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'''Druckaustauscher''' dienen der isobaren Energieübertragung bei druckgetriebenen Prozessen. In der Verfahrenstechnik kann mit Druckaustauschern die nach Durchlaufen des Verarbeitungsprozesses verbliebene Druckenergie eines Flüssigkeits- oder Gasstroms auf den Zulauf übertragen und so zurückgewonnen (Energierückführung) werden.

Druckaustauscher werden häufig in Meerwasserentsalzungsanlagen, bei denen Salzwasser mit hohem Druck durch eine Membran getrieben wird (Umkehrosmose), eingesetzt. Weit verbreitet ist der Turbolader bei Verbrennungsmotoren.<ref name=SWBauzeitung>Max Berchtold: ''Zur Entwicklung der interstationären Gasdynamik''. Schweizer Bauzeitung; 78, Heft 28, 1960. S. 464?469.</ref>

Funktion

Prinzip der Druckübertragung

Während Fluidenergiemaschinen wie Turbinen kinetische Energie in eine andere Energieform umwandeln, erfolgt bei Druckaustauschern die Energieübertragung unter Erhaltung des hydraulischen Drucks (isobar). Technisch geschieht dies durch räumliche Verdrängung in Druckrohren.

Bei dient zur Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks in der Anlage.<ref name=MELIN07>Melin, Thomas und Rautenbach, Robert: ''Membranverfahren'', Seite 264f. Springer, 2007, ISBN 3-540-00071-2.</ref>

Rotationsdruckaustauscher

Ein Typ des Austauscher mit besonders guter Energieübertragung ist der Rotationsdruckaustauscher (englisch: ''rotary pressure exchanger''); er arbeitet mit einem zylindrischen Rotor, in dem Durchführungen parallel zur Rotorachse ausgebohrt sind. Der Rotor läuft in einem Gehäuse zwischen zwei Endplatten, an denen jeweils zwei Rohre zur Flüssigkeitszufuhr angeschlossen werden und übernimmt so die Funktion einer Pumpe. Flüssigkeit unter hohen Druck tritt an einem Ende ein und überträgt den Druck unmittelbar auf den Flüssigkeitsstrom mit niedrigerem Druck am anderen Ende des Rotors. Eine verschiebliche Barriere (Sperrflüssigkeit oder Kolben) in der Durchführung verhindert ein Vermischen der beiden Flüssigkeiten. Durch die Rotordrehung gelangt jede Durchführung zu den jeweiligen Anschlussleitungen und verbindet so abwechselnd Hochdruck- (Ablauf oder Feed) und Niedrigdruckseite (Feed oder Ablauf) wobei in den Zwischenpositionen die Endplatten die Durchbohrungen an beiden Enden verschließen und so die Funktion von Druckventilen übernehmen.

Energierückgewinnung

Der Einsatz von Druckaustauschern in Umkehrosmoseanlagen bewirkt eine Energieeinsparung durch Entlastung der speisenden Hochdruckpumpe. Hat eine Entsalzungsanlage einen Süßwasserausstoß von 40 % des Meerwasserzuflusses, verbleiben 60 % Retentat, deren Entspannung über den Druckaustauscher mit dem Druckaufbau von 60 % des Meerwasserzuflusses gekoppelt wird. Lediglich 40 % des Zuflusses müssen über eine Hochdruckpumpe gefördert werden. Eine Zirkulationspumpe ist lediglich für den Ausgleich von Reibungsverlusten im Kreislauf erforderlich.

Gegenüber einer Energierückgewinnung mittels Turbinen haben Druckaustauscher den Vorteil besonders geringer Verluste. So kann bei Prozessen wie der Umkehrosmose die Rückgewinnungsrate von ca. 60?70 % auf bis zu 96?98 % gesteigert werden.<ref name=MELIN07/>

Einzelnachweise

Weblinks