HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI …HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI MODIFIKACIJAH VGRADNIH POLNIL V ABSORPCIJSKI KOLONI Povzetek Namen absorpcije je ločitev komponent iz

Miha Košir

HIDRODINAMIKA IN SNOVNI TRANSPORT PRI

MODIFIKACIJAH VGRADNIH POLNIL V

ABSORPCIJSKI KOLONI

Diplomska naloga

Maribor, marec 2013


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.


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


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


Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion ............................... 64


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


Gasbelastungsfaktor der Anstaufüllkörperschichtung ohne Gerüstkonstruktion

.................................................................................................................... 79


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




2h)85




2h)86




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




2h) ...... 89




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




2h) .............................................. 92




2h) .............................................. 93


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




bei uL=4 m3/(m

2h) ...................................................................................... 97




bei uL=30 m3/(m

2h) .................................................................................... 97




bei uL=60 m3/(m

2h) .................................................................................... 98




bei uL=4 m3/(m

2h) .................................................................................... 100




bei uL=30 m3/(m

2h) .................................................................................. 100




bei uL=60 m3/(m

2h) .................................................................................. 101


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




2h) ........... 103




2h) ........... 104


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





2h) ....................................... 109

Abbildung 59: Vergleich der spezifischen Hold-up in Abhängigkeit vom




2h) ......................................... 110





2h) ....................................... 111


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




#2 bei uL=4 m3/(m

2h) ............................................................................... 113




#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


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



#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



#0,3, RSR #2 und der Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL=10

m3/(m

2h) ................................................................................................... 122




2h)137




2h)138




2h)138




2h)139


Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und


2h)139


Gasbelastungs-faktor der Füllkörperschüttung aus RSR #0,1, RSR #0,3 und


2h)

.................................................................................................................. 140




2h) ...... 140




2h) .... 141




2h) .... 141




2h) .... 142




2h) .... 142




2h) .. 143




2h) .............................................. 144




bei uL=1 m3/(m

2h) .................................................................................... 145




bei uL=10 m3/(m

2h) .................................................................................. 145




bei uL=20 m3/(m

2h) .................................................................................. 146




bei uL=40 m3/(m

2h) .................................................................................. 146




bei uL=80 m3/(m

2h) .................................................................................. 147




bei uL=100 m3/(m

2h) ................................................................................ 147




bei uL=1 m3/(m

2h) .................................................................................... 148




bei uL=10 m3/(m

2h) .................................................................................. 148




bei uL=20 m3/(m

2h) .................................................................................. 149




bei uL=30 m3/(m

2h) .................................................................................. 149




bei uL=40 m3/(m

2h) .................................................................................. 150




bei uL=80 m3/(m

2h) .................................................................................. 150




bei uL=100 m3/(m

2h) ................................................................................ 151




2h) ............. 152




2h) ........... 152




aus RSR #0,1 und RSR #2 bei uL= 1 m3/(m

2h) ........................................ 153





2h) ........................................ 153





2h) ...................................... 154





2h) ...................................... 154





2h) ...................................... 155





2h) ...................................... 155





2h) ...................................... 156





2h) .................................... 156



und RSR #2 und der Anstaufüllkörper-schichtung ohne Gerüstkonstruktion


2h) ......................................... 157





2h) ....................................... 157





2h) ....................................... 158





2h) ....................................... 158





2h) ....................................... 159





2h) ....................................... 159





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


#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


RSR #0,1 & RSR #2 ) .............................................................................. 135


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


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:


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


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


an.

1

10

100

1000

10000

0,10 1,00 10,00

spez.

Dru

ckverlust dp/H

[P

a/m

]


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


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).


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

]


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



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


1

10

100

1000

10000

0,10 1,00 10,00

spez.

Dru

ckverl

ust

∆p/H

[P

a/m

]


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 [

%]


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).


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 [

%]


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


Die Abbildung 31 zeigt den spezifischen Hold-up hL der


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

[%]


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


Die Abbildung 32 zeigt den spezifischen Hold-up hL der



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

[%]


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

]


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


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


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

]


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


Die Abbildung 35 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorptiondes



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

]


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


Die Abbildung 36 zeigt den HTUOV-Wert der NH3-Absorption der



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

]


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


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


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

]


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


#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.


