Leistungsmessung an Dampfstrahlvakuumpumpen

Körting Hannover AG
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Information
Leistungsmessungen
an
Dampfstrahl-Vakuumpumpen
Messung des
Saugdruckes/Vakuums
Messung des
Saugstromes
Messung der
Evakuierungszeit
Messung des
Treibdampfverbrauches
Messung des Kühlwasserverbrauches
Diese Information enthält eine Kurzform
der Leistungsmessung.
In dieser Form kann die Leistungsmessung
in Problemsituationen
schnell und einfach durchgeführt
werden.
Eine vollständige Beschreibung mit
allen Möglichkeiten der Versuchsdurchführung
und den Regeln zur
Messung von Temperaturen, Drücken
und Massenströmen steht in der:
DIN 28430: Meßregeln für Dampfstrahl-Vakuumpumpen
und Dampfstrahlkompressoren
sowie in Veröffentlichungen des:
HEAT EXCHANGE INSTITUTE
(HEI, New York)
in den:
VDMA-Einheitsblättern 24294

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Einleitung
Leistungsmessungen an Dampfstrahl-Vakuumpumpen
dienen dem Nachweis von Leistung
(Saugdruck, Saugstrom, Anfahrzeit) und Verbrauch
(Treibdampf, Kühlwasser) von Dampfstrahl-Vakuumpumpen
= DVP oder Aggregaten,
die solche enthalten.
Sie können auf dem Prüfstand (zu bevorzugen)
oder am Aufstellungsort durchgeführt werden.
Sie dienen zur Kontrolle/Gewährleistung der
Auslegungsdaten und zur Überprüfung laufender
oder gewarteter Anlagen. Schwerpunkt der
hier beschriebenen einfachen Form ist die
Bestimmung des Saugdruckes und des Saugstromes
im Problemfall vor Ort.
1.0 Messung des SaugdruckesNakuums
Der Saugdruck wird am Saugstutzen oder am
Kopf der Strahlpumpe gemessen.
(Durchmesser 10 mm, senkrecht zur Strömungsrichtung,
ohne Grat) an einer geraden Rohrleitungsstelle
mit ungestörter Strömung ausgeführt
werden.
Die Anschlußleitungen (Mindestdurchmesser
10 mm, aus Kupfer, dickwandigem Gummi oder
durchsichtigem Kunststoff) sollten möglichst
kurz und ohne Durchhang verlegt sein.
Um störendes Kondensat (Ausdampfen, Verschließen
der Meßleitung) zu vermeiden, müssen
die Meßleitungen regelmäßig belüftet werden.
Die Leitungen müssen stets sauber sein.
Durchsichtige Leitungen ermöglichen eine gute
Kontrolle. Kühlfallen und chemische
Trocknungseinrichtungen sind nicht zulässig.
Verbindungstellen sind besonders sorgfältig zu
behandeln. Bedingt durch die relativ kleine
Meßleitung würden eventuelle Leckagen die
Messung erheblich verfälschen. Eine Absperrvorrichtung
in der Meßleitung ermöglicht den
Anschluß des Meßgerätes an das Vakuum, ohne
Beeinflussung des zu messenden Druckes.
Hier herrscht bei vollständiger Funktion der garantierte
Auslegungsdruck. Unter Berücksichtigung
eventueller Verluste der Zuleitung (Einlauf,
Länge) bestimmt dieser Saugdruck das Vakuum
in der zu evakuierenden Anlage (im Prozeß).
1.2 Druckmeßgeräte (für Vakuum)
Zum Messen des Saugdruckes sollte ein geeignetes
Absolutdruckmeßgerät verwendet werden.
(Empfehlungen für geeignete Meßgeräte
geben wir gern auf Anfrage.)
1.1 Meßort und Meßanschluß
Gemessen wird der Saugdruck an einer (bereits
vorhandenen) Meßstelle direkt am Saugstutzen
oder am Kopf der Strahlpumpe. Wird eine neue
Anschlußstelle benötigt, sollte diese als Bohrung
Dabei sind folgende Punkte zu beachten:
Die Druckaufnehmer müssen vor jedem
Meßzyklus kalibriert werden (absoluter Nullpunkt
und mindestens ein Punkt für die
Spanne). Sollte eine Kalibriervorrichtung
nicht verfügbar sein, muß zumindest eine

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Plausibilitätskontrolle (2 unterschiedliche
Meßgeräte zeigen genau den gleichen Wert
an) durchgeführt werden.
