Einige Desorptionskurven [ 1 ]
Das Bild zeigt die Desorptionskurven [ 2 ] von Methyl-Ethyl-Keton und einem Toluol/Cyclohexan-Gemisch unter den Bedingungen der Vakuumdesorption.
Ein generelles Problem bei dieser besonders energiesparenden Art von Desorption ist die fehlende Bulk-Strömung, die bewirkt, dass die desorbierten Moleküle den Adsorber nicht verlassen, sondern beim Abkühlen und Brechen des Vakuums teilweise wieder adsorbiert werden. Unter technischen Bedingungen wird man niemals davon ausgehen, dass die Desorption vollständig ist.
Noch zwei Desorptionskurven finden sich hier, obwohl der Vergleich der beiden nicht sonderlich aussagekräftig ist (Ausgangsbeladung, Druck und Temperatur wurden im selben Versuch verändert).
Durchbruchskurven
Was ist die Massentransferzone?
Es handelt sich dabei um den Bereich, in dem das Adsorbens nicht mehr frei, aber noch nicht bis zu seiner Maximalkapazität (unter den gegebenen Bedingungen) beladen ist. Eine breite Massentransferzone bewirkt ein schlechteres Verhalten des Adsorbers; die Kapazität wird nicht ausgenutzt, der Durchbruch (also der Augenblick, an dem das Adsorptiv aus dem Adsorber austritt) kommt früher als nach der Isotherme geschätzt. Die Dynamische Kapazität des Adsorbers entspricht, grob geschätzt, der theoretischen, aus der Isotherme errechneten Kapazität, abzüglich der Kapazität der halben Breite der Massentransferzone.
In der Abbildung der Massentransferzone ("MTZ") symbolisieren die Rechtecke ober- und unterhalb der Kurven die zu den Kurven gehörigen Adsorber. [ 3 ] Hellblau: freies Adsorbens; Braun: beladenes Adsorbens. Der obere hat eine schmale Massentransferzone, der untere eine breite. Die Kurve zeigt die Beladung der Abgeberphase (also des Rohgases) mit Adsorptiv (Z. B. Lösungsmittel). Die grün gestrichelte Linie deutet die Zielgröße (Grenzwert für die Emission) an.
Kann man aus der Isotherme auf die dynamische Kapazität des Adsorbers schließen?
Nein, das ist nicht ohne weiteres möglich. Allerhand Faustregeln sind im Umlauf, denn selbst eine angenäherte Berechnung ist recht schwierig. In sie gehen Korngrößen und -temperatur, die Strömungsparameter der Gasphase, sowie Diffusionskoeffizienten der beteiligten Molekülspezies und die nur indirekt ableitbaren Werte für deren Konzentration direkt am Korn und an der Außenseite der Grenzschicht ein. Einige allgemeine Regeln werden anhand der folgenden Durchbruchskurven sichtbar (sie wurden gemessen wie die Isothermen, jedoch mit Erfassung der FID-Messwerte am Austritt):
- Konzentrationsunterschiede: Höhere Rohgaskonzentrationen führen, wie nicht anders zu erwarten, zu einem im Verhältnis schnelleren Durchbruch. In der folgenden Durchbruchkurve beträgt der Anteil des ungenutzten Bettes LUB (length of unused bed) bei der niedrigeren Konzentration von MEK ca. 30%, bei der höheren schon 55%. Dabei ist aber zu bedenken, dass die Gesamtkapazität des Adsorbens bei der höheren Konzentration 14,6 % (w/w) betrug, bei der niedrigeren Konzentration jedoch nur 2,3 %, wie es in etwa auch der Isotherme (siehe Tabelle) entspricht.
- Chemische Unterschiede: Die folgenden Durchbruchkurven bitte nicht zu ernst nehmen; ich habe allerhand daran “in Form gerechnet”. Aus Beladung des Rohgases, Adsorptionskapazität des Adsorbens, der Strömungsgeschwindigkeit und der Zeit ist der Abszissenwert “Adsorptivmengenbruch” X mit Werten von 0 bis 1 entstanden. X = 1 bedeutet: Es ist soviel Adsorptiv in den Adsorber gelangt, dass das Reingas die gleiche Konzentration wie das Rohgas hat, also der “vollständige” Durchbruch stattgefunden hat. Die Kurven sollen einen direkten Vergleich des Durchbruchsverhaltens unter ansonsten ähnlichen (aber eben nicht gleichen, daher bitte Vorsicht) Bedingungen ermöglichen und den Einfluss des Isothermentyps sichtbar machen. Hier zum Vergleich die unkorrigierten Werte. Jede Kurve endet bei der entsprechenden Rohgaskonzentration.
[ 1 ] Quelle der Daten: Omega GmbH
[ 2 ] Die Bilder stecken in ansonsten funktionslosen Pop-Up-Fenstern. JavaScript muss aktiviert sein.
[ 3 ] Folie vom Vortrag auf der Jahrestagung 2002 der Fachgruppe Freiberuflicher Chemiker in der GDCh.
Diese Seite wurde zuletzt am 19.10.2009 geändert.
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