WO2025078232A1 - Discontinuously operated desublimer having at least one perforated plate - Google Patents
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- WO2025078232A1 WO2025078232A1 PCT/EP2024/077681 EP2024077681W WO2025078232A1 WO 2025078232 A1 WO2025078232 A1 WO 2025078232A1 EP 2024077681 W EP2024077681 W EP 2024077681W WO 2025078232 A1 WO2025078232 A1 WO 2025078232A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D7/00—Sublimation
- B01D7/02—Crystallisation directly from the vapour phase
Definitions
- the desublimator comprises a gas inlet distribution chamber located between the inlet and the desublimation zone and a gas outlet chamber located between the outlet and the desublimation zone.
- DE102015101398 A1 discloses a discontinuously operated desublimator of cylindrical design for removing a gas component to be desublimated from a gas flow.
- the desublimator comprises a housing containing an inner fluid line and fins as flow channel walls, which are arranged on an inner side of the housing wall and are directed inward.
- the fins can also be cooled by a coolant flowing through the inner fluid line or heated by a heating medium flowing through the inner fluid line.
- the desublimators have an internal volume of, for example, more than 1 m3 , the heat transfer from the inner fluid line to the fin locations further away from the fluid line is generally too low, resulting in a temperature gradient within the fins, which leads to different desublimation rates during the loading process.
- the flow channels can all have the same channel diameter by equidistantly spacing the fins of the finned tube(s). Preferably, however, the flow channels have different channel diameters by spaced apart the fins of the finned tube(s).
- the channel diameter is larger at the inlet of the respective flow channel than at the outlet of the respective flow channel.
- the at least one gas component to be desublimated desublimates more uniformly at the flow channel walls over the length of the respective flow channel.
- the tube shape of the finned tube(s) can be circular, oval, or angular.
- the inlet area of the desublimation zone is defined by the fictitious separation area between the gas inlet distribution space and the desublimation zone, whereby the surfaces of the respective flow channel walls located in the separation area are also assigned to the inlet area of the desublimation zone for simplification.
- the ratio between the inlet area of the desublimation zone and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone should preferably be greater than 5 [m 2 /m], whereby to calculate the ratio the inlet area is measured in square meters [m 2 ] and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone is measured in meters [m].
- the flow channel walls of the desublimation zone are correspondingly temperature-controlled by the heat transfer between the flow channel walls of the desublimation zone and the outer, flowable fluid line(s), whereby the heat transfer naturally also takes place through the housing wall in between.
- a coolant flows through the inner or outer fluid line(s) during the loading process, the walls of the flow channels are cooled due to the heat conduction between the flow channel walls and the fluid line(s), so that the at least one gas component to be desublimated can desublimate on the walls of the flow channels.
- a heating medium flows through the inner or outer fluid line(s) during the melting process, the walls of the flow channels are heated due to the heat conduction between the flow channel walls and the fluid line(s), so that the The gas component(s) desublimated on the walls of the flow channels can melt.
- a different or the same heat transfer oil such as Diphyl DT, can be used as the heating or cooling agent.
- the third process cycle represents an optional recooling process, in which the flow channel walls of the desublimation zone are cooled after the desublimated gas component(s) have been removed from the desublimator. Instead of the recooling process, the cooling of the flow channel walls can also take place at the beginning of the loading process.
- the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 2.0 * A m in to 1.0 * A max , preferably in the range from 2.0 * A m in to 0.5 * A max , and particularly preferably in the range from 3.0 * A min to 0.3 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone.
- the at least first perforated plate has a widthwise distance from the housing side walls of the desublimator in the range of 0 to 10 mm, preferably in the range of 0 to 1 mm.
- the number of holes in the at least first perforated plate is in the range from 100 to 15,000 per m 2 of perforated plate area, preferably in the range from 1,000 to 4,000 per m 2 of perforated plate area, and the holes preferably correspond to the pattern of an equilateral triangle.
- patterns other than an equilateral triangle are also conceivable, such as a general triangle, a quadrilateral or a polygon.
- the flow channel walls of the desublimation zone are heated to a temperature in the range from 150 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure to 1 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure. cooled.
- the at least one gas component to be desublimated in the gas mixture flow desublimates at least partially within the desublimator.
- the at least one gas component to be desublimated desublimates in the range of 10 to 100 wt. %, based on the at least one gas component of the gas mixture flow to be desublimated flowing in at the inlet.
- the at least one gas component to be desublimated desublimates in the range of 50 to 100 wt.
- the ranges specified above refer to the respective gas component to be desublimated.
- the pressure loss between the inlet and the outlet of the desublimator during the loading process is a maximum of 80 mbar, preferably a maximum of 40 mbar, particularly preferably a maximum of 20 mbar.
- Fig. 9 A perspective view of a sixth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
- Fig. 13 A perspective view of a ninth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
- a perforated plate 8 is arranged in the gas inlet distribution chamber 3 so that the gas mixture flows more evenly through the flow channels during the loading process.
- the largest possible area of the total area of all flow channel walls should be the desublimation zone 4 is flowed through by the gas mixture in such a way that the gas mixture flows from the gas inlet distribution chamber 3 in the direction of the gas outlet chamber 5.
- the equilateral triangle arrangement has the advantage of a small and more uniform distance between two holes in adjacent perforated plates.
- an additional outlet port 17 with a drain valve, which can be a sealed closure cap, for example.
- the drain valve is closed, preventing any gas mixture from flowing out of the additional outlet port 17.
- the drain valve is open, allowing the generated melt to flow out of the desublimator.
- this additional outlet port 17 is located at the lowest point in the gas outlet chamber, allowing the melt to flow to the additional outlet port 17 by gravity.
- Fig. 2 shows a cross section of the first exemplary embodiment of a desublimator 1 according to the invention according to Fig. 1, wherein the desublimator 1 has a height H and a width B.
- the zy coordinate system is shown at the bottom left of Fig. 2.
- the housing wall 7, the gas inlet distribution chamber 3, the desublimation zone 4, the perforated plate 8 with its distance A T to the desublimation zone 4, the maximum distance Amax, the defined by the distance between the inlet surface 9 and the desublimation zone 4, the gas outlet space 5, the outlet surface 12 and the inlet surface 9 with a diameter D are shown.
- the perforated plate 8 according to the invention is located directly on the uppermost surface of the desublimation zone.
- the distance ⁇ T between the perforated plate 8 and the desublimation zone is thus 0 mm.
- the velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone 4 are shown in black if the magnitude of the velocity is greater than or equal to 10 m/s.
- the velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone 4 are shown in white if the magnitude of the velocity is greater than 0 m/s.
- a comparison of Figures 6 and 8 shows that, in a desublimator 1 according to the invention, the gas mixture flows through a larger area of the desublimation zone 4 in the direction of the gas outlet chamber 5.
- the pressure loss caused by the perforated plate 8 is less than 10 Pa.
- the pressure loss between the inlet 2 and the outlet 6 of the desublimator 1 is 3.3 mbar.
- desublimation at the flow channel walls of the desublimation zone 4 predominantly takes place in an area located on the opposite side of the inlet surface 9. As the loading process progresses, the location of desublimation shifts toward the inlet surface 9.
- the perforated plate 8 achieves its effect of better uniform distribution through the flow channels of the desublimation zone 4 with different material properties of the gas mixture flow or with different mass flows of the gas mixture flow.
- the inflow area is 17.04 m2 from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5.
- the pressure drop is 4.39 mbar across the desublimator and the maximum velocity is 0.65 m/s.
- Fig. 14 shows a cross-section through the desublimator, with the holes of the perforated plate 8 aligned with the flow channel walls.
- the flow can barely spread between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4, thereby maintaining the jets emanating from the holes of the perforated plate 8 and flowing through the flow channel walls of the desublimation zone 4 with virtually no interference.
- Example 12
- Example 12 corresponds to Example 2, with the distance A T between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 now being 400 mm. Since the diameter D of the circular inlet surface 9 remains 0.79 m, this corresponds to 0.5 * D.
- Fig. 15 shows a cross-section through the desublimator.
- the flow can be well distributed between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4, whereby the jets originating from the holes in the perforated plate 8 become smaller with increasing distance from the perforated plate.
- the perforated plate 8 either lies directly on the desublimation zone 4 or is located at a close distance to the desublimation zone 4, the individual jets from the perforated plate 8 enter the flow channels of the desublimation zone 4 directly at an excessive speed.
- the average jet speed here is the ideal, homogeneous speed divided by the porosity. The lower the porosity, the greater the local velocity increase. At a porosity of 5%, this results in a factor of 20.
- These strong jets then, in turn, lead to backflow areas between the jets and poor flow distribution. Therefore, at low porosities, it is even preferable to have a large distance between the perforated plate and the desublimation zone. At 50% porosity, a short distance is usually sufficient. If the perforated plate is too close to the inlet surface 9 and also has a low porosity, the "jet pump effect" can also lead to a reversal of the flow direction through the perforated plate 8 in the area of the incoming jet.
- Example 2 Compared to Example 1, there is no perforated plate 8. All other features of the desublimator 1, as well as the process parameters for the loading process, remained the same. Here, too, a simulation was performed using the Fluent software.
- Velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in black if the velocity magnitude is greater than or equal to 10 m/s. Velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in white if the velocity magnitude is greater than 0 m/s. Values in the intermediate range are shown according to the scale shown in Fig. 6.
- Comparative Example 2 differs only in the material properties and the mass flow of the gas mixture. Here, too, a simulation was performed using the Fluent software.
- a gas mixture flow with a mass flow of 30 t/h, an absolute pressure of 1,086 bar, and a temperature of 178 °C is fed to the desublimator 1 through an inlet 2.
- the mass flow of the gas mixture flow contains PSA as the gas component to be desublimated at a concentration of 3 wt. %, whereby the gas mixture flow has a molar mass of 29.7 g/mol.
- the dynamic viscosity of the gas mixture flow is 2.26*10-5 Pa*s.
- the housing wall has a temperature of 178 °C.
- the calculation model has the following design:
- the distance between the flow channel walls is 11 mm, and the thickness of the flow channel walls is 1 mm.
- the aperture ratio which corresponds to the ratio between the flowable inlet area and the total inlet area, is 91.67% at both the inlet and outlet.
- Detailed simulation example 6 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 5 with elongated holes, each having a short and a long side.
- the short side of an elongated hole is 10 mm
- the long side of the elongated hole is 19.8 mm.
- the perforated plate 8 has a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern.
- the porosity of the perforated plate 8 is 15.7%.
- the perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm.
- the reference for the detailed simulation examples recorded in Table 1 is the perforated plate 8 according to detailed simulation example 3, with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm.
- the perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm.
- “dT mw , miet to outlet” corresponds to the difference between the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the inlet of desublimation zone 4 and the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the outlet of desublimation zone 4.
- the relative “dTmw, miet to outlet” values in Table 1 represent the ratio between the “dT mw , miet to outlet” value of the respective detailed simulation example and the “dT mw , miet to outlet” value of the detailed simulation example 3. The larger this value, the better it is for the desublimation process, since more heat of the gas mixture is transferred to the flow channel walls.
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Abstract
Description
Diskontinuierlich betriebener Desublimator mit zumindest einem Lochblech Discontinuously operated desublimator with at least one perforated plate
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft einen diskontinuierlich betriebenen Desublimator zum Entfernen von zumindest einer zu desublimierenden Gaskomponente aus einer Gasgemischströmung, der eine Gehäusewand, einen Einlass an der Gehäusewand zum Zuführen der Gasgemischströmung, einen Auslass an der Gehäusewand zum Abführen der behandelten Gasgemischströmung und eine Desublimationszone mit temperierbaren Strömungskanalwänden umfasst, wobei die Strömungskanalwände so temperierbar sind, dass während eines Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden des- ublimiert, und dass während eines anschließenden Schmelzprozess die zumindest eine im Beladungsprozess desublimierte Gaskomponente an den Strömungskanalwänden schmilzt. The invention relates to a discontinuously operated desublimator for removing at least one gas component to be desublimated from a gas mixture flow, which comprises a housing wall, an inlet on the housing wall for supplying the gas mixture flow, an outlet on the housing wall for discharging the treated gas mixture flow and a desublimation zone with temperature-controlled flow channel walls, wherein the flow channel walls are temperature-controlled such that during a loading process the at least one gas component to be desublimated desublimates on the flow channel walls, and that during a subsequent melting process the at least one gas component desublimated in the loading process melts on the flow channel walls.
Zudem umfasst der Desublimator einen Gaseingang-Verteilerraum, der sich zwischen dem Einlass und der Desublimationszone befindet, und einen Gasausgang-Raum, der sich zwischen dem Auslass und der Desublimationszone befindet. In addition, the desublimator comprises a gas inlet distribution chamber located between the inlet and the desublimation zone and a gas outlet chamber located between the outlet and the desublimation zone.
Bekannte diskontinuierlich betriebene Desublimatoren weisen in ihrem Inneren Strömungskanalwände auf, die in Form von Bündelungen aus Rippenrohren gegeben sein können. Rippenrohre zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Rohre von Rippen umgeben sind, wobei die Rippen durch ein durch die Rohre strömendes Fluid beheizt oder gekühlt werden können. So wird während des Beladungsprozess eine in einem Gas oder Gas-Dampf-Gemisch enthaltene zu desublimierende Gaskomponente gewonnen, indem die zu desublimierende Gaskomponente an den gekühlten Rippen desublimiert. In einem anschließenden Schmelzprozess wird die an den nun beheizten Wänden der Rippenrohre desublimierte Gaskomponente geschmolzen und aus dem Desublimator ausgeschleust. Anstatt der Rippenrohre können auch andere Ausführungsformen von Strömungskanalwänden, wie z.B. Lamellen oder Waben, im Desublimator angeordnet sein. Bei der Verwendung von Lamellen wird das Kühl- oder Heizmittel üblicherweise durch Fluidleitungen geführt, die in der Regel außenseitig der Gehäusewände angeordnet sind, sodass der Wärmeübergang im Wesentlichen zwischen den außenseitig angeordneten Fluidleitungen und der Gehäusewand und zwischen der Gehäusewand und den Lamellen erfolgt. Known discontinuously operated desublimators have flow channel walls inside them, which can be in the form of bundles of finned tubes. Finned tubes are characterized by the fact that their tubes are surrounded by fins, whereby the fins can be heated or cooled by a fluid flowing through the tubes. During the loading process, a gas component to be desublimated from a gas or gas-vapor mixture is extracted by desublimating the gas component to be desublimated on the cooled fins. In a subsequent melting process, the gas component desublimated on the now heated walls of the finned tubes is melted and discharged from the desublimator. Instead of finned tubes, other forms of flow channel walls, such as fins or honeycombs, can also be arranged in the desublimator. When using fins, the cooling or heating medium is usually guided through fluid lines that are usually arranged on the outside of the housing walls, so that the heat transfer takes place essentially between the externally arranged fluid lines and the housing wall and between the housing wall and the fins.
Bei solchen vorstehend beschriebenen Desublimatoren weist die Gasgemischströmung während des Beladungsprozess eine schlechte Gleichverteilung bezüglich der Durchströmung der Strömungskanäle auf, wodurch die zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden ungleichmäßig desublimiert. Dadurch nimmt der Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des Desublimators während des Beladungsprozess schneller zu und der Desublimator muss somit in kürzeren zeitlichen Abständen regeneriert werden, obwohl seine maxi- male Beladungskapazität noch nicht erreicht worden ist. Der Desublimator wird hierbei typischerweise durch den Schmelzprozess und durch einen optionalen, nachfolgenden Rückkühlprozess regeneriert. In the desublimators described above, the gas mixture flow during the loading process exhibits poor uniformity with respect to the flow through the flow channels, causing the gas component to be desublimated unevenly at the flow channel walls. As a result, the pressure loss between the inlet and outlet of the desublimator increases more rapidly during the loading process, and the desublimator must therefore be regenerated at shorter intervals, even though its maximum maximum loading capacity has not yet been reached. The desublimator is typically regenerated through the melting process and an optional subsequent recooling process.
In der DE3407104 A1 werden diskontinuierlich betriebene Desublimatoren zur Trennung von Produkten aus Gasgemischen offenbart, die in ihrem Inneren Lamellen als Strömungskanalwände aufweisen, die an den Gehäuseseitenwänden befestigt sind. Ein Kühl- oder Heizmittel wird durch Fluidleitungen geführt, die nur an den außenseitigen Gehäuseseitenwänden angeordnet sind. Der Wärmeübergang erfolgt beim Beheizen der Lamellen von den Fluidleitungen zu den Gehäuseseitenwänden und von den Gehäuseseitenwänden zu den Lamellen, wohingegen der Wärmeübergang beim Kühlen der Lamellen von den Lamellen zu den Gehäuseseitenwänden und von den Gehäuseseitenwänden zu den Fluidleitungen erfolgt. Diese Desublimatoren werden beispielsweise zur Produktion von Phthalsäureanhydrid (PSA) verwendet. DE3407104 A1 discloses discontinuously operated desublimators for separating products from gas mixtures. These desublimators have fins inside as flow channel walls, which are attached to the housing side walls. A cooling or heating medium is conducted through fluid lines arranged only on the outer housing side walls. Heat transfer occurs during heating of the fins from the fluid lines to the housing side walls and from the housing side walls to the fins, whereas heat transfer during cooling of the fins occurs from the fins to the housing side walls and from the housing side walls to the fluid lines. These desublimators are used, for example, in the production of phthalic anhydride (PSA).
Jedoch entstehen hierbei größere parasitäre Wärmeverluste an die Umgebung, da der Desublimator nur von außen beheizt oder gekühlt wird. Bei größeren Desublimatoren mit einem Innenvolumen von z.B. mehr als 1 m3 ist allerdings während des Betriebs des Desublimators der Wärmeübergang zwischen den Gehäuseseitenwänden und den von den Gehäuseseitenwänden weiter entfernten Lamellen in der Regel zu gering, sodass sich ein Temperaturgradient innerhalb der Lamellen während des Beladungsprozess einstellt, der zu unterschiedlichen Desub- limationsraten führt. Dadurch steigt der Druckverlust während des Beladungsprozess schneller an und der Desublimator muss somit in kürzeren zeitlichen Abständen regeneriert werden, obwohl seine maximale Beladungskapazität noch nicht erreicht worden ist. However, this results in greater parasitic heat losses to the environment, as the desublimator is only heated or cooled from the outside. However, in larger desublimators with an internal volume of, for example, more than 1 m³ , the heat transfer between the housing side walls and the fins further away from the housing side walls is generally too low during desublimator operation, resulting in a temperature gradient within the fins during the loading process, which leads to different desublimation rates. As a result, the pressure loss increases more rapidly during the loading process, and the desublimator must therefore be regenerated at shorter intervals, even though its maximum loading capacity has not yet been reached.
