Drucklufterzeugung und -aufbereitung zum Strahlen von festem Kohlendioxid

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1 DLS Ingenieurbüro Pneumatische und hydraulische Systeme Drucklufterzeugung und aufbereitung zum Strahlen von festem Kohlendioxid DLS Ingenieurbüro Jörn Blümel Dipl.Ing. Granseer Str. 9 D Oranienburg Tel.: / Fax: / Mobil: 0170 / DLSBluemel@aol.com

2 Was ist Druckluft? DRUCKLUFT ist verdichtete atmosphärische Luft. Dies bedeutet : gespeicherte Energie. Wenn sich die Druckluft wieder entspannt, wird diese Energie als ARBEIT nutzbar gemacht. Druckenergie Arbeit EXPANSION

3 Zusammensetzung atmosphärischer Luft Sauerstoff 21% Weitere Gase 1% Stickstoff 78%

4 Atmosphärischer Luftdruck... wird erzeugt durch das Gewicht der Lufthülle. Er hängt ab von der DICHTE der Luft und von der Höhe: Der Normaldruck in Meereshöhe beträgt 1,013 bar entsprechend 760 mmhg (Torr)

5 Druckbereiche Absoluter Druck ist der vom absoluten Nullpunkt aus gemessene Druck. Er wird für alle theoretischen Betrachtungen, sowie in der Vakuum und in der Gebläsetechnik benötigt. Überdruck ist die praxisgerechte Bezugsgröße und wird vom atmosphärischen Druck aus bestimmt. atmosphärischer Druck 20 mbar 1 bar (a) 2 bar (a) 3 bar (a) 4 bar (a) absoluter Druck pa 1 bar ( (ü) 2 bar ( (ü) 3 bar ( (ü) 500 mbar p amb 0 bar ( (ü) 100% Vakuum Unterdruck pu Überdruck pü 98% 50% 0%

6 Definition des Druckes Allgemein gilt: Druck (p)= Dimensionen: Kraft (F) Fläche (A) 1 Newton (N) 1 Pascal (Pa) = 1 m² (A) Wieviel sind/ist Pa = 1bar 1 MPa = 10 bar 1 hpa = 0,001 bar Überdruck 1 bar = 14,5 psi(g) 1bar = mmws 1bar = 750,062 Torr 1 N A = 1 m 2

7 Volumenangaben Temperatur Luftdruck relative Luftfeuchte Luftdichte DIN 1343 (physikalischer Normzustand Nm³) Theoretische Physik 0 C = 273,15K 1,01325 bar 0% 1,294 kg/m³ DIN 1945 ISO 1217 Branchenspezifische Vereinbarung 20 C = 293,15K 1,0 bar 0% Volumen bezogen auf Umgebungszustand (Normalzustand) Umgebungstemperatur Umgebungsluftdruck Umgebungsluftfeuchte variabel Volumen bezogen auf Betriebszustand Betriebstemperatur Betriebsdruck variabel variabel

8 Das Volumen Umgebungsluftdruck 1 bar (a) 7 m ³ atmosphärisches Luftvolumen Betriebsdruck 7 bar (a) = 6 bar (ü) 1 Betriebsm ³

9 Umrechnung des Volumens bei Umgebungszustand auf das Normvolumen nach DIN 1343 VN = V A x T N x (p A (F rel x p D )) p N x T A V N = Normvolumen nach DIN 1343 V A = Volumen bei Ansaugbedingungen T N = Temperatur nach DIN 1343, T N = 273,15K T A p N p A F rel p D = Maximale Temperatur am Aufstellungsort in K = Luftdruck nach DIN 1343, p N = 1,01325 bar = Niedrigster Luftdruck am Aufstellungsort in bar = Maximale relative Luftfeuchtigkeit am Aufstellungsort = Sättigungsdruck des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes in bar, abhängig von der Lufttemperatur

10 Auszug aus der Tabelle Wasserdampfdruck für Luft (Partialdruck) Sättigungsdruck p D (bar) bei Lufttemperatur t ( C) t p D t p D t p D 10 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,1234

11 Wassergehalt gesättigter Luft

12 Wasseraufnahmevermögen von Luft in Abhängigkeit vom Volumen und der Temperatur Drucktaupunkt / Taupunkt Die Temperatur bei der die verdichtete Luft / atmosphärische Luft zu 100% gesättigt ist. Verdichtete Luft hat ungefähr das gleiche Wasseraufnahmevermögen pro Volumeneinheit wie atmosphärische Luft. Der Drucktaupunkt entspricht praktisch dem Taupunkt atmosphärischer Luft. Durch Volumenverkleinerung und Abkühlung unter den Drucktaupunkt fällt Wasserdampf als Kondensat aus.

13 Drucktaupunkt atmosphärischer Taupunkt Beispiel: Drucktaupunkt: 23 C. Betriebsdruck: 7 bar Atm. Taupunkt: 25 C.

14 Strömungsgeschwindigkeiten in Druckluftrohrleitungen A 1 v 1 A 2 v 2 Es gilt: A1 V = A1 x v1 = A2 x v2 A2 V = Volumenstrom v = Geschwindigkeit A = Querschnitt = v 2 v 1

15 Einflüsse auf den Druckverlauf Druckverlust ist abhängig von: Druck [bar] dem Querschnitt der Geschwindigkeit der Rohrleitungslänge 1 bar zusätzlich erhöht die Energiekosten um 6 10 % im 8 bar Netz Weg [m]

16 Verdichterbauarten Dynamische Verdichter Verdrängungsverdichter Ejektor Radialturboverdichter Axialturboverdichter Rotationsverdichter Kolbenverdichter 1wellig 2wellig Lamellen Freikolben Spiralverdichter Schraube Flüssigkeitsring Drehkolben Tauchkolben Kreuzkopf Labyrinth Membran