Die Klasse der Meßgeräte muß beachtet
werden. Der angegebene Meßfehler (meist
bezogen auf den Meßbereichsendwert) muß
für den aktuellen Meßpunkt umgerechnet
werden und sollte ≤ 1 % sein. Dieses erfüllen
meist nur Labormeßgeräte. Betriebsmeßgeräte
sind oft zu ungenau für diesen
Einsatzfall.
Der Meßbereich des eingesetzten Gerätes
muß auf den zu messenden Druck abgestimmt
sein, d. h. der gemessene Druck
sollte nicht kleiner als 10 % des Meßbereichsendwertes
sein.
Eine eventuelle Lageabhängigkeit des Meßgerätes
(siehe Betriebsanleitung des Meßgerätes)
ist zu berücksichtigen.
Die Meßgeräte dürfen nicht zu hohen Temperaturen
ausgesetzt werden. Dies ist besonders
zu beachten, wenn der Druck an Stellen
mit hoher Temperaturbelastung zu messen
ist. Bei nicht vollständig temperaturkompensierten
Geräten führt eine zu hohe Temperatur
zu verfälschten Meßwerten (siehe auch
Betriebsanleitung des Meßgerätes).
Die Meßgeräte müssen frei von Fremdkörpern
sein. Evtl. Tröpfchen oder Feststoffpartikel
auf der Meßmembran verfälschen
durch ihr Gewicht das Meßergebnis.
2.0 Messung des Saugstromes
Da der tatsächliche Saugstrom aus verschiedenen
Gasen und Dämpfen oder aus Gemischen
der unterschiedlichsten Zusammensetzungen
bestehen kann und dieser Saugstrom zum
Zwecke eines Leistungsnachweises in vielen
Fällen nicht reproduzierbar sein wird, muß man
geeignete Äquivalentströme aus Luft bzw. aus
Wasserdampf ermitteln und mit diesen dann die
Vakuumpumpe prüfen. Zum Nachweis der richtigen
Arbeitsweise einer Vakuumpumpe genügt
es vielfach schon, mit einem Äquivalentstrom
atmosphärischer Luft ohne Berücksichtigung
des Anteils kondensierbarer Dämpfe zu prüfen.
Grundsätzlich kann man eine mehrstufige
Vakuumpumpe als vollständige Einheit in der
angegebenen Weise prüfen. Es ist aber auch
möglich, jede Stufe einzeln zu prüfen, wobei
dann die Druckverhältnisse an der Saug- und
Gegendruckseite jeder Stufe nachzuweisen
sind.
2.1 Meßmethoden
Um den kontinuierlichen Saugstrom eines
gasförmigen Mediums zu ermitteln, gibt es
verschiedene Methoden wie z. B. Druckdifferenzmessungen
an Drosselstellen (Blenden
oder Düsen) oder direkte Messungen nach dem
Verdrängerund dem Schwimmkörper-Prinzip.
Für die Belange von Dampfstrahl-Vakuumpumpen
hat sich aber eine besonders einfache
und hinreichend genaue Methode als nützlich
erwiesen, nämlich das Messen des Saugstroms
beim überkritischen Durchströmen von entsprechend
bemessenen Düsen. Durch eine oder
mehrere solcher Düsen läßt man in den saugseitigen
Vakuumraum einer Dampfstrahl-Vakuumpumpe
atmosphärische Luft oder auch Wasserdampf
einströmen, wobei der Saugstrom

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lediglich durch den Zustand vor der Düse und
durch die engste Düsenbohrung bestimmt wird.
Um das überkritische Druckgefälle zu erreichen,
muß also z. B. bei atmosphärischer Luft vor der
Düse, im Saugraum vor der Dampfstrahlpumpe,
ein Druck ≤ 500 mbar vorhanden sein, was auch
bei einer einstufigen Dampfstrahl-Vakuumpumpe
fast immer gegeben ist. Wenn am Aufstellungsort
außer Luft und Wasserdampf noch
andere Gase oder Dämpfe abzusaugen sind,
müssen diese Saugströme unter Berücksichtigung
der tatsächlichen Temperaturen zuvor in
Luft- bzw. Wasserdampf-Äquivalente (kg/h)
umgerechnet werden (siehe Kurven Bild 1 ).