DE102015101398 A1 offenbart einen diskontinuierlich betriebenen Desublimator in zylindrischer Bauform zur Entfernung einer zu desublimierenden Gaskomponente aus einer Gasströmung. Der Desublimator umfasst ein eine innere Fluidleitung enthaltendes Gehäuse sowie Lamellen als Strömungskanalwände, die an einer Innenseite der Gehäusewand angeordnet und nach innen gerichtet sind. Die Lamellen sind hierbei auch durch ein die innere Fluidleitung durchströmendes Kühlmittel kühlbar oder durch ein die innere Fluidleitung durchströmendes Heizmittel beheizbar. Wenn solche Desublimatoren jedoch ein Innenvolumen von z.B. mehr als 1 m3 aufweisen, dann ist der Wärmeübergang von der inneren Fluidleitung zu den von der Fluidleitung weiter entfernten Orten der Lamellen in der Regel zu gering, sodass sich ein Temperaturgradient innerhalb der Lamellen einstellt, der währen des Beladungsprozess zu unterschiedlichen Desublimationsraten führt. Bei einer längeren Bauweise solcher Desublimatoren ergibt sich der Nachteil, dass die Desublimation besonders an den Orten der Lamellen stattfindet, die sich in der Nähe des Einlass der Gasgemischströmung befinden. Dadurch können die Lamellen im Einlassbereich rasch verstopfen, auch wenn noch keine Desublimation an allen Wandober- flächen der Lamellen stattgefunden haben sollte. Durch die vorstehend beschriebenen Nachteile steigt der Druckverlust während des Beladungsprozess schneller an und der Desublimator muss somit in kürzeren zeitlichen Abständen regeneriert werden, obwohl seine maximale Beladungskapazität noch nicht erreicht worden ist. DE102015101398 A1 discloses a discontinuously operated desublimator of cylindrical design for removing a gas component to be desublimated from a gas flow. The desublimator comprises a housing containing an inner fluid line and fins as flow channel walls, which are arranged on an inner side of the housing wall and are directed inward. The fins can also be cooled by a coolant flowing through the inner fluid line or heated by a heating medium flowing through the inner fluid line. However, if such desublimators have an internal volume of, for example, more than 1 m³ , the heat transfer from the inner fluid line to the fin locations further away from the fluid line is generally too low, resulting in a temperature gradient within the fins, which leads to different desublimation rates during the loading process. The disadvantage of such desublimators is that desublimation occurs particularly at the fin locations near the inlet of the gas mixture flow. This can quickly clog the fins in the inlet area, even if desublimation has not yet occurred on all wall surfaces. surfaces of the fins. Due to the disadvantages described above, the pressure loss increases more rapidly during the loading process, and the desublimator must therefore be regenerated at shorter intervals, even though its maximum loading capacity has not yet been reached.
Es stellte sich daher die Aufgabe, einen Desublimator bereitzustellen, der während seines Beladungsprozess eine möglichst gleichverteilte Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone erzielt. Eine weitere Aufgabe war es, dass während des Beladungsprozess des Desublimators der Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des Desubli- mators möglichst langsam ansteigt und so der Desublimator in längeren zeitlichen Abständen regeneriert werden kann. Ferner war es die Aufgabe einen Desublimator bereitzustellen, der eine größere Beladungskapazität für desublimierende Gaskomponenten bei einem vorgegebenen maximalen Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des Desublimators oder bei einer vorgegebenen maximalen Beladungszeit für den Beladungsprozess aufweist. The task was therefore to provide a desublimator that achieves the most evenly distributed gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone during its loading process. A further task was to ensure that the pressure loss between the desublimator inlet and outlet increases as slowly as possible during the desublimator loading process, thus allowing the desublimator to be regenerated at longer intervals. Furthermore, the task was to provide a desublimator that has a larger loading capacity for desublimating gas components at a given maximum pressure loss between the desublimator inlet and outlet or at a given maximum loading time for the loading process.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen diskontinuierlich betriebenen Desublimator nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben des Desublimators nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Desublimators sind in den Ansprüchen 2 bis 12 gegeben, wohingegen vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben des Desublimators in den Ansprüchen 14 und 15 gegeben sind. These objects are achieved according to the present invention by a discontinuously operated desublimator according to claim 1 and by a method for operating the desublimator according to claim 13. Advantageous embodiments of the desublimator are given in claims 2 to 12, whereas advantageous embodiments of the method for operating the desublimator are given in claims 14 and 15.
Der erfindungsgemäße diskontinuierlich betriebene Desublimator zum Entfernen von zumindest einer zu desublimierenden Gaskomponente aus einer Gasgemischströmung umfasst eine Gehäusewand, einen Einlass an der Gehäusewand zum Zuführen der Gasgemischströmung in den Desublimator, einen Auslass an der Gehäusewand zum Abführen der behandelten Gasgemischströmung aus dem Desublimator, eine Desublimationszone mit temperierbaren Strömungskanalwänden, wobei die Strömungskanalwände so temperierbar sind, dass während eines Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden desublimiert, und dass während eines anschließenden Schmelzprozess die zumindest eine im Beladungsprozess desublimierte Gaskomponente an den Strömungskanalwänden schmilzt, ein Gaseingang-Verteilerraum, der sich zwischen dem Einlass und der Desublimationszone befindet, und ein Gasausgang-Raum, der sich zwischen dem Auslass und der Desublimationszone befindet. The discontinuously operated desublimator according to the invention for removing at least one gas component to be desublimated from a gas mixture flow comprises a housing wall, an inlet on the housing wall for feeding the gas mixture flow into the desublimator, an outlet on the housing wall for discharging the treated gas mixture flow from the desublimator, a desublimation zone with temperature-controlled flow channel walls, wherein the flow channel walls are temperature-controlled such that during a loading process the at least one gas component to be desublimated desublimates on the flow channel walls, and that during a subsequent melting process the at least one gas component desublimated in the loading process melts on the flow channel walls, a gas inlet distribution space located between the inlet and the desublimation zone, and a gas outlet space located between the outlet and the desublimation zone.
Erfindungsgemäß ist zumindest ein erstes Lochblech im Gaseingang-Verteilerraum zur Gleichverteilung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle, die sich durch die Strömungskanalwände der Desublimationszone ergeben, angeordnet, dessen geometrischer Schwerpunkt einen Abstand AT zur Desublimationszone im Bereich von 0 bis Amax, bevorzugt im Bereich von 0 bis 0,5 * Amax und besonders bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 0,3 * Amax aufweist, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht, und wobei das zumindest erste Lochblech eine Porosität im Bereich von 5 bis 50 %, bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 % und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 % aufweist. According to the invention, at least one first perforated plate is arranged in the gas inlet distribution chamber for the uniform distribution of the gas mixture flow through the flow channels which result from the flow channel walls of the desublimation zone, the geometric center of gravity of which has a distance A T to the desublimation zone in the range from 0 to A max , preferably in the range from 0 to 0.5 * Amax and particularly preferably in the range from 0.03 to 0.3 * A max , where Amax corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone, and wherein the at least first perforated plate has a porosity in the range of 5 to 50%, preferably in the range of 10 to 30% and particularly preferably in the range of 10 to 20%.
Das erste oder weitere Lochblech im Gaseingang-Verteilerraum verteilen während des Beladungsprozess die einströmende Gasgemischströmung gleichmäßiger durch die einzelnen Strömungskanäle der Desublimationszone, wodurch die Desublimation an den Strömungskanalwänden gleichmäßiger stattfindet. Durch die gleichmäßigere Durchströmung der Strömungskanäle und die gleichmäßigere Desublimation an den Strömungskanalwänden werden überhöhte Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung vermieden, die teilweise weit mehr als die doppelte mittlere Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimationszone aufweisen. Zudem wird die Interaktion zwischen den Strömungskanalwänden und der Gasgemischströmung verstärkt. The first or subsequent perforated plates in the gas inlet distribution chamber distribute the incoming gas mixture flow more evenly through the individual flow channels of the desublimation zone during the loading process, resulting in more uniform desublimation at the flow channel walls. The more uniform flow through the flow channels and the more uniform desublimation at the flow channel walls prevent excessive gas mixture flow velocities, which can sometimes be far more than twice the average gas mixture flow velocity through the desublimation zone. Furthermore, the interaction between the flow channel walls and the gas mixture flow is enhanced.
Durch die Desublimation der zumindest einen zu desublimierenden Gaskomponente werden die Oberflächen der Strömungskanalwände belegt, wodurch während des Beladungsprozess der Druckverlust über die einzelnen Strömungskanäle entsprechend ansteigt. Aufgrund der gleichmäßigeren Durchströmung der Strömungskanäle und der gleichmäßigeren Desublimation an den Strömungskanalwänden wird der Effekt bewirkt, dass der Druckverlust über die einzelnen Strömungskanäle weniger ansteigt. Somit steigt auch während des Beladungsprozess der Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des erfindungsgemäßen Desublimators weniger an und der Desublimator kann folglich in längeren zeitlichen Abständen regeneriert werden. Zudem kann der erfindungsgemäße Desublimator im Vergleich zu einem Desublimator ohne ein Lochblech bei gleichem Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des Desublimators mehr von der zumindest einen zu desublimierenden Gaskomponente an seinen Strömungskanalwänden desublimieren, wodurch der erfindungsgemäße Desublimator mit zumindest einem ersten Lochblech eine größere Beladungskapazität bei gleichem Druckverlust erreicht. Due to the desublimation of the at least one gas component to be desublimated, the surfaces of the flow channel walls are coated, whereby the pressure loss across the individual flow channels increases accordingly during the loading process. Due to the more uniform flow through the flow channels and the more uniform desublimation at the flow channel walls, the pressure loss across the individual flow channels increases less. Thus, the pressure loss between the inlet and outlet of the desublimator according to the invention also increases less during the loading process, and the desublimator can consequently be regenerated at longer intervals. Furthermore, compared to a desublimator without a perforated plate, the desublimator according to the invention can desublimate more of the at least one gas component to be desublimated at its flow channel walls with the same pressure loss between the inlet and outlet of the desublimator, whereby the desublimator according to the invention with at least one first perforated plate achieves a greater loading capacity with the same pressure loss.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Gasgemischströmung“ ein strömendes Gasgemisch im Allgemeinen verstanden. Das Gasgemisch kann auch ein Gas-Dampf-Gemisch sein. Prinzipiell kann das Gasgemisch Flüssigkeitstropfen oder Feststoffpartikel insoweit aufweisen, dass der Desublimator dadurch nicht beschädigt oder verstopft wird. In this document, the term "gas mixture flow" generally refers to a flowing gas mixture. The gas mixture can also be a gas-vapor mixture. In principle, the gas mixture can contain liquid droplets or solid particles, provided that they do not damage or clog the desublimator.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „einer zu desublimierenden Gaskomponente“ eine Gaskomponente im Allgemeinen verstanden, die überwiegend an Strömungskanalwänden innerhalb einer Desublimationszone desublimiert, wobei die Strömungskanalwände während eines Beladungsprozess eine niedrigere Temperatur als die Desublimationstemperatur aufweisen. Als Desublimation bezeichnet man in der Thermodynamik den Prozess des unmittelbaren Übergangs eines Stoffes vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand. Die Desublimationstem- peratur gibt die maximale Temperatur bei einem vorliegenden Druck an, unterhalb der eine Gaskomponente in den festen Aggregatzustand wechselt. In this document, the term “a gas component to be desublimated” is generally understood to mean a gas component that desublimates predominantly at flow channel walls within a desublimation zone, where the flow channel walls have a lower temperature than the desublimation temperature during a loading process. In thermodynamics, desublimation is the process of the immediate transition of a substance from the gaseous to the solid state. The desublimation temperature indicates the maximum temperature at a given pressure below which a gas component changes to the solid state.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Fluidleitung“ eine durchströmbare Leitung verstanden, durch die ein Kühl- oder Heizmittel strömen kann. Die Fluidleitung kann außenseitig an der Gehäusewand und/oder innerhalb des Desublimators angeordnet sein. Im Fall, dass eine oder mehrere Fluidleitungen außenseitig angeordnet sind, erfolgt der Wärmeübergang zwischen der/den Fluidleitung(en) und der Gehäusewand, wodurch die mit der Innenseite der Gehäusewand in Kontakt stehende Gasgemischströmung temperierbar ist. Zusätzlich können hierbei auch die Strömungskanalwände temperiert werden, wenn die Strömungskanalwände mit der Innenseite der Gehäusewand thermisch gekoppelt sind. Im Fall, dass eine oder mehrere Fluidleitungen innerhalb des Desublimators angeordnet sind, erfolgt in der Regel der Wärmeübergang überwiegend zwischen der/den Fluidleitung(en) und den Strömungskanalwänden, wodurch die Strömungskanalwände temperierbar sind. In this document, the term "fluid line" refers to a line through which a cooling or heating medium can flow. The fluid line can be arranged on the outside of the housing wall and/or inside the desublimator. If one or more fluid lines are arranged on the outside, heat transfer takes place between the fluid line(s) and the housing wall, whereby the gas mixture flow in contact with the inside of the housing wall can be temperature-controlled. In addition, the flow channel walls can also be temperature-controlled if the flow channel walls are thermally coupled to the inside of the housing wall. If one or more fluid lines are arranged inside the desublimator, heat transfer generally takes place predominantly between the fluid line(s) and the flow channel walls, whereby the flow channel walls can be temperature-controlled.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Gehäusewand“ im Allgemeinen eine äußere Begrenzung des Desublimators verstanden. Typischerweise wird die Gehäusewand auch als Mantel in der Literatur bezeichnet. Die Wände der Gehäusewand weisen eine hinreichende technische Dichtheit auf. Typischerweise wird die Außenseite der Gehäusewand durch ein äußeres Heizelement zumindest teilweise beheizt. In der Regel ist das äußere Heizelement durch eine oder mehrere Fluidleitung(en) gegeben, die typischerweise direkt an die Gehäusewandaußenseite montiert sind. Hierbei wird während des Betriebs des Desublimators ein Kühl- oder Heizmittel üblicherweise durch die Fluidleitung(en) gefördert, um die Gasgemischströmung und/oder die Strömungskanalwände entsprechend temperieren zu können. Eine oder mehrere Einlass- und Auslassflächen sind durch eine jeweilige Aussparung in der Gehäusewand gegeben. In this document, the term "housing wall" generally refers to the outer boundary of the desublimator. Typically, the housing wall is also referred to as a jacket in the literature. The walls of the housing wall have sufficient technical tightness. Typically, the outer side of the housing wall is at least partially heated by an external heating element. As a rule, the external heating element is provided by one or more fluid lines, which are typically mounted directly on the outer side of the housing wall. During operation of the desublimator, a cooling or heating medium is usually conveyed through the fluid line(s) in order to be able to control the temperature of the gas mixture flow and/or the flow channel walls accordingly. One or more inlet and outlet surfaces are provided by a respective recess in the housing wall.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Desublimationszone mit temperierbaren Strömungskanalwänden“ im Allgemeinen ein Bereich verstanden, in dem während eines Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden des- ublimiert und die restliche Gasgemischströmung, die auch als behandelte Gasgemischströmung bezeichnet wird, aus der Desublimationszone herausströmt und so den Gasausgang-Raum erreicht. In einem nach dem Beladungsprozess nachgeschalteten Schmelzprozess werden die Strömungskanalwände der Desublimationszone beheizt, um die an den Strömungskanalwänden desublimierte(n) Gaskomponente(n) aufzuschmelzen und aus dem Desublimator herauszuführen. Die temperierbaren Strömungskanalwände der Desublimationszone können beispielhaft durch die Außenwände von Rippenrohren, Rippenrohrbündel, Rohrbündel, Lamellenkörper, Wabenkörper, Rohrstangen, Rohrstangenbündel oder Plattenkörper gegeben sein. Mit Lamellen-, Platten- oder Wabenkörper sind Einbauten zu verstehen, die entsprechend Lamellen, Platten oder Waben enthalten. Im Fall, dass ein Lamellenkörper verwendet wird, bilden die Hohlräume, die sich zwischen den einzelnen Lamellen befinden, die Strömungskanäle. Entsprechend sind die Strömungskanalwände durch die Lamellenoberflächen gegeben. Im Fall, dass die Strömungskanalwände durch Rippenrohre gegeben sind, bilden die jeweils benachbarten Rippen einen Hohlraum als dienender Strömungskanal, durch den ein Fluid, wie z.B. ein Gasgemisch, strömen kann. In der Regel sind Bündelungen von Rippenrohren in der Desublimationszone angeordnet, wodurch zum Beispiel benachbarte Rippenrohre weitere Strömungskanäle oder einzelne Rippenrohre in Kombination mit entsprechend benachbarten Rippenrohren durchgehende Strömungskanäle bilden können. In this document, the term "desublimation zone with temperature-controlled flow channel walls" generally refers to an area in which, during a loading process, at least one gas component to be desublimated is desublimated on the flow channel walls, and the remaining gas mixture flow, also referred to as the treated gas mixture flow, flows out of the desublimation zone and thus reaches the gas outlet chamber. In a melting process following the loading process, the flow channel walls of the desublimation zone are heated to melt the gas component(s) desublimated on the flow channel walls and discharge them from the desublimator. The temperature-controlled flow channel walls of the desublimation zone can, for example, be the outer walls of finned tubes, finned tube bundles, tube bundles, lamellar bodies, honeycomb bodies, tube rods, tube rod bundles, or plate bodies. Lamellar, plate, or honeycomb bodies are understood to be internals that contain fins, plates, or honeycombs, respectively. If a lamellar body is used, the cavities located between the individual fins form the flow channels. Accordingly, the flow channel walls are formed by the fin surfaces. If the flow channel walls are formed by finned tubes, the adjacent fins form a cavity that serves as a flow channel through which a fluid, such as a gas mixture, can flow. Typically, bundles of finned tubes are arranged in the desublimation zone, whereby, for example, adjacent finned tubes can form further flow channels, or individual finned tubes can form continuous flow channels in combination with adjacent finned tubes.
Die Strömungskanäle können untereinander alle den gleichen Kanaldurchmesser aufweisen, indem die Rippen des Rippenrohrs oder der Rippenrohre äquidistant beabstandet sind. Bevorzugt weisen die Strömungskanäle jedoch untereinander verschiedene Kanaldurchmesser auf, indem die Rippen des Rippenrohrs oder der Rippenrohre unterschiedlich beabstandet sind. Bei der Durchströmung der Strömungskanäle kann es für eine gleichmäßigere Durchströmung der Strömungskanäle vorteilhaft sein, wenn am Einlass des jeweiligen Strömungskanals der Kanaldurchmesser größer ist als am Auslass des jeweiligen Strömungskanals. Zudem desublimiert die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente gleichmäßiger an den Strömungskanalwänden über die Länge des jeweiligen Strömungskanals. Die Rohrform des Rippenrohrs oder der Rippenrohre kann kreisrund, oval oder eckig sein. The flow channels can all have the same channel diameter by equidistantly spacing the fins of the finned tube(s). Preferably, however, the flow channels have different channel diameters by spaced apart the fins of the finned tube(s). When flowing through the flow channels, it can be advantageous for more uniform flow through the flow channels if the channel diameter is larger at the inlet of the respective flow channel than at the outlet of the respective flow channel. In addition, the at least one gas component to be desublimated desublimates more uniformly at the flow channel walls over the length of the respective flow channel. The tube shape of the finned tube(s) can be circular, oval, or angular.
Ferner wird die Einlassfläche der Desublimationszone durch die fiktive Trennfläche zwischen dem Gaseingangsverteilerraum und der Desublimationszone definiert, wobei die in der Trennfläche befindlichen Oberflächen der jeweiligen Strömungskanalwände zur Vereinfachung auch zur Einlassfläche der Desublimationszone zugeordnet werden. Furthermore, the inlet area of the desublimation zone is defined by the fictitious separation area between the gas inlet distribution space and the desublimation zone, whereby the surfaces of the respective flow channel walls located in the separation area are also assigned to the inlet area of the desublimation zone for simplification.
Die Auslassfläche der Desublimationszone wird durch die fiktive Trennfläche zwischen dem Gasausgangsverteilerraum und der Desublimationszone definiert, wobei die in der Trennfläche befindlichen Oberflächen der jeweiligen Strömungskanalwände zur Vereinfachung auch zur Auslassfläche der Desublimationszone zugeordnet werden. The outlet area of the desublimation zone is defined by the fictitious separation area between the gas outlet distribution chamber and the desublimation zone, whereby the surfaces of the respective flow channel walls located in the separation area are also assigned to the outlet area of the desublimation zone for simplification.
