Kriterien für eine effiziente Auslegung

Tropfenabscheider sind Flüssigkeits- oder Aerosolabscheider für die vielfältigsten Einsatzbereiche. Hier einige Beispiele:

Die verschiedenen Einsatzgebiete stellen spezifische Anforderungen an die Form und Leistung der Tropfenabscheider. Daher sind sie individuell und gemäß anwendungsbezogenen Spezifikationen auszulegen, um hohe Abscheidegrade bei geringen Druckverlusten zu realisieren. Zudem sind die Abscheider mit und ohne Gehäuse erhältlich.

Die Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom mit einem Drahtgestrick-Tropfenabscheider beruht auf der Trägheit der Masse. Im Gegensatz zur Gasphase sind die Tropfen aufgrund ihrer größeren Dichte nicht in der Lage, einem Hindernis, in diesem Fall dem Draht des Gestrickes, auszuweichen. So prallen die einzelnen Tröpfchen auf den Draht und bilden einen Flüssigkeitsfilm, an dem sich weitere Tropfen ansammeln und schließlich zu einem großen Tropfen koaleszieren. Bedingt durch die Schwerkraft fällt dieser nach unten und ist damit aus der Gasphase entfernt. So lassen sich bei geringem Druckverlust Abscheidegrade bis zu 99,9 % erzielen.

Der Abscheidegrad ist im Zusammenhang mit dem Grenztropfendurchmesser zu betrachten. Der Grenztropfendurchmesser beschreibt den größten Anteil der in der Gasphase vorhandenen Tropfen. Die Verteilung der Tropfengröße ähnelt der gaußschen Verteilungsfunktion für die Standardabweichung. Tropfen 10 µm werden als Sprüh bezeichnet, Tropfen 10 µm als Nebel oder Aerosol. Das Haupteinsatz-gebiet von Drahtgestrick-Tropfenabscheidern liegt bei Tropfengrößen zwischen 10 und 30 µm, jedoch lassen sich je nach Anwendung auch Tropfen 10 µm abscheiden.

Wichtige Einflussfaktoren für eine effiziente Abscheidung sind die Dichte und die Viskosität der Fluide. Die Viskosität wirkt sich indirekt auf die Leistung aus, indem sie neben dem Entstehungsprozess maßgeblich an der Tropfengröße beteiligt ist. Zudem ist die Abscheidung umso leichter zu realisieren, je größer der Dichteunterschied zwischen der Gas- und der Flüssigphase ist. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Strömungsgeschwindigkeit. Ist sie zu gering, findet keine effiziente Abscheidung statt, da die Tröpfchen der Gasphase um die einzelnen Drähte des Gestrickes herum folgen. Steigt sie, nimmt auch die Abscheideleistung bis zum sogenannten Flutpunkt zu. Dieser beschreibt die Geschwindigkeit, bei der die Tropfen nicht mehr nach unten fallen können und durch das Drahtgestrick gedrückt und vom Gasstrom mitgerissen werden. Zudem steigt der Druckverlust im Tropfenabscheider mit höherer Strömungsgeschwindigkeit.

Die oben beschriebenen Vorgänge nehmen zusammen Einfluss auf die Gestrick-Spezifikation und die Abmessungen des Gestrickes. Entscheidende Stellgrößen sind die Packungsdichte und der Drahtdurchmesser. Gestricke mit hoher Packungsdichte und geringem Drahtdurchmesser weisen eine hohe Abscheideleistung auf, besitzen jedoch einen geringen Flutpunkt. Die Anströmfläche eines Drahtgestrickes und der gegebene Volumenstrom führen über die Kontinuitätsgleichung zu einem optimalen Anströmquerschnitt und somit zu einer optimalen Strömungsgeschwindigkeit. So ergeben sich für jeden einzelnen Anwendungsfall die am besten geeignete Gestrick-Spezifikation und eine optimale Anström-fläche. Die Höhe des Gestrickes nimmt vergleichsweise geringen Einfluss auf die Abscheideleistung und den Druckverlust. Sie dient vielmehr zur Reserve, zum Beispiel wenn möglicherweise vorhandene Feststoffanteile nicht bekannt oder genau definiert sind. Je nach Prozess lassen sich diese Partikel im tropfenbeladenen Gasstrom nicht vermeiden, sodass sich das Gestrick zusetzen kann bis keine Abscheidung mehr stattfindet. Vorteil der Drahtgestricke ist in diesem Fall, dass sie durch einfache Demontage zum externen Reinigen getauscht werden können. Alternativ kann eine interne Reinigung durch vorgeschaltete Sprühdüsen vorgesehen werden.