Bild 1: Korrekturfaktor für Saugströme in Abhängigkeit von Molekulargewicht und Temperatur
Temperatur [°C] des angesaugten Mediums
2
50 100 150 200 250 300 350 400
1,8
1,6
1,4
1,2
Dampf °C
Luft °C
1,0
Korrekturfaktor [K]
0,9
0,8
0,7
0,6
Molekulargewicht
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Molekulargewicht [M]
Beispiel 1:
5 kg Gas (M = 80), 20°C, = 5 x 0,7 = 3,5 kg Luftäquivalent (M = 29), 20°C
Beispiel 2:
20 kg Wasserdampf (M = 18), 20°C, = 20 x 1,21 = 24,2 kg Luftäquivalent (M = 29), 20°C
Beispiel 3:
100 kg Wasserdampf 150°C, = 100 x 1,1 = 110 kg Wasserdampf, 20°C
= 110 x 1,21 = 133 kg/h Luftäquivalent (M = 29), 20°C

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Bei Messungen mit atmosphärischer Luft können
bei hinreichender Genauigkeit die Einflüsse
des unterschiedlichen Barometerstandes, der
Feuchtigkeit und der Temperatur vernachlässigt
werden, so daß man allgemein einer bestimmten
Düsenbohrung einen bestimmten Luftstrom zuordnen
kann. Bei Wasserdampf müssen natürlich
Druck, Temperatur und unter Umständen
Feuchtigkeit berücksichtigt werden.
2.2 Anwendungsbereich
2.3 Meßort und Meßanschluß
Der benötigte (äquivalente) Saugstrom kann
über mehrere Düsen eingegeben werden. Dabei
ist es günstig, wenn die Düsen nicht direkt am
Kopf der Strahlpumpe angeschlossen werden,
sonderen an einer zwischengeschaltete Beruhigungsstrecke
(siehe Bild 2 und Bild 3). In dieser
kann sich der Saugstrom für eine notwendige
gleichmäßige Anströmung im Pumpenkopf über
den Querschnitt verteilen. Wenn die Strahlpumpe
von der zu evakuierenden Anlage nicht abgesperrt
werden kann, ist sie eventuell zu drehen
und mit einer Düsenaufnahmevorrichtung zu
versehen.
Steht der reale Saugstrom für eine Leistungsprüfung
zur Verfügung, kann die gesamte Vakuumanlage
als eine Einheit geprüft werden. Muß auf
einen äquivalenten Saugstrom zurückgegriffen
werden, können nur noch alle direkt hintereinander
geschalteten Strahlpumpen als eine Einheit
geprüft werden. Der äquivalente Saugstrom hat
seine Gültigkeit nur für Strahlpumpen. Die Umrechnung
basiert auf strömungsmechanischen
Größen. In eventuell vorhandenen Kondensatoren
bestimmen dagegen die Partialdrücke des
Stoffstromes die Vorgänge. Sie dürfen somit in
einer zu prüfenden Baugruppe nicht vorhanden
sein. Direkt hintereinander geschaltete Strahlpumpen
können auch. einzeln geprüft werden.
Dabei ist zusätzlich ihr maximaler Gegendruck,
auf den sie fördern, mit zu bestimmen.
2.4 Meßgeräte
Wird nur mit atmosphärischen Luftdüsen gearbeitet,
sind keine weiteren Meßgeräte notwendig.
Zum Verkleinern des Meßfehlers kann hier
durch ein genaues Barometer der Luftdruck bestimmt
werden und damit der Massenstrom der
Düsen korrigiert werden. Dieses gilt gleichermaßen
für die Umgebungstemperatur. Wird mit
anderen Gasen und Dämpfen bei nicht atmosphärischen
Bedingungen vor der Düse gearbeitet,
müssen Druck und Temperatur dort gemessen
werden. Für die Druckmeßgeräte gelten die
Aussagen von 1.2.

