MARKTFÜHRER FÜR FUNKTIONALE OBERFLÄCHEN EFFIZIENTE ...

ENEXIO Auswahlhilfen und Empfehlungen für Flüssigkeitsverteiler

MARKTFÜHRER FÜR FUNKTIONALE OBERFLÄCHENEFFIZIENTE LÖSUNGEN FÜR DIE WASSER- UND ABLUFTBEHANDLUNG

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KolonnenauslegungBei der Lösung Ihrer Trennaufgabe, der Dimensionierung und Auswahl der richtigen Packungen und Einbauten un-terstützen Sie unsere Experten. Wir bringen unser Wissen, unsere Erfahrung und Leidenschaft fürs Engineering ein und beraten Sie bestens und individuell. Unsere Ingenieure konstruieren mit moderner 3D-CAD Software und haben ein Auslegungsprogramm entwickelt, das auch Sie gerne nutzen dürfen.

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Der Name ENEXIO steht für unser Tätigkeitsfeld als Wegbereiter der Industrie-, Prozess- und

Kraftwerkskühlung, der Wasser- und Abwasserbehandlung sowie dem Stoffaustausch.

Gleichzeitig ist unser Name ein Versprechen an unsere Kunden und Geschäftspartner.

ENEXIO steht für Energy. Engineering. Excellence.

In Wettringen entwickeln und fertigen wir strukturierte Packungen aus Kunststoff für

verschiedene Anwendungsbereiche, unter anderem für den Stoffaustausch. Unsere

MASSdek®-Packungen werden in der Abluftreinigung, der Absorption und Desorption sowie

in der biologischen Abluftbehandlung eingesetzt.

Über ENEXIO

Strukturierte Packungen nutzen den technischen Vorteil gegenüber einer Füllkörper-

schüttung nur dann voll aus, wenn bereits bei der Planung und dem Basic-Engineering

alle Einbauten und Komponenten zueinander und auf den jeweiligen Prozess genau

abgestimmt werden. Ziel muss es sein, die geforderte Trennaufgabe erfolgreich und

wirtschaftlich zu lösen.

Zu Beginn ist nur die Aufgabenstellung bekannt. Die für das Prozessdesign und die

verfahrenstechnische Umsetzung benötigten Details sind manchmal nur teilweise

verfügbar. An dieser Stelle stehen Ihnen unsere Experten beim Basic-Design und der

konstruktiven Gestaltung einer Packungskolonne hilfreich zur Seite. Neben der

Unterstützung bei der verfahrenstechnischen Planung des Grunddesigns führen wir auch

gerne eine Überprüfung des bereits fertig ausgearbeiteten Gesamtkonzepts durch. Wir

geben Tipps und Information, an welcher Stelle der Prozess optimiert und welcher

spezielle Packungs- und Einbautentyp am effektivsten verwendet werden kann. Hierbei

werden besonders die mechanischen, hydraulischen und trenntechnischen Eigen-

schaften berücksichtigt. Unsere Experten stehen Ihnen bei diesen Fragestellungen gerne

zur Seite. Umfangreiche und langjährige Erfahrungen beim Engineering von

strukturierten Kunststoffpackungen und den zugehörigen Einbauten aus Kunststoff

und Metall ermöglichen es uns, unsere Kunden bei der Dimensionierung der

Packungsbetten individuell und optimal zu beraten.

Auf der Datengrundlage idealer Stoffsysteme ermitteln wir die Hauptabmessungen und

geben aufgrund dieser Werte eine Gewährleistung für die Kolonnenhydraulik. Unsere

Beratung schließt auch Empfehlungen für die weiteren Kolonneneinbauten ein, die

optimal auf die Packungen abgestimmt sein sollten. Auf Wunsch übernehmen wir die

statische Überprüfung der bauseitigen Schnittstellen wie Tragringe oder Träger.

Wir entwerfen und konstruieren mit modernster 3D-CAD-Software. Dies ermöglicht

bereits in der Auslegungsphase eine reibungslose Kommunikation mit unseren Kunden.

Unsere eigene Auslegungssoftware MASSdek® Pro stellen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

Engineering und support durch ENEXIO

Diese Broschüresoll Ihnen bei einer Vorauswahl der strukturierten Packungen und Flüssigkeitsverteiler helfen und Ihnen einen ersten Überblick verschaffen. Sie wird laufend um weitere Komponenten und Typen ergänzt.

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Inhalt

1 Allgemeines

1.1 Werkstoffauswahl

1.2 Packungstypen

1.2.1 Abstimmung der Flüssigkeitsverteiler

auf die Packungen

1.2.2 Abstimmung der Tragsysteme auf

die Packungen

1.2.3 Abstimmung der Rückhaltesysteme

auf die Packungen

2 Flüssigkeitsverteiler

2.1 Kriterien zur Auswahl von

Flüssigkeitsverteilern

2.2 Unterscheidungsmerkmale von

Flüssigkeitsverteilern

2.2.1 Endverteilprinzip

2.2.2 Strömungsführung

2.2.3 Endverteilerebene

2.2.4 Funktion

2.2.5 Flüssigkeitszuführung

2.3 Verteiler-Typentabelle mit Linkliste

2.4 Einfluss der Verteilqualität auf die

Trennleistung

2.4.1 Tropfstellendichte

2.4.2 Positionierung der Aufgabestellen

2.4.3 Mengengleichheit der Einzelströme

2.4.4 Innere Verteiler Hydraulik

2.4.5 Der Abstand zum Bett

2.4.6 Orientierung zur Packung

2.4.7 Freier Gasquerschnitt

2.4.8 Einbringbarkeit und Nivellierbarkeit

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2.5 Gravitations- und Druckverteiler

2.5.1 Bohrung vs. Wehr

2.5.1.1 Mindeststauhöhe

2.5.1.2 Nennstauhöhe

2.5.1.3 Maximale Stauhöhe

2.5.2 Konstruktives

2.5.3 Probleme

2.6 Verteilerdatenblätter

2.6.1 Flüssigkeitsverteiler TDP 410




2.6.5 Flüssigkeitsverteiler LDP 200

2.6.6 Flüssigkeitsverteiler LDP 220

2.6.7 Flüssigkeitsverteiler NDP 310

2.6.8 Flüssigkeitsverteiler PDP 350

2.7 Wiederverteiler und Sonderkonstruktionen

3 Kolonnendimensionierung

3.1 Ein- und Auslass Stutzen

3.1.1 Gaseinlassstutzen

3.1.2 Gasauslassstutzen

3.1.3 Flüssigkeitseinlassstutzen

3.1.4 Flüssigkeitsauslassstutzen

3.2 Bauhöhen Flüssigkeitsverteiler

3.3 Druckverluste Flüssigkeitsverteiler

3.4 Quellen

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1.1 WerkstoffauswahlZur Auslegung eines Prozesses muss zu einem sehr frühen Stadium eine

Werkstoffauswahl bzw. Vorauswahl getroffen werden. Hauptkriterien sind hier

Temperaturbeständigkeit und die chemische Beständigkeit des Werkstoffs.

Grundsätzlich muss der Besteller bzw. Planer den gewünschten Werkstoff festlegen. Nur

der Prozessgeber kann die Materialeignung hinsichtlich der chemischen Beständigkeit

beurteilen. Wir können lediglich auf Aussagen der Grundmaterialhersteller zurückgreifen

und sie an die Kunden weitergeben.

Bei Betriebs- oder Auslegungstemperaturen von mehr als 120°C scheiden in den

allermeisten Fällen thermoplastische Kunststoffe aus. Einige fluorierte Kunststoffe

kommen dann noch in Betracht, ihr Einsatz ist jedoch auf Grund geringer

Festigkeitskennwerte und hoher Kosten in der Regel nicht mehr wirtschaftlich.

In den nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass die

Auslegungstemperatur den Einsatz von thermoplastischen Kunststoffen zulässt.

1. Allgemeines

Erste SchritteBei der Auslegung einer Kolonne wird zunächst der Werkstoff der eingesetzten Bauteile festgelegt. Danach bestimmt man den Füllkörpertyp, auf den man die Flüssig-keits- und Gasverteiler, die Tropfenabscheider, die Trag-roste und die Niederhalter abstimmt.

Optimale und effiziente Systemlösungen durch

• individuelle Auslegung• modernste Fertigungsverfahren• Produktvielfalt• ständige Qualitäts- kontrollen• ein hochmotiviertes Team• langjährige Erfahrung• stetige Weiterent- wicklungen

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INHALT

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Der am häufigsten eingesetzte Kunststoff bei Wäscherpackungen und -einbauten in

diesem Temperaturbereich ist Polypropylen (PP). Dieser Werkstoff weist sehr gute

Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Salzlösungen und eine Vielzahl von organischen

Flüssigkeiten auf. Kritisch sind halogenierte Kohlenwasserstoffe und einige natürliche Öle

wie zum Beispiel Palmöl.

Wie alle Thermoplaste altert PP mit der Zeit unter dem Einfluß erhöhter Temperaturen,

von stark oxidierend wirkenden Radikalen (z.B. freies Chlor) und UV-Strahlen. All diese

Faktoren können auf Dauer ein Aufspalten der Polymer-Molekülketten bewirken und den

Werkstoff verspröden.

Die aus der Temperatur- und Zeitbeanspruchung herrührende Materialbeeinflussung

lässt sich gut nach anerkannten Regelwerken, zum Beispiel mittels der DVS-Richt-

linien [1], erfassen und berücksichtigen. In Einzelfällen sind chemische Beanspruchungen

ebenfalls bestimmbar. Durch spezielle Additive lassen sich die Auswirkungen von

UV-Strahlung und thermische Alterung reduzieren. Wenn nicht ausdrücklich anders

vereinbart, rechnen wir mit einer Lebenszeit von 10 Jahren und einer Dauertemperatur

bei Betriebstemperatur. Die Berechnung erfolgt in Anlehnung an die DVS-Richtlinie 2205.

Hier sind sowohl Zeitstandfestigkeitskennwerte als auch maximale Verformungskriterien

über die Zeit festgelegt. Diese Angaben gelten für die Halbzeuge Rohr und Platte mit den

entsprechend genormten Werkstoffzusammensetzungen und durch vergleichende

Untersuchungen des RWTÜV grundsätzlich auch für unsere strukturierten Packungen.

Nach dieser Methode können Einbauten und Packungen aus PP, PVC und PVDF

ausgelegt werden.

In den Fällen, in denen aufgrund hoher Störfalltemperaturen tragende Bauteile aus

Kunststoff ausscheiden, aber Packungen aus Thermoplasten nach wie vor eine

wirtschaftliche Lösung darstellen, können Einbauten aus metallischen Werkstoffen zum

Einsatz gelangen. Die Werkstoffauswahl ist einzig durch die Notwendigkeit der

Kaltverformbarkeit und Schweißeignung beschränkt. Die mögliche Werkstoffpalette

erstreckt sich von einfachen, rostfreien Edelstählen über Nickelbasislegierungen bis zu

Titan.

1.2 PackungstypenStrukturierte Packungen stellen die konsequente Weiterentwicklung und Optimierung

der seit langem bekannten Schüttfüllkörper dar. Sie repräsentieren in diesem

Anwendungsbereich den Stand der Technik. Bisher ist das Einsatzgebiet der struktu-

rierten Packungen hauptsächlich auf die Destillation und Rektifikation beschränkt. Hier

werden aufgrund der Einsatzstoffe und Temperaturen hauptsächlich metallische

Struktur- und Gewebepackungen verwendet.

Im Bereich der Abluftreinigung, Absorption und Desorption werden bislang meistens

Schüttfüllkörper aus Kunststoff eingesetzt. Strukturierte Packungen führen auch in

diesen Anwendungen in fast allen Fällen zu einer leistungsoptimierten Bau- und

Betriebsweise.

Für die genannten Anwendungsbereiche bieten wir unterschiedliche Typen der

MASSdek®-Packungen aus thermoplastischen Kunststoffen an.

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INHALT

[ 7 ]

Die verbesserten Leistungseigenschaften der MASSdek®-Packungen führen zu kleineren

Apparategrößen bei Neuanlagen. Nachträgliche Umrüstungen bestehender Anlagen von

Schüttfüllkörper auf MASSdek®-Packungen amortisieren sich durch die Reduzierung des

gasseitigen Druckverlustes in kurzer Zeit.

