Verfahrenstechnik: Einbauten von Rektifikationskolonnen
(NL/1212573542) Verfahrenstechnische Apparate enthalten innere Teile als Einbauten für zahlreiche Zwecke. Insbesondre trennen Kolonnen als schlanke Zylinder zahlreiche Stoffgemische. Hierzu kommen mechanische wie thermische und chemische Prozesse zum Einsatz. Einbauten unterstützen diese Vorgänge bzw. erhalten dazu sichere Betriebsbedingungen.
Rektifikationskolonnen etwa realisieren thermische Trennungen von Gemischen. Dazu enthalten sie beispielsweise Füllkörper als unstrukturierte Packungen oder aber strukturierte Packungen als deren Fortentwicklung. Beide Packungstypen unterstützen den Stoff- und Energietausch zwischen Phasen. Dazu strebt ihr Design nach optimalen Tauschraten bei minimalen Strömungswiderständen gegen die Phasen. Allgemein fördern Einbauten von Rektifikationskolonnen Austauschprozesse bzw. vermeiden Rückvermischungen. Füllkörper etwa vergrößern Wirkungsoberflächen physikalischer Prozesse zur Durchsatzsteigerung.
Rektifikationskolonnen nutzen physikalische Eigenschaften zweier Phasen eines zu trennenden Gemischs. Dazu bringen jene Kolonnen diese Phasen im Gegenstrom in Kontakt und dirigieren den dabei auftretenden Stoff- und Energieaustausch zur Trennung des Gemischs.
Speziell die chemische Industrie nutzt Rektifikationskolonnen, die insbesondre als Füllkörperkolonnen Tausende jener Körper als Einbauten enthalten (z.B. Kolonneneinbauten aus Kunststoff). Diese liegen in losen Schichten auf Tragrosten im mittleren Höhenbereich.
Gemischdampf tritt seitlich am Kolonnenfuß ein und strömt aufwärts. Dabei durchströmt diese Gasphase die Füllkörper, an denen im eingeschwungenen Verfahren sowohl der Stoff- als auch Wärmetausch der Phasen geschehen. Die Geometrien der Körper verwirbeln Gas- und Flüssigkeitsphasen dazu besonders effizient. Gemischdampf tritt am Kolonnenkopf aus, wo ihn ein Kondensator verdichtet. Der flüssige Kopfrücklauf regnet dann vom Kopf in die Kolonne und erzeugt den Gegenstrom zum aufsteigenden Dampf.
Hohe Trennleistung erfordert dabei gleichmäßige Verteilungen der Gas- und Flüssigphasen im gesamten Kolonnenvolumen. Dort erfährt jene Homogenität jedoch Störungen durch mechanische Kräfte, die im Gegenstrom auftreten. Daher sammeln Flüssigkeitsverteiler nach gewissen Höhendistanzen die Flüssigphase und verteilen diese gleichmäßig. Dies eliminiert auch heterogene Verteilungen der Gasphase.
Füllkörper ruhen im Idealfall in homogener Schüttdichte auf den perforierten Zwischenböden. Sonst entstehen leicht Gemischbäche, was Trennleistungen spürbar reduziert. Auch Bereiche gleicher Ausrichtung von Füllkörpern provozieren jene Rinnsale.
Mit gleicher Konsequenz lassen sich ungeeignete Füllkörper von strömenden Medien zum Kolonnenrand bewegen. Günstige Geometrien von Füllkörpern und deren sachgerechtes Einbringen in Kolonnen verhindern diese Störung jedoch zuverlässig.
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