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Regelventil
L ≥ 10D
Temperaturmessgerät
3D
2D
Druckmessgerät
Dampfeintritt
gelochte Scheibe
D ≥ 4d
d
D ≥ 4d
Isolierung
Kondensat
Zur Mischkammer nach
Bild 13 oder nach einem
rechtwinkligen Rohrknie
direkt zum Sauganschluß
der Strahlpumpe
Bild 2: Anordnung für das Messen eines Wasserdampfstromes bei überkritischem Druckverhältnis
L ≥ 5D
d
D ≥ 4d
Bild 3: Anordnung für das Messen eines Luftstromes mit HEl-Düse bei überkritischem Druckverhältnis
2.5 Meßdüsen
2d
Zur Leistungsmessung werden Düsen nach HEI-
Standard (HEAT EXCHANGE INSTITUTE, New
York) eingesetzt (siehe Bild 4). Durch ihre vorgegebene
Kontur und Oberflächenqualität ist der
Düsenverlustfaktor eindeutig definiert und reproduzierbar.
Diese Düsen können deshalb bei
sorgfältiger Fertigung unkalibriert eingesetzt
werden.
2,33d
1,33d
10°
d
Eine vereinfachte Form mit definiertem Durchsatz
ist bei uns erhältlich (Durchsatz von 0.5 bis
15.0 kg/h Luft).
d 0,6d
Bild 4: Maßverhältnis der HEl-Düsen

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3.0 Messung der Evakuierungszeit
Die Evakuierungszeit ist die Zeit, in der die Vakuumanlage
das zu evakuierende Volumen von
Umgebungsdruck auf das Endvakuum gemäß
Auslegungsdaten evakuiert hat.
Die vorab berechnete Evakuierungszeit gilt für
ein Behältervolumen und ohne jeglichen Leckluftstrom
während des Evakuierungsvorganges.
4.0 Messung des Treibstromes
Der Treibstrom ist der Dampfstrom, der durch
die Treibdüse einer Dampfstrahl-Vakuumpumpe
strömt. Er muß trocken (frei von Kondensat), gesättigt
oder leicht überhitzt sein. Meßmethode
ist wie bei der Saugstrombestimmung die
Durchströmung von Düsen mit überkritischem
Druckgefälle.
Als Meßdüse wird hier die vorhandene Treibdüse
benutzt. Ihre von der HEl-Düse abweichende
Form bewirkt einen kleineren Düsenverlustfaktor
und damit einen kleineren Dampfstrom als nach
HEl berechnet. Gemessen werden müssen
Druck und Temperatur direkt vor der Treibdüse.
Der Treibdüsendurchmesser kann entweder ausgemessen
oder der Betriebsanleitung entnommen
werden. Für gesättigten Treibdampf kann
bei bekanntem Treibdruck nach bekanntem
Treibdüsendurchmesser der Dampfstrom eindeutig
mit Hilfe der „Körting-Arbeitsblätter“
Seite A 1-3.2 ermittelt werden.
5.0 Messung des Kühlwasserstromes
Der Kühlwasserstrom ist der Wassermassenstrom,
der in einen Kondensator eintritt.
Gemessen werden muß die Aufwärmung, also
Ein- und Austrittstemperatur des Kühlwassers.
Gemessen werden sollte möglichst direkt an den
Ein- und Austrittsstutzen. So können Einflüsse
der Umgebung klein gehalten werden. Die Thermometer
können direkt oder mit Tauchhülse eingebaut
werden. Eingesetzt werden können
Quecksilberthermometer oder elektrische Temperaturfühler
(z. B. PT100). Wichtig ist, daß die
Thermometer regelmäßig kalibriert werden. Die
zu messenden Aufwärmungen in den Hauptkondensatoren
betragen zum Teil nur 3 °C.
Ist der in dem Kondensator eintretende Dampfstrom
bekannt, so kann bei bekannter Kühlwasseraufwärmung
der tatsächliche Kühlwasserstrom
aus der Wärmebilanz berechnet werden.
Eine direkte Bestimmung des Kühlwasserstroms
mit Hilfe von Durchflußmeßgeräten ist natürlich
ebenfalls möglich.