Eigenschaften der MASSdek®-PackungenMASSdek®-Packungen bestehen aus profilgeprägten Folien, die aus speziellen

Kunststoff-Compounds extrudiert und miteinander verschweißt werden. ENEXIO bietet

MASSdek®-Packungen aus PE, PP, PP-elektroleitfähig, PVC und PVDF mit spezifischen

Oberflächen zwischen 80 und 240 m2/m³ an. Andere Kunststoffe sind auf Anfrage

lieferbar. Die meisten Packungen sind für Gasbelastungen bis ca. 4,0 Pa0,5 bei

typischen Berieselungsdichten von 25 m3/m2h geeignet.

Auf Kundenwunsch liefern wir Rundschnitte und andere Geometrien, da die Packungen

individuell zugeschnitten werden können und leicht zu handhaben sind.

Wegen der hohen Druckfestigkeiten der MASSdek®-Packungen entsteht bei auftretenden

Ablagerungen oder hohen Temperaturen praktisch keine Setzung. So können selbst

Betthöhen von mehr als 10 Metern realisiert werden.

Der regelmäßige Aufbau der MASSdek®-Packungen sorgt für eine definierte Gas- und

Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt. An den Kreuzungspunkten

der gegenläufig gerichteten Kanäle teilen sich Gas- und Flüssigkeitsströme und werden

neu vermischt. Zusätzlich wird die Gas- und Flüssigkeitsverteilung durch die versetzte,

zumeist rechtwinkelige Ausrichtung der Lagenebenen zueinander unterstützt. Das

führt, verglichen mit regellosen Schüttungen, bei gleicher Trennleistung zu besseren

Ergebnissen bei der Durchsatzkapazität und des Druckverlustes. Gegenüber einem

oberflächengleichen Schüttfüllkörperbett können Druckverluste je nach Betriebssitua-

tion und Packungstyp um fast 90 % verringert werden.

Für spezielle Anwendungen im Bereich der biologischen Abluftbehandlung bietet wir

strukturierte Packungen mit durchgehend vertikalen Kanälen. Die Übersicht auf Seite 8

ermöglicht eine Vorauswahl der am besten geeigneten Packungstypen. Bei der

Endauswahl sind Ihnen gerne unsere Experten behilflich.

MASSdek® 150 HTC MASSdek® 250 HTE MASSdek® 80 Grid

Anwendungsbereiche der MASSdek®- Packungen• Abluftwäsche• Absorption und Desorption• Biotricklingfilter zur Eliminierung von VOCs, Schwefelwasserstoff und Ammoniak• Waschsysteme mit höchster Trennleistung

Vorteile derMASSdek®- Packungen• höhere Durchsatz- kapazität• geringerer Druckverlust• hohe wirksame Stoffaustauschfläche• geringe Verstopfungs- neigung• Betthöhen deutlich über 10 m Höhe möglich• extrem hohe mechanische Stabilität• weniger verschmutzungsanfällig• effizienter Betrieb • bei Revamps und Retrofits einsetzbar• Einbringung beim Behälterbauer möglich

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INHALT

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MASSdek® – Auf einen Blick

Typ Strukturspez. Ober-fläche

hydraulischeKapazität /

spez. Druckverlust

Trenn-leistung

Verschmut-zungs-

resistenz

spez. Druck-verlust /

Trennstufentypische Einsatzbereiche

MASSdek®

250 HTEKreuz

240

m²/m³+ +++ + ++

Waschsysteme mit höchsten

Anforderungen an die

Trennleistung

MASSdek®

250 HTCKreuz

240

m²/m³++ ++(+) + ++

Standardanwendungen zur

Eliminierung von VOCs,

Schwefelwasserstoff und

Ammoniak

MASSdek®

150 HTCKreuz

150

m²/m³+++ ++ ++ +++

Standardanwendungen für

Absorption und Desorption

MASSdek®

125 HTCKreuz

125

m²/m³+++ + +++ ++

StripperAbluftwäscherBiotrickling Filter

MASSdek®

80 GridGitter

80

m²/m³+++ + +++ +++

Abluftwäscher und

Biotrickling Filter,

Entschwefelungskolonnen

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INHALT

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Abstimmung der Einbauten auf MASSdek®-Packungen

1.2.1 Abstimmung der Flüssigkeitsverteiler auf die PackungenBei der Auswahl der Flüssigkeitsverteiler und deren Abstimmung auf die Packungstypen

müssen viele Einflussfaktoren berücksichtigt werden, auf die wir nachfolgend näher

eingehen. Es wird grundsätzlich angestrebt, die Lage und Anzahl der Aufgabestellen an

die Eigenverteileigenschaften der Packung anzupassen. Bei zu geringer Tropfstellen-

dichte besteht die Gefahr, dass sich die Trennleistung bzw. die zu erwartende effektive

Oberfläche erst nach einigen Packungslagen einstellt. Bei einer zu groß gewählten

Tropfstellendichte, besonders bei geringen Berieselungsdichten, können Probleme mit

der Gleichverteilung auftreten, die dann einen negativen Einfluss auf die Trennleistung

bedingen. Wir empfehlen, auf jeden Fall den Rat unserer Experten einzuholen.

1.2.2 Abstimmung der Tragsysteme auf die PackungenAls Auflage für strukturierte Packungen empfehlen wir ein ebenes Gitterrost bzw. eine

rostartige Konstruktion. Die freien Gasdurchtrittsflächen sind so zu wählen, dass der

Quotient aus Flutbelastung und dem Produkt aus freiem Querschnitt und dem freien

Volumen der Packung immer < 0,9 bleibt. Eine Auslegung mit 60 % Flut erfordert ein

Gitterrost mit mindestens 70 % freiem Querschnitt. Als Auflage kann auch ein System aus

parallelen Profilen dienen. Hierbei ist auf eine mindestens 50 mm breite Auflagefläche zu

achten. Die Anforderungen an den freien Gasquerschnitt sind wie oben aufgeführt

einzuhalten.

Bei der Bestimmung der notwendigen Mindestauflageflächen in Abhängigkeit von Last,

Temperatur, Zeit, Typ und hydraulischer Belastung können wir Ihnen behilflich sein.

Unter Einhaltung der aufgeführten Aspekte sind so bereits durchgehende Betten bis

zu 14 Metern Höhe realisiert worden.

Bei Umrüstungen von Schüttfüllkörpern auf Packungen kann gegebenenfalls auch das

vorhandene Tragsystem wiederverwendet werden. Hierfür eignen sich besonders die

weitläufig eingesetzten, trapezförmigen Multi-Beam-Tragsysteme mit einer ebenen

oberen Profilfläche. Bei größeren hydraulischen oder mechanischen Anforderungen

wenden Sie sich bitte an unsere Spezialisten.

1.2.3 Abstimmung der Rückhaltesysteme auf die PackungenBei hohen Gasbelastungen kann es im Schüttfüllkörperbett zum Austrag von Füllkörpern

kommen. Um dies zu verhindern, muss eine aufwändige Rückhaltekonstruktion vorge-

sehen werden. Vor allem bei kleinen Füllkörpergrößen und hohen Gasbelastungen bildet

das Rückhaltesystem das hydraulische Nadelöhr in der Kolonne.

Strukturierte Packungen sind hingegen deutlich weniger anfällig für diesen Effekt. Dies

ergibt sich aus den großen Packungselementen und dem geringen gasseitigen Druckver-

lust. Das Ab- bzw. Anheben einzelner Blöcke kann mittels eines quer über dem Block

verlaufenden Steges sicher verhindert werden. Da die Methode von der spezifischen

Oberfläche unabhängig ist, stellt das Rückhaltesystem bei Packungen nie den Engpass

einer Kolonne dar und garantiert einen großen, freien Gasquerschnitt, wenig Interferenz

mit dem Flüssigkeitsverteiler und verringert den Kostenaufwand.

Oberfläche und Struktur• der Aufbau der MASSdek®-Packungen garantiert, dass die Flüssigkeiten einen komplexen Weg durch die Trennkolonne nehmen müssen• durch die große Kontaktfläche wird eine energieeffiziente Stoff- trennung ermöglicht

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INHALT

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Die Hauptaufgabe des Flüssigkeitsverteilers ist die gleichmäßige Verteilung der

Flüssigkeit über den Bettquerschnitt. Es muss sich in jeder Höhenlage ein annähernd

konstantes, gradientenfreies Konzentrations- und/oder Temperaturprofil einstellen.

Neben dem Packungsbett ist der Flüssigkeitsverteiler die zweitwichtigste trennwirksame

Komponente eines Einbautensatzes in einer Gegenstromkolonne. Eine schlechte

Anfangsverteilung lässt sich nur begrenzt durch eine größere Betthöhe ausgleichen.

2.1 Kriterien zur Auswahl von FlüssigkeitsverteilernNicht nur die Anforderung die Flüssigkeit gleichmäßig zu verteilen und die grund-

sätzliche Werkstoffauswahl sind bei der Auswahl und Auslegung eines Flüssigkeits-

verteilers zu berücksichtigen.

Weitere Faktoren wie die Eigenverteileigenschaft der Packung, das Geschwindigkeits-

profil der Gasströmung und die geometrischen Restriktionen, die sich aufgrund der

bauseitigen Träger und Tragringe ergeben, beeinflussen die Leistung und müssen

bei der Dimensionierung des Bettes mit beachtet werden.

2. Flüssigkeitsverteiler

Die AufgabeDie Auswahl des korrekten Typs und der individuellen Gestaltung sind extrem wichtig, um von der hohen Leistung der strukturierten Packungen zu profi-tieren. Wir helfen Ihnen, den richtigen Flüssigkeitsverteiler zu finden und gestaltet ihn speziell Ihrer Anwendung entsprechend.

Kolonneneinbauten• individuelle Auslegung• modernste Fertigungs verfahren• Produktvielfalt• ständige Qualitäts- kontrollen• ein hochmotiviertes Team• langjährige Erfahrung• stetige Weiterent- wicklungen

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INHALT

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Die Hauptprozessparameter sind definiert durch folgende Angaben

• Durchmesser

• Lastbereich (turn down)

• Handhabung von Verschmutzungslasten

• Berieselungsdichte

• Tropfstellendichte

Zusätzliche Prozessparameter nehmen Einfluss auf die Auswahl und Auslegung des

Verteilers

• Anzahl der Trennstufen

• Gasbelastung bzw. Einfluss auf die Gasverteilung

• Feed-Zusammensetzung (flashing-feed)

• Konstruktive bauseitige Vorgaben

Auch ökonomische Aspekte müssen berücksichtigt werden

• Verteilerkosten vs. Betthöhenkosten

• Verteilerkosten vs. Betriebskosten

Die Auswahl und Auslegung eines Verteilsystems für eine konkrete Trennaufgabe ist ein

iterativer Vorgang. Als ersten Schritt empfehlen wir den Werkstoff zu bestimmen. Wenn aus

Kostengründen und nicht aus Korrosionsgründen eine Kunststoffpackung gewählt wurde,

sollte immer auch ein metallischer Verteiler optional betrachtet werden.

2.2 Unterscheidungsmerkmale von Flüssigkeitsverteilern

2.2.1 EndverteilprinzipIn der Tabelle Verteiler Auswahlhilfen sind einige der Aspekte zusammengefasst, die zu einer

Empfehlung des Endverteilprinzips führen.

Hauptunterscheidungskriterien sind hier die treibende Kraft der Flüssigkeitsströmung durch

• Gravitation oder

• Druck

Bei der Gravitation ist eine Unterteilung notwendig. Die Endverteilung kann als

• freier Überlauf über ein Wehr oder als

• Ablauf über eine oder mehrere abgetauchte Bohrungen erfolgen

Bei der Verteilqualität bestehen zwischen beiden erhebliche Unterschiede. Ein strömungs-

bedingtes Gefälle der freien Oberfläche und Abweichungen von der horizontalen

Ausrichtung können beim Wehrverteiler mit wenigen Millimetern bereits erhebliche

Unterschiede der Durchflussmenge einzelner Speisestellen bewirken. Bei abgetauchten

Bohrungen ist dieser Einfluss deutlich geringer.

Die Druckkraftverteiler werden unterteilt in Verteiler, die einen Flüssigkeitsstrahl oder

ein Flüssigkeitsspray erzeugen.