Die Drahtgestricke werden üblicherweise in runden und quadratischen Ausführungen gefertigt. Runde Gestricke können bis zu einem Querschnitt von ca. 600 mm gewickelt werden, bei größeren Abmessungen werden sie in einzelnen, gut handhabbaren Segmenten ausgeführt. Auch quadratische bzw. rechteckige Ausführungen werden häufig eingesetzt (Lagengestricke). Beide Ausführungen können unabhängig von ihrer Größe mit einem Rost versehen werden, um die Montage im Behälter zu realisieren. Eine attraktive Lösung stellen Tropfenabscheiderkassetten dar. Diese rechteckigen oder quadratischen Lagengestricke werden in einem U-Profilrahmen mit Stützgitter zusammengehalten und sind einfach zu montieren bzw. demontieren.

Aufgrund des hohen freien Volumens im Drahtgestrick ist dieses in der Regel unempfindlich gegen Verschmutzungen. Am Draht anhaftende Feststoffpartikel werden mit der abzuscheidenden Flüssigkeit ausgewaschen. Sollte die Flüssigkeitsbeladung im Gasstrom jedoch zu gering und die Feststoffbeladung zu hoch sein, empfiehlt es sich, vor dem Drahtgestrick einen Wäscher zu installieren, der für eine zusätzliche Flüssigkeitsbeladung sorgt. Hierdurch wir der selbstreinigende Effekt ermöglicht. Sollte eine Reinigung innerhalb des Behälters nicht möglich sein, lassen sich die Gestricke demontieren und je nach Werkstoff und Art der Verschmutzung extern reinigen.

Jeder Tropfenabscheider wird bei Striko speziell für den Prozess des Anwenders ausgelegt. Nach der Angabe der essenziellen Auslegungsparameter wie Gas- und Flüssigkeitsdichte sowie Volumenstrom wird eine grobe Vorauslegung definiert. Sollte die Grenztropfengröße nicht bekannt sein, kann diese aufgrund der Entstehungsgeschichte der Tropfen sowie langjähriger Erfahrung in der Verfahrenstechnik sehr genau angenommen werden. Damit lässt sich der ideale Durchmesser des Tropfenabscheiders errechnen. Sollte dieser nicht realisierbar sein, da der Abscheider beispielsweise in eine bereits vorhandene Rohrleitung/Behälter eingebaut werden soll, kann mit einer geschickten Auswahl der Gestrick-Spezifikation oder des Gestrick-Werkstoffes ein effizienter Abscheider ausgelegt werden. Gerne steht Striko auch mit konstruktiven Vorschlägen zur Seite, um den Einbau in vorhandene Anlagen umzusetzen oder entwickelt die Komplettlösung mit Gehäuse nach allen geltenden Richtlinien und detaillierten Kundenvorgaben.

Beim Auskochen von Knochenfett fällt in der Abluft Wasser und Fett an, das aus der Abluft abgeschieden werden muss. Gemäß den Vorgaben des Anwenders projektierte Striko einen Tropfenabscheider als Komplettlösung mit Gehäuse. Hier die wichtigsten Prozessparameter:

Der Tropfenabscheider wird vertikal durchströmt. Er verfügt über einen separaten Ablauf für Flüssigkeit und ein Schauglas im Ablauf. Für eine effiziente Abscheidung bei den gegebenen Parametern ergibt sich ein Durchmesser von idealerweise 1300 mm. Um eine kostenoptimierte Lösung zu realisieren, wurde der Durchmesser auf 1244 mm reduziert, sodass ein Standardrohr Verwendung finden kann. Damit ergibt sich eine Abscheideleistung von 99,74 % für Tropfen ≥10 µm bei einem Druckverlust von 2,74 mbar.

Das Gehäuse wurde, um den Anschluss an das vorhandene, kundenseitige Rohrende zu gewährleisten, mit gewalzten Konen von Ø500 x 3 mm auf das Hauptgehäuse mit einem Durchmesser von 1250 x 3 mm erweitert. Auf Wunsch des Kunden wurde eine Flanschverbindung mit Anschweißstutzen und EPDM-Dichtung integriert, um den Einbau in die Anlage zu erleichtern. Weiter ist der Behälter mit Tragpratzen ausgestattet, um die Rohrleitung nicht übermäßig durch das Eigengewicht des Gehäuses zu belasten. Da das Gehäuse nicht der DGRL unterliegt, konnten Flansche nach DIN EN 12220 verwendet werden, was sich finanziell deutlich bemerkbar macht.

Die zentral im Gehäuse angeordneten Konen stellen mit dem unten in das Gehäuse hineinragenden Rohrschluss den separaten Ablauf der Flüssigphase sicher. Die in der Mitte des Gehäuses verbauten Formbleche (Konen) erfüllen zwei Aufgaben. Das untere sorgt für einen homogenen Verlauf der Gasströmung, um das Drahtgestrick möglichst gleichmäßig anzuströmen. Das obere dient als Ablaufblech, damit die abgeschiedene Flüssigkeit nicht zurück in der Eintrittsstutzen tropfen kann. Zudem ist der Durchmesser der beiden Teile unterschiedlich groß, um eine Abtropfkante zu bilden.

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Projektmanager Separation,Striko Verfahrenstechnik W. Strikfeldt Koch