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Tutorial MenuePraktikum Technische ChemieLerneinheit 1 von 6

Praktikum Adsorption (Methan bei 1200 hPa)

Vorgänge im Adsorber

Adsorptionszone

Im Adsorber selbst bildet sich eine Adsorptionszone hz aus, innerhalb derer die Konzentration des Adsorptivs von der Eintrittskonzentration ce auf eine danach minimale Austrittskonzentration ca abfällt. Gleichzeitig verringert sich entlang der Adsorptionszone die Sättigungsbeladung Xs des Adsorbens. Die Sättigungsbeladung entspricht der Kapazität eines Adsorbens zur Aufnahme eines Adsorptivs, sie ist abhängig vom jeweiligen Partialdruck des Adsorptivs.

Abb.1
Adsorptionszone

Die Abbildung zeigt die Ausbidlung einer Adsorptionszone innerhalb eines Adsorbers.

Die Eintrittskonzentration (ce) des Adsorptivs verringert sich entlang der Adsorptionszone, sie geht gegen 0. Gleichzeitig verringert sich die Sättigungsbeladung (Xs) des Adsorbens.

Die Länge der Adsorptionszone wird durch die jeweilige Adsorptionsisotherme bestimmt. Die Einstellung des Adsorptions-Gleichgewichtes benötigt eine endliche Zeit. Je langsamer die Gleichgewichtseinstellung erfolgt, desto länger wird die Adsorptionszone.

Die Adsorptionsgeschwindigkeit hängt vor allem von der Oberflächendiffusion ab. Um die aktiven Stellen des Adsorbens zu erreichen, müssen die Gasmoleküle in die Poren des Adsorbens diffundieren. Dies ist mit einer verzögerten Gleichgewichtseinstellung verbunden. Die Geschwindigkeit der Diffusion hängt von der Molekülart, der Temperatur und dem Partialdruck ab.

Teilschritte der Adsorption

Die Länge der Adsorptionszone ist technisch sehr bedeutungsvoll, da ihr Verhältnis zur Schütthöhe des Adsorbens die Adsorptionskapazität eines Adsorbers bestimmt. Eine große Adsorptionszone bedeutet eine kleine Durchbruchsbeladung im Vergleich zur Sättigungsbeladung, was technisch unerwünscht ist.

Bei fortlaufendem Betrieb wandert die Adsorptionszone durch den Adsorber bis zum Ausgang. Das Adsorptiv tritt dann im austretenden Gas in messbaren Mengen auf. Der Zeitpunkt, wo das Adsorptiv am Ausgang nachweisbar ist, wird als "Durchbruch" bezeichnet. Die Zeit vom Betriebsbeginn bis zum Durchbruch des Adsorptivs wird als Durchbruchszeit td bezeichnet.

Abb.2

Die Abbildung zeigt eine typische Durchbruchskurve. Sie stellt das Verhältnis der Konzentration an Adsorptiv am Eingang (ce) und Ausgang (ca) des Adsorbers in Abhängigkeit von der Zeit (t) dar.

Die Austrittskonzentration des Adsorptivs nimmt im weiteren Betrieb zu und erreicht schließlich den Wert der Eintrittskonzentration ce (ca/ce=1). Das Adsorbens ist nun gesättigt, die Zeit bis zur vollständigen Sättigung wird als Sättigungszeit ts bezeichnet. Die zeitliche Zunahme der Adsorptivkonzentration im abströmenden Gas bezogen auf die Adsorptivkonzentration am Eintritt in den Adsorber wird "Durchbruchskurve" genannt.

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