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INHALT

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2.2.3 EndverteilerebeneEin weiteres konstruktives Unterscheidungsmerkmal ist die Ausführung der Endver-

teilerebene als

• Topf

• Deck (Boden)

• System, bestehend aus einzelnen Rinnen oder Rohren

Die Entscheidung wird hier im Wesentlichen vom Kolonnendurchmesser und von der

Gasbelastung bestimmt. Topfverteiler sind nur bei Durchmessern bis ca. 1000 mm

Verteiler Auswahlhilfen

physikalische Triebkraft Gravitation Druck

Aufteilungsprinzip Verteiler mit freiem Überlauf Verteiler mit einem Flüssigkeitsstand über Ablaufbohrungen

prinzipielle Beschreibung der Verteil-Endstufe

Überlauf-verteiler

Überlaufver-teiler mit

Flüssigkeits-führung

Grundloch Seitenloch

Seitenloch mit Flüssigkeits-führung und Notüberlauf

Mehrfachseitenloch mit Flüssig-

keitsführung und Notüberlauf

Rohr-verteiler,

offen

Rohrver-teiler,

geschlos-sen

Düsen-verteiler

Beispiel/Typ TDP 410 TDP 410 So TDP 400 TDP 420 TDP 420 So TDP 420 So LDP 210 LDP 200 NDP 310

Prinzip-Skizze

Beurteilungskriteriumin Bezug auf “Beurteilungskriterium” geeignet:++ = sehr gut geeignet bzw.empfehlenswert in Bezug auf | + = geeignet bzw. hoch in Bezug auf 0 = bedingt geeignet bzw. moderat in Bezug auf | – = ungeeignet in Bezug auf

Verteilqualität – – + ++ ++ + + + –

Lastbereich ++ ++ + + + ++ 0 + –

Verstopfungsanfälligkeit ++ ++ – + ++ ++ 0 0 –

Geringe Berieselungsdichte

– – + ++ ++ + 0 + ++

Hohe Berieselungsdichte + + + + ++ ++ + ++ +

Hohe Tropfstellendichte 0 0 ++ + + + 0 0 –

Hohe Trennstufenzahl – – + ++ ++ ++ + 0 –

Hohe Gasbelastung – + 0 ++ ++ ++ + + –

Nivellierungssensitivität – – + + + + + ++ ++

Bauhöhe + 0 0 0 0 + + ++ ++

Anschaffungskosten in PP ++ + + 0 – – + ++ ++

Anschaffungskosten in CrNi-St.

+ – + – – – 0 0 ++

Betriebskosten ++ ++ + + + + 0 0 –

2.2.2 StrömungsführungDie Auswahl des geeigneten Verteilers erfolgt nicht nur nach dem Prinzip der Endverteilung,

sondern auch über die Strömungsführung und Zuleitung innerhalb des Verteilers. Man

unterscheidet hier

• einstufige oder

• mehrstufige Verteiler

Die Größe der Kosteneinsparung bei geringerer Kolonnenhöhe kann im Einzelfall die

Mehrkosten eines Verteilers mit geringerer Bauhöhe, in der Regel dann einstufig,

rechtfertigen. Ein üblicher Verteiler besteht aus einem Zulaufrohrsystem, einer

Vorverteilerebene und einer Endverteilerebene. Bei kleinen Kolonnenquerschnitten oder

unter Verwendung von aufwändigen Zulaufrohrsystemen kann die Vorverteilerebene auch

eingespart werden.

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INHALT

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INHALT

2.3 Verteilertypen

Typ Link

2.6.1 Überlaufwehrverteiler Flüssigkeitsverteiler TDP 410

2.6.2 Trogverteiler, 2-stufig Flüssigkeitsverteiler TDP 400

2.6.3 Kastenrinnenverteiler, 2-stufig mit Führungsrohren Flüssigkeitsverteiler TDP 420

2.6.4 Kastenrinnenverteiler, 2-stufig mit Prallplatte Flüssigkeitsverteiler TDP 430

2.6.5 Geschlossener Rohrverteiler mit zentralem Zulauf Flüssigkeitsverteiler LDP 200

2.6.6 Geschlossener Rohrverteiler mit zentralem Zulauf Flüssigkeitsverteiler LDP 220

2.6.7 Sprühdüsenverteiler LFlüssigkeitsverteiler NDP 310

2.6.8 Topfverteiler, 1-stufig mit Führungsrohren Flüssigkeitsverteiler PDP 350

2.4 Einfluss der Verteilqualität auf die TrennleistungDie Qualität der Flüssigkeitsverteilung wird entscheidend bestimmt durch

• eine ausreichende Tropfstellendichte

• das Auftreffmuster auf dem Packungsbett

• die Mengengleichheit der Einzelströme

Weitere Einflussfaktoren sind

• der Abstand zum Bett

• die Orientierung zur Packung

• der freie Gasquerschnitt

• konstruktive Aspekte wie z.B. Einbringbarkeit und Nivellierbarkeit

wegen der Einbringbarkeit, vorzugsweise unter Verwendung von Apparateflanschen,

üblich. Die Deckverteiler sind mit ca. 25 % bis 30 % freiem Gasquerschnitt nur bei

geringen bis moderaten Gasbelastungen einsetzbar. Meist werden Rohr- oder Rinnen-

verteiler eingesetzt. Ein modularer Aufbau erlaubt die Montage über Mannlöcher DN500

oder DN600.

2.2.4 FunktionEin bedeutendes Kriterium, besonders bei größeren Kolonnenquerschnitten, ist die

Unterscheidung nach der Funktion als

• Aufgabeverteiler oder als

• Wiederverteiler zwischen zwei Betten

Wiederverteiler müssen die aus dem oberen Bett ablaufende Flüssigkeit vor der Neuver-

teilung mischen, um eventuelle örtliche Konzentrationsunterschiede auszugleichen. Bei

größeren Querschnitten und anspruchsvollen Trennaufgaben wird hierzu eine

zusätzliche Sammelvorrichtung vorgeschaltet.

2.2.5 FlüssigkeitszuführungÜber die Art der Flüssigkeitszuführung lässt sich ein weiteres Unterscheidungskriterium

ausmachen. Die Speisung kann über

• ein Zulaufrohr von außen

• ein Zulaufrohr von innen (Sammler/Wiederverteiler)

• direkt aus dem darüber liegenden Bett oder

• bei Flüssigkeiten mit einem Gasanteil größer 1-Vol% aus einer Flash-Galerie oder

weiteren speziellen Vorrichtungen erfolgen

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INHALT

2.4.2 Positionierung der Aufgabestellen Vor allem bei der Destillation sind weitreichende Untersuchungen gemacht worden, um

den Einfluss der Verteilgüte auf die Trennleistung quantifizieren zu können. Die hieraus

resultierenden Ergebnisse bestätigen die Bedeutung einer optimalen Anfangsverteilung.

Konsens ist, dass sich eine makroskopische Ungleichverteilung deutlich stärker auswirkt

als Schwankungen der einzelnen Aufgabestellen untereinander, sofern diese über den

Querschnitt verteilt auftreten.

Makroskopische Bereiche sind zusammenhängende Flächen, die mehr als 1/12 der

Gesamtfläche einnehmen. Die Flächenaufteilung kann unterschiedlich erfolgen. Unter

anderem werden konzentrische Flächen, parallele Segmentflächen, Kuchenstücke oder

auch eine andere regelmäßige Geometrie verglichen, die jeweils 1/12 der Gesamtquer-

schnittsfläche ergeben.

Von Moor und Rukowena [2] ist eine graphische Methode entwickelt worden, die mittels

Flächenvergleich eine Verteilgüte als Zahlenwert ausdrückt. Dieser Wert schwankt

zwischen 30 % und 95 %. In einer weiteren Untersuchung haben die Autoren den Einfluss

der Verteilgüte auf die Trennleistung ermittelt. Die genaue Methode ist der Literatur zu

entnehmen.

Die auf der nächsten Seite dargestellten Verteiler sehen auf den ersten Blick ähnlich aus,

unterscheiden sich bei der Verteilqualität aber erheblich. Der Verteiler mit freiem

Überlauf konzentriert die Flüssigkeit in annähernd einer Linie zwischen den Trögen.

Der Verteiler mit Grundloch erzeugt einen konzentrierteren Bereich unterhalb der Tröge.

Der Verteiler mit Seitenloch und Rohrführung hat das beste Verteilbild. Bei extrem

anspruchsvollen Anwendungen lässt sich durch Anwendung eines Dreiecksmusters der

Lochteilung und Vermeidung eines Tragrings eine weitere Verbesserung erzielen.

2.4.1 TropfstellendichteDie Tropfstellendichte beziffert die spezifische Anzahl von Endverteilstellen pro m²

Querschnittsfläche der Oberkante des Packungsbettes. Die Einheit ist [1/m²]. Eine

möglichst große Tropfstellendichte ist grundsätzlich anzustreben. Einige praktische und

kommerzielle Erwägungen führen meist jedoch zu einer Begrenzung. Bei kleinen bis

mittleren Flüssigkeitslasten führen Mindestlochdurchmesser und Mindeststauhöhen zu

einer maximal realisierbaren Tropfstellendichte. Bei mittleren bis großen Berieselungs-

dichten ist eine Anhebung möglich, aber oberhalb von 200 Tropfstellen pro m2 wird

praktisch keine merkliche Steigerung der Trennleistung erreicht.

Für Anwendungen mit ausreichender Berieselungsdichte und sauberen Flüssigkeiten

empfehlen wir die nebenstehenden Tropfstellendichten.

Die Einhaltung der Tropfstellendichte alleine lässt keine Rückschlüsse auf eine gute

Verteilqualität zu. Auch die geometrische Verteilung der Auftreffpunkte auf die Packung,

die Gleichheit der einzelnen Mengenströme untereinander, die Ausrichtung des Verteilers

zur Packung und die Gasströmung beeinflussen das Resultat.

Tropfstellendichte

Packungstyp

MASSdek®

250> 90 1/m²

MASSdek®

150 > 80 1/m²

MASSdek®

125> 70 1/m²

MASSdek®

80 GRID> 65 1/m²

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INHALT

Verteilqualität

Überlauf Grundloch Seitenloch mit Rohrführung

VQ = ca. 40 % VQ = ca. 60 % VQ = ca. 80 %

Das Diagramm unten zeigt, dass die Verteilgüte das Trennergebnis mit zunehmender Stufen-

zahl (NTU) stärker beeinflusst. Bei 4 Trennstufen ist ein kaum merklicher Einfluss festzu-

stellen. Bei 12 Trennstufen sinkt die erreichbare Trennstufenzahl von 12 auf unter 9 Trenn-

stufen mit einer Verteilgüte von 60 %. Dies entspricht der Güte eines üblichen Verteilers.

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U’s

[-]

Verteil-Qualität VQ nach Moore & Rukovena [%]

Einfluß der Verteilqualität auf die Trennleistung

[ 16 ]

2.4.5 Der Abstand zum BettDer Abstand zum Bett wird im Minimum durch die Gasströmung bedingt und im Maximum

durch die Fallhöhe der Flüssigkeit und deren Auftreffimpuls auf die Packung. Übliche

Abstände bewegen sich in den Grenzen von 80 mm bis 250 mm. In den meisten Fällen

ergeben Abstände im Bereich von 120 bis 160 mm einen störungsfreien Betrieb.

Bei zu geringem Abstand zum Bett kann sich innerhalb des Bettes eine gerichtete

Gasströmung einstellen. Besonders Verteiler mit einem geringen freien Gasquerschnitt

verlieren dann an Trennleistung. Als Bezugsniveau wird in der Regel die Trogunterkante

gewählt. Empfohlen wird, den Abstand so zu wählen, dass sich zwischen Oberkante Bett

und den Gaszwischenräumen des Verteilers ein Winkel von mindestens 45° oder besser

60° einstellt. Bei einem Trogverteiler mit einem Raster von 300 mm und einer Trogbreite

von 140 mm ergibt sich ein Abstand von mindestens 70 mm, normal 140 mm. Bei hoher

Gasbelastung und geringem Abstand kann die Gasströmung den Flüssigkeitsstrahl von

seinem geplanten Auftreffpunkt ablenken.