Eine Abschätzung des Kühlwasserstroms ist
auch über die Kennlinie der Kühlwasserpumpe
möglich, wenn die Druckerhöhung an der Pumpe
bekannt ist.

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Wasserdampftafel
(Sättigungszustand)
p
mbar
p
Torr
t
°C
v’
m 3 /kg
v’’
m 3 /kg
h’
kJ/kg
h’’
kJ/kg
r
kJ/kg
s’
kJ/kg K
s’’
kJ/kg K
p
bar
p
Torr
t
°C
v’
m 3 /kg
v’’
m 3 /kg
h’
kJ/kg
h’’
kJ/kg
r
kJ/kg
s’
kJ/kg K
s’’
kJ/kg K
0,000 01 0,000 007 50 -101,64 0,001 076
0,000 02 0,000 015 00 - 98,25 0,001 076
0,000 03 0,000 022 50 - 96,20 0,001 076
0,000 04 0,000 030 00 - 94,71 0,001 076
0,000 05 0,000 037 50 - 93,54 0,001 076
0,000 06 0,000 045 00 - 92,58 0,001 076
0,000 07 0,000 052 50 - 91,75 0,001 076
0,000 08 0,000 060 00 - 91,03 0,001 077
0,000 09 0,000 067 51 - 90,40 0,001 077
0,000 1 0,000 075 0 - 89,81 0,001 077
0,000 2 0,000 150 0 - 85,93 0,001 077
0,000 3 0,000 225 0 - 83,59 0,001 078
0,000 4 0,000 300 0 - 81,88 0,001 078
0,000 5 0,000 375 0 - 80,54 0,001 078
0,000 6 0,000 450 0 - 79,44 0,001 078
0,000 7 0,000 525 0 - 78,48 0,001 078
0,000 8 0,000 600 0 - 77,65 0,001 078
0,000 9 0,000 675 1 - 76,92 0,001 079
0,001 0,000 750 1 - 76,26 0,001 079
0,002 0,001 500 - 71,80 0,001 079
0,003 0,002 250 - 69,06 0,001 080
0,004 0,003 000 - 67,11 0,001 080
0,005 0,003 750 - 65,55 0,001 080
0,006 0,004 500 - 64,28 0,001 080
0,007 0,005 250 - 63,15 0,001 081
0,008 0,006 000 - 62,20 0,001 081
0,009 0,006 751 - 61,35 0,001 081
0,01 0,007 50 - 60,56 0,001 081
0,02 0,015 00 - 55,34 0,001 082
0,03 0,022 50 - 52,17 0,001 082
0,04 0,030 00 - 49,87 0,001 083
0,05 0,037 50 - 48,04 0,001 083
0,06 0,045 00 - 46,53 0,001 083
0,07 0,052 50 - 45,23 0,001 083
0,08 0,060 00 - 44,11 0,001 083
0,09 0,067 51 - 43,08 0,001 084
0,1 0,075 0 - 42,18 0,001 084
0,2 0,150 0 - 36,03 0,001 085
0,3 0,225 0 - 32,24 0,001 085
0,4 0,300 0 - 29,51 0,001 086
0,5 0,375 0 - 27,31 0,001 086
0,6 0,450 0 - 25,51 0,001 086
0,7 0,525 0 - 23,99 0,001 087
0,8 0,600 0 - 22,63 0,001 087
0,9 0,675 1 - 21,40 0,001 087
1
0,750 - 20,33 0,001 087
2
1,500 - 12,91 0,001 089
3
2,250 - 8,37 0,001 090
4
3,000 - 5,05 0,001 091
5
3,750 - 2,41 0,001 092
6
4,500 - 0,21 0,001 093
7
5,250
1,886 0,001 000 1
8
6,000
3,767 0,001 000 0
9
6,751
5,454 0,001 000 0
10
7,501
6,984 0,001 000 1
11
8,251
8,383 0,001 000 1
12
9,001
9,673 0,001 000 3
13
9,15
10,87 0,001 000 2
14 10,50
11,99 0,001 000 3
15 11,25
13,04 0,001 000 5
16 12,00
14,03 0,001 000 6
17 12,75
14,97 0,001 000 7
18 13,50
15,86 0,001 000 9
19 14,25
16,70 0,001 001 0
20 15,00
17,51 0,001 001 2
21 15,75
18,28 0,001 001 4
22 16,50
19,03 0,001 001 5
23 17,25
19,74 0,001 001 7
24 18,00
20,43 0,001 001 8
25 18,75
21,09 0,001 002 0
26 19,50
21,73 0,001 002 1
27 20,25
22,35 0,001 002 3
28 21,00
22,95 0,001 002 4
29 21,75
23,53 0,001 002 6