Das Verhältnis zwischen der Einlassfläche der Desublimationszone und dem Abstand zwischen der Einlass- und Auslassfläche der Desublimationszone sollte bevorzugt größer als 5 [m2/m] sein, wobei zur Berechnung des Verhältnisses die Einlassfläche in Quadratmeter [m2] und der Abstand zwischen der Einlass- und Auslassfläche der Desublimationszone in Meter [m] zu bemessen ist. Mit der Einhaltung des bevorzugten Bereichs für das Verhältnis wird ein signifikant überhöhtes Desublimieren an Strömungskanalwänden im Bereich der Einlassfläche der Desublimations- zone vermieden. Denn ein vermehrtes Desublimieren an einer Strömungskanalwand reduziert signifikant die minimale freie Gasdurchtrittsfläche des betreffenden Strömungskanals innerhalb kürzester Beladungszeit, wodurch sich der Druckverlust über den betreffenden Strömungskanal zu Beginn des Beladungsprozess rasch erhöhen würde und der betreffende Strömungskanal schlussendlich nach kürzester Beladungszeit verstopfen würde, auch wenn die Desublimation an der betreffenden Strömungskanalwand im Wesentlichen nur im Bereich der Einlassfläche der Desublimationszone erfolgen sollte. The ratio between the inlet area of the desublimation zone and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone should preferably be greater than 5 [m 2 /m], whereby to calculate the ratio the inlet area is measured in square meters [m 2 ] and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone is measured in meters [m]. By maintaining the preferred range for the ratio, significantly excessive desublimation at flow channel walls in the region of the inlet surface of the desublimation zone is avoided. This is because increased desublimation at a flow channel wall significantly reduces the minimum free gas passage area of the respective flow channel within a very short loading time, which would rapidly increase the pressure loss across the respective flow channel at the beginning of the loading process and ultimately clog the respective flow channel after a very short loading time, even if desublimation at the respective flow channel wall essentially only occurs in the region of the inlet surface of the desublimation zone.
Je mehr an Einlassfläche zur Verfügung steht, desto weniger kann eine vermehrte Desublimation an den Strömungskanalwänden im Bereich der Einlassfläche der Desublimationszone zu einem deutlich größeren Druckverlust oder sogar zu einer Verstopfung führen. The more inlet area is available, the less likely increased desublimation at the flow channel walls in the area of the inlet area of the desublimation zone can lead to a significantly greater pressure loss or even to clogging.
Damit ein Desublimator kosteneffizient und platzsparend ausgelegt werden kann, sollte das Verhältnis zwischen der Einlassfläche der Desublimationszone und dem Abstand zwischen der Einlass- und Auslassfläche der Desublimationszone bevorzugt kleiner als 100 [m2/m] sein, wobei zur Berechnung des Verhältnisses die Einlassfläche in Quadratmeter [m2] und der Abstand zwischen der Einlass- und Auslassfläche der Desublimationszone in Meter [m] zu bemessen ist. In order to design a desublimator in a cost-effective and space-saving manner, the ratio between the inlet area of the desublimation zone and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone should preferably be less than 100 [m 2 /m], whereby to calculate the ratio the inlet area is measured in square meters [m 2 ] and the distance between the inlet and outlet areas of the desublimation zone is measured in meters [m].
Zur Temperierung der Strömungskanalwände der Desublimationszone können beispielhaft eine oder mehrere durchströmbare Fluidleitung(en) innerhalb der Desublimationszone angeordnet sein, die mit einem Heiz- oder Kühlmittel durchströmt werden können und so entsprechend die Wände der Fluidleitung(en) temperiert werden. Durch die Wärmeübergang zwischen den Strömungskanalwänden und den oder der durchströmbaren Fluidleitung(en) werden die Strömungskanalwände entsprechend temperiert. Zusätzlich oder alternativ kann eine Temperierung durch eine äußere, durchströmbare Fluidleitung oder durch mehrere äußere, durchströmbare Fluidleitungen, die an der Außenseite der Gehäusewand angeordnet sind, realisiert werden. Hierbei werden durch den Wärmeübergang zwischen den Strömungskanalwänden der Desublimationszone und der oder den äußeren, durchströmbaren Fluidleitung(en) die Strömungskanalwände der Desublimationszone entsprechend temperiert, wobei die Wärmeübergang selbstverständlich auch durch die dazwischenliegende Gehäusewand stattfindet. To control the temperature of the flow channel walls of the desublimation zone, one or more flowable fluid lines can be arranged within the desublimation zone, for example, through which a heating or cooling medium can flow, thus correspondingly controlling the temperature of the walls of the fluid line(s). The flow channel walls are correspondingly temperature-controlled by the heat transfer between the flow channel walls and the flowable fluid line(s). Additionally or alternatively, temperature control can be achieved by an external, flowable fluid line or by several external, flowable fluid lines arranged on the outside of the housing wall. In this case, the flow channel walls of the desublimation zone are correspondingly temperature-controlled by the heat transfer between the flow channel walls of the desublimation zone and the outer, flowable fluid line(s), whereby the heat transfer naturally also takes place through the housing wall in between.
Wenn während des Beladungsprozess ein Kühlmittel die inneren oder äußeren Fluidleitung(en) durchströmt, dann werden die Wände der Strömungskanäle aufgrund der Wärmeleitung zwischen den Strömungskanalwänden und der/den Fluidleitung(en) gekühlt, so dass die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente an den Wänden der Strömungskanäle desublimieren kann. Wenn während des Schmelzprozess ein Heizmittel die inneren oder äußeren Fluidlei- tung(en) durchströmt, dann werden die Wände der Strömungskanäle aufgrund der Wärmeleitung zwischen den Strömungskanalwänden und der/den Fluidleitung(en) beheizt, so dass die an den Wänden der Strömungskanäle desublimierte(n) Gaskomponente(n) schmelzen kann bzw. können. Als Heiz- oder Kühlmittel kann beispielhaft jeweils ein verschiedenes oder ein gleiches Wärmeträgeröl, wie beispielhaft Diphyl DT, verwendet werden. If a coolant flows through the inner or outer fluid line(s) during the loading process, the walls of the flow channels are cooled due to the heat conduction between the flow channel walls and the fluid line(s), so that the at least one gas component to be desublimated can desublimate on the walls of the flow channels. If a heating medium flows through the inner or outer fluid line(s) during the melting process, the walls of the flow channels are heated due to the heat conduction between the flow channel walls and the fluid line(s), so that the The gas component(s) desublimated on the walls of the flow channels can melt. For example, a different or the same heat transfer oil, such as Diphyl DT, can be used as the heating or cooling agent.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „an den Strömungskanalwänden desublimiert“ im Allgemeinen ein Abscheideprozess verstanden, bei dem zumindest eine in einer Gasgemischströmung enthaltene zu desublimierende Gaskomponente so weit abgekühlt wird, dass sie desublimiert und sich an den Strömungskanalwänden abscheidet. Die desublimierte(n) Gaskompo- nente(n) haften entsprechend an den Strömungskanalwänden im festen Aggregatszustand.In this document, the term "desublimated at the flow channel walls" generally refers to a deposition process in which at least one gas component to be desublimated contained in a gas mixture flow is cooled to such an extent that it desublimates and deposits on the flow channel walls. The desublimated gas component(s) adhere(s) accordingly to the flow channel walls in the solid state.
Je nach vorliegenden thermodynamischen Bedingungen kann der Begriff „desublimiert“ auch so verstanden werden in dieser Schrift, dass in der Desublimationszone zunächst ein Phasenwechsel bei zumindest eines Anteils der Gasgemischströmung von einem gasförmigen zu einem flüssigen Aggregatszustand stattfindet und danach erst ein Phasenwechsel von dem flüssigen zu dem festen Aggregatszustand stattfindet. Die Strömungskanalwände der Desublimationszone werden entsprechend zumindest teilweise mit der durch den Phasenwechsel entstandenen Flüssigkeit benetzt. Durch die gekühlten Strömungskanalwände findet der Phasenwechsel vom flüssigen zum festen Aggregatszustand an den Strömungskanalwänden innerhalb kürzester Zeit statt. Zusammengefasst desublimiert auch in diesem Fall die zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone und haftet entsprechend an den Strömungskanalwänden im festen Aggregatszustand. Depending on the prevailing thermodynamic conditions, the term "desublimated" can also be understood in this document to mean that in the desublimation zone, a phase change initially occurs in at least a portion of the gas mixture flow from a gaseous to a liquid state, and only then does a phase change from the liquid to the solid state occur. The flow channel walls of the desublimation zone are accordingly at least partially wetted with the liquid created by the phase change. Due to the cooled flow channel walls, the phase change from the liquid to the solid state takes place at the flow channel walls within a very short time. In summary, in this case too, the gas component to be desublimated on the flow channel walls of the desublimation zone and accordingly adheres to the flow channel walls in the solid state.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Gaseingang-Verteilerraum“ im Allgemeinen ein Raum innerhalb des Desublimators verstanden, der von der Gehäusewand des Desublimators, der Einlassfläche des Desublimators und der Desublimationszone begrenzt wird. Den Gaseingang- Verteilerraum durchströmt während eines Beladungsprozess eine Gasgemischströmung, wobei die Gasgemischströmung durch einen Einlass am Desublimator hineinströmen kann. An den Gaseingang-Verteilerraum schließt sich die Desublimationszone mit temperierbaren Strömungskanalwänden an, wobei die Gasgemischströmung in der Regel nur durch diese Desublimationszone aus dem Gaseingang-Verteilerraum herausströmen kann. In this document, the term "gas inlet distribution chamber" generally refers to a chamber within the desublimator defined by the housing wall of the desublimator, the inlet surface of the desublimator, and the desublimation zone. During a loading process, a gas mixture flows through the gas inlet distribution chamber, with the gas mixture flowing in through an inlet on the desublimator. Adjacent to the gas inlet distribution chamber is the desublimation zone with temperature-controlled flow channel walls. The gas mixture flow can generally only flow out of the gas inlet distribution chamber through this desublimation zone.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Gasausgang-Raum“ im Allgemeinen ein Raum verstanden, dem aus seiner angrenzenden Desublimationszone eine Gasgemischströmung zugeführt werden kann. Dieser Raum weist typischerweise zudem einen Auslass auf, durch den die behandelte Gasgemischströmung aus dem Desublimator herausströmen kann. In this document, the term "gas outlet chamber" generally refers to a chamber into which a gas mixture flow can be fed from its adjacent desublimation zone. This chamber typically also has an outlet through which the treated gas mixture flow can flow out of the desublimator.
In der Regel ist auch ein weiterer Auslassstutzen mit einem Ablaufventil vorhanden, das zum Beispiel ein dichtender Verschlussdeckel sein kann. Während eines Schmelzprozess befindet sich das Ablaufventil im geöffneten Zustand, wodurch die erzeugte Schmelze aus dem Desublimator herausfließen kann. Während eines Beladungsprozess befindet sich das Ablaufventil im geschlossenen Zustand, wodurch kein Fluid aus dem Auslassstutzen herausfließen kann. Typischerweise befindet sich dieser weitere Auslassstutzen am tiefsten Ort des Gasausgang- Raums, so dass durch die Schwerkraft bedingt die Schmelze zum weiteren Auslassstutzen fließen kann. Typically, there is also an additional outlet connection with a drain valve, which can be a sealing cover, for example. During a melting process, the drain valve is open, allowing the melt produced to flow out of the desublimator. During a loading process, the drain valve is in the closed state, preventing fluid from flowing out of the outlet port. Typically, this additional outlet port is located at the lowest point in the gas outlet chamber, allowing the melt to flow to the additional outlet port by gravity.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „diskontinuierlich betriebener Desublimator“ im Allgemeinen ein Desublimator verstanden, der in der Regel mit zwei oder drei verschiedenen Verfahrenszyklen diskontinuierlich betrieben wird. Der erste Verfahrenszyklus stellt einen Beladungsprozess dar, bei dem die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone desublimiert. Während des Beladungsprozess werden die Strömungskanalwände gekühlt. Der zweite Verfahrenszyklus stellt einen Schmelzprozess dar, bei dem die desublimierte(n) Gaskomponente(n) durch ein Beheizen der Strömungskanalwände der Desublimationszone schmilzt und aus dem Desublimator abgeführt wird bzw. werden. In this document, the term "discontinuously operated desublimator" generally refers to a desublimator that is typically operated discontinuously with two or three different process cycles. The first process cycle represents a loading process in which the at least one gas component to be desublimated desublimates on the flow channel walls of the desublimation zone. During the loading process, the flow channel walls are cooled. The second process cycle represents a melting process in which the desublimated gas component(s) melt by heating the flow channel walls of the desublimation zone and are removed from the desublimator.
Der dritte Verfahrenszyklus stellt einen optionalen Rückkühlprozess dar, bei dem die Strömungskanalwände der Desublimationszone nach dem Abführen der desublimierte(n) Gaskom- ponente(n) aus dem Desublimator abgekühlt werden. Anstatt des Rückkühlprozess kann die Abkühlung der Strömungskanalwände auch erst zu Beginn des Beladungsprozess stattfinden. The third process cycle represents an optional recooling process, in which the flow channel walls of the desublimation zone are cooled after the desublimated gas component(s) have been removed from the desublimator. Instead of the recooling process, the cooling of the flow channel walls can also take place at the beginning of the loading process.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Beladungsprozess“ im Allgemeinen ein Verfahrenszyklus während des Betreibens eines Desublimators verstanden, bei dem der Desublimator bis zum Erreichen einer vorbestimmten Beladung von einer desublimierten Gaskomponente oder mehrerer desublimierten Gaskomponenten auf den Strömungskanalwänden der Desublimationszone betrieben wird. Hierbei ist die Beladung als die abgeschiedene Masse von einer desublimierten Gaskomponente oder mehrerer desublimierten Gaskomponenten auf den Strömungskanalwänden zu verstehen. In this document, the term "loading process" generally refers to a process cycle during the operation of a desublimator, in which the desublimator is operated until a predetermined loading of one or more desublimated gas components is reached on the flow channel walls of the desublimation zone. The loading is understood to be the deposited mass of one or more desublimated gas components on the flow channel walls.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Beladungskapazität“ im Allgemeinen die Gesamtmasse an desublimierter Gaskomponente oder desublimierter Gaskomponenten verstanden, die an den Strömungskanalwänden während eines Beladungsprozess desublimiert, bevor der Druckverlust zwischen dem Einlass und Auslass des Desublimators einen vorbestimmten Wert übersteigt und/oder bis eine vorbestimmte Zeitdauer als Beladungszeit erreicht wird. In this document, the term “loading capacity” is generally understood to mean the total mass of desublimated gas component or desublimated gas components that desublimate on the flow channel walls during a loading process before the pressure drop between the inlet and outlet of the desublimator exceeds a predetermined value and/or until a predetermined period of time is reached as the loading time.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Schmelzprozess“ im Allgemeinen ein Verfahrenszyklus während des Betreibens eines Desublimators verstanden, bei dem der Desublimator seine Beladungskapazität erreicht hat und nachfolgend die desublimierte(n) Gaskomponente(n) durch ein Beheizen der Strömungskanalwände schmilzt und aus dem Desublimator durch beispielsweise einen am Boden des Desublimators befindlichen Ablaufstutzen herausfließen kann. In der Regel wird während des Schmelzprozess die Gasgemischströmung in den Desublimator gestoppt. Typischerweise wird der Schmelzprozess auch als Regenerierprozess bezeichnet. In this document, the term “melting process” is generally understood to mean a process cycle during the operation of a desublimator, in which the desublimator has reached its loading capacity and subsequently the desublimated gas component(s) melts by heating the flow channel walls and can flow out of the desublimator through, for example, a drain nozzle located at the bottom of the desublimator. Typically, the gas mixture flow into the desublimator is stopped during the melting process. The melting process is also typically referred to as the regeneration process.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Rückkühlprozess“ im Allgemeinen ein optionaler Verfahrenszyklus während des Betreibens eines Desublimators verstanden, bei dem die Strömungskanalwände der Desublimationszone nach dem Abführen der desublimierte(n) Gaskom- ponente(n) aus dem Desublimator abgekühlt werden. Typischerweise wird der Rückkühlprozess in Verbindung mit dem vorgelagerten Schmelzprozess auch als Regenerierprozess bezeichnet. In this document, the term "recooling process" generally refers to an optional process cycle during the operation of a desublimator, in which the flow channel walls of the desublimation zone are cooled after the desublimated gas component(s) have been removed from the desublimator. Typically, the recooling process, in conjunction with the upstream melting process, is also referred to as the regeneration process.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Lochblech“ im Allgemeinen ein Bauteil verstanden, welches während des Beladungsprozess bewirkt, dass ein vom Einlass zuströmendes Gasgemisch möglichst gleichverteilt durch die Strömungskanäle der Desublimationszone strömt. Im Allgemeinen kann ein Gasgemisch im Wesentlichen nur durch die Löcher des Lochblechs strömen. Als eine beispielhafte mögliche Ausnahme wäre ein möglicher Spalt zwischen dem Lochblech und der Gehäusewand eines Desublimators zu nennen, durch den ein Gasgemisch auch strömen könnte. Das Lochblech kann auch beheizt werden, indem beispielsweise das Lochblech an den Gehäuseseitenwänden eines Desublimators so montiert ist, dass ein hinreichender Wärmestrom von den Gehäuseseitenwänden zum Lochblech fliesen kann. Denkbar ist auch ein Heizelement für das Lochblech, beispielsweise ein elektrischer Heizer, der mit dem Lochblech in Kontakt steht. In this document, the term "perforated plate" generally refers to a component which, during the loading process, ensures that a gas mixture flowing in from the inlet flows as evenly as possible through the flow channels of the desublimation zone. In general, a gas mixture can essentially only flow through the holes in the perforated plate. An example of a possible exception would be a possible gap between the perforated plate and the housing wall of a desublimator, through which a gas mixture could also flow. The perforated plate can also be heated, for example by mounting the perforated plate on the housing side walls of a desublimator in such a way that a sufficient heat flow can flow from the housing side walls to the perforated plate. A heating element for the perforated plate, for example an electric heater in contact with the perforated plate, is also conceivable.
In dieser Schrift definiert der Begriff „Lochteilung“ den Abstand zweier benachbarter Löcher von Lochmitte zu Lochmitte gemessen. In this document, the term “hole pitch” defines the distance between two adjacent holes measured from hole center to hole center.
In dieser Schrift definiert der Begriff „Lochfläche“ die Fläche eines Lochs im Lochblech. In this document, the term “hole area” defines the area of a hole in the perforated sheet.
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Gesamtoberfläche des Lochblechs“ die Oberfläche des Lochblechs inklusiver seiner Lochflächen verstanden. In this document, the term “total surface of the perforated sheet” refers to the surface of the perforated sheet including its perforated surfaces.
In dieser Schrift definiert der Begriff „Freifläche“ die aufsummierte Fläche aller Lochflächen des Lochblechs. In this document, the term “free area” defines the total area of all perforated surfaces of the perforated sheet.
In dieser Schrift definiert der Begriff „relativen Freifläche des Lochblechs“ das Verhältnis zwischen der Freifläche und der Gesamtoberfläche des Lochblechs. Beispielsweise hat ein 100 mm * 100 mm großes Lochblech 100 Löcher, wobei die Löcher jeweils eine Lochfläche von 10 mm2 aufweisen. Somit ist die aufsummierte Fläche aller Lochflächen des Lochblechs 1000 mm2. Die gesamte Oberfläche des Lochblechs inklusive der Lochflächen beträgt 10000 mm2. Daraus ergibt sich eine relative Freifläche des Lochblechs von 1000 / 10000 = 0,1. In dieser Schrift definiert der Begriff „Porosität des Lochblechs“ das Verhältnis zwischen der Freifläche und der Gesamtoberfläche des Lochblechs. Die „Porosität des Lochblechs“ entspricht somit der „relativen Freifläche des Lochblechs“. In this document, the term "relative free area of the perforated sheet" defines the relationship between the free area and the total surface area of the perforated sheet. For example, a 100 mm x 100 mm perforated sheet has 100 holes, each with a hole area of 10 mm² . Thus, the total area of all the perforated surfaces of the perforated sheet is 1000 mm² . The total surface area of the perforated sheet, including the perforated surfaces, is 10,000 mm² . This results in a relative free area of the perforated sheet of 1000 / 10,000 = 0.1. In this document, the term "porosity of the perforated sheet" defines the ratio between the free area and the total surface area of the perforated sheet. The "porosity of the perforated sheet" thus corresponds to the "relative free area of the perforated sheet."
