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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zur Reinigung von mit insbesondere chemischen Rückständen befrachteten
Gasen.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von einem innerhalb
eines Druck- bzw. Trocknungsprozesses mit Lösemitteln kontaminiertem Gas.
Ein derartiges Verfahren ist aus
DE 195 34 008 C2 bekannt und betrifft Gase,
die z. B. aus der Abluft aus Druckereianlagen stammen. Bei dem bekannten
Verfahren wird das zu reinigende Gas aus den die Verunreinigung
hervorrufenden Bereichen abgezogen und über Rohrleitungen einer Anordnung
von Adsorberfilterpatronen zugeführt,
die zur Trennung der Verunreinigungen vom Gas dienen. Die Filterpatronen
werden zyklisch wiederkehrend zur Durchführung eines erforderlichen
Regenerationsvorgangs vom Abluftstrom getrennt und mit einem Austreibmittel
beaufschlagt, das zur Reinigung oder zum Regenerieren des Adsorbermaterials
geeignet ist. Als Austreibmittel wird insbesondere heißer Wasserdampf
eingesetzt.
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Das
bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als es teuer und umweltbelastend
ist. Es muß Dampf
mit hohen Temperaturen in die Adsorber geleitet werden, sodann muß eine Nachkonditionierung gemacht
werden, um eine Gasqualität
zu gewährleisten,
die einer Druckereianlage oder Lackiererei wieder zugeführt werden
kann. Damit die Adsorber in einem vernünftigen Temperaturbereich betrieben
werden können,
ist ferner eine Ladeluftkühlung
erforderlich, die energieaufwendig ist und ebenfalls einen hohen
apparativen Einsatz erfordert. Der Regelaufwand, der betrieben werden
muß, um
die Mehrzahl von Adsorberpatronen in einen quasi kontinuierlichen Reinigungs-,
Regenerations- und
partiellen Kühlzyklus
zu fahren, ist erheblich, außerdem
sind die bekannten Adsorberpatronen sehr raumaufwendig und voluminös. Die in
ihnen enthaltene Aktivkohle tendiert außerdem dazu, infolge der zyklischen
Beaufschlagung mit Luft und insbesondere heißem Wasserdampf mit der Zeit
zu zerfallen. Kohlestäube
setzen sich dann im unteren Bereich der Adsorberpatronen fest und
führen
zu einer Reduzierung des Durchflusses. Neben der Regeneration der
Aktivkohle muß die
Aktivkohle darüber
hinaus nach einiger Betriebszeit ausgetauscht werden.
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Als
weiterer Stand der Technik sind Waschkolonnen bekannt, die insbesondere
im Bereich der Petrochemie eingesetzt werden und grundsätzlich geeignet
sind, Gase von Schadstoffen zu trennen. Derartige bekannte Waschkolonnen
werden von einem Reinigungsmedium, meist Waschöl durchströmt, das die Schadstoffe aufnehmen
kann und dessen Temperatur während
des Betriebes im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung
von mit insbesondere chemischen Rückständen befrachteten Gasen mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 derart auszubilden,
daß der
Reinigungsprozeß unter geringerem
Energieaufwand, mit geringerem Regelaufwand, geringerem Wartungsaufwand
und zumindest über
die Betriebsdauer kostengünstiger
durchgeführt
werden kann. Außerdem
sollen die für
die Durchführung
des Verfahrens vorgesehenen Vorrichtungen insgesamt kleiner zu bauen
sein, sowie die Kosten für
die Vorrichtungen reduziert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–13.
