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Vertiefung: Auslegung einer Packungskolonne

HETP-Wert

Packungskolonnen werden in der Regel nach dem "Konzept der Übertragungseinheit" ausgelegt. Für die Auslegung werden neben der Art des Füllkörpers vor allem die Anzahl der theoretischen Trennstufen (NTU) sowie die Höhe einer theoretischen Trennstufe (HTU) benötigt. Vor allem die Berechnung der Höhe einer theoretischen Trennstufe ist problematisch, da die Stoffübergangskoeffizienten sowie die spezifische Phasengrenzfläche nur schwer abzuschätzen sind und auch stark von den Betriebsbedingungen abhängen. Stattdessen wird hier häufig auf den HETP-Wert (high equivalent to one theoretical plate) zurückgegriffen. Dieses ist ein direkt von den Packungsherstellern angegebener Wert, mit dessen Hilfe sich die Höhe der Packung direkt berechnen lässt.

Druckverlust und F-Faktor

Eine weitere wichtige Größe für die Berechnung einer Packungskolonne ist der Druckverlust, der mit steigender Dampfbelastung zunimmt. Eine charakteristische Größe ist hierbei der F-Faktor (Produkt aus Dampf-Leerrohr-Geschwindigkeit und Wurzel der Dampfdichte). Der Druckverlust steigt etwa proportional zu F2 während die Flüssigkeitsbelastung in der Kolonne (Hold-up) bei geringer Dampfbelastung kaum ansteigt.

Bei weiterer Steigerung der Dampfbelastung (höherer F-Faktor) kommt es ab einem charakteristischen Wert zu einem Flüssigkeitsstau in der Packung (Staugrenze). Oberhalb der Staugrenze ist aufgrund des erhöhten Flüssigkeitsinhalts in der Kolonne eine rasche Steigerung des Druckverlustes mit der Dampfbelastung zu beobachten. Bei noch weiterer Steigerung der Dampfbelastung kommt es schließlich zu einem Fluten der Kolonne mit einem noch schnelleren Anstieg des Druckverlustes. Der aufsteigende Dampf hindert nun die Flüssigkeit vollständig am Abfließen, womit ein intensiver Stoffaustausch nicht mehr gewährleistet ist.

In der Praxis arbeitet man in einem Bereich zwischen Stau- und Flutpunkt, da in diesem Bereich die Turbulenzen an den Grenzflächen am größten sind und es damit zu einem sehr intensiven Stoffaustausch und verbesserter Trennleistung kommt.