In dieser Schrift wird unter dem Begriff „Anströmfläche“ im Allgemeinen eine Fläche verstanden, die von einem Fluid angeströmt wird und somit ein Strömungsdruck in Richtung der Fläche wirkt. In this document, the term “inflow surface” is generally understood to mean a surface against which a fluid flows and thus a flow pressure acts in the direction of the surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Desublimations- zone mindestens zweimal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist in dieser Ausführungsform der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 2,0 * Amin bis 1 ,0 * Amax, bevorzugt im Bereich von 2,0 * Amin bis 0,5 * Amax , und besonders bevorzugt im Bereich von 3,0 * Amin bis 0,3 * Amax auf, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least twice the distance A m in , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes in the at least first perforated plate. As a result, in this embodiment, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 2.0 * A m in to 1.0 * A max , preferably in the range from 2.0 * A m in to 0.5 * A max , and particularly preferably in the range from 3.0 * A min to 0.3 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Desublimationszone mindestens dreimal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist in dieser Ausführungsform der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 3,0 * Amin bis 1 ,0 * Amax, bevorzugt im Bereich von 3,0 * Amin bis 0,5 * Amax auf, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht. In a particularly preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least three times the distance A m in , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes of the at least first perforated plate. As a result, in this embodiment, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 3.0 * Amin to 1.0 * Amax, preferably in the range from 3.0 * A m in to 0.5 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Desublimationszone mindestens dreimal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist in dieser Ausführungsform der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 3,0 * Amin bis 1 ,0 * Amax, bevorzugt im Bereich von 3,0 * Amin bis 0,5 * Amax , und besonders bevorzugt im Bereich von 5,0 * Amin bis 0,3 * Amax auf, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Des- ublimationszone mindestens fünfmal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist in dieser Ausführungsform der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 5,0 * Amin bis 1 ,0 * Amax, bevorzugt im Bereich von 5,0 * Amin bis 0,5 * Amax auf, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least three times the distance A m in , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes in the at least first perforated plate. As a result, in this embodiment, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 3.0 * A m in to 1.0 * A max , preferably in the range from 3.0 * A m in to 0.5 * A max , and particularly preferably in the range from 5.0 * A min to 0.3 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone. In a particularly preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least five times the distance A min , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes of the at least first perforated plate. As a result, in this embodiment, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 5.0 * Amin to 1.0 * Amax, preferably in the range from 5.0 * A m in to 0.5 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Desublimationszone mindestens fünfmal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist in dieser Ausführungsform der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 5,0 * Amin bis 1 ,0 * Amax, bevorzugt im Bereich von 5,0 * Amin bis 0,5 * Amax , und besonders bevorzugt im Bereich von 10,0 * Amin bis 0,3 * Amax auf, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche des Einlass und der Desublimationszone entspricht. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least five times the distance A m in , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes in the at least first perforated plate. As a result, in this embodiment, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range from 5.0 * A m in to 1.0 * A max , preferably in the range from 5.0 * A m in to 0.5 * A max , and particularly preferably in the range from 10.0 * A min to 0.3 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface of the inlet and the desublimation zone.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators entspricht der Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des Lochblechs und der Desublimationszone mindestens fünfmal dem Abstand Amin, der sich aus dem arithmetischen Mittelwert von den Abständen zwischen den direkt benachbarten Löchern des zumindest ersten Lochblechs ergibt. Dadurch weist der geometrische Schwerpunkt des zumindest ersten Lochblechs einen Abstand zur Desublimationszone im Bereich von 12 * Amin bis 30 * Amin auf, solange der Wert 30*Amin kleiner ist als Amax und besonders bevorzugt der Wert 30*Amin kleiner ist als 0,5 Amax- In a particularly preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the distance between the geometric center of gravity of the perforated plate and the desublimation zone corresponds to at least five times the distance A m in , which results from the arithmetic mean of the distances between the directly adjacent holes of the at least first perforated plate. As a result, the geometric center of gravity of the at least first perforated plate has a distance from the desublimation zone in the range of 12 * A m in to 30 * A m in , as long as the value 30 * A m in is smaller than A max and particularly preferably the value 30 * A m in is smaller than 0.5 A max -
Die drei zuletzt beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass eine Optimierung zwischen den folgenden zwei Faktoren stattfindet: The three last-described preferred embodiments have the advantage that an optimization takes place between the following two factors:
1 : Der Abstand zwischen dem Lochblech und der Desublimationszone: 1 : The distance between the perforated plate and the desublimation zone:
Je größer der Abstand ist, umso homogener wird die Anströmung der Gasgemischströmung zu den Strömungskanalwänden, da die einzelnen Jets von den Löchern des Lochblechs sich mit größer werdenden Abstand vom Lochblech reduzieren. The greater the distance, the more homogeneous the flow of the gas mixture to the flow channel walls becomes, since the individual jets from the holes in the perforated plate reduce with increasing distance from the perforated plate.
2: Der Abstand zwischen dem Lochblech und der Einlassfläche 9: 2: The distance between the perforated plate and the inlet surface 9:
Je näher das Lochblech sich an der Einlassfläche befindet, umso mehr steigt die Gefahr einer Umkehr der Strömungsrichtung im Lochblech aufgrund eines Strahlpumpeneffekts. Dieser Effekt lässt sich durch die hohen Geschwindigkeiten entlang des Lochblechs 9 erklären, die zu einer lokalen Druckabsenkung führen. Wenn nun der Druck am Ausgang der Strömungskanalwände größer ist als der Druck am Lochblech, dann führt dies zu einer Strömungsumkehr. Zusätzlich kann ein zu kleiner Raum oberhalb des Lochblechs eine Gleichverteilung der Gasgemischströmung reduzieren. The closer the perforated plate is to the inlet surface, the greater the risk of reversing the flow direction in the perforated plate due to a jet pump effect. This effect can be explained by the high velocities along the perforated plate 9, which lead to a local pressure drop. If the pressure at the outlet of the flow channel walls is greater than the pressure at the perforated plate, this leads to a flow reversal. In addition, a space that is too small above the perforated plate can reduce the uniform distribution of the gas mixture flow.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators erstreckt sich das zumindest erste Lochblech in seiner Breite im Wesentlichen bis zu den beiden gegenüberliegenden Gehäuseseitenwänden des Desublimators. Bevorzugt weist das zumindest erste Lochblech einen Abstand zu den Wänden des Desublimators im Bereich von 0 bis 10 mm und besonders bevorzugt einen Abstand zu den Wänden des Desublimators im Bereich von 0 bis 1 mm auf. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Gasgemischströmung weniger ungleichmäßig über der Desublimationszone verteilt und so die Gefahr vermieden wird, dass die Gasgemischströmung überwiegend seitlich am Lochblech vorbeiströmen kann. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the at least first perforated plate extends in its width essentially to the two opposite housing side walls of the desublimator. Preferably, the at least first perforated plate has a distance from the walls of the desublimator in the range of 0 to 10 mm, and particularly preferably a distance from the walls of the desublimator in the range of 0 to 1 mm. This offers the advantage that the gas mixture flow is distributed less unevenly across the desublimation zone, thus avoiding the risk of the gas mixture flow flowing predominantly laterally past the perforated plate.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weist das zumindest erste Lochblech in seiner Breite einen Abstand zu den Gehäuseseitenwänden des Desublimators im Bereich von 0 bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 0 bis 1 mm auf. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Gasgemischströmung weniger ungleichmäßig über der Desublimationszone verteilt und die Gefahr vermieden wird, dass die Gasgemischströmung überwiegend seitlich am Lochblech vorbeiströmen kann. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the at least first perforated plate has a widthwise distance from the housing side walls of the desublimator in the range of 0 to 10 mm, preferably in the range of 0 to 1 mm. This offers the advantage that the gas mixture flow is distributed less unevenly across the desublimation zone and the risk of the gas mixture flow predominantly flowing laterally past the perforated plate is avoided.
Hierbei verläuft die Breite des Lochblechs parallel entlang der Querachse des Desublimators, wobei die Querachse senkrecht zur Hauptachse der Strömungskanalwände verläuft. The width of the perforated plate runs parallel along the transverse axis of the desublimator, with the transverse axis running perpendicular to the main axis of the flow channel walls.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators überdeckt das zumindest erste Lochblech im Wesentlichen die gesamte Desublimationszone. Zu den Wänden des Desublimators weist das zumindest erste Lochblech einen Abstand im Bereich von 0 bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 0 bis 1 mm. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Gasgemischströmung weniger ungleichmäßig über der Desublimationszone verteilt und so die Gefahr vermieden wird, dass die Gasgemischströmung überwiegend seitlich am Lochblech vorbeiströmen kann. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the at least first perforated plate essentially covers the entire desublimation zone. The at least first perforated plate is spaced from the walls of the desublimator at a distance in the range of 0 to 10 mm, preferably in the range of 0 to 1 mm. This offers the advantage that the gas mixture flow is distributed less unevenly across the desublimation zone, thus avoiding the risk of the gas mixture flow predominantly flowing laterally past the perforated plate.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators ist im Fall von mehreren vorhandenen Lochblechen jeweils ein Abstand zwischen den jeweiligen benachbarten Lochblechen im Bereich von 0 bis 0,50 * Amax, bevorzugt im Bereich von 0 bis 0,25* Amax, vorhanden, wobei Amax dem Abstand zwischen der Einlassfläche und der Desublimationszone entspricht. Dies bietet den Vorteil, dass die Gasgemischströmung nach dem Durchströmen eines Lochblechs sich zunächst mehr gleichverteilen kann, bevor die Gasgemischströmung das nächste Lochblech durchströmt. So lässt sich eine direkte Durchströmung von einem Loch zum nächsten Loch des nächsten Lochblechs vermeiden, wodurch die Gasgemischströmung am Einlass der Desublimationszone besser gleichverteilt wird. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, in the case of several perforated plates, a distance between the respective adjacent perforated plates in the range of 0 to 0.50 * Amax, preferably in the range of 0 to 0.25 * Amax, is present, where A max corresponds to the distance between the inlet surface and the desublimation zone. This offers the advantage that the gas mixture flow can initially be distributed more evenly after flowing through a perforated plate before the gas mixture flow flows through the next perforated plate. This allows for direct flow from one hole to the next hole of the next perforated plate, which ensures a better even distribution of the gas mixture flow at the inlet of the desublimation zone.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weisen die Löcher des zumindest ersten Lochblechs unterschiedliche Äquivalentdurchmesser auf, wobei der Äquivalentdurchmesser dem Durchmesser eines flächengleichen Kreis entspricht, und wobei der Äquivalentdurchmesser der einzelnen Löcher sich bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 50,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 25,0 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20,0 mm befindet. Dies bietet den Vorteil, dass jeder Ort am Einlass der Desublimationszone bezüglich der Gleichverteilung lokal optimiert werden kann, indem der Äquivalentdurchmesser des jeweiligen Lochs des Lochblechs an die Gasgemischströmung angepasst wird. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the holes of the at least first perforated plate have different equivalent diameters, wherein the equivalent diameter corresponds to the diameter of a circle of equal area, and wherein the equivalent diameter of the individual holes is preferably in the range from 0.3 to 50.0 mm, particularly preferably in the range from 1.0 to 25.0 mm, and particularly preferably in the range from 5 to 20.0 mm. This offers the advantage that each location at the inlet of the desublimation zone can be locally optimized with regard to uniform distribution by adapting the equivalent diameter of the respective hole of the perforated plate to the gas mixture flow.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weist das zumindest erste Lochblech verschiedene Äquivalentdurchmesser und/ oder verschiedene Lochteilungen und/oder verschiedene Porositäten auf. Dies bietet den Vorteil, dass jeder Ort am Einlass der Desublimationszone bezüglich der Gleichverteilung lokal optimiert werden kann, indem der Äquivalentdurchmesser des jeweiligen Lochs des Lochblechs an die Gasgemischströmung angepasst wird. In a particularly preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the at least first perforated plate has different equivalent diameters and/or different hole pitches and/or different porosities. This offers the advantage that each location at the inlet of the desublimation zone can be locally optimized with regard to uniform distribution by adapting the equivalent diameter of the respective hole in the perforated plate to the gas mixture flow.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators haben die Löcher des zumindest ersten Lochblechs, die sich in einem Abstand zur Einlassfläche im Bereich von 0,0 mm bis L/2 befinden, einen größeren Äquivalentdurchmesser als die weiter beabstan- deten Löcher des Lochblechs, wobei L der Länge der Längsachse des Gaseingang-Verteilerraums entspricht. Anstatt des Abstands von L/2 kann auch ein anderer Abstand wie beispielsweise L/3, L/4 oder L/5 gewählt werden, wobei die jeweiligen Teiler 3, 4 oder 5 die Anzahl der Regionen auf dem Lochblech definieren, wobei die Löcher des Lochblechs pro Region einen unterschiedlichen Äquivalentdurchmesser aufweisen können. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the holes of the at least first perforated plate, which are located at a distance from the inlet surface in the range from 0.0 mm to L/2, have a larger equivalent diameter than the more widely spaced holes of the perforated plate, where L corresponds to the length of the longitudinal axis of the gas inlet distribution space. Instead of the distance of L/2, another distance such as L/3, L/4 or L/5 can also be selected, with the respective dividers 3, 4 or 5 defining the number of regions on the perforated plate, where the holes of the perforated plate can have a different equivalent diameter per region.
Ferner kann anstatt des Abstands von L/2 auch ein anderer Abstand wie beispielsweise einen Abstand im Bereich von 0,1 bis 0,9 * L gewählt werden. Furthermore, instead of the distance of L/2, another distance can be selected, such as a distance in the range of 0.1 to 0.9 * L.
Dies bietet den Vorteil, dass die Gasgemischströmung durch die Desublimationszone in einem vorderen und in einem hinteren Bereich in Hauptströmungsrichtung des Gaseingang-Verteilerraums unabhängig voneinander optimiert werden kann. This offers the advantage that the gas mixture flow through the desublimation zone can be optimized independently of each other in a front and a rear area in the main flow direction of the gas inlet distribution chamber.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators besitzen die Löcher des zumindest ersten Lochblechs jeweils einen Äquivalentdurchmesser, der in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Einlassfläche (9) und dem jeweiligen Loch bemessen ist. Bevorzugt stellt hierbei die Abhängigkeit des jeweiligen Äquivalentdurchmessers von dem Abstand einen kontinuierlichen Gradienten dar. Dies bietet den Vorteil, dass die Gasgemischströmung durch die Desublimationszone in einem vorderen und in einem hinteren Bereich in Hauptströmungsrichtung des Gaseingang-Verteilerraums unabhängig voneinander optimiert werden kann. In a further preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the holes of the at least first perforated plate each have an equivalent diameter which is dimensioned as a function of the distance between the inlet surface (9) and the respective hole. Preferably, the dependence of the respective equivalent diameter from the distance represents a continuous gradient. This offers the advantage that the gas mixture flow through the desublimation zone can be optimized independently of one another in a front and a rear area in the main flow direction of the gas inlet distribution chamber.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weist das zumindest erste Lochblech (8) kreisrunde, längliche, elliptische, ovale, rechteckige oder mehreckige Löcher auf. Dies bietet den Vorteil, dass die Löcher effizient im Lochblech hergestellt werden können und, dass die Gasgemischströmung im Fall einer Desublimation an einem Lochrand das Loch des Lochblechs nicht sofort undurchströmbar wird. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the at least first perforated plate (8) has circular, elongated, elliptical, oval, rectangular, or polygonal holes. This offers the advantage that the holes can be efficiently produced in the perforated plate and that, in the event of desublimation at a hole edge, the gas mixture flow does not immediately become impervious to the hole in the perforated plate.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators sind die Anzahl der Löcher des zumindest ersten Lochblechs im Bereich von 100 bis 15000 pro m2-Lochblech- fläche, bevorzugt im Bereich von 1000 bis 4000 pro m2-Lochblechfläche, beträgt und die Löcher bevorzugt dem Muster eines gleichseitigen Dreiecks entsprechen. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the number of holes in the at least first perforated plate is in the range from 100 to 15,000 per m 2 of perforated plate area, preferably in the range from 1,000 to 4,000 per m 2 of perforated plate area, and the holes preferably correspond to the pattern of an equilateral triangle.
Dies bietet den Vorteil, dass bei vergleichbarer Gleichverteilung der Druckverlust über das Lochblech geringer ist. This offers the advantage that with comparable uniform distribution the pressure loss across the perforated plate is lower.
Prinzipiell sind auch andere Muster als ein gleichseitiges Dreieck denkbar, wie beispielsweise ein allgemeines Dreieck, ein Viereck oder ein Vieleck. In principle, patterns other than an equilateral triangle are also conceivable, such as a general triangle, a quadrilateral or a polygon.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weisen die Löcher des zumindest ersten Lochblechs eine Lochteilung im Bereich von 5 bis 50 mm, bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 mm auf. Dies bietet den Vorteil, dass im Fall einer Desublimation an einem Lochrand das Loch des Lochblechs nicht sofort undurchströmbar wird und die Lochgröße an den Abstand der Strömungskanalwände angepasst werden kann. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the holes of the at least first perforated plate have a pitch in the range of 5 to 50 mm, preferably in the range of 20 to 40 mm. This offers the advantage that in the event of desublimation at a hole edge, the hole in the perforated plate does not immediately become impervious to flow, and the hole size can be adapted to the distance between the flow channel walls.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators sind mehrere Löcher, bevorzugt die meisten Löcher, besonders bevorzugt alle Löcher, des zumindest ersten Lochblechs so angeordnet, dass sich die auf die Ebene des zumindest ersten Lochblechs senkrecht projizierte Strömungskanalwände mit den geometrischen Schwerpunkten der Löcher ein Muster bilden, wobei im Muster jeweils eine der projizierten Strömungskanalwände sich mit dem nächstliegenden geometrischen Schwerpunkt des entsprechenden Lochs überschneidet oder mit dem nächstliegenden geometrischen Schwerpunkt des entsprechenden Lochs einen maximalen Abstand von bis zu 0,50 * DMit oder mit dem nächstliegenden geometrischen Schwerpunkt des entsprechenden Lochs einen Abstand von 0,50 * DMÜ aufweist, wobei Dia dem über alle Strömungskanäle geometrisch gemittelten Äquivalentdurchmesser entspricht, und wo- bei jeder einzelne Äquivalentdurchmesser einen zum jeweiligen Strömungskanal flächengleichen Kreis entspricht und jeder einzelne Äquivalentdurchmesser am Einlass der Desublimati- onszone bemessen ist. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, several holes, preferably most of the holes, particularly preferably all of the holes, of the at least first perforated plate are arranged such that the flow channel walls projected perpendicularly onto the plane of the at least first perforated plate form a pattern with the geometric centers of gravity of the holes, wherein in the pattern one of the projected flow channel walls overlaps with the nearest geometric center of gravity of the corresponding hole or has a maximum distance of up to 0.50 * D M it with the nearest geometric center of gravity of the corresponding hole or a distance of 0.50 * DMÜ with the nearest geometric center of gravity of the corresponding hole, wherein Dia corresponds to the equivalent diameter geometrically averaged over all flow channels, and where- where each individual equivalent diameter corresponds to a circle with the same area as the respective flow channel and each individual equivalent diameter is measured at the inlet of the desublimation zone.