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Als
Kern der Erfindung wird es angesehen, daß als Anordnung von Reinigungselementen
wenigstens eine Waschkolonne mit einer Mehrzahl von Rieselpaketen
vorgesehen wird. Der Waschkolonne wird ein flüssiges Waschmedium zugeführt, das
beim Durchsatz der Waschkolonne die mit ihm in Kontakt tretenden
Verunreinigungen des Gases aufnimmt, wobei das der Waschkolonne
zugeführte
Waschmedium hinsichtlich seiner Temperatur abhängig vom Ausgangssignal einer
Temperatursensorik in einem Arbeitsbereich gesteuert und/oder geregelt
wird, so daß der
Reinigungsgrad des gereinigten Gases und die Temperatur in dem Arbeitsbereich
in einem vorgebbaren Grenzwertbereich gehalten werden kann. Die
Waschkolonne ist allgemein eine Kolonne im Sinne eines verfahrenstechnischen
Apparates in der Form einer schlanken Säule, die dazu dient, Stoffgemische
durch ein thermisches Verfahren zu trennen. Vorzugsweise werden
Destillations- bzw. Rektifikationskolonnen verwendet. In der Kolonne
(dem zylindrischen Behälter)
können
Einbauten vorgesehen sein, die die Wärme und Stoffübertragung
intensivieren. Derartige Einbauten bilden beispielsweise Rieselpakete,
mit deren Hilfe das Waschmedium auf einer relativ hohen Oberfläche verteilt
wird und damit der Wirkungsgrad des Herauslösens der Schadstoffe aus der
Luft gesteigert werden kann.
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Die
Waschkolonne ist vorteilhafterweise derart mit einem im Arbeitsbereich
angeordneten Temperatursensor verbunden, daß dessen Ausgangssignal zur
Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des der Waschkolonne
zugeführten
Waschmediums wirkt. Dadurch, daß das
durch die Waschkolonne geführte
Gas anschließend
wieder den Arbeitsbereichen der Druckereianlagen, Spritzanlagen,
Lackierereien und dergleichen zurückgeführt wird, kann durch die aus
der Temperatur des Waschmediums beeinflußte Temperaturveränderung
des durch die Waschkolonne hindurchgeführten Gases auch die Temperatur
in dem das Gas zugeleiteten Arbeitsbereich beeinflußt werden.
Damit erfüllt
die erfindungsgemäß im Verfahren
eingesetzte Waschkolonne eine Doppelfunktion, einerseits dient sie
dazu, das durch einen Arbeitsprozeß (Trocknungsprozeß einer
bedruckten Papierbahn) mit chemischen Rückständen befrachtete Gas von diesen
wieder zu befreien, eine zweite, für eine Waschkolonne ungewöhnliche
Funktion wird durch die gleichzeitige gezielte Temperierung des
Gases und der damit verbundenen Temperaturbeeinflussung des Arbeitsbereiches
erreicht. Herkömmlich
eingesetzte Waschkolonnen werden einerseits mit konstanter Temperatur
betrieben, auch wird das von ihnen abgezogene Gas normalerweise nicht
in einem Kreislauf geführt,
wodurch erhebliche Energiekosten eingespart werden können.
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In
vorteilhafter Weise wird das im Umluftbetrieb geführte gereinigte
Gas einer Schadstoffanalyseeinrichtung zugeführt, die mit der Temperaturregelung
des Waschmediums verbunden ist. Diese Analyseeinrichtung detektiert
den Schadstoffgehalt des Gases und steuert zumindest ab einem bestimmten Schadstoffgrenzwert
die Temperatur des der Kolonne zugeführten Waschmediums derart,
daß das
Waschmedium während
des Durchlaufs in der Kolonne einen höheren Anteil an Schadstoffen
aus dem Gas herausnimmt. Grundsätzlich
verhält
es sich so, daß bei
Herabsenken der Temperatur des Waschmediums die Schadstoffaufnahmefähigkeit
aus dem Gas gesteigert wird. Zum Beispiel leitet die Analyseeinrichtung
den Schadstoffwert an ein Steuergerät weiter, welches die Temperatur
des Waschmediums beeinflussenden Elemente steuert und/oder regelt.
