= 100
M RSR #0,1 & #2 uL= 100
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 1
RSR #0,3 uL= 1
RSR #2 uL= 1
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
141
Abbildung 75: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
Abbildung 76: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 10
RSR #0,3 uL= 10
RSR #2 uL= 10
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 20
RSR #0,3 uL= 20
RSR #2 uL= 20
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
142
Abbildung 77: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m2h)
Abbildung 78: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 40
RSR #0,3 uL= 40
RSR #2 uL= 40
M RSR #0,1 & #2 uL= 40
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 80
RSR #0,3 uL= 80
RSR #2 uL= 80
143
Abbildung 79: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m2h)
1
10
100
1000
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 100
RSR #0,3 uL= 100
RSR #2 uL= 100
M RSR #0,1 & #2 uL= 100
144
8.3.3 Stoffaustausche der Füllkörperschüttung
Abbildung 80: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 1 m3/(m2h)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
RSR #0,1 uL= 1
RSR #0,3 uL= 1
RSR #2 uL= 1
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
145
8.4 Vergleich unterschiedlicher Anstaufüllkörper-
schichtungen
8.4.1 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen
Abbildung 81: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
Abbildung 82: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 1
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 1
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 10
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 10
146
Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
Abbildung 83: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
Abbildung 84: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2uL= 20AV-O-RSR #0,3 & #2 uL=20AV-C-RSR #0,1 & #2 uL=20AV-C-RSR #0,3 & #2 uL=20
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 40
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 40
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 40
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 40
147
Abbildung 85: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m2h)
Abbildung 86: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 80
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 80
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 80
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 80
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 100
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 100
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 100
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 100
148
8.4.2 Hold-up der Anstaufüllkörperschichtungen
Abbildung 87: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
Abbildung 88: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 1
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 1
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL=10AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 10
149
Abbildung 89: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
Abbildung 90: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL=20AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 20
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 20
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 20
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up h
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 30
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 30
150
Abbildung 91: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=40 m3/(m2h)
Abbildung 92: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 40
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 40
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 40
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 40
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 80
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 80
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 80
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 80
151
Abbildung 93: Vergleich der spezifischen Hold-ups in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 100
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 100
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 100
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 100
152
8.4.3 Stoffaustausch der Anstaufüllkörperschichtungen
Abbildung 94: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
Abbildung 95: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung mit und ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 und aus RSR #0,3 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 1
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 1
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
AV-OM-RSR #0,1 & #0,2 uL= 30
AV-O-RSR #0,3 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-C-RSR #0,3 & #2 uL= 30
153
8.5 Vergleich der Mischung mit der
Anstaufüllkörperschichtung
8.5.1 Druckverlust der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung
Abbildung 96: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 1 m3/(m2h)
Abbildung 97: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-O-RSR #0,1  uL= 1
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 4
AV-O-RSR #0,1  uL= 4
154
#0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 4 m3/(m2h)
Abbildung 98: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 10 m3/(m2h)
Abbildung 99: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-O-RSR #0,1  uL= 10
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
AV-O-RSR #0,1  uL= 20
155
#0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 20 m3/(m2h)
Abbildung 100: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 40 m3/(m2h)
Abbildung 101: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 60 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverl
ust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 40
AV-O-RSR #0,1  uL= 40
1
10
100
1000
10000
0 1 10
spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 60
AV-O-RSR #0,1  uL= 60
156
Abbildung 102: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 80 m3/(m2h)
Abbildung 103: Vergleich der spezifischen Druckverluste in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 100 m3/(m2h)
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 80
AV-O-RSR #0,1  uL= 80
1
10
100
1000
10000
0 1 10spez.
Dru
ckverlust
p/H
[P
a/m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 100
AV-O-RSR #0,1  uL= 100
157
8.5.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörperschichtung
Abbildung 104: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=1 m3/(m2h)
Abbildung 105: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 1
AV-O-RSR #0,1  uL= 1
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-O-RSR #0,1  uL= 10
158
Abbildung 106: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=20 m3/(m2h)
Abbildung 107: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=30 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 20
AV-O-RSR #0,1  uL= 20
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 30
AV-O-RSR #0,1  uL= 30
159
Abbildung 108: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=60 m3/(m2h)
Abbildung 109: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=80 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 60
AV-O-RSR #0,1  uL= 60
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 80
AV-O-RSR #0,1  uL= 80
160
Abbildung 110: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=100 m3/(m2h)
1
10
100
0 1 10
spez.
Hold
up H
L [
%]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 100
AV-O-RSR #0,1  uL= 100
161
8.5.3 Stoffaustausch der Mischung im Vergleich zur
Anstaufüllkörper-schichtung
Abbildung 111: Vergleich der HTUOV-Werte in Abhängigkeit vom Gasbelastungsfaktor der Füllkörperschüttung der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10 m3/(m2h)
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
HT
UO
V [m
]
Gasbelastungsfaktor Fv [Pa0,5]
M RSR #0,1 & #2 uL= 10
AV-O-RSR #0,1  uL= 10