Dies bietet den Vorteil, dass die Gasgemischströmung gelichverteilter in die Strömungskanäle der Desublimationszone hineinströmen kann, da im Wesentlichen die gleiche Lochfläche pro projiziertem Strömungskanal vorliegt, wobei sich der jeweilige projizierte Strömungskanal aus zwei benachbarten projizierten Strömungskanalwänden ergibt. This offers the advantage that the gas mixture flow can flow more evenly into the flow channels of the desublimation zone, since essentially the same hole area is present per projected flow channel, whereby the respective projected flow channel results from two adjacent projected flow channel walls.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators weist der Des- ublimator eine horizontale Längsachse auf, die senkrecht zur Längsachse der Strömungskanäle der Desublimationszone (4) orientiert ist, und der Gaseingang-Verteilerraum (3) oberhalb der Desublimationszone (4) angeordnet ist. Dadurch entsteht der Vorteil, dass während des Beladungsprozess durch die in den Strömungskanälen der Desublimationszone stattfindende Kühlung der Gasgemischströmung das Gasgemisch durch den resultierenden Konvektionseffekt in Richtung des Gasausgang-Raums verstärkter strömt. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the desublimator has a horizontal longitudinal axis oriented perpendicular to the longitudinal axis of the flow channels of the desublimation zone (4), and the gas inlet distribution chamber (3) is arranged above the desublimation zone (4). This provides the advantage that during the loading process, the cooling of the gas mixture flow occurring in the flow channels of the desublimation zone causes the gas mixture to flow more strongly toward the gas outlet chamber due to the resulting convection effect.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators sind die Strömungskanalwände durch die Außenwände eines Rohrbündels, eines Rippenrohrs, eines Rippenrohrbündels, eines Lamellenkörpers, eines Wabenkörpers und/oder eines Plattenkörpers gegeben. Dies bietet den Vorteil, dass während des Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente effizient an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone desublimiert und dass während des Beladungsprozess der Druckverlust über die Desublimationszone möglichst gering ausfällt. In a preferred embodiment of the desublimator according to the invention, the flow channel walls are formed by the outer walls of a tube bundle, a finned tube, a finned tube bundle, a finned body, a honeycomb body, and/or a plate body. This offers the advantage that, during the loading process, the at least one gas component to be desublimated efficiently desublimates at the flow channel walls of the desublimation zone, and that the pressure loss across the desublimation zone is minimized during the loading process.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators. Another object of the invention is a method for operating a desublimator according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators strömt während des Beladungsprozess des Desublimators die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente enthaltende Gasgemischströmung mit einem Massenstrom von mindestens 0,01 kg/s, mit einer Temperatur im Bereich von oberhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur bis 300 °C oberhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur der zumindest einen zu desublimierenden Gaskomponente, und mit einem Absolutdruck im Bereich von 0,1 bis 10,00 bar, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1,5 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,05 bis 1,10 bar, am Einlass hinein. Die Strömungskanalwände der Desublimationszone werden auf eine Temperatur im Bereich von 150 °C unterhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur bis 1 °C unterhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur gekühlt. Die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente in der Gasgemischströmung desublimiert zumindest teilweise innerhalb des Desublimators. Bevorzugt desublimiert die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente im Bereich von 10 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die am Einlass hineinströmende zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente der Gasgemischströmung. Besonders bevorzugt desublimiert die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente im Bereich von 50 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die am Einlass hineinströmende zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente der Gasgemischströmung. Im Fall, dass sich mehrere zu desublimierende Gaskomponenten in der Gasgemischströmung befinden, beziehen sich die vorstehend angegebenen Bereiche auf die jeweilig zu desublimierende Gaskomponente. In the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, during the loading process of the desublimator, the gas mixture flow containing at least one gas component to be desublimated flows in at a mass flow of at least 0.01 kg/s, at a temperature in the range from above the desublimation temperature given at the existing pressure to 300 °C above the desublimation temperature of the at least one gas component to be desublimated at the existing pressure, and at an absolute pressure in the range from 0.1 to 10.00 bar, preferably in the range from 0.5 to 1.5 bar, particularly preferably in the range from 1.05 to 1.10 bar, at the inlet. The flow channel walls of the desublimation zone are heated to a temperature in the range from 150 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure to 1 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure. cooled. The at least one gas component to be desublimated in the gas mixture flow desublimates at least partially within the desublimator. Preferably, the at least one gas component to be desublimated desublimates in the range of 10 to 100 wt. %, based on the at least one gas component of the gas mixture flow to be desublimated flowing in at the inlet. Particularly preferably, the at least one gas component to be desublimated desublimates in the range of 50 to 100 wt. %, based on the at least one gas component of the gas mixture flow to be desublimated flowing in at the inlet. In the event that several gas components to be desublimated are present in the gas mixture flow, the ranges specified above refer to the respective gas component to be desublimated.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass während des Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente effizient an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone desublimiert und dass während des Beladungsprozess der Druckverlust über die Desublimationszone möglichst gering ausfällt. Zudem strömt das Gasgemisch auch gleichmäßiger durch die Strömungskanäle der Desublimationszone. This results in the advantage that during the loading process, at least one gas component to be desublimated efficiently desublimates at the flow channel walls of the desublimation zone, and that the pressure loss across the desublimation zone is minimized. Furthermore, the gas mixture flows more evenly through the flow channels of the desublimation zone.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators beträgt während des Beladungsprozess der Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass des Desublimators maximal 80 mbar, bevorzugt maximal 40 mbar, besonders bevorzugt maximal 20 mbar. In a preferred embodiment of the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, the pressure loss between the inlet and the outlet of the desublimator during the loading process is a maximum of 80 mbar, preferably a maximum of 40 mbar, particularly preferably a maximum of 20 mbar.
Dies bietet den Vorteil, dass bei einem maximalen Lastbetrieb des Beladungsprozess der Druckverlust nicht zu groß wird. Falls der Druckverlust zu groß werden sollte, dann könnte sich der Massenstrom der Gasgemischströmung am Einlass verringern. In diesem Fall könnte hilfsweise eine Pumpe verwendet werden, um den gewünschten Massenstrom der Gasgemischströmung am Einlass erreichen zu können. Jedoch bietet dies die Gefahr, dass sich die Pumpe während des Betriebs mit der zumindest einen zu desublimierenden Gaskomponente zusetzt und somit abgeschaltet werden muss. This offers the advantage that the pressure drop does not become excessive during maximum load operation of the loading process. If the pressure drop becomes excessive, the mass flow of the gas mixture at the inlet could decrease. In this case, a pump could be used as an alternative to achieve the desired mass flow of the gas mixture at the inlet. However, this poses the risk that the pump could become clogged with at least one gas component to be desublimated during operation and thus have to be shut down.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators findet nach dem Erreichen einer vorbestimmten Beladung der zumindest einen desublimierten Gaskomponente auf den Strömungskanalwänden des Desublimators oder nach dem Erreichen einer vorbestimmten Beladungszeit ein Schmelzprozess statt, der folgende Schritte umfasst: In a preferred embodiment of the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, after reaching a predetermined loading of the at least one desublimated gas component on the flow channel walls of the desublimator or after reaching a predetermined loading time, a melting process takes place, which comprises the following steps:
• Abstellen der Zuführung der Gasgemischströmung in den Desublimator, • Stop the supply of the gas mixture flow into the desublimator,
• Beheizen der Strömungskanalwände der Desublimationszone auf eine Temperatur im Bereich von der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur bis 300 °C oberhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur der zumindest einen zu desublimierenden Gaskomponente, • Aufschmelzen der zumindest einen desublimierten Gaskomponente im Desublimator unter Erhalt einer Schmelze, und • Heating the flow channel walls of the desublimation zone to a temperature in the range from the desublimation temperature given at the existing pressure to 300 °C above the desublimation temperature given at the existing pressure of the at least one gas component to be desublimated, • Melting the at least one desublimated gas component in the desublimator to obtain a melt, and
• Abführen der Schmelze aus dem Desublimator, wobei die Abführung bevorzugt durch einen Auslassstutzen an der Gehäusewand des Gasausgang-Raums erfolgt. • Removal of the melt from the desublimator, whereby the removal preferably takes place through an outlet nozzle on the housing wall of the gas outlet chamber.
Dies bietet den Vorteil, dass der Schmelzprozess effizient abläuft. So ist beispielsweise ein Abschaben der desublimierten Gaskomponente(n) von den Strömungskanalwänden der Desubli- mationszone nicht erforderlich. This offers the advantage that the melting process is efficient. For example, scraping the desublimated gas component(s) from the flow channel walls of the desublimation zone is not necessary.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators findet nach dem Abführen der Schmelze aus dem Desublimator ein Rückkühlprozess statt, bei dem die Strömungskanalwände der Desublimationszone auf eine Temperatur im Bereich von 150 °C unterhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur bis 1 °C unterhalb der bei dem vorliegenden Druck gegebenen Desublimationstemperatur abgekühlt werden. In a preferred embodiment of the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, after the melt has been removed from the desublimator, a recooling process takes place in which the flow channel walls of the desublimation zone are cooled to a temperature in the range from 150 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure to 1 °C below the desublimation temperature given at the existing pressure.
Dies bietet den Vorteil, dass vor dem Beladungsprozess die Strömungskanäle der Desublimationszone bereits die erforderliche Temperatur zur Desublimation aufweisen. Somit wird gleich zu Beginn des Beladungsprozess die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente effizient aus der Gasgemischströmung abgetrennt. This offers the advantage that the flow channels of the desublimation zone already have the required temperature for desublimation before the loading process. Thus, at least one gas component to be desublimated is efficiently separated from the gas mixture flow right at the beginning of the loading process.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators enthält die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente in ihrem Massenanteil überwiegend Phthalsäureanhydrid, bevorzugt nur Phthalsäureanhydrid. In a preferred embodiment of the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, the at least one gas component to be desublimated contains predominantly phthalic anhydride, preferably only phthalic anhydride, in its mass fraction.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators beträgt die Konzentration der zumindest einen zu desubli- mierenden Gaskomponente in der Gasgemischströmung am Einlass im Bereich von 0,001 bis 50 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%. In a preferred embodiment of the method according to the invention for operating a desublimator according to the invention, the concentration of the at least one gas component to be desublimated in the gas mixture flow at the inlet is in the range from 0.001 to 50 wt.%, preferably in the range from 0.1 to 10 wt.%.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die zumindest eine zu desublimierende Gaskomponente effizient aus der Gasgemischströmung abgetrennt wird. This results in the advantage that at least one gas component to be desublimated is efficiently separated from the gas mixture flow.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als Prinzipdarstellungen zu verstehen. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Ausgestaltungsvarianten. Es zeigen: Fig. 1: Eine Zeichnung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Desublimators im Längsschnitt. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. The drawings are to be understood as schematic representations. They do not represent a limitation of the invention, for example, with regard to specific dimensions or design variants. They show: Fig. 1: A drawing of a first exemplary embodiment of a desublimator according to the invention in longitudinal section.
Fig. 2: Eine Zeichnung der ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Desublimators gemäß Fig. 1 im Querschnitt. Fig. 2: A drawing of the first exemplary embodiment of a desublimator according to the invention according to Fig. 1 in cross section.
Fig. 3: Eine Zeichnung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lochblechs. Die Löcher des Lochblechs weisen einen jeweiligen Durchmesser von 10 mm auf und die Lochteilung beträgt 24 mm. Fig. 3: A drawing of a second exemplary embodiment of a perforated plate according to the invention. The holes in the perforated plate each have a diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm.
Fig. 4: Eine Zeichnung einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lochblechs. Die Löcher des Lochblechs weisen einen jeweiligen Durchmesser von 15 mm auf und die Lochteilung beträgt 36 mm. Fig. 4: A drawing of a third exemplary embodiment of a perforated plate according to the invention. The holes in the perforated plate each have a diameter of 15 mm and a hole pitch of 36 mm.
Fig. 5: Eine Zeichnung einer vierten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lochblechs. Die Löcher des Lochblechs sind Langlöcher und weisen eine kurze Seite von 10,0 mm und eine lange Seite von 19,8 mm auf. Die Lochteilung beträgt 24 mm. Fig. 5: A drawing of a fourth exemplary embodiment of a perforated plate according to the invention. The holes in the perforated plate are elongated holes and have a short side of 10.0 mm and a long side of 19.8 mm. The hole pitch is 24 mm.
Fig. 6: Eine perspektivische Ansicht eines Desublimators ohne ein Lochblech gemäß eines ersten Vergleichsbeispiels, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 6: A perspective view of a desublimator without a perforated plate according to a first comparative example, showing the velocities of the gas mixture flow along the longitudinal axis of the flow channels on the area shown at the beginning of the loading process. The area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 7: Ein Vektorplot der Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung zu Beginn des Beladungsprozess innerhalb eines Desublimators gemäß Fig. 6, der kein Lochblech aufweist, wobei der Vektorplot auf der Schnittfläche des Desublimator-Längsschnitts dargestellt wird. Fig. 7: A vector plot of the velocities of the gas mixture flow at the beginning of the loading process within a desublimator according to Fig. 6, which does not have a perforated plate, the vector plot being shown on the cross-sectional surface of the desublimator longitudinal section.
Fig. 8: Eine perspektivische Ansicht einer fünften beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 8: A perspective view of a fifth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 9: Eine perspektivische Ansicht einer sechsten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 9: A perspective view of a sixth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 10: Eine perspektivische Ansicht eines Desublimators ohne ein Lochblech gemäß eines zweiten Vergleichsbeispiels, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 10: A perspective view of a desublimator without a perforated plate according to a second comparative example, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels on the surface shown at the beginning of the loading process. The area shown is located in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 11 : Eine perspektivische Ansicht einer siebten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 11: A perspective view of a seventh exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 12: Eine perspektivische Ansicht einer achten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 12: A perspective view of an eighth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 13: Eine perspektivische Ansicht einer neunten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Hierbei liegt die gezeigte Fläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Fig. 13: A perspective view of a ninth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3, wherein the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels are shown on the area shown at the beginning of the loading process. Here, the area shown lies in the uppermost surface of the desublimation zone.
Fig. 14: Eine perspektivische Ansicht einer zehnten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3 im Querschnitt, wobei die Geschwindigkeiten auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Fig. 14: A perspective view of a tenth exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3 in cross section, wherein the velocities on the surface shown are shown at the beginning of the loading process.
Fig. 15: Eine perspektivische Ansicht einer elften beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Desublimators mit einem erfindungsgemäßen Lochblech nach Fig. 3 im Querschnitt, wobei die Geschwindigkeiten auf der gezeigten Fläche zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind. Fig. 15: A perspective view of an eleventh exemplary embodiment of the desublimator according to the invention with a perforated plate according to the invention according to Fig. 3 in cross section, wherein the velocities on the surface shown are shown at the beginning of the loading process.
Liste der verwendeten Bezugszeichen: List of reference symbols used:
1 Desublimator 1 desublimator
2 Einlass 2 Entrance
3 Gaseingang-Verteilerraum 3 Gas inlet distribution room
4 Desublimationszone 4 Desublimation zone
5 Gasausgang-Raum 5 Gas outlet room
6 Auslass 6 Outlet
7 Gehäusewand 8 Lochblech 7 Housing wall 8 perforated sheet
9 Einlassfläche 9 Inlet area
10 Einlassstutzen 10 inlet nozzles
11 Auslassstutzen 11 Outlet nozzle
12 Auslassfläche 12 outlet area
17 Weiterer Auslassstutzen mit einem Abflussventil 17 Additional outlet nozzle with a drain valve
Amax Abstand zwischen der Einlassfläche und der Desublimationszone Amax distance between the inlet surface and the desublimation zone
AT Abstand zwischen dem geometrischen Schwerpunkt des zumindest einenA T Distance between the geometric center of gravity of the at least one
Lochblechs und der Desublimationszone Perforated plate and the desublimation zone
B Breite des Desublimators B Width of the desublimator
D Äquivalentdurchmesser g Schwerkraftvektor D equivalent diameter g gravity vector
H Höhe des Desublimators H Height of the desublimator
L Länge des Desublimators L Length of the desublimator
Fig. 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Desublimators 1 mit einer Länge L im Längsschnitt, wobei rechts unten in der Fig. 1 der Schwerkraftvektor g durch einen Pfeil und links unten in der Fig. 1 das xy-Koordinaten System dargestellt sind. Der Desublimator 1 hat eine horizontale Längsachse, die senkrecht zur Längsachse der Strömungskanäle der Desublimationszone 4 steht. Der Desublimator 1 weist einen Einlass 2 mit einem Einlassstutzen 10 auf, durch den während eines Beladungsprozess eine Gasgemischströmung mit zumindest einer zu desublimierenden Gaskomponente in den Gaseingang-Verteiler- raum 3 des Desublimators 1 strömt. Hierfür ist an der Gehäusewand 7 eine Einlassfläche 9 entsprechend vorgesehen, wobei die Gehäusewand 7 als äußere Begrenzung des Desublimators 1 dient. Eine Desublimationszone 4 mit temperierbaren Strömungskanalwänden beabstandet den Gaseingang-Verteilerraum 3 von einem Gasausgang-Raum 5. Die Desublimationszone ist mit dem Gaseingang-Verteilerraum 3 so verbunden, dass während des Beladungsprozess die Gasgemischströmung von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zur Desublimationszone 4 strömen kann. Zudem ist die Desublimationszone 4 mit einem Gasausgang-Raum 5 so verbunden, dass während des Beladungsprozess die Gasgemischströmung von der Desublimationszone 4 zu dem Gasausgang-Raum 5 strömen kann. Am Gasausgang-Raum 5 ist ein Auslass 6 angeordnet, damit während des Beladungsprozess die Gasgemischströmung aus dem Desublimator 1 herausströmen kann. Hierfür ist an der Gehäusewand 7 eine Auslassfläche 12 entsprechend vorgesehen, wobei ein Auslassstutzen 11 um die Auslassfläche 12 herum angeordnet ist. Die Desublimationszone 4 hat vorzugsweise ein Volumen im Bereich von 1 bis 100 m3. Fig. 1 shows a first exemplary embodiment of a desublimator 1 according to the invention with a length L in longitudinal section, wherein the gravity vector g is represented by an arrow at the bottom right of Fig. 1 and the xy coordinate system is represented at the bottom left of Fig. 1. The desublimator 1 has a horizontal longitudinal axis which is perpendicular to the longitudinal axis of the flow channels of the desublimation zone 4. The desublimator 1 has an inlet 2 with an inlet nozzle 10 through which, during a loading process, a gas mixture flow with at least one gas component to be desublimated flows into the gas inlet distribution chamber 3 of the desublimator 1. For this purpose, an inlet surface 9 is provided accordingly on the housing wall 7, wherein the housing wall 7 serves as the outer boundary of the desublimator 1. A desublimation zone 4 with temperature-controlled flow channel walls separates the gas inlet distribution chamber 3 from a gas outlet chamber 5. The desublimation zone is connected to the gas inlet distribution chamber 3 such that, during the loading process, the gas mixture flow can flow from the gas inlet distribution chamber 3 to the desublimation zone 4. Furthermore, the desublimation zone 4 is connected to a gas outlet chamber 5 such that, during the loading process, the gas mixture flow can flow from the desublimation zone 4 to the gas outlet chamber 5. An outlet 6 is arranged at the gas outlet chamber 5 so that the gas mixture flow can flow out of the desublimator 1 during the loading process. For this purpose, an outlet surface 12 is provided on the housing wall 7, with an outlet nozzle 11 arranged around the outlet surface 12. The desublimation zone 4 preferably has a volume in the range of 1 to 100 m 3 .