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Im
weiteren wird vorgeschlagen, in den Arbeitsbereichen, in denen das
gereinigte Gas wieder zugeführt
wird, einen Feuchtesensor anzuordnen, der auf die Temperaturregelung
des Waschmediums direkt oder indirekt einwirkt. Da zumindest Teile
der Arbeitsbereiche im Fall einer Druckereianlage im Hinblick auf
ihre Feuchtigkeit verfahrensbedingte Grenzwerte einhalten müssen, ist
es vorteilhaft, dort einen Feuchtesensor anzuordnen. Das Ausgangssignal des
Feuchtesensors soll als zusätzliche
Inputgröße zur Temperaturregelung
des Waschmediums dienen. Beispielsweise wenn der Arbeitsbereich
eine zu hohe Feuchtigkeit aufweist, wird dies über den Feuchtesensor detektiert
und eine Erhöhung
der Temperatur des Waschmediums und damit die Temperaturerhöhung des
aus der Waschkolonne austretenden wieder dem Arbeitsbereich zuführenden
Gases und schließlich
eine Feuchtigkeitsreduzierung im Arbeitsbereich erwirkt.
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Als
vorteilhaft können
sich Gebläseeinrichtungen
in den Rohrleitungen erweisen. Diese verursachen einen Gasdurchsatz
durch die Waschkolonne. Der Gasdurchsatz der Waschkolonne kann gemessen
werden und als weitere zusätzliche
Regelgröße für die Temperaturregelung
des Waschmediums in Abhängigkeit
vom Gasdurchsatz dienen. Alternativ oder zusätzlich zur Messung des Volumenstroms
kann auch die Leistung oder das Fördervolumen des Gebläses als
zusätzliche
Regelgröße für die Volumenstrom-
bzw. Verweildauerbestimmung verwendet werden. Je nach dem wie groß die Verweildauer
des zu reinigenden Gases innerhalb der Waschkolonne ist, kann das
Waschmedium so eingestellt werden, daß es schnell als kühleres Waschmedium
oder langsamer als wärmeres
Waschmedium die Schadstoffe aus dem Gas entnimmt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann das Prinzip auch zum Teil umgekehrt werden, nämlich können die
den Gasdurchsatz durch die Waschkolonne verursachenden Gebläse hinsichtlich
ihrer Gebläseleistung
durch die Analyseeinrichtung des Gases und/oder einen Temperatursensor
des Arbeitsbereiches und/oder einen Feuchtesensorik des Arbeitsbereiches
gesteuert werden. Wenn beispielsweise die Temperatur des Waschmediums
nicht weiter geändert
werden soll, jedoch ein größerer Anteil
an Schadstoffen aus dem Gas herausgefiltert werden muß, ist es
zweckmäßig den
Gasdurchsatz durch die Waschkolonne zu verringern. Dies wird durch
die Leistungsherabsetzung der den Gasdurchsatz initiierenden Gebläse erreicht.
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In
Weiterbildung der Erfindung wird das Waschmedium, das aus der Waschkolonne
austritt, einer Strippereinrichtung zugeführt, in welcher das Waschmedium
von den aus den Gasen entnommenen Schadstoffen gereinigt und das
Waschmedium nach vorgebbarer Temperierung des Waschmediums wieder
der Waschkolonne zugeführt
wird. Damit wird ein Kreislauf des Waschmediums erreicht. Innerhalb der
Strippereinrichtung wird mittels Wasserdampf das Waschmedium von
den Schadstoffen befreit. Da für
die Durchführung
des Strippens des Waschmediums innerhalb der Strippereinrichtung
ein eher anfänglich
wärmeres
Waschmedium und zur Durchführung
des Herauslösens
der Schadstoffe aus dem Gas mittels des Waschmediums innerhalb der Waschkolonne
ein eher kühleres
Waschmedium vorteilhaft ist, ist es zweckmäßig die die Waschkolonne und
dem Stripper verbindenden Ab- und Zuführungsleitungen zum Transport
des Waschmediums zumindest bereichsweise nach Art wenigstens eines
Wärmetauschers
aufeinander einwirken zu lassen. Ein derartiger Wärmetauscher
der Ab- und Zuführungsleitungen
kann im Gegenstrom-, Gleichstrom-, Kreuzstrom- und/oder Kreuzgegenstromprinzip
arbeiten. Bevorzugt wird ein Gegenstromprinzip angewendet, da die
Transportrichtungen der beiden Waschmediumsstoffströme entgegengesetzt
gerichtet sind. Mit dem Vorsehen eines Wärmeaustauschs der Ab- und Zuführungsleitungen
des Waschmediums kann der Energiebedarf des Gesamtprozesses weiter
reduziert werden.
