Einfluss des Grenzfilms auf die Adsorption in einem Festbett - Adsorption an Aktivkohle aus wässriger Phase

Nur im Gleichgewichtsszustand - also wenn die Diffusion der Adsorpte innerhalb der wassergefüllten Poren der Aktivkohle und der darauf folgende Übergang an die Oberfläche der Kohle sehr viel schneller stattfinden als der Abtransport der Adsorpte mit der Bulkströmung - wird die Gesamtbeladung des Adsorbers vor dem Erreichen des Durchbruchpunktes konstant sein. (Das bedeutet, dass die Adsorptionsisotherme gültig ist.) In der Praxis hat man es öfter mit Ungleichgewichtsbedingungen zu tun. Das Verhältnis der beiden Diffusionskoeffizienten (im Grenzfall der Diffusionskoeffizient des langsameren Prozesses) zur Strömungsgeschwindigkeit nimmt Einfluss auf den Zeitpunkt des Durchbruchs und wird so zur Einflussgröße für die dynamische Kapazität. - Die Autorin untersucht die Gültigkeit eines bestimmten vereinfachenden Modells unter verschiedenen Bedingungen. Als Modellsubstanzen dienten drei verschiedene aromatische Verbindungen sowie eine aus Steinkohle gewonnene Aktivkohle.

A. Woborska, Chem. Eng. J. 1999, 73, 85-92

Kohlenstoffadsorbentien zur Spurenanreicherung flüchtiger organischer Verbindungen

Auf dem Gebiet der Kohlenstoffadsorbentien gibt es neben der Aktivkohle - weniger bekannt - auch die so genannten Kohlenstoff-Molekularsiebe und graphitierte Ruße. Ihr Adsorptionsverhalten ist sehr unterschiedlich. Wegen der guten Einstellbarkeit ihrer Eigenschaften eignen sie sich besonders gut als Adsorptionsmaterial zur Anreicherung flüchtiger organischer Verbindungen zu Analysenzwecken. - In diesem kurzen Abriss werden die drei Basistypen der Kohlenstoffadsorbentien charakterisiert.

K. Dettmer, W. Engewald, Firmenschrift der Perkin Elmer Instruments GmbH, 2001

Charakterisierung der Passage adsorbierter Moleküle durch die Poren von Molekularsieb

Nicht nur die Porengröße bestimmt, ob und wie schnell sich Moleküle im Mikroporensystem von Zeolithen bewegen können, sondern auch die Struktur des Porensystems. Insbesondere spielt es eine Rolle, ob das Porensystem als mehrdimensional - also mit einender überkreuzenden Kanälen - oder als eindimensional - also ohne “Abzweigungen” - anzusehen ist. Für die Belegung tiefer gelegener Adsorptionsplätze muss es von großer Bedeutung sein, ob die Moleküle einander überholen können, und wenn ja, mit welcher Aktivierungsenergie. - Der Autor benutzt rechnerische Methoden zur Charakterisierung verschiedener Einzelfälle und deren Auswirkung auf die energetischen Verhältnisse der Porendiffusionsvorgänge.

D. S. Sholl, Chem. Eng. J. 1999, 74:1-2:25-32

Imprägnierte Adsorbentien

Adsorbentien können mit einem Reagenz behandelt werden, welches mit dem Adsorpt reagiert. Damit soll erreicht werden, dass Verbindungen, die wegen ihrer Flüchtigkeit nicht am Adsorbens adsorbiert bleiben, bei Kontakt mit diesem abreagieren und so unschädlich gemacht werden können. Zur Imprägnierung - also der Beaufschlagung von einem Adsorptionsmittel mit einem Reagenz - genügt es nicht, dieses damit zu tränken und dann trocknen zu lassen. Ungleichmäßige Verteilung, blockierte Mikroporen und somit ein unwirksames Adsorbens wären die Folge. - Die Autoren erklären die Grundlagen des Herstellverfahrens für Imprägnierte Adsorbentien sowie deren Anwendungen z. B. für die Katalyse.