Der Ordnung halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass die übliche Trennstufenzahl (NTU) bei

Wäschern selten mehr als 4 Trennstufen beträgt. Eine schlechte Anfangsverteilung kann

jedoch bei hydraulisch hoch belasteten Kolonnen zu makroskopischen Bereichen mit zu

hoher und zu geringer Berieselungsdichte führen, die sich über die gesamte Betthöhe

erstrecken. Auch dies führt zu Einbußen in der Trennleistung.

2.4.3 Mengengleichheit der EinzelströmeDie oben dargelegte Betrachtung setzt natürlich eine Mengengleichheit der einzelnen

Zulaufstellen voraus. Die geometrische Gleichförmigkeit der einzelnen Ablaufbohrungen

oder Überlaufschlitze ist hier besonders wichtig. Die im Nachfolgenden beschriebene

Verteilerhydraulik ist ein weiteres Kriterium.

2.4.4 Innere VerteilerhydraulikStrömungsturbulenzen zu vermeiden ist das Ziel einer guten Flüssigkeitsverteilung. Je

turbulenzarmer die Strömung ist, desto gleichmäßiger ist die Verteilung.

Kostengünstige Verteiler haben einen kleinen Strömungsquerschnitt und somit hohe

Strömungsgeschwindigkeiten. Diese wiederum erzeugen ein Druckgefälle über die Lauf-

länge der Einzelverteiler mit Auswirkungen auf die Ausflussmengen der Speisestellen.

Je nach Aufgabenstellung werden für offene Rinnenverteiler maximale Strömungsges-

chwindigkeiten im Bereich von 0,25 bis 0,4 m/s vorgesehen. In geschlossenen Systemen

kann die maximale Strömungsgeschwindigkeit größer angesetzt werden, vorausgesetzt die

Verhältnisse der Eintrittsquerschnitte zu den Austrittsquerschnitten sind ausreichend

dimensioniert.

Ein besonderes Augenmerk ist auf das Zulaufsystem zu legen. Die Austrittsgeschwindigkeit

eines Flüssigkeitsstrahls, der eine offene Rinne speist, sollte nicht mehr als 1 m/s betragen.

Bei Kolonnen ab einem Durchmesser von 1000 mm empfiehlt es sich, die Zulaufmenge auf

mehrere Stellen zu verteilen. Häufig kommen auch impulsbrechende Einbauten wie

Einlaufkörbe, Packungselemente, Gitter oder Lochplatten zum Einsatz.

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INHALT

[ 17 ]

Mit zunehmendem Abstand zum Bett nimmt die Fallgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu und

der Auftreffimpuls auf das Bett ist so hoch, dass ein nennenswerter Anteil von Feintropfen

entsteht. Diese können vom Gasstrom mitgerissen werden. Probleme könnten entstehen

durch vermeidbaren Druckverlustanstieg im Tropfenabscheider oder schlimmstenfalls durch

dessen Flutung. Bei extrem großen Fallhöhen und hoher Flüssigkeitsbelastung sind auch

Erosionserscheinungen an den Füllkörpern nicht mehr auszuschließen.

2.4.6 Orientierung zur PackungWeder bei Schüttfüllkörpern noch bei strukturierten Packungen erreicht der obere Bett-

bereich die volle Wirksamkeit. Die Flüssigkeit muss sich erst radial ausbreiten, um eine

lasttypische effektive Oberfläche ausbilden zu können. Als Faustformel wird bei Schüttfüll-

körpern eine Höhe von 0,25 m und bei Packungen die Höhe einer Lage hierfür ange-

nommen.

Bei strukturierten Packungen muss im Gegensatz zu Schüttfüllkörpern die Orientierung des

Verteilers zur Ausrichtung der Folien der Packung beachtet werden. Damit möglichst viele

Folienzwischenräume in der ersten Lage mit Flüssigkeit beaufschlagt werden, wird eine

Verteilerausrichtung von 45° zur Ausrichtung der Folien empfohlen. Dies ist besonders für

einen Prallplattenverteiler wichtig.

Bei Verteilern mit einer großen Abweichung vom idealen Dreiecks- oder Quadrat-

muster ist die 45°-Ausrichtung längs der Linie der größten Tropfstellendichte zu wählen.

2.4.7 Freier GasquerschnittFlüssigkeitsverteiler stellen für die Gasströmung immer einen Druckverlust erzeugenden

Widerstand dar. Deshalb sollte der freie Gasquerschnitt möglichst groß angelegt werden.

Dem steht oft die geforderte Verteilqualität entgegen. Als Richtwert empfehlen wir, für

Verteiler mit freiem Überlauf im Trogzwischenraum unter einem Gasbelastungsfaktor von

FV= 4,5 Pa0,5 zu bleiben. Für die übrigen Typen sollte der freie Gasquerschnitt mindestens 35 %

des Leerrohrquerschnittes betragen und nach Möglichkeit einen Gasbelastungsfaktor im

engsten Querschnitt von 6,5 Pa0,5 nicht überschreiten.

2.4.8 Einbringbarkeit und NivellierbarkeitFlüssigkeitsverteiler sollten möglichst genau horizontal ausgerichtet werden. Bei einigen

Typen führen Abweichungen außerhalb der festgelegten Toleranzen zu Leistungsverlusten,

bei anderen Typen können Abweichungen unter Umständen hingenommen werden, da die

Leistung dadurch weniger oder nicht beeinträchtigt wird. Hierbei sind auch die Art der

Befestigung bzw. die bauseitigen Auflager zu berücksichtigen.

Rohr- und DüsenverteilerBeim Rohr- und Düsenverteiler muss der Abstand zum Bett eingehalten werden, damit

das vorgesehene Auftreffmuster entsteht. Geringes Gefälle des Verteilers ist weniger von

Bedeutung. Beide Typen werden mit Schellen abgehängt oder aufgelegt befestigt.

Rohrverteiler sind bis zu einer Hauptrohr-Nennweite von DN 250 über ein Mannloch

DN 600 einbringbar. Bei größeren Nennweiten ist das im Einzelfall abzuklären.

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INHALT

[ 18 ]

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INHALT

2.5 Gravitations- und DruckverteilerFür Gravitationsverteiler mit abgetauchten Bohrungen und Druckverteiler sind in erster

Linie die wirksame Staudruckhöhe und der Ausflusskoeffizient über der Austrittsöffnung für

die Ausflussgeschwindigkeit und somit für die Ausflussmenge bestimmend.

wa = μ • 2 • g • heff

wa = Ausflussgeschwindigkeit [m/s]

heff = wirksame Staudruckhöhe [m]

μ = Ausflusskoeffizient [./.]

g = Erdbeschleunigung [m/s²]

Der Ausflusskoeffizient ist von verschiedenen Parametern abhängig:

• Bohrungsform, Größe und Dicke

• Flüssigkeitseigenschaften

• Flüssigkeitstand

• Querstromgeschwindigkeit

Für scharfkantige Bohrungen bewegt sich der Wert zwischen 0,61 bei hohen Flüssigkeits-

ständen und 0,83 bei geringen Ständen. Bei abgerundeten Ausflussöffnungen sind die

Werte ca. 5 % bis 10 % größer.

In einer Arbeit von Hansen [3] aus der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts wurden die

wesentlichen Zusammenhänge mittels Ähnlichkeitskennzahlen ermittelt. Festgestellt

wurde, dass der Ausflusskoeffizient maßgeblich durch die Weber-Zahl, die Reynolds-Zahl

und durch das geometrische Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zur Standhöhe

bestimmt wird.

GravitationsverteilerBei allen Gravitationsverteilern sind die maximal zulässigen Abweichungen von der

Horizontalen während der Montage einzustellen. Bei Verteilern, die auf Trägern und

Tragringen aufliegen, arbeitet man mit Futterplatten. Kleinere Verteiler mit hoher

Verteilqualität haben Justiervorrichtungen, die ein Ausrichten erlauben.

RinnenverteilerBei großen Rinnenverteilern aus Kunststoff ist auch eine Berechnung der Durchbiegung

über die Zeit erforderlich. Aus Gründen der Dauerformbeständigkeit sind oftmals größere

Trogquerschnitte oder alternativ zusätzliche Träger erforderlich. Auch die Durchbiegung der

bauseitigen Träger ist zu berücksichtigen und wird gegebenenfalls durch zusätzliche

Unterfütterungen in den Auflagepunkten abgefangen. Rinnenverteiler werden in der

Standardausführung nicht an den bauseitigen Auflagern befestigt. Die Lage der Einzelteile

wird durch konstruktive Zwangsführungen am Oberverteiler bestimmt.

Die Gewichtskraft des Verteilers ist auch im geleerten Zustand um ein Vielfaches größer als

die Kraft, die aus dem gasseitigen Druckverlust resultiert. Wenn beim Betrieb der Kolonne

große impulsartige gasseitige Druckverlustanstiege auftreten können, empfehlen wir, die

Verteiler zu befestigen.

Sonderausführungen sind auf Anforderung erhältlich. Zur Einbringung wird ein Mannloch

DN 600 benötigt. In den meisten Fällen reicht auch DN 500 aus. Kleinere Einbringöffnungen

sind im Einzelfall abzuklären.

Bei der Positionierung und Auslegung von bauseitigen Trägern und Tragringen und bei der

Positionierung der Mannlöcher können wir Ihnen helfen.

[ 19 ]

Es wurde auch der Einfluss der Wandungsdicke näher bestimmt. Wie zu erwarten,

haben dickwandige Bohrungen tendenziell einen größeren Ausflusskoeffizienten als

dünnwandige oder gar ideal scharfkantige Bohrungen. Für den Fall, dass das Verhältnis

von Wanddicke zum Bohrungsdurchmesser den Wert von 2 annimmt, wird der

Ausflusskoeffizient praktisch zu 1.

Für sehr kleine Bohrungsdurchmesser und geringe Flüssigkeitsstände kann der Ausfluss-

beiwert auch deutlich größere Werte als 0,61 annehmen. Bei großen Bohrungen fällt der

Ausflussbeiwert über die Füllhöhe deutlich mehr ab als bei kleinen Bohrungen.

Abweichungen zum im Diagramm dargestellten Wert in der Größenordnung von ca. 10 %

sind im Einzelfall möglich, bei kleinen Reynolds-Zahlen allerdings auch erheblich mehr.

Speziell bei Anwendungen mit einem geforderten großen Lastbereich ist die genaue

Kenntnis des Ausflusskoeffizienten notwendig, um Fehlfunktionen oder eine falsche

Bauteildimensionierung zu vermeiden. Für eine grobe Abschätzung ist der Wert 0,7

ausreichend. Die grundsätzlichen Zusammenhänge sind bei Druckverteilern und

Gravitationsverteilern mit überdeckten Ablaufbohrungen gleich und unterscheiden sich

nur durch die Größe der effektiven Staudruckhöhe.

Für Düsenverteiler werden die notwendigen Auslegungsdaten zur Bestimmung des

mengenabhängigen Druckverlustes den Typen- und Datenblättern der Hersteller

entnommen.

Abhängig von den Staudruckhöhen fallen unterschiedlich hohe Betriebskosten an.

Entscheidend ist hier einerseits der Druckverlust über den Verteiler und zum anderen die

notwendige Förderhöhe über der Höhenlage der Packung. Die folgende Tabelle

verdeutlicht die unterschiedlich hohen Energiekosten verschiedener Verteilsysteme. Man

sieht, dass ein Düsenverteiler mit 7 Düsen gegenüber einem offenen Rinnenverteiler bei

gleicher Flüssigkeitsmenge Betriebsmehrkosten von ca. 2.000,- €/a verursacht.

Au

sflu

ssb

eiw

ert

μ [

-]

Ähnlichkeits-Kennzahl nach Hansen [-]

Ausflußkoeffizient

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INHALT

[ 20 ]

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INHALT

2.5.1 Bohrung vs. WehrWie bereits beschrieben, unterscheiden sich Wehrverteiler und Verteiler mit

abgetauchten Bohrungen erheblich in der Verteilqualität. Überlaufverteiler haben zwei

gravierende Nachteile. Zum einen sind die geometrischen Auftreffpunkte auf das

Packungsbett höhenabhängig und meist ungünstig verteilt (siehe Tabelle Verteiler

Auswahlhilfe) und zum anderen sind sie äußerst sensitiv gegen Höhenversatz.