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In
der Ab- und Zuführungsleitung
ist vorteilhafterweise wenigstens eine Fördereinrichtung in Form einer
Pumpe und/oder einem Gebläse
angeordnet, das den Waschmediumstransport zwischen der Waschkolonne
und dem Stripper unterstützt.
Die Fördereinrichtung
wird von einem Steuergerät
gesteuert und/oder die Ist-Leistungswerte der Fördereinrichtung werden einem
Steuergerät
zugleitet. Durch die Einbindung eines Steuergerätes zu der Fördereinrichtung
der Ab- und Zuführleitung
wird ein verfahrensförderlicher,
weiterer steuerbarer Parameter bereitgestellt, der es ermöglicht,
den Gesamtprozeß gezielter
und feiner abzustimmen. Als sehr zweckdienlich kann sich grundsätzlich die
Verwendung eines Steuergerätes
erweisen, wenn dem Steuergerät
Temperaturwerte im Arbeitsbereich, die Werte der Schadstoffanalyseeinrichtung,
die Werte des Feuchtesensors und/oder die Leistungswerte der Gebläse und/oder
Pumpen des zu reinigenden Gases und des Waschmediums zugeführt werden.
Diese Informationen können
im Steuergerät
zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des Waschmediums
verwendet werden. Vorzugsweise steuert das Steuergerät einen
oder mehrere Wärmetauscher innerhalb
des Waschmediumskreislaufes, um die Temperatur des Waschmediums
zu beeinflussen.
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Eine
vorteilhafte und energiesparende Einrichtung kann ein Leitungswärmetauscher
darstellen, bei dem die Ab- und Zuführungsleitung des Waschmediums
gezielt über
einen Wärmeübergangbereich geleitet
werden. Insbesondere durch die Fördereinrichtung
und die damit verbundene Volumenströmungsgeschwindigkeit des Waschmediums
läßt sich der
Grad des Wärmeaustauschers
zwischen der Ab- und Waschmediumszuführungsleitung regeln.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu
sehen, daß im
Falle bestimmter Druckereianlagen ausschließlich ein Lösemittel, z. B. Toluol oder
Methylbezol verwendet wird und lediglich dieses aus dem Gasstrom
als Schadstoff herausgetrennt werden muß. Insbesondere, daß nur eine Ölfraktion
als Schadstoff herausgefiltert werden muß, und daß hierfür eine Waschkolonne verwendet wird,
ermöglicht
es, als Waschmedium grundsätzlich Waschöl zu verwenden.
Als Waschöl
kann unter anderem Fettsäuremethylester
verwendet werden. Vorzugsweise wird Rapsölmethylester als Waschöl verwendet.
Dies ist im Vergleich zu dem in der Petrochemie verwendeten Waschmedium
der Waschkolonnen wie das synthetische Genosorböl ein nachwachsender und preisgünstiger
Rohstoff.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnungsfigur näher
erläutert.
Diese zeigt einen schematischen Ablaufplan mit den wesentlichen
Elementen des Gasreinigungsverfahrens.
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In
der Zeichnungsfigur ist eine Anlage dargestellt zur Reinigung von
mit Rückständen befrachteten
Gasen. Hierbei wird die Abluft 1 aus einem Arbeitsbereich 2 beispielsweise
einer Druckereianlage, z. B. Trockner, über Rohrleitungen einer Anordnung von
Reinigungselementen zugeführt,
die zur Trennung der Verunreinigungen aus der Abluft 1 dienen. Die
gereinigte Abluft, das gereinigte Gas 3 wird im Umluftbetrieb
wieder dem Arbeitsbereich 2 zugeführt. Die Anordnung der Reinigungselemente
wird durch eine Waschkolonne 4 mit einer Mehrzahl von Rieselpaketen 5, 5', 5'', 5''' ausgebildet.