1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


RSR #0,1 uL= 4

RSR #0,3 uL= 4

RSR #2 uL= 4

M RSR #0,1 & #2 uL= 4

86


1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


RSR #0,1 uL= 30

RSR #0,3 uL= 30

RSR #2 uL= 30

M RSR #0,1 & #2 uL= 30

87


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

]


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



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)


1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up h

L [

%]


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 [

%]


RSR #0,1 uL= 30

RSR #0,3 uL= 30

RSR #2 uL= 30

M RSR #0,1 & #2 uL= 30

90


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 [

%]


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



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)


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

]


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

]


RSR #0,1 uL= 10

RSR #0,3 uL= 10

RSR #2 uL= 10

M RSR #0,1 & #2 uL= 10

93


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

]


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


Stoffaustausch unterschiedlicher Anstaufüllkörperschichtungen miteinander

verglichen und anschließend die Erkenntnisse zusammengefasst.

5.2.1 Druckverlust der Anstaufüllkörperschichtungen


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

]


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



vom Gasbelastungsfaktor Fv bei uL= 4, 30 und 60m3/(m2h). ∆p/H ist in Pa/m über

Fv in Pa0,5 aufgetragen.

97



1

10

100

1000

10000

0 1 10spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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

]


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


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

]


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



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)


1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up h

L [

%]


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 [

%]


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


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 [

%]


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




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

]


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

]


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)


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

]


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


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


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 0

AV-O-RSR #0,1 &#2 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


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


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL=30

AV-O-RSR #0,1 &#2uL= 30

110

5.3.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur


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 [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 4

AV-O-RSR #0,1 &#2uL= 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 [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 40

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 40

112




Mischung aus RSR #0,1 und RSR #2 und der Anstaufüllkörperschichtung ohne


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 1

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 1

113



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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 4

AV-O-RSR #0,1 &#2 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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 20

AV-O-RSR #0,1 &#2 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


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

]


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


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 [

%]


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


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


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 10

AV-O-RSR #0,1 &#2 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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15. Weiß,S.; Militzer.K.-E.; Gramlich.K.: Thermische Verfahrenstechnik. Leipzig,

Stuttgart: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie GmbH, 1993

16. Raschig GmbH. <http://www.raschig.de/Raschig-Super-Ring-Metal>

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


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 )




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 )




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


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



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


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 )




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


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





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





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


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


1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


RSR #0,1 uL= 1

RSR #0,3 uL= 1

RSR #2 uL= 1

M RSR #0,1 & #2 uL= 1

138



1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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

]


RSR #0,1 uL= 20

RSR #0,3 uL= 20

RSR #2 uL= 20

M RSR #0,1 & #2 uL= 20

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/(m2h)

1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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

]


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


1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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 [

%]


RSR #0,1 uL= 1

RSR #0,3 uL= 1

RSR #2 uL= 1

M RSR #0,1 & #2 uL= 1

141



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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 [

%]


RSR #0,1 uL= 20

RSR #0,3 uL= 20

RSR #2 uL= 20

M RSR #0,1 & #2 uL= 20

142



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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 [

%]


RSR #0,1 uL= 80

RSR #0,3 uL= 80

RSR #2 uL= 80

143


1

10

100

1000

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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


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

]


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 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

]


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

]


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)



1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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

]


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



1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


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

]


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



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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 [

%]


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



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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 [

%]


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



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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 [

%]


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


1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


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



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

]


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

]


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


8.5.1 Druckverlust der Mischung im Vergleich zur


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 1

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 1

1

10

100

1000

10000

0 1 10spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 4

AV-O-RSR #0,1 &#2 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 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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 10

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 10

1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 20

AV-O-RSR #0,1 &#2 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)



1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverl

ust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 40

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 40

1

10

100

1000

10000

0 1 10

spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 60

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 60

156



1

10

100

1000

10000

0 1 10spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 80

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 80

1

10

100

1000

10000

0 1 10spez.

Dru

ckverlust

p/H

[P

a/m

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 100

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 100

157

8.5.2 Hold-up der Mischung im Vergleich zur


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)


1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 1

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 1

1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 10

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 10

158



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 20

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 20

1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 30

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 30

159



1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 60

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 60

1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 80

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 80

160


1

10

100

0 1 10

spez.

Hold

up H

L [

%]


M RSR #0,1 & #2 uL= 100

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 100

161


Anstaufüllkörper-schichtung


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

]


M RSR #0,1 & #2 uL= 10

AV-O-RSR #0,1 &#2 uL= 10

Documents

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