Letzteres wird hier anhand eines Vergleichs verschiedener Austrittsöffnungen und

Prinzipien erläutert und dargestellt.

Unter Einhaltung der zulässigen Montagetoleranzen bezüglich der Abweichungen von

der Ebenheit mit max. 0,1 % vom Durchmesser betrachten wir eine Kolonne mit einem

Durchmesser von 3 m. Ein einzelner, durchgehender Trog könnte somit auf der einen

Seite 3 mm oberhalb und auf der anderen Seite 3 mm unterhalb der nominalen Höhe

liegen.

Vergleicht man nun eine Bohrung mit nominal 100 mm Flüssigkeitsstand mit einem

rechteckigen Überlaufschlitz mit nominal 30 mm Flüssigkeitsstand, ist bei gleicher

Durchflussmenge die Abweichung für die Bohrung + 1,5% / - 1,5% und für den Recht-

eckschlitz + 15,4 % / - 14,6 %. Für einen Dreiecksschlitz mit 45° Öffnungswinkel und

nominal 25 mm Stand, betragen die Mengenänderungen sogar + 32,8 % / - 27,4%.

Betriebskostenvergleich

Düsenverteiler Rohrverteiler Rinnenverteiler

Abstand über Bett [m] 0,6 0,5 0,75

Druckverlust [bar] 1 0,2 0

Förderhöhe [m] 10,41 2,462 0,75

Berieselungsdichte [m³/m²h] 15 15 15

Kolonnendurchmesser [m] 3 3 3

Volumenstrom [m³/h] 106 106 106

Theor. Pumpenleistung [kW] 3,0 0,7 0,2

Motorleistung [kW] 3,7 0,9 0,3

Jahres-Stromaufnahme [kWh/a] 29647 7012 2136

Jahres-Stromkosten [EUR/a] 2668 € 631 € 192 €

Netto-Strompreis, Industriekunden [EUR/kWh] 0,09

hydraulischer Wirkungsgrad 0,9

elektrischer Wirkungsgrad 0,9

jährliche Betriebsstunden [h/a] 8000

Flüssigkeitsdichte [kg/m³] 998

Vor der Entscheidung für den Einsatz eines bestimmten Verteilertyps empfehlen wir, eine

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchzuführen.

[ 21 ]

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INHALT

Hieraus ist ersichtlich, dass Verteiler mit ausschließlich Überlaufschlitzen nur für Trenn-

aufgaben mit geringen Anforderungen bei gleichzeitiger Verstopfungs-/Verkrustungs-

neigung eingesetzt werden sollten. Insbesondere bei Desorbern und bei Kunststoff-

verteilern, die sich durchbiegen können, sind Überlaufverteiler eine problematische Wahl.

Damit besser beurteilt werden kann, ob es unvermeidbar ist, einen Überlaufverteiler zu

nutzen, geben wir im Folgenden Empfehlungen zu den Abmessungen der Öffnungen.

Ablaufbohrungen im Boden eines Verteilers mit einem Durchmesser größer oder gleich

10 mm sind nicht verstopfungsanfällig. Für Verteiler mit Ablaufbohrungen in der Seiten-

wand reduziert sich dieser Durchmesser auf 6 mm. Bei grob verschmutzten Flüssigkeiten

raten wir, einen Filter mit einer Maschenweite mit 1/5 des Bohrungsdurchmessers

vorzuschalten. Bei Wehrverteilern wird ebenfalls 6 mm für die kleinste Breite der Austritts-

öffnung empfohlen. Wenn die Tendenz zu Verkrustungen oder Aussalzungen im Bereich

der Öffnungen besteht, sollten möglichst große Öffnungen vorgesehen werden

(Verringerung der Tropfstellenzahl, eventuell Notüberlaufschlitz vorsehen).

Kleinere Bohrungsabmessungen sind bei sauberen Flüssigkeiten zulässig. Bohrungsdurch-

messer müssen jedoch immer in Verbindung mit den Wanddicken und dem mindestens

erforderlichen hydrostatischen Druck gesehen werden. Bei Wanddicken von 2 mm

empfehlen wir Bohrungen größer oder gleich 3 mm, bei Wanddicken von 10 mm

durchgehende Bohrungen größer oder gleich 8 mm oder Bohrungen größer gleich

5 mm in Sonderform.

2.5.1.1 MindeststauhöheDamit eine Ablaufbohrung oder ein Überlaufschlitz anspringt, sind Mindestkräfte zur

Überwindung der Grenzflächenspannung notwendig. Dies bedingt je nach System und

Typ eine Mindeststauhöhe. Diese wird um die Lagetoleranzen und einen Sicherheitszu-

schlag erhöht.

Untersuchungen haben ergeben, dass unterhalb einer Mindest-Weberzahl kein Austritt

stattfindet. Zum Beispiel ergibt sich bei einer runden Öffnung mit 4 mm Durchmesser

und der Mindest-Weberzahl eine Überdeckung der Bohrung von 7,4 mm (Wasser bei

20 °C). Man sieht, dass dieser Effekt nur bei kleinen Öffnungen eine Rolle spielt.

We = Weber-Zahl [–]

hmin,s = Mindeststauhöhe durch Ober-

flächenspannung [m]

dB = Bohrungsdurchmesser [m]

ρw = Dichte Wasser [kg/m³]

σw = Oberflächenspannung

Wasser [N/m]


We = ρw∙dB∙2∙g∙hmin,s

σw

Re

lati

ve

Du

rch

flu

ssm

en

ge

[%

]

Höhendifferenz [mm]

Mengenänderung vs. Änderung des Flüssigkeitsstandes

[ 22 ]

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INHALT

Damit ein Anspringen aller Bohrungen gewährleistet ist, wird in der Praxis eine

Weberzahl von ungefähr 20 gewählt.

Der gasseitige Druckverlust bewirkt einen weiteren Effekt. Je nach Gasbelastung und

freiem Querschnitt des Verteilers können gasseitige Druckverluste in der Größenordnung

von 0,2 bis 2 mbar auftreten. Für die Flüssigkeit im Verteiler würde sich die Mindest-

stauhöhe um den äquivalenten hydrostatischen Druck erhöhen. Für Wasser bei

20 °C und 2 mbar entspricht das einer zusätzlichen Stauhöhe von 20,5 mm.

Bei großen Bohrungen ist zudem die Bildung eines geschlossenen Strahls sicherzu-

stellen. Außerdem ist eine Trombenbildung zu vermeiden, indem eine Mindeststauhöhe

mit dem 1,5 fachen des Bohrungsdurchmessers keinesfalls unterschritten wird. Dieser

Punkt ist besonders bei Vorverteilern mit relativ großen Bohrungen zu berücksichtigen.

Die geforderte Verteilqualität beeinflusst die Mindeststauhöhe ebenfalls. Für eine

geforderte maximale Abweichung zwischen dem Durchfluss der ersten und der letzten

Ablaufbohrung eines Kanalabschnitts lässt sich mittels der Umwandlung des Staudrucks

in Stauhöhe die Mindeststauhöhe berechnen. Eine angenommene mittlere Fließge-

schwindigkeit von 0,3 m/s am Kanaleintritt und eine geforderte Abweichung von 10 %

zwischen den Mengen der ersten und der letzten Ablaufbohrung ergibt eine

Mindeststauhöhe von 24,1 mm.

Im nachfolgenden Diagramm ist dargestellt, wie sich die Fließgeschwindigkeit ent-

sprechend der Bernoulli-Gleichung am Kanaleintritt auf die zu erwartenden

Unterschiede in der Ausflussmenge zwischen der ersten und der letzten Bohrung im

Kanal auswirkt. Es ist deutlich zu erkennen, wie die Fließgeschwindigkeit die Verteilgüte

be-einflusst. Insbesondere hohe Anforderungen an die Verteilgüte bei geringen

Mindestlasten sind dann für die Dimensionierung des Trogquerschnittes maßgeblich

verantwortlich.

Wenn aus den Kundenspezifikationen keine besondere Anforderung erwächst,

wählen wir bei Gravitationsverteilern mit Ablaufbohrungen eine Mindeststauhöhe

von 25 mm im Feinverteiler und eine Mindeststauhöhe von 35 mm im Oberverteiler.

hmin,Ma = Mindeststauhöhe durch

Verteilqualität [m]

v1 = mittlere Fließgeschwindigkeit [m/s]

ηMa

= relative Abweichung der

Mengen [%/%]


v1 hmin,Ma =( 2 • g • (1 - (1- ηMa)²) ) ²

Än

de

run

g d

er

Au

sflu

ssm

en

ge

[%

]

Flüssigkeitsstand am Kanaleintritt [mm]

Einfluss der Fließgeschwindigkeit auf die Verteilqualität

[ 23 ]

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INHALT

2.5.1.2 NennstauhöheDie Stauhöhe bei Nennlast bestimmt sich durch die Anforderungen an die Verteilgüte

und durch das Verteilprinzip. Bei normalen Anforderungen wird für einen Verteilertyp mit

Grund- oder Seitenwandloch eine nominelle Stauhöhe von 100 mm bei 100 % Last ange-

setzt. Anforderungen durch Mindestlasten können diesen Wert aber auch deutlich anhe-

ben. Bei z.B. 40 % Nennlast bedeutet dies unter Berücksichtigung von mindesten 25 mm

Flüssigkeitsstand einen Stand von 156 mm, bei 30 % einen Stand von 278 mm. Ohne

zwingende Notwendigkeit sollten die Mindestlasten nicht zu klein spezifiziert werden.

Auch die Maximallast sollte ohne zwingenden Grund nicht größer als notwendig sein.

Übliche Vorgaben für den Lastbereich sind 50 bis 110 %. Deutliche Abweichungen

hiervon bedingen Mehraufwand oder gehen zu Lasten der Verteilgüte. Erhöhte Anfor-

derungen an die Verteilgüte und die Einhaltung von Mindestgasquerschnitten können

hier zusätzlich zu größeren Bauhöhen führen.

Bei Überlaufwehrverteilern mit Rechteckschlitz beträgt die im Standard vorgesehene

Stauhöhe 30 mm und bei Dreiecksschlitzen 25 mm.

Bei Rohr-Druckverteilern wird eine Austrittsgeschwindigkeit im Bereich von 0,9 bis 1,5 m/s

vorgesehen. Der sich aus der effektiven Staudruckhöhe ergebende Druckverlust liegt im

Bereich von 100 bis 300 mbar.

2.5.1.3 Maximale StauhöheDie Troghöhe bei Maximallast ergibt sich nach einem Sicherheitszuschlag von 10 % auf

die berechnete Stauhöhe plus 50 mm.

Soll die Funktion bei Maximallast abgesichert werden und besteht die Neigung zu

Verschmutzungen, können Notüberlaufschlitze verhindern, dass der Verteiler unkon-

trolliert überläuft. Da mit steigender Stauhöhe die Bauteilabmessungen zunehmen, ist

häufig die Größe der Montageöffnung maßgebend für eine ökonomische

Bauteilausführung.

2.5.2 KonstruktivesBei allen Verteilern, die aus einzelnen Rohren oder Kanälen zusammengesetzt sind,

verlangsamt sich entlang der Strömungsrichtung die Geschwindigkeit bis auf null.

Dadurch steigt in der offenen Rinne in Strömungsrichtung der Flüssigkeitsspiegel und im

Rohr nimmt der Druck zu. Diese Einflüsse können nur durch entsprechend niedrige

Eintrittsgeschwindigkeiten begrenzt werden.

Der Anstieg der Förderhöhe (Stauhöhe, äquivalente Staudruckhöhe) über die Länge wird

nach nebenstehender Formel berechnet.

Bei Düsenverteilern ist dieser Anteil zu vernachlässigen. Der Durchfluss steigt aufgrund

dieses Effektes bei Standard-Rohrverteilern bis zu 4 %, bei Standard-Rinnenverteilern mit

abgetauchten Bohrungen bis zu 2,5 % und bei Standard-Rinnenverteilern mit recht-

eckigen Überlaufschlitzen bis zu 20 % an. Die maximale Design-Eintrittsgeschwindigkeit

ist für jeden Verteilertyp unterschiedlich, am geringsten jedoch für den Überlaufverteiler.

hd = Anstieg der Förderhöhe [m]

ve = Eintrittsgeschwindigkeit [m/s]

g = Erdbeschleunigung [m/s2]

hd = 2 • g1 ∙ v²e

[ 24 ]

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INHALT

2.5.3 Probleme

Hoher Energie-/Impulseintrag

Bei unsachgemäß ausgelegten Flüssigkeitszuläufen können örtlich große Impulse

eingetragen werden. Insbesondere bei hohen Berieselungsdichten besteht diese Gefahr.