Innerhalb der Waschkolonne 4 wird ein flüssiges Waschmedium 6 zugeführt, das
beim Durchsatz der Waschkolonne 4 die mit ihm in Kontakt
tretenden Verunreinigungen des verunreinigten Gases 1 aufnimmt,
wobei das der Waschkolonne 4 zugeführte Waschmedium 6 hinsichtlich
seiner Temperatur abhängig
vom Ausgangssignal AT einer Temperatursensorik 7 in einem Arbeitsbereich 2 gesteuert
und/oder geregelt wird. Die Steuerung und/oder Regelung bewirkt,
daß der Reinigungsgrad
des gereinigten Gases 3 und die Temperatur in dem Arbeitsbereich 2 in
einem vorgebbaren Grenzwertbereich gehalten werden kann. Das im
Umluftbetrieb geführte
gereinigte Gas 3 wird einer Schadstoffanalyseeinrichtung 8 zugeführt, die
ein schadstoffabhängiges
Ausgangssignal zu einem Steuergerät 9 abgibt, welches
wiederum die Temperaturregelung des Waschmediums 6 beeinflußt. Ferner
ist dem Arbeitsbereich 2 ein Feuchtesensor 10 zugeordnet,
der ebenfalls auf die Temperaturregelung des Waschmediums 6 einwirkt.
Hierfür
wird ein Ausgangssignal AF des Feuchtesensors 10 dem Steuergerät 9 zugeleitet.
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Mittels
Gebläseeinrichtungen 15 in
den Rohrleitungen wird der Transport des Gases 1 zu der Waschkolonne 4 und
von der Waschkolonne 4 zum Arbeitsbereich 2 gewährleistet.
Die Gebläseeinrichtung 15 leitet
ein Ausgangssignal AG abhängig
von der Förderleistung
des Gebläses 15 an
das Steuergerät 9 zur
Beeinflussung der Sollwertetemperatur des Waschmediums 6 weiter.
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In
der Zeichnungsfigur ist die Möglichkeit nicht
dargestellt, abhängig
von den Ausgangssignalwerten AS der Schadstoffanalyseeinrichtung 8,
des Ausgangssignals AT der Temperatursensorik 7 und/oder
des Ausgangssignals AF des Feuchtesensors 10 die Gebläseleistung
und damit die Förderleistung
des Gebläses 15 zu
steuern und/oder zu regeln.
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Ferner
umfaßt
die Gesamtanlage eine Strippeinrichtung 11, zu der das
die Waschkolonne 4 durchlaufene Waschmedium 6 zugeführt wird,
um die von den aus den verunreinigten Gasen 1 entnommenen
Schadstoffe herauszutrennen. Das gereinigte Waschmedium 6 wird
nach einer thermischen Behandlung wieder der Waschkolonne 4 zugeführt, um verunreinigtes
Gas 1 zu reinigen. Damit bildet das Waschmedium 6 mit
den Anlagenelementen Waschkolonne 4 und Strippereinrichtung 11 ebenfalls
einen geschlossenen Kreislauf. Über
Ab- und Zuführungsleitung 12, 13 wird
das Waschmedium 6 von der Waschkolonne 4 zu dem
Stripper 11 und wieder zurückgeleitet. Dabei sind die
Ab- und Zuführungsleitungen 12, 13 zumindest
bereichsweise nach Art wenigstens eines Wärmetauschers 14 (zur
besseren Verständlichkeit
nachfolgend als Leitungswärmetauscher
bezeichnet) ausgebildet. Dies bedeutet, daß das in der Ab- und Zuführungsleitung 12, 13 geführte Waschmedium 6 z.