Ein Lochblech 8 ist im Gaseingang-Verteilerraum 3 so angeordnet, dass während des Beladungsprozess die Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle gleichmäßiger strömt. Hierbei sollte ein möglichst großer Flächenanteil der Gesamtfläche aller Strömungskanalwände der Desublimationszone 4 von dem Gasgemisch so durchströmt werden, dass das Gasgemisch vom Gaseingang-Verteilerraum 3 in Richtung des Gasausgang-Raums 5 strömt. A perforated plate 8 is arranged in the gas inlet distribution chamber 3 so that the gas mixture flows more evenly through the flow channels during the loading process. The largest possible area of the total area of all flow channel walls should be the desublimation zone 4 is flowed through by the gas mixture in such a way that the gas mixture flows from the gas inlet distribution chamber 3 in the direction of the gas outlet chamber 5.
Damit wird eine möglichst große Fläche zum Desublimieren bereitgestellt. This provides the largest possible area for desublimation.
Die maximale Geschwindigkeit, mit der die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 durchströmt werden, sollte so nah wie möglich am Mittelwert der Geschwindigkeiten durch die Strömungskanäle liegen, um ein schnelles Zuwachsen einzelner Strömungskanäle zu verhindern. Zudem sollte auch eine Rückströmung von dem behandelten Gasgemisch von dem Gasaus- gang-Raums 5 in Richtung des Gaseingang-Verteilerraums 3 so weit wie möglich vermieden werden, um einen größeren Druckverlust über die Desublimationszone 4 vermeiden zu können. Das erfindungsgemäße Lochblech 8 ist in diesem Beispiel im Gaseingang-Verteilerraum 7 mit einem Abstand AT zur Desublimationszone 4 im Bereich von 0,03 bis 0,3 * Amax angeordnet, wobei Amaxdern Abstand zwischen der Einlassfläche 9 und der Desublimationszone 4 entspricht. Das Lochblech 8 hat eine Porosität von 15,7 % und eine Lochteilung von 24 mm, wobei das Muster der Löcher gleichseitiger Dreiecke entspricht. Zudem sind die Löcher des Lochblechs kreisrund und ihr jeweiliger Lochdurchmesser beträgt 10 mm. The maximum velocity at which the flow channels of the desublimation zone 4 are flowed through should be as close as possible to the mean value of the velocities through the flow channels in order to prevent rapid clogging of individual flow channels. In addition, backflow of the treated gas mixture from the gas outlet chamber 5 towards the gas inlet distribution chamber 3 should be avoided as far as possible in order to avoid a greater pressure loss across the desublimation zone 4. In this example, the perforated plate 8 according to the invention is arranged in the gas inlet distribution chamber 7 at a distance ΔT from the desublimation zone 4 in the range of 0.03 to 0.3 * A max , where A max corresponds to the distance between the inlet surface 9 and the desublimation zone 4. The perforated plate 8 has a porosity of 15.7% and a hole pitch of 24 mm, with the pattern of the holes corresponding to equilateral triangles. In addition, the holes in the perforated sheet are circular and their respective hole diameter is 10 mm.
Im Allgemeinen sollte der Abstand zwischen den Löchern eines Lochblechs 8 bevorzugt dem Muster der Strömungskanalwände im Desublimator folgen. Diese liegen in den hier offenbarten Beispielen zwischen 6 mm und 12 mm. In general, the spacing between the holes of a perforated plate 8 should preferably follow the pattern of the flow channel walls in the desublimator. In the examples disclosed here, these are between 6 mm and 12 mm.
Andere Muster können sich z.B. anbieten, wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten Lochblechen im Desublimator variiert. Hier kann das Muster an die Lage der Kanäle angepasst werden. Die Anordnung im Gleichseitigen Dreieck hat den Vorteil eines geringen und eher gleichmäßigen Abstand zwischen zwei Löcher benachbarter Lochbleche. Other patterns may be appropriate, for example, if the distance between two adjacent perforated plates in the desublimator varies. In this case, the pattern can be adapted to the position of the channels. The equilateral triangle arrangement has the advantage of a small and more uniform distance between two holes in adjacent perforated plates.
Zudem ist auch ein weiterer Auslassstutzen 17 mit einem Ablaufventil, das zum Beispiel ein dichtender Verschlussdeckel sein kann, vorhanden. Während des Beladungsprozess befindet sich das Ablaufventil im geschlossenen Zustand, wodurch kein Gasgemisch aus dem weiteren Auslassstutzen 17 herausfließen kann. Während eines Schmelzprozess befindet sich das Ablaufventil jedoch im geöffneten Zustand, wodurch die erzeugte Schmelze aus dem Desublimator herausfließen kann. Typischerweise befindet sich dieser weitere Auslassstutzen 17 am tiefsten Ort des Gasausgang-Raum, so dass durch die Schwerkraft bedingt die Schmelze zum weiteren Auslassstutzen 17 fließen kann. Additionally, there is also an additional outlet port 17 with a drain valve, which can be a sealed closure cap, for example. During the loading process, the drain valve is closed, preventing any gas mixture from flowing out of the additional outlet port 17. During a melting process, however, the drain valve is open, allowing the generated melt to flow out of the desublimator. Typically, this additional outlet port 17 is located at the lowest point in the gas outlet chamber, allowing the melt to flow to the additional outlet port 17 by gravity.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Desublimators 1 gemäß Fig. 1, wobei der Desublimator 1 eine Höhe H und eine Breite B aufweist. In der Fig. 2 ist unten links das zy-Koordinatensystem dargestellt. Im Querschnitt ist die Gehäusewand 7, der Gaseingang-Verteilerraum 3, die Desublimationszone 4, das Lochblech 8 mit seinem Abstand AT zur Desublimationszone 4, der maximale Abstand Amax, der durch den Abstand zwischen der Einlassfläche 9 und der Desublimationszone 4 definiert ist, der Gasausgang-Raum 5, die Auslassfläche 12 sowie die Einlassfläche 9 mit einem Durchmesser D dargestellt. Fig. 2 shows a cross section of the first exemplary embodiment of a desublimator 1 according to the invention according to Fig. 1, wherein the desublimator 1 has a height H and a width B. The zy coordinate system is shown at the bottom left of Fig. 2. In the cross section, the housing wall 7, the gas inlet distribution chamber 3, the desublimation zone 4, the perforated plate 8 with its distance A T to the desublimation zone 4, the maximum distance Amax, the defined by the distance between the inlet surface 9 and the desublimation zone 4, the gas outlet space 5, the outlet surface 12 and the inlet surface 9 with a diameter D are shown.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 10 mm und einer Lochteilung von 24 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die parallel angeordneten Striche stellen die Strömungskanalwände dar. Somit befinden sich die Löcher zwischen den Strömungskanalwänden, wenn man vom Gaseingangs- Verteilerraum 3 senkrecht auf das Lochblech schaut. Fig. 3 shows a perforated plate 8 according to the invention with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The parallel lines represent the flow channel walls. Thus, the holes are located between the flow channel walls when viewed perpendicularly from the gas inlet distribution chamber 3 onto the perforated plate.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 15 mm und einer Lochteilung von 36 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die parallel angeordneten Striche stellen die Strömungskanalwände dar. Somit befinden sich die Löcher mittig über den Strömungskanalwänden, wenn man vom Gaseingangs-Verteilerraum 3 senkrecht auf das Lochblech schaut. Fig. 4 shows a perforated plate 8 according to the invention with a hole diameter of 15 mm and a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The parallel lines represent the flow channel walls. Thus, the holes are located centrally above the flow channel walls when viewed perpendicularly from the gas inlet distribution chamber 3 onto the perforated plate.
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 mit Langlöchern, deren lange Seite 19,8 mm und deren kurze Seite 10,0 mm beträgt. Das Lochblech 8 weist einer Lochteilung von 36 mm auf, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die parallel angeordneten Striche stellen die Strömungskanalwände dar. Somit befinden sich die Löcher mit einem Überlapp zwischen den Strömungskanalwänden, wenn man vom Gaseingangs-Verteilerraum 3 senkrecht auf das Lochblech schaut. Fig. 5 shows a perforated plate 8 according to the invention with elongated holes whose long side is 19.8 mm and whose short side is 10.0 mm. The perforated plate 8 has a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The parallel lines represent the flow channel walls. Thus, the holes are located with an overlap between the flow channel walls when viewed perpendicularly from the gas inlet distribution chamber 3.
Beispiele Examples
Die folgenden Beispiele für den Beladungsprozess eines Desublimators werden durch numerische, strömungsmechanische Simulationen abgebildet. Die numerischen, strömungsmechanischen Simulationen werden auch häufig als „Computational fluid dynamics (CFD)“ bezeichnet. Hierzu wurde die Software ANSYS Fluent verwendet, welche auf der Internetseite ;-fluent (abgerufen am 25.08.2022) zu finden ist. ANSYS Fluent ist eine umfangreiche Simulationssoftware, die zur Modellierung, Simulation und Optimierung strömungstechnischer Verfahren, Anlagen und Komponenten in der Industrie eingesetzt wird. The following examples of the loading process of a desublimator are represented by numerical fluid mechanics simulations. Numerical fluid mechanics simulations are also often referred to as "computational fluid dynamics (CFD)". The software ANSYS Fluent was used for this purpose, which is available on the website ;-fluent (accessed on August 25, 2022). ANSYS Fluent is a comprehensive simulation software used for modeling, simulating, and optimizing fluid dynamic processes, systems, and components in industry.
Die Simulation der folgenden Beispiele basiert auf einer „steady state“ Simulation unter Verwendung des RANS-Turbulenzmodells. Hierbei werden die Standardeinstellungen des Fluent Solvers mit der Version 22.1 verwendet. Beispiel 1 The simulations in the following examples are based on a steady-state simulation using the RANS turbulence model. The default settings of the Fluent Solver version 22.1 are used. Example 1
Eine thermodynamische Simulation einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators 1 gemäß Fig. 1 wurde in Fluent durchgeführt. A thermodynamic simulation of an embodiment of the method for operating a desublimator 1 according to the invention according to Fig. 1 was carried out in Fluent.
Die Länge L des Desublimators 1 ist 7,24 m, die Breite B des Desublimators 1 ist 2,85 m, die Höhe H des Desublimators 1 ist 4,56 m, die Höhe der Desublimationszone ist 1 ,7 m, der Durchmesser D der kreisrunden Einlassfläche 9 ist 0,79 m, der Durchmesser der kreisrunden Auslassfläche 12 ist 0,79 m, das Innenvolumen des Gaseingang-Verteilerraums ist 23,8 m3 und das Innenvolumen des Gasausgang-Raums ist 24,9 m3. The length L of the desublimator 1 is 7.24 m, the width B of the desublimator 1 is 2.85 m, the height H of the desublimator 1 is 4.56 m, the height of the desublimation zone is 1.7 m, the diameter D of the circular inlet surface 9 is 0.79 m, the diameter of the circular outlet surface 12 is 0.79 m, the internal volume of the gas inlet distribution space is 23.8 m 3 and the internal volume of the gas outlet space is 24.9 m 3 .
Das Verhältnis zwischen der Einlassfläche der Desublimationszone 4 und dem Abstand zwischen der Einlass- und Auslassfläche der Desublimationszone 4 beträgt 13,1 [m2/m]. The ratio between the inlet area of desublimation zone 4 and the distance between the inlet and outlet areas of desublimation zone 4 is 13.1 [m 2 /m].
Die Desublimationszone 4 hat ein Volumen von 32,58 m3. Die Oberfläche aller Strömungskanalwände in der Desublimationszone 4 beträgt 5000 m2. Somit liegt für den Beladungsprozess eine Kühlfläche von 5000 m2 vor und für den Schmelzprozess liegt eine Heizfläche von 5000 m2 vor. Desublimation zone 4 has a volume of 32.58 m³ . The surface area of all flow channel walls in desublimation zone 4 is 5000 m² . Thus, a cooling surface of 5000 m² is available for the loading process and a heating surface of 5000 m² is available for the melting process.
In der Simulation werden jedoch die Rippenrohre aufgrund der dafür erforderlichen Rechenleistung so vereinfacht, dass eine poröse Zone die vier Rippenrohrbündel abbildet. Der Druckverlust über die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 wird somit effizient berechnet. Die poröse Zone ist in dem Kapitel 6.2.3 im ANSYS Fluent User's Guide vom 17.2.2016, das von derHowever, due to the required computing power, the finned tubes are simplified in the simulation so that a porous zone represents the four finned tube bundles. The pressure loss across the flow channels of desublimation zone 4 is thus calculated efficiently. The porous zone is described in chapter 6.2.3 in the ANSYS Fluent User's Guide dated February 17, 2016, which is published by
Firma ANSYS, Inc. mit ihrer Webseite „https://www.ansys.com/“ bereitgestellt wird, näher beschrieben. Zudem wird eine solche poröse Zone auch auf der Seite 44 der Webseite Computati- onal Fluid of Chemical Processes - Books (abgerufen am 05.09.2022) dargestellt. provided by ANSYS, Inc. on its website "https://www.ansys.com/". Furthermore, such a porous zone is also described on page 44 of the Computational Fluid of Chemical Processes - Books (accessed on 05.09.2022).
Hierbei werden die Strömungsrichtungen der Gasgemischströmung innerhalb der Strömungskanäle, die von der Längsachse der Strömungskanäle abweichen würden, durch einen entsprechenden Druckverlust zumindest überwiegend so ausgerichtet, dass diese Strömungsrichtungen auch in die Richtung der Längsachse der Strömungskanäle zeigen. In this case, the flow directions of the gas mixture flow within the flow channels, which would deviate from the longitudinal axis of the flow channels, are at least predominantly aligned by a corresponding pressure loss in such a way that these flow directions also point in the direction of the longitudinal axis of the flow channels.
Das erfindungsgemäße Lochblech 8 befindet sich direkt auf der obersten Oberfläche der Desublimationszone. Der Abstand AT zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone ist somit 0 mm. The perforated plate 8 according to the invention is located directly on the uppermost surface of the desublimation zone. The distance ΔT between the perforated plate 8 and the desublimation zone is thus 0 mm.
Der Druckverlust des Lochblechs 8 wird auf Basis der weiter unten angeführten Detailsimulation zum Lochblech 8 gemäß Fig. 3 eingestellt. Das Lochblech 8 gemäß Fig. 3 hat einen jeweiligen Lochdurchmesser von 10mm und eine Lochteilung von 24 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. The pressure loss of the perforated plate 8 is set on the basis of the detailed simulation of the perforated plate 8 shown below in Fig. 3. The perforated plate 8 shown in Fig. 3 has a respective Hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of perforated sheet 8 is 15.7%.
Die Simulation liefert folgende Ergebnisse: The simulation provides the following results:
Eine Gasgemischströmung mit einem Massenstrom von 150 t/h, einem Absolutdruck von 1 ,086 bar und einer Temperatur von 178 °C wird durch einen Einlass 2 dem Desublimator 1 zugeführt. Der Massenstrom der Gasgemischströmung enthält hierbei als zu desublimierende Gaskomponente PSA mit einer Konzentration von 8 Gew.-%. Bei den vorliegenden thermodynamischen Bedingungen beträgt die Dichte der Gasgemischströmung 4,4 kg/m3 und die dynamische Viskosität der Gasgemischströmung beträgt 2,5*10-5 Pa*s. Die Gehäusewand hat eine Temperatur von 178 °C. A gas mixture flow with a mass flow of 150 t/h, an absolute pressure of 1,086 bar, and a temperature of 178 °C is fed to the desublimator 1 through an inlet 2. The mass flow of the gas mixture flow contains PSA with a concentration of 8 wt.% as the gas component to be desublimated. Under the prevailing thermodynamic conditions, the density of the gas mixture flow is 4.4 kg/m 3 and the dynamic viscosity of the gas mixture flow is 2.5*10 -5 Pa*s. The housing wall has a temperature of 178 °C.
Der flächengemittelte Druckverlust, der durch das Lochblech 8 verursacht wird, ist kleiner als 100 Pa. Der Druckverlust zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 6 des Desublimators 1 beträgt 15,86 mbar. The area-averaged pressure loss caused by the perforated plate 8 is less than 100 Pa. The pressure loss between the inlet 2 and the outlet 6 of the desublimator 1 is 15.86 mbar.
Die Anströmfläche wird mit 14 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Bei dem restlichen Flächenanteil der Anströmfläche findet eine Rückströmung statt. Die maximale Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimations- zone 4 ist 3,5 m/s und die mittlere Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desub- limationszone 4 ist 0,46 m/s. The inflow area is 14 m² , flowing from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The remaining area of the inflow area is subject to backflow. The maximum velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 3.5 m/s, and the average velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 0.46 m/s.
Die erreichte Gleichverteilung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle wird anhand der folgenden, dargestellten Ergebnisse der Strömungssimulation bewertet: The achieved uniform distribution of the gas mixture flow through the flow channels is evaluated based on the following flow simulation results:
Fig. 8 zeigt die Anströmfläche der Desublimationszone 4, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind, und wobei die Anströmfläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 liegt. Die Desublimation an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone 4 findet zu Beginn des Beladungsprozess überwiegend in einem Bereich statt, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Einlassfläche 9 befindet. Im weiteren Verlauf des Beladungsprozess verlagert sich der Ort der Desublimation in Richtung der Einlassfläche 9. Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Schwarz dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer oder gleich 10 m/s ist. Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die entgegengesetzte Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Weiß dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer als 0 m/s ist. Aus dem Vergleich der beiden Figuren 6 und 8 geht hervor, dass bei einem erfindungsgemäßen Desublimator 1 das Gasgemisch durch einen größeren Bereich der Desublimationszone 4 in Richtung des Gasausgang-Raums 5 strömt. Zudem bewirkt das erfindungsgemäße Lochblech 8, dass der in Hauptströmungsrichtung hintere Bereich des Gaseingang-Verteilerraums 3 über die gesamte Breite B des Desublimators 1 Geschwindigkeitsrichtungen ausweist, die in die Richtung des Gasausgang-Raums 5 orientiert sind. Dadurch werden größere Geschwindigkeiten in den Strömungskanälen der Desublimationszone 4 vermieden und der Druckverlust über die Desublimationszone 4 ist entsprechend geringer. Eine starke Durchströmung einzelner Strömungskanäle würde zu einem schnellen Zuwachsen derselbigen führen. Im Extremfall könnte es sogar dazu führen, dass die Desublimation an den Strömungskanalwänden aufgrund der hohen Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung nur teilweise stattfinden kann. Mit einem Lochblech 8 werden überhöhte Geschwindigkeit sowie damit verursachte Rückströmungen in benachbarten Strömungskanälen verringert, wodurch die vorstehend genannten Effekte vermieden oder zumindest teilweise vermieden werden können. Fig. 8 shows the inflow area of the desublimation zone 4, wherein the velocities of the gas mixture flow are shown in the direction of the longitudinal axis of the flow channels at the beginning of the loading process, and wherein the inflow area is located in the uppermost surface of the desublimation zone 4. At the beginning of the loading process, the desublimation at the flow channel walls of the desublimation zone 4 takes place predominantly in an area located on the opposite side of the inlet surface 9. As the loading process progresses, the location of the desublimation shifts towards the inlet surface 9. The velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone 4 are shown in black if the magnitude of the velocity is greater than or equal to 10 m/s. The velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone 4 are shown in white if the magnitude of the velocity is greater than 0 m/s. A comparison of Figures 6 and 8 shows that, in a desublimator 1 according to the invention, the gas mixture flows through a larger area of the desublimation zone 4 in the direction of the gas outlet chamber 5. In addition, the perforated plate 8 according to the invention ensures that the rear area of the gas inlet distribution chamber 3 in the main flow direction exhibits velocity directions oriented in the direction of the gas outlet chamber 5 across the entire width B of the desublimator 1. This avoids higher velocities in the flow channels of the desublimation zone 4, and the pressure loss across the desublimation zone 4 is correspondingly lower. A strong flow through individual flow channels would lead to rapid clogging of the same. In extreme cases, this could even lead to desublimation at the flow channel walls only being able to take place partially due to the high velocities of the gas mixture flow. With a perforated plate 8, excessive speed and the resulting backflow in adjacent flow channels are reduced, whereby the above-mentioned effects can be avoided or at least partially avoided.