Abhilfe schafft die Verwendung von vielen kleinen Speiseauslässen statt weniger großer.

Davon ist hauptsächlich der Oberverteiler betroffen, deshalb können hier auch eine

Trog-in-Trog-Version oder Strömungsbrecher in Form von Käfigen, strukturierten

Packungselementen oder Ähnliches hilfreich sein.

Unkontrolliertes Überlaufen

Können grobe Auslegungsfehler bei der Querschnittsdimensionierung bzw. bei der

Dimensionierung der Auslässe als Ursache für ein Überlaufen ausgeschlossen werden, ist

meist eine Anzahl von Auslässen verstopft. Bei sehr großem gasseitigen Druckabfall über

den Verteiler und zu gering bemessenen Höhen kann dieser Effekt auch auftreten.

Verkrusten/Aussalzen

Wird eine warme, sich an der Löslichkeitsgrenze befindliche Salzlösung aufgegeben, kann

durch Verdunstung im Nahbereich der Ausflussöffnungen ein Aussalzen bzw. Verkrusten

vorkommen. Auch chemische Reaktionen zwischen der Flüssigkeit und dem Gasstrom

können bei Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze des Reaktionsprodukts einen

gleichartigen Effekt haben.

Erosion

Hohe Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit hohem Feststoffanteil kann zu

Erosionserscheinungen führen. Vor allem im Einlaufbereich und in den Auslässen tritt dies

auf. Eine Veränderung des Ausflusskoeffizienten ist zu erwarten und sollte von vornherein

berücksichtigt werden. Die Querschnitte der Zuführungen sollten großzügiger bemessen

sein.

Aeration/Belüftung

Wenn der Zulaufstrom mit zu hohem Impuls aufgegeben wird, kann der Flüssigkeitsstrahl

Gas mit eintragen. Das entstehende Zweiphasengemisch hat dann eine geringere mittlere

Dichte und nimmt einen größeren Raum ein. Dies kann sowohl zu Überschwappen als

auch zu örtlich und zeitlich deutlichen Schwankungen der Gleichverteilung führen. Bei

sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten und somit geringen Verweilzeiten kann die

Flüssigkeit unter Umständen nicht entgasen. Dies beeinflusst ebenfalls die Verteileigen-

schaften negativ.

Fluten im Zwischenraum

Bei Überlaufwehrverteilern ohne Führungsrohr wird die Flüssigkeit horizontal in den

Gasraum zwischen die Tröge eingeleitet. Eine stark eingeschnürte Gasströmung kann

den Überfallstrom auffächern und zum Teil mit nach oben reißen. Eine bis zu 600 mm

hohe Sprudelschicht entsteht, die dann den Tropfenabscheider auch fluten könnte.

Dass die Verteilqualität darunter leidet, ist als sicher anzunehmen. Dieser Typ von

Verteiler ist nur für geringe Gasbelastungen geeignet.

[ 25 ]

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INHALT

Stark gerichtete Gasströmung

Wird die gleichmäßige Verteilung des Gases am Betteintritt durch bauseitige Träger oder

Ähnliches beeinträchtigt oder wird das Gas unsachgemäß aufgegeben, kann sich die

Trennleistung vermindern und ein erhöhter Druckverlust auftreten.

Mindeststand/Ansprechen aller Tropfstellen

Unsachgemäße Montage und hohe Flüssigkeitsgradienten können zu Bereichen mit

einem zu geringen Flüssigkeitsstand führen, der dann nicht alle Tropfstellen ansprechen

lässt.

2.6 Verteilerdatenblätter auf den folgenden Seiten


Überlaufwehrverteiler


Trogverteiler mit Grundlöchern

2.6.3 Flüssigkeitsverteiler TDP 420 Kastenrinnenverteiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren, 2-stufig

2.6.4 Flüssigkeitsverteiler TDP 430 Kastenrinnenverteiler mit Prallplatte, 2-stufig

2.6.5 Flüssigkeitsverteiler LDP 200 Geschlossener Rohrverteiler mit zentralem Zulauf

2.6.6 Flüssigkeitsverteiler LDP 220 Geschlossener Rohrverteiler mit zentralem Zulauf

2.6.7 Flüssigkeitsverteiler NDP 310 Sprühdüsenverteiler

2.6.8 Flüssigkeitsverteiler PDP 350 Topfverteiler mit Führungsrohren, 1-stufig

Kastenrinnenverteiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren, 2-stufig

2.7 Wiederverteiler und SonderkonstruktionenAußer den hier aufgeführten Verteilern sind weitere Typen wie Wiederverteiler oder

Sonderkonstruktionen auf Wunsch erhältlich.

Ist die Bauhöhe in der Kolonne begrenzt, können auch einstufige Gravitationsverteiler

eingesetzt werden. Hier sind die Feinverteiler mit einem zentralen Vorverteiler in einer

Ebene als kommunizierendes System verbunden. Man spart sich die Bauhöhe des

Oberverteilers. Etwas Bauhöhe kann man auch durch ein seitlich an den Oberverteiler

angeflanschtes Zulaufrohr sparen. Wir empfehlen auch bei Sonderkonstruktionen in

jedem Fall zu prüfen, ob die Kolonnenminderkosten die Verteilermehrkosten

rechtfertigen.

[ 26 ]

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INHALT

Vorteile• relative Unanfälligkeit gegen Fouling und Scaling

• geringe Erosionsneigung

• großer Lastbereich

• geringe Bauteil- und Betriebskosten

StandardausführungIn der Standardausführung besteht der Verteiler in der

unteren Ebene aus parallel angeordneten U-Trögen und

darüber aus einem oder mehreren Vorverteilertrögen.

Die Vorverteiler haben beiderseits in den Seitenwänden

Überlaufschlitze. Die Flüssigkeit wird mit Schwallschutz-

rohren in die Feinverteilerebene abgeleitet. In den

Seitenwänden der unteren Tröge wird die Flüssigkeit über

regelmäßig angeordnete Überlaufschlitze auf das

Packungsbett aufgegeben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete sind Prozesse mit stark bzw.

sehr stark verschmutzen Flüssigkeiten und Flüssigkeiten,

die nahe an deren Löslichkeitsgrenze gehandhabt werden,

hier dann auch mit Dreiecksschlitzen. Der Wehrverteiler

wird vorzugsweise eingesetzt bei Absorptionsprozessen

mit geringer Gas- und Flüssigkeitsbelastung und bei

geringen bis mittleren einstelligen Trennstufenzahlen.

Zu beachtenDie Verteilqualität ist extrem anfällig bei Höhenlagenver-

satz. Der Überlaufwehrverteiler ist nur bei geringen bis

mittleren Gasbelastungen einsetzbar.

Technische Daten

Anwendung

Durchmesserbereich > 1.000 mm

Bereich der Berieselungsdichten 15 bis 40 (80) m³/m²h

Standard Turndown2,5 : 1

(bei Dreiecksschlitzen 4 : 1)

Bereich der maximalen Gasbelastung

2,25 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeit gering

FLÜSSIGKEITSVERTEILER TDP 410Überlaufwehrverteiler

[ 27 ]

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INHALT

H1

H2

H3

Technische Daten

Funktionen

Verteilerprinzip2-stufiger Rinnenverteiler mit freiem Überlauf

Spezifische Tropfstellendichte

65 bis 80 Tropfstellen / m2

Freier Gasquerschnitt 45 bis 50 %

Lage der TropfstellenAuslässe in den Seitenwänden der Rinnen der Endverteilerebene und der Vorverteilerebene

Anordnung / Teilung der Tropfstellen

Rechteckig

Art der BefestigungLose aufliegend, endseitige Tröge am Vorverteiler befestigt

ZulaufOptional über zentralen Zulauf, geraden Zulauf mit mehreren Abläufen oder T-förmigen Zulauf

OptionalMit speziell konturierter Überlaufschlitzform für besondere Lastverhältnisse

Technische Daten

Bauhöhen

H1 150 mm

H2 280 mm

H3 bis 650 mm

Verteilerhöhe Oberverteiler / Unterverteiler

400 mm

Mindest-Einbringdurchmesser

480 mm

Diese Information wurde von uns sorgfältig erstellt. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Erreichung der angegebenen Leistungsdaten von der Einhaltung bestimmter Rand-

bedingungen abhängig ist und daher im konkreten Einzelfall variieren kann. Wir behalten uns ferner vor, jederzeit und ohne Ankündigung Änderungen vorzunehmen. Wir

empfehlen daher dringend, (i) bei Verwendung der Information für eine konkrete Projektplanung die Gültigkeit der vorliegenden Fassung von uns bestätigen zu lassen und

(ii) eine Überprüfung der angegebenen Leistungsdaten anhand der tatsächlichen Rahmenbedingungen vorzunehmen. Wir übernehmen keine Verantwortung für Folgen,

die aus der Nichtbeachtung dieser Empfehlung entstehen.

Draufsicht Höhenschnitt

[ 28 ]

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INHALT

Vorteile• geringe Anfälligkeit bei Höhenlagenversatz

• unkomplizierter Aufbau



• geringe Bauteil- und Betriebskosten



darüber aus einem oder mehreren Vorverteilertrögen. Die

Vorverteiler haben in den Bodenplatten Ablaufbohrungen.

Die Flüssigkeit wird im direkten Fall in die Feinverteiler-

ebene abgeleitet. In den Böden der unteren Tröge wird

die Flüssigkeit über regelmäßig angeordnete zweireihige

Ablaufbohrungen auf das Packungsbett aufgegeben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete sind Prozesse mit sauberen

bzw. wenig verschmutzen Flüssigkeiten und Flüssigkeiten,

die nahe an deren Löslichkeitsgrenze gehandhabt werden,

hier dann auch mit Dreiecksschlitzen. Der Trogverteiler

mit Grundlöchern wird vorzugsweise eingesetzt bei Ab-

sorptionsprozessen mit mittlerer Gas- und Flüssigkeitsbe-

lastung und bei mittleren einstelligen Trennstufenzahlen.

Zu beachtenVerstopfungsgefahr bei geringen Berieselungsdichten.

Dieser Trogverteiler ist nur bis zu mittleren Gasbelastun-

gen einsetzbar.

Technische Daten

Anwendung


Bereich der Berieselungsdichten 12,5 bis 60 (120) m³/m²h

Standard Turndown 2,5 : 1


2,75 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeit mittel bis hoch

FLÜSSIGKEITSVERTEILER TDP 400Trogverteiler mit Grundlöchern, 2-stufig

[ 29 ]

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INHALT

H1

H2

H3

Technische Daten

Funktionen

Verteilerprinzip2-stufiger Rinnenverteiler mit freiem Auslauf




Lage der TropfstellenAuslässe in den Rinnenböden der Endverteilerebene und der Vorverteilerebene


Rechteckig



OptionalMit speziell konturierten Turbulenzbrechern im Einspeisebereich

Technische Daten

Bauhöhen

H1 125 mm

H2 335 mm

H3 bis 725 mm


560 mm


480 mm







[ 30 ]

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INHALT

Vorteile• geringe Anfälligkeit bei Höhenlagenversatz

• Verschmutzungsunanfälligkeit

• exakt positionierbare Aufgabepositionen der Speisestellen

• hohe Gasbelastbarkeit



• geringe Betriebskosten



darüber aus einem oder mehreren Vorverteilertrögen.

Die Vorverteiler haben in den Seitenwänden Ablaufboh-

rungen. Die Flüssigkeit wird mittels Schwallschutzrohren

in die Feinverteilerebene abgeleitet. In den Seitenwänden

der unteren Tröge wird die Flüssigkeit über regelmäßige,

beiderseits angeordnete Ablaufbohrungen und dann über

Führungsrohre auf das Packungsbett aufgegeben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete sind Prozesse mit mäßig ver-

schmutzen Flüssigkeiten. Bei Flüssigkeiten nahe an der

Löslichkeitsgrenze kann der Verteiler optional zusätzlich

mit Not-Überlaufschlitzen versehen werden. Der Trogver-

teiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren wird

vorzugsweise eingesetzt bei Absorptionsprozessen mit

hohen Gasbelastungen und mittleren Flüssigkeitsbelas-

tungen bei mittleren bis hohen Trennstufenzahlen.