B. im Gegenstromprinzip aneinander vorbeigeführt wird.
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Die
Ab- und Zuführungsleitungen 12, 13 verfügen wenigstens über eine
Fördereinrichtung 16,
die als Pumpe und/oder Gebläse
ausgebildet sein kann und den Waschmediumstransport unterstützt, wobei die
Fördereinrichtung 16,
wie dargestellt, ihren Ist-Leistungswert in Form eines Ausgangssignals AFö dem Steuergerät 9 zuleitet.
Alternativ oder zusätzlich
wird vom Steuergerät 9 ein
Steuersignal zur Veränderung
der Leistung (Fördermenge)
der Fördereinrichtung 16 zugeleitet.
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Vorzugsweise
bildet das Steuergerät 9 die Sammelstelle
für die
Temperaturwerte AT im Arbeitsbereich 2, der Schadstoffanalysewerte
AS der Schadstoffanalyseeinrichtung 8, der Werte AF des Feuchtesensors 10 und/oder
der Leistungswerte AG, AFö der
Gebläse 15/Fördereinrichtung 16,
so daß aus diesen
Inputgrößen und
gegebenenfalls einer zusätzlichen
Parametereinstellung ein Steuersignal SG vom Steuergerät 9 wenigstens
einem Wärmetauscher 17, 14 zugeleitet
werden kann, um die Temperatur des Waschmediums 6 zu steuern
und/oder zu regeln.
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Darüber hinaus
kann das Steuergerät
weitere Steuersignal zu dem Gebläse 15 und/oder
der Fördereinrichtung 16 zuführen, um
den Gesamtprozeß feiner
abzustimmen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn über eine
Datenverarbeitungsanlage das Steuergerät 9 in seinen Wenn-Dann-Beziehungen und
den damit verbundenen Steuersignalen SG veränderbar ist. Beispielsweise
im Falle der Veränderung
der Druckbedingungen bzw. Trocknungsbedingungen innerhalb eines
Druckverfahrens (Wechsel des Papiers von einem dünneren zu einem dickeren) kann über die
Datenverarbeitungsanlage die zu überwachenden
und auf die zu reagierenden Grenzwerte der einzelnen Sensoren 7, 8, 10 abgestimmt
und neu eingestellt werden. Dies ermöglicht eine schnelle, flexible
und unproblematische Umrüstung
der Schadstoffilterungsanlage bei einem Wechsel des Papiers im Arbeitsbereich.
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Der
Grad des Wärmetauschs
am Leitungswärmetauscher 14 kann
unter anderem durch die Veränderung
der Förderleistung
und der Fördereinrichtung 16 des
Waschmediums 6 geregelt werden.
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Die
Effektivität
des Stripprozesses des Waschmediums 6 kann durch einen
der Strippeinrichtung 11 vorgelagerten Wärmetauscher 18 erhöht werden.
Der Wärmetauscher 1.8 kann über das
Steuergerät 9 ansteuerbar
sein.
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- 1
- verunreinigte
Abluft
- 2
- Arbeitsbereich
- 3
- gereinigtes
Gas
- 4
- Waschkolonne
- 5,
5', 5'', 5'''
- Rieselpaket
- 6
- Waschmedium
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Schadstoffanalyseeinrichtung
- 9
- Steuergerät
- 10
- Feuchtesensor
- 11
- Strippeinrichtung
- 12
- Abführungsleitung
- 13
- Zuführungsleitung
- 14
- Wärmetauscher
(Leitungswärmetauscher)
- 15
- Gebläseeinrichtung
- 16
- Fördereinrichtung
- 17
- Wärmetauscher
- 18
- Wärmetauscher
- AT
- Ausgangssignal
Temperatur (v. 7)
- AS
- Ausgangssignal
Schadstoffwert (v. 8)
- AF
- Ausgangssignal
Feuchtigkeit (v. 10)
- AG
- Ausgangssignal
Gebläse
(v. 15)
- AFö
- Ausgangssignal
Fördereinrichtung (v. 16)
- SG
- Steuersignal
v. 9