Beispiel 2 Example 2
Eine thermodynamische Simulation einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Desublimators 1 gemäß Fig. 1 wurde in Fluent durchgeführt. Dieses Beispiel 2 unterscheidet sich von Beispiel 1 nur in den Stoffeigenschaften und dem Massenstrom der Gasgemischströmung. In diesem Beispiel 2 wird eine Gasgemischströmung mit einem Massenstrom von 30 t/h, einem Absolutdruck von 1 ,086 bar und einer Temperatur von 178 °C durch einen Einlass 2 dem Desublimator 1 zugeführt. Der Massenstrom der Gasgemischströmung enthält hierbei als zu desublimierende Gaskomponente PSA mit einer Konzentration von 3 Gew.-%, wodurch die Gasgemischströmung eine Molmasse von 29,7 g/mol aufweist. Bei den vorliegenden thermodynamischen Bedingungen beträgt die dynamische Viskosität der Gasgemischströmung beträgt 2,26*10-5 Pa*s. Die Gehäusewand hat eine Temperatur von 178 °C. A thermodynamic simulation of an inventive embodiment of the method for operating a desublimator 1 according to the invention as shown in Fig. 1 was carried out in Fluent. This Example 2 differs from Example 1 only in the material properties and the mass flow of the gas mixture flow. In this Example 2, a gas mixture flow with a mass flow of 30 t/h, an absolute pressure of 1,086 bar and a temperature of 178 °C is fed to the desublimator 1 through an inlet 2. The mass flow of the gas mixture flow contains PSA as the gas component to be desublimated at a concentration of 3 wt. %, whereby the gas mixture flow has a molar mass of 29.7 g/mol. Under the existing thermodynamic conditions, the dynamic viscosity of the gas mixture flow is 2.26*10-5 Pa*s. The housing wall has a temperature of 178 °C.
Der Druckverlust, der durch das Lochblech 8 verursacht wird, ist kleiner als 10 Pa. Der Druckverlust zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 6 des Desublimators 1 beträgt 3,3 mbar. The pressure loss caused by the perforated plate 8 is less than 10 Pa. The pressure loss between the inlet 2 and the outlet 6 of the desublimator 1 is 3.3 mbar.
Die Anströmfläche der Desublimationszone 4 ist in Fig. 9 dargestellt, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle zu Beginn des Beladungsprozess dargestellt sind, und wobei die Anströmfläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 liegt. Die Anströmfläche wird mit 14,7 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Bei dem restlichen Flächenanteil der Anströmfläche findet eine Rückströmung statt. Die maximale Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimations- zone 4 ist 2,7 m/s und die mittlere Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desub- limationszone 4 ist 0,46 m/s. The inflow area of the desublimation zone 4 is shown in Fig. 9, where the velocities of the gas mixture flow in the direction of the longitudinal axis of the flow channels at the beginning of the loading process are shown, and where the inflow area is located in the uppermost surface of the desublimation zone 4. The inflow area is 14.7 m² , flowing from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The remaining area of the inflow area is subject to backflow. The maximum velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 2.7 m/s, and the average velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 0.46 m/s.
Die Desublimation an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone 4 findet zu Beginn des Beladungsprozess überwiegend in einem Bereich statt, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Einlassfläche 9 befindet. Im weiteren Verlauf des Beladungsprozess verlagert sich der Ort der Desublimation in Richtung der Einlassfläche 9. At the beginning of the loading process, desublimation at the flow channel walls of the desublimation zone 4 predominantly takes place in an area located on the opposite side of the inlet surface 9. As the loading process progresses, the location of desublimation shifts toward the inlet surface 9.
Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Schwarz dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer oder gleich 12 m/s ist. Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die entgegengesetzte Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Weiß dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer als 0 m/s ist. The velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in black if the velocity magnitude is greater than or equal to 12 m/s. The velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in white if the velocity magnitude is greater than 0 m/s.
Aus dem Vergleich der beiden Figuren 8 und 9 geht hervor, dass sich trotz der verschiedenen Stoffeigenschaften der Gasgemischströmung das Lochblech 8 eine ähnliche Wirkung hinsichtlich der Gleichverteilung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 erzielt, wobei Fig. 8 dem Beispiel 1 und Fig. 9 dem Beispiel 2 zugeordnet ist. In beiden Figuren 8 und 9 findet der Beladungsprozess dementsprechend gleichmäßiger statt als in dem Vergleichsbeispiel 1 mit seiner dazugehörigen Fig. 6. Nur in der Nähe der Einlassfläche 9 existiert bei den Figuren 8 und 9 einen Bereich, der in die entgegengesetzte Richtung zur Hauptströmungsrichtung durchströmt wird. From the comparison of the two Figures 8 and 9 it can be seen that, despite the different material properties of the gas mixture flow, the perforated plate 8 achieves a similar effect with regard to the uniform distribution of the gas mixture flow through the flow channels of the desublimation zone 4, whereby Fig. 8 is assigned to Example 1 and Fig. 9 to Example 2. In both Figures 8 and 9 the loading process takes place accordingly more evenly than in Comparative Example 1 with its associated Fig. 6. Only in the vicinity of the inlet surface 9 does an area exist in Figures 8 and 9 through which the flow flows in the opposite direction to the main flow direction.
Folglich verringert ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 auch bei anderen Stoffeigenschaften oder Massenströmen der Gasgemischströmung überhöhte Geschwindigkeiten und verringert so dadurch auch Rückströmungen in benachbarten Strömungskanälen. Consequently, a perforated plate 8 according to the invention also reduces excessive velocities in the case of other material properties or mass flows of the gas mixture flow and thus also reduces backflows in adjacent flow channels.
Es wurde hiermit aufgezeigt, dass das erfindungsgemäße Lochblech 8 bei verschiedenen Stoffeigenschaften der Gasgemischströmung oder bei verschiedenen Massenströmen der Gasgemischströmung seine Wirkung der besseren Gleichverteilung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 erzielt. It has hereby been shown that the perforated plate 8 according to the invention achieves its effect of better uniform distribution through the flow channels of the desublimation zone 4 with different material properties of the gas mixture flow or with different mass flows of the gas mixture flow.
Beispiel 8 Das erfindungsgemäße Beispiel 8 entspricht Beispiel 2, wobei die Porosität des Lochblechs 8 nun 5 % beträgt. Example 8 Example 8 according to the invention corresponds to Example 2, whereby the porosity of the perforated sheet 8 is now 5%.
Die Anströmfläche wird mit 17,04 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Der Druckverlust beträgt 4,39 mbar über den Desublimator und die maximale Geschwindigkeit ist 0,65 m/s. The inflow area is 17.04 m² from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The pressure drop is 4.39 mbar across the desublimator and the maximum velocity is 0.65 m/s.
Fig. 11 zeigt, dass nahezu die gesamte Anströmfläche von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang-Raum 5 angeströmt wird. Fig. 11 shows that almost the entire inflow area from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5 is flowed over.
Beispiel 9 Example 9
Das erfindungsgemäße Beispiel 9 entspricht Beispiel 2, wobei die Porosität des Lochblechs 8 nun 20 % beträgt. Example 9 according to the invention corresponds to Example 2, whereby the porosity of the perforated sheet 8 is now 20%.
Die Anströmfläche wird mit 13,06 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Der Druckverlust beträgt 3,25 mbar über den Desublimator und die maximale Geschwindigkeit ist 3,8 m/s. The inflow area is 13.06 m² from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The pressure drop is 3.25 mbar across the desublimator and the maximum velocity is 3.8 m/s.
Fig. 12 zeigt, dass bis auf den vorderen Bereich die gesamte Anströmfläche von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang-Raum 5 angeströmt wird. Fig. 12 shows that, except for the front area, the entire inflow area is subjected to flow from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5.
Beispiel 10 Example 10
Das erfindungsgemäße Beispiel 10 entspricht Beispiel 2, wobei die Porosität des Lochblechs 8 nun 50 % beträgt. Example 10 according to the invention corresponds to Example 2, whereby the porosity of the perforated sheet 8 is now 50%.
Die Anströmfläche wird mit 10,47 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Der Druckverlust beträgt 3,17 mbar über den Desublimator und die maximale Geschwindigkeit ist 6,2 m/s. The inflow area is 10.47 m² from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The pressure drop is 3.17 mbar across the desublimator and the maximum velocity is 6.2 m/s.
Fig. 13 zeigt, dass im Wesentlichen nur die hinter Hälfte der Anströmfläche von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang-Raum 5 angeströmt wird. Fig. 13 shows that essentially only the rear half of the inflow area is flowed from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5.
Beispiel 11 Example 11
Das erfindungsgemäße Beispiel 11 entspricht Beispiel 2, wobei der Abstand AT zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 nun 24 mm beträgt. Da der Durchmesser D der kreisrunden Einlassfläche 9 weiterhin 0,79 m beträgt, entspricht dies 0,03 * D. Example 11 according to the invention corresponds to Example 2, with the distance AT between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 now being 24 mm. Since the diameter D of the circular inlet surface 9 remains 0.79 m, this corresponds to 0.03 * D.
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch den Desublimator, wobei die Löcher des Lochblechs 8 sich in einer Linie mit den Strömungskanalwänden befinden. Die Strömung kann sich zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 kaum verteilen, wodurch die Jets ausgehend von den Löchern des Lochblechs 8 beibehalten werden und durch die Strömungskanalwände der Desublimationszone 4 nahezu störungsfrei strömen. Beispiel 12 Fig. 14 shows a cross-section through the desublimator, with the holes of the perforated plate 8 aligned with the flow channel walls. The flow can barely spread between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4, thereby maintaining the jets emanating from the holes of the perforated plate 8 and flowing through the flow channel walls of the desublimation zone 4 with virtually no interference. Example 12
Das erfindungsgemäße Beispiel 12 entspricht Beispiel 2, wobei der Abstand AT zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 nun 400 mm beträgt. Da der Durchmesser D der kreisrunden Einlassfläche 9 weiterhin 0,79 m beträgt, entspricht dies 0,5 * D. Example 12 according to the invention corresponds to Example 2, with the distance A T between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 now being 400 mm. Since the diameter D of the circular inlet surface 9 remains 0.79 m, this corresponds to 0.5 * D.
Fig. 15 zeigt einen Querschnitt durch den Desublimator. Die Strömung kann sich zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 gut verteilen, wodurch die Jets ausgehend von den Löchern des Lochblechs 8 mit zunehmendem Abstand zum Lochblech kleiner werden. Fig. 15 shows a cross-section through the desublimator. The flow can be well distributed between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4, whereby the jets originating from the holes in the perforated plate 8 become smaller with increasing distance from the perforated plate.
Fazit für die vorstehenden Beispiele: Conclusion for the above examples:
Liegt das Lochblech 8 entweder direkt auf der Desublimationszone 4 auf oder befindet sich in einem nahen Abstand zur Desublimationszone 4, so treten die einzelnen Jets von dem Lochblech 8 direkt mit einer überhöhten Geschwindigkeit in die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 ein. Die mittlere Jet-Geschwindigkeit ist hier die ideale, homogene Geschwindigkeit geteilt durch die Porosität. Je geringer die Porosität ist, umso stärker also die lokale Geschwindigkeitsüberhöhung. Dies bewirkt bei einer Porosität von 5 % einen Faktor von 20. Diese starken Jets führen dann wiederum zu Rückstromgebieten zwischen den Jets und einer schlechten Strömungsverteilung. Daher ist es bei geringen Porositäten umso bevorzugter einen großen Abstand zwischen Lochblech und Desublimationszone zu haben. Bei 50 % Porosität ist bevorzugt auch ein geringer Abstand in der Regel ausreichend. Ist das Lochblech zu nahe an der Einlassfläche 9 und hat auch noch eine geringe Porosität, dann kann es auch durch den "Strahlpumpeneffekt" zu einer Umkehr der Strömungsrichtung durch das Lochblech 8 im Bereich des eintretenden Jets kommen. If the perforated plate 8 either lies directly on the desublimation zone 4 or is located at a close distance to the desublimation zone 4, the individual jets from the perforated plate 8 enter the flow channels of the desublimation zone 4 directly at an excessive speed. The average jet speed here is the ideal, homogeneous speed divided by the porosity. The lower the porosity, the greater the local velocity increase. At a porosity of 5%, this results in a factor of 20. These strong jets then, in turn, lead to backflow areas between the jets and poor flow distribution. Therefore, at low porosities, it is even preferable to have a large distance between the perforated plate and the desublimation zone. At 50% porosity, a short distance is usually sufficient. If the perforated plate is too close to the inlet surface 9 and also has a low porosity, the "jet pump effect" can also lead to a reversal of the flow direction through the perforated plate 8 in the area of the incoming jet.
Vergleichsbeispiel 1 Comparison example 1
Im Vergleich zum Beispiel 1 ist kein Lochblech 8 vorhanden. Alle anderen Merkmale des Desublimators 1 sowie die Prozessparameter für den Beladungsprozess sind gleichgeblieben. Auch hier wurde eine Simulation mit der Software Fluent durchgeführt. Compared to Example 1, there is no perforated plate 8. All other features of the desublimator 1, as well as the process parameters for the loading process, remained the same. Here, too, a simulation was performed using the Fluent software.
Die erreichte Gleichverteilung der Gasgemischströmung durch die einzelnen Strömungskanäle wird anhand der folgenden, dargestellten Ergebnisse der Strömungssimulation bewertet: The achieved uniform distribution of the gas mixture flow through the individual flow channels is evaluated using the following flow simulation results:
Der Druckverlust zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 6 des Desublimators 1 beträgt 15,68 mbar. Die Desublimationszone 4 wird aus dem Gaseingang-Verteilerraum 3 über eine Anströmfläche angeströmt, wobei die Anströmfläche der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 entspricht. The pressure loss between inlet 2 and outlet 6 of desublimator 1 is 15.68 mbar. The desublimation zone 4 is supplied with gas from the gas inlet distribution chamber 3 via an inflow surface, whereby the inflow surface corresponds to the uppermost surface of the desublimation zone 4.
Die Anströmfläche wird mit 8,6 m2 von dem Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang- Raum 5 angeströmt. Bei dem restlichen Flächenanteil der Anströmfläche findet eine Rückströmung statt. Die maximale Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimationszone 4 ist 13,4 m/s und die mittlere Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimationszone 4 ist 0,46 m/s. The inflow area is 8.6 m² , flowing from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet chamber 5. The remaining area of the inflow area is subject to backflow. The maximum velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 13.4 m/s, and the average velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 0.46 m/s.
Die Anströmfläche der Desublimationszone 4 ist in Fig.6 dargestellt, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung zu Beginn des Beladungsprozess auf der gezeigten Anströmfläche in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle dargestellt sind, und wobei die Anströmfläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 liegt. The inflow surface of the desublimation zone 4 is shown in Fig.6, where the velocities of the gas mixture flow at the beginning of the loading process are shown on the inflow surface shown in the direction of the longitudinal axis of the flow channels, and where the inflow surface is located in the uppermost surface of the desublimation zone 4.
Die Desublimation an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone 4 findet zu Beginn des Beladungsprozess überwiegend in einem Bereich statt, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Einlassfläche 9 befindet. Im weiteren Verlauf des Beladungsprozess verlagert sich der Ort der Desublimation in Richtung der Einlassfläche 9. At the beginning of the loading process, desublimation at the flow channel walls of the desublimation zone 4 predominantly takes place in an area located on the opposite side of the inlet surface 9. As the loading process progresses, the location of desublimation shifts toward the inlet surface 9.
Die Anströmfläche weist einen Gradienten zwischen der Mittelachse und den Gehäusewänden 7 auf, wobei der Gradient durch die ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung gegeben ist. Die Desublimation findet besonders in der Nähe der Gehäusewand 7 statt. Im Bereich der Einlassfläche 9 findet kaum eine Desublimation zu Beginn des Beladungsprozess statt. The inflow surface exhibits a gradient between the central axis and the housing walls 7, whereby the gradient is determined by the uneven velocity distribution. Desublimation occurs particularly near the housing wall 7. In the area of the inlet surface 9, hardly any desublimation occurs at the beginning of the loading process.
Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Schwarz dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer oder gleich 10 m/s ist. Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die entgegengesetzte Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Weiß dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer als 0 m/s ist. Werte, die sich im Zwischenbereich befinden, werden entsprechend der Skala gemäß Fig. 6 dargestellt. Velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in black if the velocity magnitude is greater than or equal to 10 m/s. Velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in white if the velocity magnitude is greater than 0 m/s. Values in the intermediate range are shown according to the scale shown in Fig. 6.
Ein Vektorplot der Geschwindigkeitsvektoren der Gasgemischströmung zu Beginn des Beladungsprozess wird innerhalb des Desublimators 1 in Fig. 7 dargestellt, wobei der Vektorplot auf der Schnittfläche des Desublimator-Längsschnitts dargestellt wird. Hierbei ist die Länge der Vektoren konstant und somit unabhängig von dem Betrag der Geschwindigkeit. A vector plot of the velocity vectors of the gas mixture flow at the beginning of the loading process is shown inside the desublimator 1 in Fig. 7, with the vector plot being plotted on the cross-section of the desublimator longitudinal section. The length of the vectors is constant and thus independent of the velocity magnitude.
Man erkennt, dass im Wesentlichen im linken Bereich der Desublimationszone 4, der durch einen rechteckigen Rahmen angedeutet wird, das Gasgemisch vollständig durch die Desublimationszone 4 in Richtung des Gasausgang-Raums 5 strömt. Die gekrümmte, gestrichelte Line in der Desublimationszone 4 deutet den Umschlagpunkt an, bei dem die Geschwindigkeitsrichtung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 in die entgegengesetzte Richtung umschlägt. Je weiter die Kurve abfällt, desto weniger werden die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 mit dem Gasgemisch in Richtung des Gasausgang-Raums 5 durchströmt. In dem Bereich rechts neben der Kurve strömt das Gasgemisch von dem Gasausgang-Raum 5 durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 in Richtung des Gaseingang- Verteilerraums 3. It can be seen that essentially in the left area of the desublimation zone 4, which is indicated by a rectangular frame, the gas mixture flows completely through the desublimation zone 4 in the direction of the gas outlet space 5. The curved, dashed line in The curve of the desublimation zone 4 indicates the transition point at which the velocity direction through the flow channels of the desublimation zone 4 reverses. The further the curve descends, the less the gas mixture flows through the flow channels of the desublimation zone 4 toward the gas outlet chamber 5. In the area to the right of the curve, the gas mixture flows from the gas outlet chamber 5 through the flow channels of the desublimation zone 4 toward the gas inlet distribution chamber 3.
Vergleichsbeispiel 2 Comparison example 2
Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 unterscheidet sich das Vergleichsbeispiel 2 nur in den Stoffeigenschaften und dem Massenstrom der Gasgemischströmung. Auch hier wurde eine Simulation mit der Software Fluent durchgeführt. Compared to Comparative Example 1, Comparative Example 2 differs only in the material properties and the mass flow of the gas mixture. Here, too, a simulation was performed using the Fluent software.