Zu beachtenDieser Flüssigkeitsverteiler verfügt über eine aufwändige

Konstruktion.

Technische Daten

Anwendung


Bereich der Berieselungsdichten 12,5 bis 50 (100) m³/m²h


(bei Mehrlochreihen: 10 : 1 )


3,60 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeit gering bis mittel

FLÜSSIGKEITSVERTEILER TDP 420Kastenrinnenverteiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren, 2-stufig

[ 31 ]

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INHALT

H1

H2

H3

Technische Daten

Funktionen

Verteilerprinzip2-stufiger Rinnenverteiler mit freiem Seitenwand-Auslauf




Lage der TropfstellenAuslässe in den Seitenwänden der Rinnen der Endverteilerebene und der Vorverteilerebene


Rechteckig (dreieckig)



OptionalMit speziell konturierter Überlaufschlitzform für besondere Lastverhältnisse

Technische Daten

Bauhöhen

H1 110 mm

H2 390 mm

H3 770 mm


560 mm


480 mm







[ 32 ]

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INHALT

Vorteile• Vervielfachung der Tropfstellen

Anwendungen mit geringen Berieselungsdichten ab

3 m³/m²h würden aufgrund der Mindest-Lochdurchmesser

entweder eine zu geringe Tropfstellendichte oder einen

unzureichenden Flüssigkeitsstand aufweisen.

• geringe Trogquerschnitte

So verbleibt ein großer freier Gasquerschnitt. Im Bereich

der Abtropfkante beträgt der freie Gasquerschnitt

annähernd 100 %.

• geringer gasseitiger Druckverlust

StandardausführungIn der Standardausführung besteht der Verteiler aus

einem Oberverteilertrog bzw. -trögen und mehreren

Feinverteilertrögen. Die Flüssigkeit wird mittels

Bohrungen in den Trogseitenwänden gegen eine

Prallplate geführt. Dort fächert sie sich auf und gelangt

als Film an die Unterkante der Platte. Hier entsteht dann

eine Vielzahl von Abtropfstellen.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete sind Prozesse mit mittleren bis

hohen Trennstufenzahlen bei gleichzeitig geringen

Berieselungsdichten.

Zu beachtenDieser Flüssigkeitsverteiler stellt hohe Anforderungen an

die genaue Ausrichtung in der Kolonne und die aufwän-

dige Konstruktion.

Technische Daten

Anwendung

Durchmesserbereich > 800 mm




3,90 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeit mittel

FLÜSSIGKEITSVERTEILER TDP 430Kastenrinnenverteiler mit Prallplatte, 2-stufig

[ 33 ]

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INHALT

H1

H2

H3

Technische Daten

Funktionen

Verteilerprinzip2-stufiger Rinnenverteiler mit seitlichem Ablauf und Abtropfkante hinter einer Prallplatte


160 Tropfstellen / m2


Lage der Tropfstellen

Auslässe in den Böden der Vorverteilerebene und in den Seitenwänden der Rinnen der Endverteilerebene


Linienverteilung



Optional –

Technische Daten

Bauhöhen

H1 15 mm

H2 bis 500 mm

H3 bis 880 mm


780 mm


580 mm

Höhenschnitt






Draufsicht

[ 34 ]

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INHALT

Vorteile• geringer gasseitiger Druckverlust

• geringe Anfälligkeit gegen Höhenlagenversatz

• geringe Bauhöhe

• geringe Neigung zu Ablagerungen

• niedrige Bauteil- und Montagekosten


einem Hauptrohr, das über einen innen liegenden

angeflanschten Stutzen von einer Seite gespeist wird.

In einem Raster von ca. 330 mm sind auf beiden Seiten

angeflanschte Seitenrohre angebracht. Auf der Unterseite

der Seitenrohre und des Hauptrohres befinden sich

Bohrungen, die in einem festgelegten Abstand auf dem

Packungsbett ein gleichmäßiges Auftreffmuster ergeben.

Zur Steigerung der Verteilqualität erhält der Verteiler den Zu-

lauf zentral und senkrecht bzw. unter 45° Neigung von oben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete finden sich in der Gasbefeuch-

tung, der Gaskühlung, bei Absorptionsprozessen mit gerin-

ger bis mittlerer Trennstufenzahl und bei der Desorption.

Der Rohrverteiler wird vorzugsweise eingesetzt bei Absorp-

tionsprozessen mit mittlerer bis hoher Gasbelastung.

Zu beachtenEs können Erosion der Austrittsöffnungen bei schleißen-

den Suspensionen und höherer flüssigkeitsseitiger Druck-

verlust auftreten. Ein fixer Abstand zum Packungsbett ist

erforderlich.

Technische Daten

Anwendung





3,90 Pa0,5


FLÜSSIGKEITSVERTEILER LDP 200Geschlossener Rohrverteiler mit zentralem Zulauf

[ 35 ]

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INHALT

* kann bei großen NW auch größer sein

H1H2

H3

Technische Daten

Funktionen

VerteilerprinzipRohr-Druckverteiler mit ausgerichtetem Auslauf




Lage der TropfstellenAuslässe im unteren Bereich der Rohre


Rechteckig

Art der BefestigungAufliegend, endseitige Rohre an bauseitigen Auflagen befestigt

ZulaufZentraler Zulauf, innen angeflanscht (bis DN 400)

OptionalMit speziell konturierter Überlauf-schlitzform für besondere Last-verhältnisse

Technische Daten

Bauhöhen

H1 150 bis 250 mm

H2 200 bis 340 mm

H3bis 1.200 mm

(abhängig von der Flüssigkeitsbelastung)

Mindest-Einbringdurchmesser*

580 mm

Höhenschnitt






Draufsicht

[ 36 ]

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INHALT



• geringe Bauhöhe




einem Hauptrohr, das über einen innen liegenden

angeflanschten Stutzen von einer Seite gespeist wird.

In einem Raster von ca. 330 mm sind auf beiden Seiten

angeflanschte Seitenrohre angebracht. Auf der Unterseite

der Seitenrohre und des Hauptrohres befinden sich

Bohrungen, die in einem festgelegten Abstand auf dem

Packungsbett ein gleichmäßiges Auftreffmuster ergeben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete finden sich in der Gasbefeuch-

tung, der Gaskühlung, bei Absorptionsprozessen mit gerin-

ger bis mittlerer Trennstufenzahl und bei der Desorption.

Der Rohrverteiler wird vorzugsweise eingesetzt bei Absor-

ptionsprozessen mit mittlerer bis hoher Gasbelastung.

Zu beachtenEs können Erosion der Austrittsöffnungen bei schleißen-

den Suspensionen und höherer flüssigkeitsseitiger Druck-

verlust auftreten. Ein fixer Abstand zum Packungsbett ist

erforderlich.

Technische Daten

Anwendung





3,90 Pa0,5


FLÜSSIGKEITSVERTEILER LDP 220Geschlossener Rohrverteiler mit seitlichem Zulauf

[ 37 ]

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INHALT

H1 H2

* kann bei großen NW auch größer sein

Technische Daten

Funktionen

VerteilerprinzipRohr-Druckverteiler mit ausgerichtetem Auslauf




Lage der TropfstellenAuslässe im unteren Bereich der Rohre


Rechteckig

Art der BefestigungAufliegend, endseitige Rohre an bauseitigen Auflagen befestigt

ZulaufZentraler Zulauf, innen angeflanscht (bis DN 400)


Technische Daten

Bauhöhen

H1 150 bis 250 mm

H2 200 bis 340 mm


580 mm






HöhenschnittDraufsicht

[ 38 ]

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INHALT


• zusätzliche Wirkung auf den Stoff- und Wärmeaustausch

durch die erzeugte Tropfenoberfläche


• geringer Flüssigkeitsinhalt




einem Hauptrohr, das über einen innen liegenden ange-

flanschten Stutzen von einer Seite gespeist wird. In einem

Raster von ca. 600 mm sind auf beiden Seiten ange-

flanschte Seitenrohre angebracht. Auf der Unterseite der

Seitenrohre und des Hauptrohres befinden sich Muffen

mit angeschraubten Vollkegeldüsen, die in einem festge-

legten Abstand auf dem Packungsbett ein sich über-

lappendes Auftreffmuster ergeben.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete finden sich bei der Gasbefeuch-

tung, der Gaskühlung, bei unkritischen Absorptionspro-

zessen mit geringer Trennstufenzahl und/oder bei gleich-

zeitiger Anwesenheit von Partikeln. Nicht empfohlen bei

Desorbern.

Zu beachtenZu beachten sind die Verstopfungsanfälligkeit der Düsen-

öffnung, hoher flüssigkeitsseitiger Druckverlust, äußerst

ungleichförmige Berieselungsdichten, geringe Betriebs-

sicherheit wegen unkontrolliertem Zusetzen einzelner

Düsen, limitierte Gasbelastung wegen Tropfenmitriss,

begrenzter Lastbereich, hoher Impulseintrag auf das

Packungsbett und hohe Betriebskosten.

Technische Daten

Anwendung


Bereich der Berieselungsdichten 3 bis 180 m³/m²h



3,25 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeithoch bei geringen

Berieselungsdichten

FLÜSSIGKEITSVERTEILER NDP 310Sprühdüsenverteiler

[ 39 ]

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INHALT

H1

H2

Technische Daten

Funktionen

VerteilerprinzipVollkegel oder Spiraldüse mit einem Sprühwinkel zwischen 90° und 120°,0,7 bar bis 1,5 bar Vordruck


0,5 bis 2 Tropfstellen / m2

Freier Gasquerschnitt Größer 90 %


Kreissymetrisch oder dreiecksförmig

Art der BefestigungAuf Trägern aufliegend oder abgehängt, mit Schellen befestigt

Zulauf Innen liegender radialer Stutzen

Optional –

Technische Daten

Bauhöhen

H1 300 bis 600 mm

H2 550 bis 850 mm


480 mm







[ 40 ]

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INHALT

Vorteile• geringe Anfälligkeit gegen Höhenlagenversatz

• geringe Verschmutzungsanfälligkeit

• exakt positionierbare Aufgabepositionen der Speisestellen

• hohe Gasbelastbarkeit



• geringe Betriebskosten


einem runden Topf, der im mittleren Bereich große

Gaskamine aufweist. In allen Seitenwänden sind

Bohrungen angeordnet. Die Flüssigkeit wird über die

Ablaufbohrungen und dann über Führungsrohre auf das

Packungsbett aufgegeben. Durch die geometrische

Anordnung der Tropfstellen weist der Verteiler eine

besonders hohe Verteilgüte auf.

HauptanwendungsgebieteHauptanwendungsgebiete sind Prozesse mit mäßig ver-

schmutzten Flüssigkeiten. Bei Flüssigkeiten nahe an der

Löslichkeitsgrenze kann der Verteiler optional zusätzlich

mit Not-Überlaufschlitzen versehen werden. Der Topfver-

teiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren wird

vorzugsweise eingesetzt bei Absorptionsprozessen mit

hohen Gasbelastungen und mittleren Flüssigkeitsbelas-

tungen bei mittleren bis hohen Trennstufenzahlen.

Zu beachtenNötig sind eine aufwändige Konstruktion und die

Montage über einen Apparateflansch von oben.

Technische Daten

Anwendung


Bereich der Berieselungsdichten 12,5 bis 80 m³/m²h


(bei Mehrlochreihen: 10 : 1)


3,25 Pa0,5

Verschmutzungsanfälligkeit gering bis mittel

FLÜSSIGKEITSVERTEILER PDP 350 Topfverteiler mit Führungsrohren, 1-stufigKastenrinnenverteiler mit Seitenwandbohrungen und Führungsrohren, 2-stufig

[ 41 ]

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INHALT

H1

H2

H3

Technische Daten

Funktionen

Verteilerprinzip1-stufiger Topfverteiler mit geführtem seitlichen Ablauf




Lage der TropfstellenAuslässe in den Seitenwänden der Einfassungen, innen und außen. Vornehmlich symmetrisch.