J. Guderian, Ch. Horn, V. Heil, Firmenschrift der German Carbon Teterow GmbH, 2001

Auswirkungen des Druckverlustes in Festbettadsorbern

Gewöhnlich wird die dynamische Kapazität eines Festbettadsorbers ausgelegt, ohne den Druckverlust dabei zu berücksichtigen. Bei geringen Beladungen, geringen Druckverlusten und langen Zykluszeiten ist das auch ausreichend genau. Anders bei den schnellen Druckwechselverfahren, welche z. T. mit sehr hohen Beladungen, feinkörnigem Adsorbens und extrem kurzen Zykluszeiten arbeiten. In der Massenübergangszone fallen bei solchen Verfahren Druck und Strömungsgeschwindigkeit bedeutend ab, was bei grobteiligem (pelletierten) Adsorbens und Beladungen im ppm-Bereich nicht berücksichtigt werden muss. Zudem ist die Annahme einer gleichmäßigen volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit über die Länge des Adsorbers eigentlich nicht korrekt. Der Druckverlust hat aber keinen Einfluss auf die statische Adsorptionskapazität des Adsorbens.

M. H. Chabani, D. Tondeur, Chem. Eng. J. 2001, 81, 1-3:23-34

Molekülgrößen- und formselektive Adsorption an Zeolithen (Review)

Übersicht über Veröffentlichungen zum Adsorptionsmechanismus, beschränkt auf den vielstudierten Mechanismus der Trennung der Xylene an Si-reichem ZSM-5. Der Mechanismus wurde durch verschiedene Modellierungstechniken und auch durch experimentelle Methoden, z. B. NMR-Spektroskopie an beladenen Proben, untersucht. Demnach hat der Zeolith ZSM-5 drei enthalpisch und entropisch unterschiedliche Sorten Adsorptionsplätze, welche je nach Beladung (gemessen in Molekül/Elementarzelle) nacheinander aufgefüllt werden. Kalorimetrische Beobachtung des Vorganges deutet an, dass ab bestimmten Beladungen Phasenübergänge, die die kondensierte Phase und auch den Zeolithen selbst betreffen, stattfinden. Dass der Adsorptionsvorgang die Kristallstruktur des Zeolithen verändert (durch Röntgenbeugung an Pulverproben bestätigt), wird meistens nicht berücksichtigt, könnte jedoch für das Hystereseverhalten des Adsorptions-Desorptionszyklus mit verantwortlich gemacht werden, welcher sich bei höheren Beladungen manchmal beobachten lässt.

Bei der Trennung binärer Mischungen spielt der Enthalpieterm bei geringeren Beladungen die größere Rolle, d. h. von zwei Molekülen, welche beide in die Mikropore passen, wird oft das größere (bei ansonsten vergleichbaren Eigenschaften) bevorzugt adsorbiert. Das kann sich jedoch ändern, wenn die Beladung steigt; dann spielt der Platzbedarf die entscheidende Rolle, die Selektivität kehrt sich um. Der Autor führt eine Reihe von Systemen mit unerwartetem, unstetigem Verhalten vor, die auch von Parametern wie Adsorbat-Zusammensetzung, “Krümmung” der Mikropore, Beweglichkeit der Moleküle im Kanlasystem des Zeolithen und anderen beeinflusst werden.

S. Mohanty, A. V. McCormick, Chem. Eng. J. 1999, 74, 1-14

Einfluss der Adsorptionswärme auf die Lösungsmitteltrocknung mit Zeolithen

Die Adsorption von Wasser an 3A-Zeolithen ist ein sehr exothermer Vorgang. Daher wandert bei der Lösungsmitteltrocknung in einem Festbett neben der Massenübergangszone immer auch eine Zone durch das Bett, in welcher sich das Adsorbens aufheizt. Je nach Wärmekapazität der beteiligten Phasen, des Wassergehaltes des Fluids (gasf. oder flüssig) und der Restbeladung des Adsorbens wandert diese Zone langsamer bis schneller als die Massenübergangszone durch das Festbett. Der Autor vermerkte Spitzentemperaturen bis 120 °C. Bei höherer Temperatur verläuft die Adsorptionsisotherme flacher, d. h. die Kapazität des Adsorbers sinkt, wenn es nicht gelingt, die Wärme abzuführen. Durchbruchskurven und Temperaturprofile wurden unter verschiedenen Bedingungen gemessen; der Autor schlägt eine Berechnungsmethode zur Ermittlung des bestmöglichen Trocknungsgrades vor.

S. M. Ben-Shebil, Chem. Eng. J. 1999, 74, 3:197-204
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