In diesem Vergleichsbeispiel 2 wird eine Gasgemischströmung mit einem Massenstrom von 30 t/h, einem Absolutdruck von 1 ,086 bar und einer Temperatur von 178 °C durch einen Einlass 2 dem Desublimator 1 zugeführt. Der Massenstrom der Gasgemischströmung enthält hierbei als zu desublimierende Gaskomponente PSA mit einer Konzentration von 3 Gew.-%, wodurch die Gasgemischströmung eine Molmasse von 29,7 g/mol aufweist. Bei den vorliegenden thermodynamischen Bedingungen beträgt die dynamische Viskosität der Gasgemischströmung beträgt 2,26*10-5 Pa*s. Die Gehäusewand hat eine Temperatur von 178 °C. In this comparative example 2, a gas mixture flow with a mass flow of 30 t/h, an absolute pressure of 1,086 bar, and a temperature of 178 °C is fed to the desublimator 1 through an inlet 2. The mass flow of the gas mixture flow contains PSA as the gas component to be desublimated at a concentration of 3 wt. %, whereby the gas mixture flow has a molar mass of 29.7 g/mol. Under the prevailing thermodynamic conditions, the dynamic viscosity of the gas mixture flow is 2.26*10-5 Pa*s. The housing wall has a temperature of 178 °C.
Die erreichte Gleichverteilung der Gasgemischströmung durch die einzelnen Strömungskanäle wird anhand der folgenden, dargestellten Ergebnisse der Strömungssimulation bewertet: The achieved uniform distribution of the gas mixture flow through the individual flow channels is evaluated using the following flow simulation results:
Der Druckverlust zwischen dem Einlass 2 und dem Auslass 6 des Desublimators 1 beträgt 3,2 mbar. The pressure loss between inlet 2 and outlet 6 of desublimator 1 is 3.2 mbar.
Die Desublimationszone 4 wird aus dem Gaseingang-Verteilerraum 3 über eine Anströmfläche angeströmt, wobei die Anströmfläche der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 entspricht. The desublimation zone 4 is supplied with gas from the gas inlet distribution chamber 3 via an inflow surface, whereby the inflow surface corresponds to the uppermost surface of the desublimation zone 4.
Die Anströmfläche wird mit 8,7 m2 vom Gaseingang-Verteilerraum 3 zum Gasausgang-Verteiler- raum 5 von der Gasgemischströmung durchströmt. Bei dem restlichen Anteil der Anströmfläche findet eine Rückströmung statt. Die maximale Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimationszone 4 ist 11 ,2 m/s und die mittlere Geschwindigkeit der Gasgemischströmung durch die Desublimationszone 4 ist 0,46 m/s. Die Anströmfläche der Desublimationszone 4 ist in Fig. 10 dargestellt, wobei die Geschwindigkeiten der Gasgemischströmung zu Beginn des Beladungsprozess auf der gezeigten Anströmfläche in Richtung der Längsachse der Strömungskanäle dargestellt sind, und wobei die Anströmfläche in der obersten Oberfläche der Desublimationszone 4 liegt. The gas mixture flow passes through an inflow area of 8.7 m² from the gas inlet distribution chamber 3 to the gas outlet distribution chamber 5. The remaining portion of the inflow area is subject to backflow. The maximum velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 11.2 m/s, and the average velocity of the gas mixture flow through the desublimation zone 4 is 0.46 m/s. The inflow surface of the desublimation zone 4 is shown in Fig. 10, wherein the velocities of the gas mixture flow at the beginning of the loading process on the shown inflow surface are shown in the direction of the longitudinal axis of the flow channels, and wherein the inflow surface is located in the uppermost surface of the desublimation zone 4.
Die Desublimation an den Strömungskanalwänden der Desublimationszone 4 findet zu Beginn des Beladungsprozess überwiegend in einem Bereich statt, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Einlassfläche 9 befindet. Im weiteren Verlauf des Beladungsprozess verlagert sich der Ort der Desublimation in Richtung der Einlassfläche 9. At the beginning of the loading process, desublimation at the flow channel walls of the desublimation zone 4 predominantly takes place in an area located on the opposite side of the inlet surface 9. As the loading process progresses, the location of desublimation shifts toward the inlet surface 9.
Die Anströmfläche weist einen Gradienten zwischen der Mittelachse und den Gehäusewänden 7 auf, wobei der Gradient durch die ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung gegeben ist. Die Desublimation findet besonders in der Nähe der Gehäusewand 7 statt. Im Bereich der Einlassfläche 9 findet kaum eine Desublimation zu Beginn des Beladungsprozess statt. The inflow surface exhibits a gradient between the central axis and the housing walls 7, whereby the gradient is determined by the uneven velocity distribution. Desublimation occurs particularly near the housing wall 7. In the area of the inlet surface 9, hardly any desublimation occurs at the beginning of the loading process.
Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Schwarz dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer oder gleich 12 m/s ist. Die Geschwindigkeiten, deren Geschwindigkeitsvektoren in die entgegengesetzte Richtung zur Hauptströmungsrichtung der Gasgemischströmung durch die Strömungskanäle der Desublimationszone 4 orientiert sind, werden in Weiß dargestellt, wenn der Betrag der Geschwindigkeit größer als 0 m/s ist. Werte, die sich im Zwischenbereich befinden, werden entsprechend der Skala gemäß Fig. 10 dargestellt. Velocities whose velocity vectors are oriented in the direction of the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in black if the velocity magnitude is greater than or equal to 12 m/s. Velocities whose velocity vectors are oriented in the opposite direction to the main flow direction of the gas mixture flow through the flow channels of desublimation zone 4 are shown in white if the velocity magnitude is greater than 0 m/s. Values in the intermediate range are shown according to the scale shown in Fig. 10.
Es folgen Detailsimulationen zur Untersuchung des Einfluss der exakten Lochblechgeometrie in Abhängigkeit von dem Design der Desublimationszone: The following are detailed simulations to investigate the influence of the exact perforated plate geometry depending on the design of the desublimation zone:
Die Detailsimulationen wurden auch mit der Software Fluent berechnet. Sie umfassen jeweils nur einen Teil des Lochblechs 8 mit den sich darunter angeordneten Strömungskanalwänden der Desublimationszone 4 gemäß den Fig. 3 bis 5. Außer dem Ein- und Auslass werden Symmetrie-Randbedingungen an den anderen äußeren Grenzen des Rechenmodells gesetzt. The detailed simulations were also calculated using the Fluent software. They each include only a portion of the perforated plate 8 with the flow channel walls of the desublimation zone 4 located underneath, as shown in Figs. 3 to 5. In addition to the inlet and outlet, symmetry boundary conditions are applied to the other outer boundaries of the computational model.
Eine Simulation des ganzen Lochblechs 8 und entsprechend auch der gesamten Desublimationszone 4 wäre zu aufwendig. A simulation of the entire perforated plate 8 and accordingly also of the entire desublimation zone 4 would be too complex.
Um das Potenzial zur Verbesserung des Desublimation im Desublimator 1 aufzuzeigen, wurde neben der Gasgemischströmung auch der Wärmeübergang zwischen der Gasgemischströmung und den Strömungskanalwänden simuliert. Für die Simulationen wird jeweils eine Gasgemischströmung mit einer Eintrittsgeschwindigkeit am Einlass des Rechenmodells von 0,5 m/s und mit einem Absolutdruck am Auslass des Rechenmodells von 1,01325 bar eingestellt. Hierbei hat die Gasgemischströmung eine Temperatur von 178 °C am Einlass des Rechenmodells. Die Strömungskanalwände sind auf eine Temperatur von 27 °C gekühlt. Bei den in den Simulationen jeweils vorliegenden thermodynamischen Bedingungen beträgt die Dichte der Gasgemischströmung 0,81 kg/m3 und die dynamische Viskosität der Gasgemischströmung beträgt 2,26*10'5 Pa*s. In order to demonstrate the potential for improving desublimation in desublimator 1, in addition to the gas mixture flow, the heat transfer between the gas mixture flow and the flow channel walls was simulated. For each simulation, a gas mixture flow is set with an inlet velocity of 0.5 m/s at the inlet of the calculation model and an absolute pressure of 1.01325 bar at the outlet of the calculation model. The gas mixture flow has a temperature of 178 °C at the inlet of the calculation model. The flow channel walls are cooled to a temperature of 27 °C. Under the thermodynamic conditions prevailing in the simulations, the density of the gas mixture flow is 0.81 kg/m 3 and the dynamic viscosity of the gas mixture flow is 2.26*10' 5 Pa*s.
Das Rechenmodell weist folgendes Design auf: The calculation model has the following design:
Die Länge der Strömungskanalwände in Hauptströmungsrichtung beträgt 0,35 m. The length of the flow channel walls in the main flow direction is 0.35 m.
Der Abstand zwischen den Strömungskanalwänden beträgt 11 mm, wobei die Dicke der Strömungskanalwände 1 mm beträgt. Das Öffnungsverhältnis, das dem Verhältnis zwischen der durchströmbarer Einlassfläche und der gesamten Einlassfläche entspricht, beträgt am Ein- und Auslass jeweils 91,67 %. The distance between the flow channel walls is 11 mm, and the thickness of the flow channel walls is 1 mm. The aperture ratio, which corresponds to the ratio between the flowable inlet area and the total inlet area, is 91.67% at both the inlet and outlet.
Detailsimulationen-Beispiel 3: Detailed simulation example 3:
Das Detailsimulationen-Beispiel 3 untersucht ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 gemäß Fig. 3 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 10mm und einer Lochteilung von 24 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Das Lochblech 8 ist direkt auf der Desublimationszone 4 angeordnet, wodurch der Abstand zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 genau 0 mm beträgt. Detailed simulation example 3 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 3, with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of the perforated plate 8 is 15.7%. The perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm.
Detailsimulationen-Beispiel 4: Detailed simulation example 4:
Das Detailsimulationen-Beispiel 4 untersucht ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 gemäß Fig. 3 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 10 mm und einer Lochteilung von 24 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Das Lochblech 8 ist 40 mm von der Desublimationszone 4 beabstandet. Detailed simulation example 4 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 3, with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The perforation rate of the perforated plate 8 is 15.7%. The perforated plate 8 is spaced 40 mm from the desublimation zone 4.
Detailsimulationen-Beispiel 5: Detailed simulation example 5:
Das Detailsimulationen-Beispiel 5 untersucht ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 gemäß Fig. 4 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 15 mm und einer Lochteilung von 36 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Das Lochblech 8 ist direkt auf der Desublimationszone 4 angeordnet, wodurch der Abstand zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 genau 0 mm beträgt. Detailsimulationen-Beispiel 6: Detailed simulation example 5 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 4, with a hole diameter of 15 mm and a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of the perforated plate 8 is 15.7%. The perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm. Detailed simulation example 6:
Das Detailsimulationen-Beispiel 6 untersucht ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 gemäß Fig. 5 mit Langlöchern, die jeweils eine kurze und eine lange Seite aufweisen. Die kurze Seite eines Langlochs beträgt 10 mm und die lange Seite des Langlochs beträgt 19,8 mm. Das Lochblech 8 weist einer Lochteilung von 36 mm auf, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Das Lochblech 8 ist direkt auf der Desublimationszone 4 angeordnet, wodurch der Abstand zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 genau 0 mm beträgt. Detailed simulation example 6 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 5 with elongated holes, each having a short and a long side. The short side of an elongated hole is 10 mm, and the long side of the elongated hole is 19.8 mm. The perforated plate 8 has a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of the perforated plate 8 is 15.7%. The perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm.
Detailsimulationen-Beispiel 7: Detailed simulation example 7:
Das Detailsimulationen-Beispiel 7 untersucht ein erfindungsgemäßes Lochblech 8 gemäß Fig. 5 mit Langlöchern, die jeweils eine kurze und eine lange Seite aufweisen. Die kurze Seite eines Langlochs beträgt 10 mm und die lange Seite des Langlochs beträgt 19,8 mm. Das Lochblech 8 weist einer Lochteilung von 36 mm auf, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Das Lochblech 8 ist 40 mm von der Desublimationszone 4 beabstandet. Detailed simulation example 7 examines a perforated plate 8 according to the invention as shown in Fig. 5 with elongated holes, each having a short and a long side. The short side of an elongated hole is 10 mm, and the long side of the elongated hole is 19.8 mm. The perforated plate 8 has a hole pitch of 36 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of the perforated plate 8 is 15.7%. The perforated plate 8 is spaced 40 mm from the desublimation zone 4.
Ergebnisse der Detailsimulationen: Results of the detailed simulations:
Die Referenz für die in der Tabelle 1 erfassten Detailsimulationen-Beispiele ist das Lochblech 8 gemäß Detailsimulationen-Beispiel 3 mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 10 mm und einer 24 mm Lochteilung. Das Lochblech 8 ist direkt auf der Desublimationszone 4 angeordnet, wodurch der Abstand zwischen dem Lochblech 8 und der Desublimationszone 4 genau 0 mm beträgt. The reference for the detailed simulation examples recorded in Table 1 is the perforated plate 8 according to detailed simulation example 3, with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm. The perforated plate 8 is arranged directly on the desublimation zone 4, whereby the distance between the perforated plate 8 and the desublimation zone 4 is exactly 0 mm.
Tabelle 1: Auswertung der Detailsimulationen-Beispiele 3 bis 7 der Detailsimulationen. Alle Werte beziehen sich in Relation auf die Werte des Detailsimulationen-Beispiels 3. Hierbei ist „aw-uni-alpha“ der flächenbezogene „uniformity-index“ des Wärmeübergangskoeffizienten. Die relativen aw-uni-alpha Werte in der Tabelle 1 entsprechen jeweils dem Verhältnis zwischen dem uniformity-index“ des Wärmeübergangskoeffizienten des betreffenden Detailsi- mulationen-Beispiels und dem uniformity-index“ des Wärmeübergangskoeffizienten gemäß De- tailsimulationen-Beispiel 3. Table 1: Evaluation of the detailed simulation examples 3 to 7. All values are relative to the values of detailed simulation example 3. Here, "aw-uni-alpha" is the area-related "uniformity index" of the heat transfer coefficient. The relative aw-uni-alpha values in Table 1 correspond to the ratio between the "uniformity index" of the heat transfer coefficient of the respective detailed simulation example and the "uniformity index" of the heat transfer coefficient according to Detailed Simulation Example 3.
Je größer dieser Wert ist, umso gleichmäßiger findet die Desublimation an den Strömungskanalwänden statt und somit kann der Desublimator 1 länger betrieben werden und entsprechend kann eine größere Menge der desublimierenden Gaskomponente auf den Strömungskanalwänden abgeschieden werden. The larger this value is, the more uniform the desublimation takes place on the flow channel walls and thus the desublimator 1 can be operated longer and accordingly a larger amount of the desublimating gas component can be deposited on the flow channel walls.
Hierbei entspricht „Tmw, outlet“ der massengemittelten Temperatur der Gasgemischströmung am Auslass der Desublimationszone 4. Die relativen „Tmw, outlet“ Werte in der Tabelle 1 stehen für das Verhältnis zwischen der massengemittelten Temperatur der Gasgemischströmung am Auslass der Desublimationszone 4 des betreffenden Detailsimulationen-Beispiels und der massengemittelten Temperatur der Gasgemischströmung am Auslass der Desublimationszone 4 gemäß Detailsimulationen-Beispiel 3. Je niedriger dieser Wert ist, desto besser ist dies für den Desublimationsprozess, da mehr Wärme des Gasgemischs an die Strömungskanalwände abgegeben wird. Here, “T m w, outlet” corresponds to the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the outlet of desublimation zone 4. The relative “T m w, outlet” values in Table 1 represent the ratio between the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the outlet of desublimation zone 4 of the respective detailed simulation example and the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the outlet of desublimation zone 4 according to detailed simulation example 3. The lower this value, the better it is for the desublimation process, since more heat of the gas mixture is transferred to the flow channel walls.
Hierbei entspricht „dTmw, miet to outlet“ der Differenz zwischen der massengemittelten Temperatur der Gasgemischströmung am Einlass der Desublimationszone 4 und der massengemittelten Temperatur der Gasgemischströmung am Auslass der Desublimationszone 4. Die relativen „dTmw, miet to outlet“ Werte in der Tabelle 1 stehen für das Verhältnis zwischen des „dTmw, miet to outlet“ Werts des betreffenden Detailsimulationen-Beispiels und des „dTmw, miet to outlet“ Werts des Detailsimulationen-Beispiels 3. Je größer dieser Wert ist, desto besser ist dies für den Desublimationsprozess, da mehr Wärme des Gasgemischs an die Strömungskanalwände abgegeben wird. Here, “dT mw , miet to outlet” corresponds to the difference between the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the inlet of desublimation zone 4 and the mass-averaged temperature of the gas mixture flow at the outlet of desublimation zone 4. The relative “dTmw, miet to outlet” values in Table 1 represent the ratio between the “dT mw , miet to outlet” value of the respective detailed simulation example and the “dT mw , miet to outlet” value of the detailed simulation example 3. The larger this value, the better it is for the desublimation process, since more heat of the gas mixture is transferred to the flow channel walls.
Hierbei entspricht „Pjn“ dem Absolutdruck am Einlass 2 des Desublimators 1. Here, “Pj n ” corresponds to the absolute pressure at inlet 2 of desublimator 1.
Die relativen „Pjn“ Werte in der Tabelle 1 stehen für das Verhältnis zwischen dem Absolutdruck am Einlass 2 des Desublimators 1 des betreffenden Detailsimulationen-Beispiels und dem Absolutdruck am Einlass 2 des Desublimators 1 gemäß Detailsimulationen-Beispiel 3. Je niedriger der Wert ist, desto besser ist dies für den Desublimationsprozess, da weniger Druckverlust im Desublimator 1 entsteht. Hierbei betragen die konkreten Werte des Detailsimulationen-Beispiels 3: The relative “Pj n ” values in Table 1 represent the ratio between the absolute pressure at inlet 2 of desublimator 1 of the respective detailed simulation example and the absolute pressure at inlet 2 of desublimator 1 according to detailed simulation example 3. The lower the value, the better it is for the desublimation process, since less pressure loss occurs in desublimator 1. The concrete values of the detailed simulation example 3 are:
Fazit: Conclusion:
Somit ist das zur Desublimationszone 4 um 40 mm beabstandete Lochblech 8 gemäß Detailsi- mulationen-Beispiel 4 als bevorzugte Ausführungsform zu beurteilen. Dieses Lochblech 8 weist kreisrunde mit einem jeweiligen Lochdurchmesser von 10 mm und einer Lochteilung von 24 mm, wobei jeweils drei Löcher ein gleichseitiges Dreieck als Muster bilden. Die Porosität des Lochblechs 8 beträgt 15,7 %. Thus, the perforated plate 8, spaced 40 mm from the desublimation zone 4, according to Detailed Simulation Example 4, is considered the preferred embodiment. This perforated plate 8 has circular holes with a hole diameter of 10 mm and a hole pitch of 24 mm, with three holes forming an equilateral triangle as a pattern. The porosity of the perforated plate 8 is 15.7%.
Denn dieses Lochblech 8 ist am besten geeignet für den Einbau in den Desublimator 1, da der Druckverlust gering ausfällt und die massengemittelte Temperatur der Gasgemischströmung am Auslass der Desublimationszone 4 signifikant geringer ist als bei den Detailsimulationen- Beispielen 3, 5, 6 und 7 ist. Auch der „aw-uni-alpha“ Wert ist größer als 1, wodurch die Desubli- mation an den Strömungskanalwänden gleichmäßiger als in Detailsimulationen-Beispiel 3 und 5 stattfindet. This perforated plate 8 is best suited for installation in the desublimator 1, as the pressure loss is low and the mass-average temperature of the gas mixture flow at the outlet of the desublimation zone 4 is significantly lower than in the detailed simulation examples 3, 5, 6, and 7. The "aw-uni-alpha" value is also greater than 1, which means that the desublimation on the flow channel walls takes place more evenly than in the detailed simulation examples 3 and 5.
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2024
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