Individuell optimiert

Art der Befestigung Auf bauseitigen Sockeln aufliegend



Technische Daten

Bauhöhen

H1 100 bis 150 mm

H2 380 bis 430 mm

H3 bis 475 mm


Kolonnendurchmesser







[ 42 ]

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INHALT

3.1 Ein- und AuslassstutzenFalsche Querschnitte, unkorrekte Orientierungen und nicht passende vertikale Abstände

der Stutzen zum Packungsbett bzw. zu weiteren Einbauten sind häufig die Ursache für

Leistungsminderungen oder Fehlfunktionen der Anwendung. Vor allem ist hier der Gas-

einlaßstutzen zu nennen.

3.1.1 GaseinlassstutzenEine optimale Trennwirkung setzt auch eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung

der Gasströmung über den Kolonnenquerschnitt voraus. Lage und Abmessung des

Gaseinlassstutzens beeinflussen die Gasströmung erheblich und müssen deshalb

sorgfältig bestimmt werden.

Ist das Verhältnis von kinetischer Energie im Einritt zum spezifischen Druckverlust der

Packung zu groß, ist mit einer gasseitigen Bypass-Strömung zu rechnen. Der Gasstrom

prallt gegen die gegenüberliegende Kolonnenwandung und strömt dann nach der

Umlenkung mit weit überdurchschnittlicher Geschwindigkeit in diesem lokalen Bereich

in das Packungsbett. Diese Gefahr besteht vor allem bei kleinen und mittleren Kolonnen

mit hohem Eintrittsimpuls.

3. Kolonnendimensionierung

Die OptimierungNachdem für die Trennaufgabe Packungstyp,Kolonnendurchmesser und Betthöhe festgelegtwurden, sind in der Regel Lage und Abmessungder Stutzen der Hauptstoffströme zu dimen-sionieren. Ziel ist es, ein annähernd pfropfen-förmiges Strömungsbild zu erzeugen. Daran anschließend sind bauseitige Träger, Tragringe, Befestigungen und Einbringöffnungen auszu-wählen.

[ 43 ]

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INHALT

Bei großen Kolonnenquerschnitten und geringer Gasbelastung bzw. geringer kinetischer

Energie im Gaseintrittsquerschnitt muss der Stutzenabstand zum Bett besonders beachtet

werden. Hier kann es zu einer Kurzschlussströmung kommen. Das Gas strömt dann

vornehmlich in der Nähe des Stutzens mit überdurchschnittlicher Geschwindigkeit in einem

lokalen Bereich in das Packungsbett.

Einige Auslegungsempfehlungen hierzu wurden von Moor und Rukovena [2] für

Schüttfüllkörper veröffentlicht, die sinngemäß auch für Packungen gelten. Hiernach

besteht keine Gefahr einer Gasungleichverteilung für Kolonnendurchmesser bis 6,0 m,

wenn der spezifische Druckverlust im Bett größer als 70 Pa/m ist, das Verhältnis der

kinetischen Energie im Gaseintritt zum speziellen Druckverlust den Wert von 24,53 nicht

übersteigt und ein Mindestabstand zwischen Stutzen und Betteintritt von 300 mm nicht

unterschritten wird. Bei einer größeren Verhältniszahl wird der Einsatz eines Gasverteilers

empfohlen. Bis zu einem Kolonnendurchmesser von 2,5 m kann er als gerades Rohr mit

Auslässen im unteren Querschnittsbereich gestaltet werden, bei einem Kolonnen-

durchmesser über 2,5 m als H-förmiges Rohr. Alternativ sind Gasverteilersysteme mit

Leitblechen einsetzbar. Deren geringerer Druckverlust bedingt jedoch höhere

Investitionskosten.

Im Sinne der Gas-Gleichverteilung ist es unter Umständen in Abstimmung mit der

Flutbelastung hilfreich, ein Tragrost mit nicht zu großem offenen Querschnitt

einzusetzen, um den Druckverlust im ersten Meter der Packung etwas anzuheben.

Weitere Spezifikationen, die eine gleichmäßige Anströmung ohne Gasverteiler gewähr-

leisten, begrenzen den Eintrittsimpuls, definiert als Produkt aus Gasdichte und dem

CFD-Studie Gaseinlass

[ 44 ]

Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit, auf 1 400 Pa bei einem Stutzenabstand von

mindestens dem 0,45-fachen des Behälterquerschnitts.

Unsere Empfehlung für den Mindest-Stutzenabstand, berechnet von der Mitte des

Stutzen bis zur Packung, ist der einfache Stutzendurchmesser plus 300 mm. Hierbei wird

ein Mindestdruckverlust im ersten Meter der Packung von 70 Pa angenommen. Unsere

Empfehlung für den maximalen spezifischen Eintrittsimpuls für innen bündige Eintritts-

stutzen ist 1 000 Pa.

Beim Unterschreiten des Abstands, dem Überschreiten des Eintrittsimpulses oder bei zu

geringem Druckverlust im Bett empfehlen wir, einen Gasverteiler zu verwenden. Wenden

Sie sich hierzu bitte an unsere Spezialisten.

3.1.2 GasauslassstutzenDie Dimensionierung des Gasaustrittsstutzens wird in der Regel durch den Tropfenab-

scheider als letztes Bauteil in einer Kolonne bestimmt. Hier ist durch den Abstand zum

Stutzen ebenfalls eine gleichmäßige Durchströmung sicherzustellen.

Für einen zentrischen Stutzen empfehlen wir einen Abstand von einem halben Kolonnen-

durchmesser abzüglich eines halben Stutzendurchmessers zuzüglich 100 mm, aber

mindestens 300 mm. Wenn die Druckverlustvorgaben es ermöglichen, kann der

maximale spezifische Impuls des Gasauslassstutzens bis zu 3 400 Pa betragen.

3.1.3 FlüssigkeitseinlassstutzenBei wässrigen Medien hat es sich als gängige Praxis erwiesen, eine Eintrittsgeschwindig-

keit von ca. 2,5 m/s für den Stutzen anzusetzen. Üblich ist es, ein innen angeflanschtes

Zulaufrohr zur Speisung des Verteilers zu verwenden. Die Aufgabe erfolgt dann in der

Regel von oben.

Bei einer Speisung im freien Zulauf wird eine möglichst turbulenzarme und gleichmäßige

Aufgabe angestrebt. Bei Verteilern mit einem Oberverteilerkasten wird ein T-förmiges

Speiserohr mit abgetauchten Schwallschutzrohren empfohlen, bei einem Verteilsystem

mit 2 Oberverteilern ein H-förmiges Speisesystem. Kleine Kolonnendurchmesser haben

meist eine zentrische Speisung. Es ist jedoch durch die Ausführung im Auslass sicher-

zustellen, dass die Austrittsgeschwindigkeit in den Bereich von unter 1,25 m/s gebracht

wird.

Zu großer Turbulenzeintrag in den Vorverteiler erzeugt stark schwankende Oberflächen,

die Mengenschwankungen, Überschwappen oder wegen Gaseintrags ein Überlaufen des

Verteilers hervorrufen.

Unsere Experten können Ihnen auf Wunsch ein komplettes Verteilsystem inklusive der

Speiserohrverteiler auslegen und anbieten.

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INHALT

[ 45 ]

3.1.4 FlüssigkeitsauslassstutzenAls grober Anhaltspunkt ist hier eine Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s anzusetzen

und für eine ausreichende Überdeckung zu sorgen. Es empfiehlt sich grundsätzlich,

einen Wirbelbrecher vorzusehen. Weitere Parameter wie Entgasungszeit, Notfall-

speichervolumen, etc. bestimmen das Design des Kolonnensumpfes und werden an

dieser Stelle nicht näher beschrieben. Wir verweisen auf die einschlägige Literatur.

3.2 Bauhöhen FlüssigkeitsverteilerDie Bauhöhen eines Flüssigkeitsverteilers werden durch mechanische und hydraulische

Anforderungen bestimmt bzw. durch den lichten Durchmesser der Einbringöffnung

begrenzt.

Die Standardbauhöhen sind den entsprechenden Datenblättern (siehe 2.6) zu

entnehmen. Ein Bettabstand und ein Abstand zum nachfolgenden Bauteil muss hinzu

addiert werden. Die aufsummierten Mindestabstände ergeben Werte im Bereich von

600 mm bis 1 200 mm. Bei großen Kolonnenquerschnitten werden größere Abstände

vorgesehen. Hier sind die Montierbarkeit und der Freiraum unterhalb der bauseitigen

Träger maßgebend. Abstände von 2 000 mm bis 2 400 mm zwischen dem Packungsbett

und dem Tropfenabscheider oder dem darüber liegenden Bett sind hier gängig.

3.3 Druckverluste FlüssigkeitsverteilerAlle Flüssigkeitsverteiler stellen für die Gasströmung ein Hindernis dar und erzeugen

einen Druckverlust. Dieser liegt je nach Gasbelastung und Typ meist im Bereich von

10 bis 100 Pa.

Der Druckverlust wird bestimmt durch stetige oder sprunghafte Einschnürung, gering-

fügig durch Reibung und durch die stetige oder sprunghafte Expansion hinter dem

Verteiler.

Die im folgenden Diagramm dargestellten Kurven zeigen die zu erwartende Größenord-

nung des Druckverlustes eines Verteilers. Bei Wiederverteilern mit Kaminabdeckungen ist

der Druckverlust größer. Für eine erste Dimensionierung empfehlen wir 1 mbar anzu-

setzen. Wenn die in den vorherigen Kapiteln genannten Konstruktions- und Abstands-

empfehlungen eingehalten werden, stellt der Verteiler nicht den hydraulischen Engpass

einer Gegenstromanwendung dar.

Eine besondere Betrachtung ist jedoch bei geringen Berieselungsdichten und hohen

Gasbelastungen anzustellen. Für Gravitationsverteiler mit Ablaufbohrungen mit geringem

freiem Gasquerschnitt stellt der Druckverlust über den Verteiler eine der Gravitation

entgegengesetzte Kraft dar. Ein Wasserstand von 25 mm bei geringster Flüssigkeitsbe-

lastung wird bei einem Druckverlust von 100 Pa in seiner treibenden Kraft um ca. 10 mm

verringert. Dies kann dazu führen, dass nicht alle Ablaufbohrungen anspringen und somit

eine gute Verteilung unter diesen Umständen nicht gewährleistet ist.

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INHALT

[ 46 ]

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INHALT

Bei der Auslegung des Verteilers muss die Mindeststauhöhe für diesen Fall um die

effektive zusätzliche Stauhöhe resultierend aus dem gasseitigen Druckverlust angehoben

werden. Der Flüssigkeitsverteiler stellt für die Gasströmung nicht nur einen Widerstand

dar, sondern führt auch hinter dem Verteiler zu einer gerichteten Gasströmung.

Nachgeschaltete Bauteile wie Tropfenabscheider sind besonders auf eine gleichmäßige

Anströmung angewiesen. Deshalb muss hinter einem Verteiler eine ausreichende Höhe

vorgesehen werden, damit sich eine gleichmäßige Strömung einstellen kann. Für Rohr-

und Düsenverteiler empfehlen wir einen Abstand von 2 Rohrdurchmessern des

Hauptrohres, aber mindestens 300 mm, frei zu lassen.

Bei Gravitationsverteilern sollte der Abstand zwischen dem Gasaustritt aus der unteren

Verteilebene und dem nachgeschalteten Bauteil mindesten dem 6-fachen der größten

lichten Kaminbreite entsprechen. Auch hier sollten mindestens 300 mm oberhalb des

Zulaufrohres frei bleiben.

Dru

ck

ve

rlu

st [

Pa

]

Gasbelastungsfaktor Leerrohr, Fv [Pa˄0,5]

Druckverlust von Flüssigkeitsverteilernin Abhängigkeit des Gasbelastungsfaktors im Leerrohr und des freien Querschnitts (ohne Kaminabdeckungen; nicht Kaminbodenverteiler)

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INHALT

3.4 Qellen[1] DVS Richtlinie 2205-1

[2] F.Moore, F.Rukovena, „Flüssigkeits- und Gasverteilung in handelsüblichen

Füllkörperkolonnen“, cav 1987, Mai, S.33 – 41

[3] M.Hansen, „Über das Auslaufproblem“, VDI Forschungsheft 428, 1949/50

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