30 22,50
24,09 0,001 002 7
32 24,00
25,17 0,001 003 0
34 25,50
26,19 0,001 003 3
36 27,00
27,16 0,001 003 6
38 28,50
28,09 0,001 003 8
40 30,00
28,97 0,001 004 1
42 31,50
29,82 0,001 004 4
44 33,00
30,63 0,001 004 6
46 34,50
31,41 0,001 004 9
48 36,00
32,17 0,001 005 1
50 37,50
32,89 0,001 005 3
55 41,25
34,60 0,001 005 9
60 45,00
36,18 0,001 006 5
65 48,75
37,65 0,001 007 0
70 52,50
39,02 0,001 007 5
75 56,25
40,32 0,001 008 0
80 60,00
41,54 0,001 008 5
85 63,76
42,69 0,001 009 0
90 67,51
43,79 0,001 009 4
95 71,26
44,84 0,001 009 8
100 75,01
45,84 0,001 010 3
110 82,51
47,71 0,001 011 1
120 90,01
49,45 0,001 011 9
130 97,51
51,07 0,001 012 6
140 105,0
52,58 0,001 013 3
150 112,5
54,00 0,001 014 0
160 120,0
55,34 0,001 014 7
170 127,5
56,62 0,001 015 3
180 135,0
57,83 0,001 015 9
190 142,5
58,98 0,001 016 5
79 150 000
40 358 000
27 221 000
20 588 000
16 578 000
13 888 000
11 959 000
10 506 000
9 371 000
8 461 000
4 320 000
2 916 000
2 207 000
1 778 000
1 490 000
1 283 000
1 128 000
1 006 000
908 600
464 600
314 000
237 700
191 600
160 700
138 400
121 700
108 600
98 110
50 260
33 990
25 760
20 780
17 430
15 030
13 210
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Lieferprogramm
Strahlpumpen
Dampfstrahl-Kompressoren (Brüdenverdichter)
Dampfstrahl-Vakuumpumpen
Dampfstrahl-Flüssigkeitspumpen
Gasstrahl-Kompressoren
Gasstrahl-Vakuumpumpen (u. a. für Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen)
Gasstrahl-Feststoffpumpen (pneumatische Förderung)
Gasstrahl-Gasmischer
Abgasventilatoren
Flüssigkeitsstrahl-Gaskompressoren
Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpen
Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpen
Flüssigkeitsstrahl-Feststoffpumpen
Mehrstufige
Dampfstrahlvakuumanlagen
Verfahrenstechnische
Anlagen
Komponenten für
verfahrenstechnische
Anlagen
Treibmedium Wasserdampf :
- ohne Zwischenkondensation
- mit Mischkondensation (geschlossene Kreisläufe)
- mit Oberflächenkondensation
- kombiniert mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe
Treibmedium Prozessdampf :
- mit Mischkondensation (geschlossene Kreisläufe)
- mit Oberflächenkondensation
- kombiniert mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe
Eis- / Trocken- und Tieftemperatur-Kondensationsanlagen
Vakuum-Kühlanlagen und -Kristallisationsanlagen
Eindampfanlagen (für Mercerisierlauge)
Anlagen zur Entstaubung, Absorption und Gaskühlung
Venturi- und Strahlgaswäscher
Drall-Tropfenabscheider
Ejektoren zur Wasser- und Abwasserbelüftung
Dampfstrahl-Flüssigkeitserhitzer
Flüssigkeitsstrahl-Mischdüsen
Heißdampfkühler
Mischkondensatoren (Einspritzkondensatoren)
Oberflächenkondensatoren (Rohrbündelkondensatoren)
02.07.Krf
Bereich S
Strahlpumpen
Vakuumtechnik
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