Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

8.2 Druckverlust über den Wärmetauscher
8.2 Druckverlust über den Wärmetauscher
Im realen Betrieb tritt ein deutlicher Druckabfall über den Wärmetauscher auf. So nennt die
Firma Lurgi für den zuvor berechneten konventionellen Wärmetauscher bei Betrieb mit
reinem Wasser einen Druckverlust von 0,16 bar über das Rohrbündel und von 0,20 bar im
Außenrohr (bei einem Außenrohr von 250 mm Durchmesser statt den in Tabelle 8.2
projektierten 160 mm) [Lur-2005]. Geht man von einem homogenen Feed mit gelösten
Biomassebestandteilen aus, sollte der Druckverlust über das Rohrbündel sich bei ähnlichen
Werten befinden. Liegt allerdings ein heterogener, breiiger Feed mit stark nicht-newtonschem
Fließverhalten vor, kommt es zu einem starken Druckanstieg, der für 10 % (g g -1 ) Fest-
stoffgehalt auf 19 - 32 bar abgeschätzt wird. Das Vorgehen zur Druckverlust-Abschätzung
aufbauend auf der Literatur entnommenen Fließkurven ist detailliert im Anhang G aufgeführt.
Eine Berechnung des Druckverlusts über die allgemeine Impulsbilanz stellt sich schwierig
dar. Zunächst liegt ein nicht-newtonsches Fluid vor, dessen zeit- und fließgeschwindigkeits-
abhängiges Viskositätsverhalten üblicherweise nur bei Umgebungsbedingungen untersucht
wurde [Cha-2003, Pro-1997]. Viskositätsdaten bei höherer Temperatur müssen erst noch
ermittelt werden. Weiterhin ist an den Reynoldszahlen am Ein- und Austritt des Rohrbündels
(siehe Tabelle 8.2) zu erkennen, dass die Strömung im Wärmetauscher von laminar nach
turbulent umschlägt. Je nach Rohrrauhigkeit und Anströmung erfolgt der Umschlag laminar
nach turbulent bei Re = 2320 - 8000 [VDI-1997]. Wie in Anhang G dargelegt, sind die
Erhaltungsgleichungen nur für laminare Strömung allgemein lösbar. Bei hohen Reynolds-
zahlen bzw. turbulenter Strömung muss zur Strömungsberechnung ein (halbempirisches)
Turbulenzmodell herangezogen werden [Spu-1993, Mou-2005]. Hierfür werden aber
experimentelle Strömungsdaten benötigt.
Daher wurde der Druckverlust bei den Szenarien sonderkonstruierter Wärmetauscher und
Heatric-Wärmetauscher wie folgt aus dem des konventionellen Wärmetauschers abgeschätzt
[VDI-1997]:
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(8.20)
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