17 SchraubenKompressoren mit Öleinspritzung Druckluft kühles Fluid Fluid Luftgemisch Fluideinspritzung: Wärmeabfuhr (7580 C) Verdichtungsendtemperatur Reinigung der Luft von Staub, Schwefel Schmierung und Abdichtung Fluidfilter heißes Fluid Thermoventil Fluid mit Kompressionswärme

18 DruckluftQualitätsklassen nach ISO 85731: 2001 (E) ISO Klasse Feststoffe / Staub max. Teilchenzahl pro m³ von Partikeln mit d [µm] 0,1 0,1< d 0,5 0,5< d 1,0 1,0< d 5,0 µm nach Betreibervorgabe mg/m³ Feuchtigkeit Drucktaupunkt/ (x=wasseranteil in g/m³ flüssig) 70 C 40 C 20 C Gesamt Ölgehalt mg/m³ 0,01 0,1 1, C 5, C C x 0,5 8 0,5 x 5,0 9 5,0 x 10,0

19 Druckluftqualität Feuchte / Ölgehalt / feste Verunreinigungen Beuteilung nach ISO Soll Zustand abs. (lt. Hersteller) Soll Zustand nach ISO Ist Zustand (lt. Hersteller) Ist Zustand abs. (lt. ISO) Feuchte /Wassergehalt < 0,4 g/kg Luft Klasse 4 größer Klasse 9 max. 50 g/m³ Ölgehalt < 0,0075 mg/kg Luft Klasse 0 Klasse 4 3 mg/m³ feste Verunreinigungen nicht definiert nicht definiert Kein Grenzwert, da kein Filter vorhanden

20 Trocknungsbereiche 100 Absolute Feuchte g/m³ Kältetrockner Adsorptionstrockner Nachkühler Drucktaupunkt C

21 Verfahren der Drucklufttrocknung Kondensation Sorption Diffusion Überverdichtung Abkühlung Absorption Adsorption Flüssige Trockenmittel Feste Trockenmittel Feste Trockenmittel Zerfließende Trockenmittel Regeneration Ohne Wärme Erwärmung des Trockenmittels Erwärmung der Regenerationsluft

22 Unaufbereitete Druckluft Problem im Druckluftnetz Probleme bei den Produkten Schmutz Ölaerosole Wasserdampf Qualität Korrosion Druckverluste Verschmutzung Einfrieren Wartung Verschmutzung Komponentenverschleiß Ausschuß Betriebsausfall Ausfall

23 PROBLEM: Kondensatanfall Dieser Kompressor mit einer Liefermenge von 5 m3/min (bezogen auf + 20 C., 70 % r. F. und 1 bar absolut) fördert an einem 8stündigen Arbeitstag rund 30 Liter Wasser in das Druckluftnetz Von den 30 Litern fallen im Nachkühler rund 20 Liter in Form von Kondensat an (bei 7 bar Betriebsüberdruck und + 30 C Austrittstemperatur am Nachkühler) Bei weiterer Abkühlung der Druckluft treten die verbleibenden 10 Liter an jeder beliebigen Stelle des Druckluftnetzes als Kondensat auf. z.b. durch die Berührung mit Kohlendioxid und kalten Anlagenteilen

24 Erste Kondensatabscheidung im Zyklonabscheider Luftaustritt Bei höherer Strömungsgeschwindigkeit müssen Flüssigkeiten und schwere Partikel einer Fliehkraft ausgesetzt werden, damit eine ausreichende Abscheidung gewährleistet ist. Lufteintritt Drallgeber Der Abscheidegrad beträgt ca. 95 % bei 6 bar, 20 C und Nennvolumenstrom. Druckabfall ca. 0,05 bar bei Nennvolumenstrom. Kondensatsammelraum zyklonartige Luftbewegung Kondensat

25 Zweite Kondensatabscheidung mittels Kältetrockner 1. Drucklufteintritt 2. Luft/LuftWärmetauscher 3. Kältemittel/LuftWärmetauscher 4. Kältekompressor 5. Kondensatabscheidersystem mit automatischem Kondensatableiter 6. Druckluftaustritt

26 Dritte Kondensatabscheidung mittels Feinfilter direkt vor den Verbrauchern eingesetzt mechanische Filter Drehbewegung Prallscheibe Kondensatablass (wichtig!)

27 Vierte. Kondensatabscheidung mittels Membrantrockner

28 Fünfte. Kondensatabscheidung mittels Adsorptionstrockner kaltregeneriert oder warmregeneriert Anwendung: Systeme sind durch Frost gefährdet. Hohe Umgebungstemperaturen. Extreme Luftqualitätsanforderungen. 1 Mikrofilter (0,01 µm, 0,01 ppm) 2 Umschaltventil 3 Strömungsverteiler 4 Trockenmittelbett: Feuchtadsorption 5 AustrittsDiffusor 6 Feststoffilter 1 µm 7 Regenerationsluftventil 8 Trockenmittelbett: Regeneration 9 RegenerationsAbblaseSchalldämpfer

29 Größenbestimmung eines Kompressors Luftverbrauch von Freistrahldüsen DüsenDurchmesser (mm) 7 Überdruck p (bar) Luftmenge l/min m³/h

30 Luftverbrauch von Düsen (l / min) Düsen Durchmesser ( mm) 2 Betriebsüberdruck ( bar ) ,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10, Beim Strahlen mit Medium gelten niedrigere Werte!

31 Kondensatprobleme

32 Kondensatprobleme

33 Kondensatprobleme

34 Kondensatprobleme

35 Kondensatprobleme

36 Danke

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