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Research Collection
Doctoral Thesis
Zur Wertbestimmung von Gastrocknungsmitteln
Author(s):
Wyttenbach, Hans
Publication Date:
1944
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-000088681
Rights / License:
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Zur
von
Wertbestimmung
Gastrocknungsmitteln
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN
HOCHSCHULE IN ZÜRICH
ZUR ERLANQUNO
DER
WÜRDE
EINES DOKTORS DER
TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN
OENEHMIQTE
PROMOTION S ARBEIT
VOROELEOT VON
HANS
WYTTENBACH
Dipl. Ing. Chem.
aus
Ooldiwil
(Kt. Bern)
Referent:
Herr Prof. Dr. A.
Ouyer
Korreferent: Herr Prof. Dr. W. D. Treadwell
*
}
ZÜRICH 1944
Dissertationsdruckerei AG. Oebr. Leemann & Co.
Stockerstr. 64
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Meiner lieben Mutter und meiner lieben Braut
gewidmet
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Inhaltsverzeichnis
Seite
1.
7
Einleitung
9
II. Theoretischer Teil
A.
B.
C.
D.
Allgemeine Grundlagen
Theorie der Sorption
1. Allgemeines
2. Die reine Adsorption
3. Die Kapillarkondensation
4. Die Absorption
5. Die Chemosorption
Die Wasserdampfadsorptionsfähigkeit des Silicagels
1. Allgemeines
2. Allgemeine Adsorptionsgesetze
a) Grundbegriffe
b) Die Adsorptionsfähigkeit
a) Die physikalischen Eigenschaften
ß) Die Adsorptionsisotherme
y) Die Adsorptionsgeschwindigkeit
c) Die Adsorptionswärme
Das. Trocknungsvermögen der Adsorptionsmittel
9
11
11
12
15
18
22
23
...
23
23
23
24
24
33
39
40
...
43
3. Die
Wirkungsweise
Trocknungsleistung
4. Die
5. Die
Regenerierbarkeit
Anwendungsmöglichkeiten
46
Adsorptionsprüfungsmethodik
Allgemeine Gesichtspunkte
49
2. Die
44
47
E. Die
1.
49
51
2. Die statische Methode
3. Die
III.
dynamische
53
Methode
Teil
Experimenteller
Untersuchungen über die Wasserdampfadsorption
1. Dynamische Adsorptionsprüfungsapparatur
2. Adsorptionsprüfung mit verschiedenen Trägergasen
3. Prüfung von Aluminogelen diverser Herstellungsart
4. Vergleichende Prüfung gekörnter Adsorbentien
5. Prüfung flüssiger Trocknungsmittel
6. Statische Prüfung pulverförmiger Adsorplionsmittel
7. Vergleichsprüfung von Silicagelen verschiedener Provenienz
8. Der Einfluß der Temperatur
A.
...
....
.
9. Variation der Dampfkonzentration
10. Einfluß der Korngröße
11.
Prüfung
Prüfung
gebrauch
der
Silicagelen verschiedener Porosität
Qualitätsverschlechterung von Silicagel
von
1. Dynamische Beladungsapparatur
2. Statische Adsorptionsprüfungsapparatur
3.
IV.
V.
Prüfung
der
Ermüdungserscheinung
Zusammenfassung
Zusammenfassende größere Abhandlungen
57
57
57
.
69
.
74
...
B.
41
41
1. Übersicht über die Trockenmittel
76
88
91
94
98
100
104
.
.
.107
im Dauer114
114
117
120
124
125
Die
vorliegende Promotionsarbeit
wurde im
nischen Laboratorium der E. T. H. in Zürich
Herbst 1942 unter der Leitung
anorganisch-tech¬
von
Herbst 1940 bis
von
Herrn Prof. Dr. A. GUYER
durchgeführt.
An dieser Stelle sei meinem verehrten Lehrer für
seine wohlwollende
Unterstützung
Ein besonderer Dank
Dr.
er
H.
Schütze, für
dieser Arbeit
gebührt
der beste Dank
auch seinem
Mitarbeiter, Herrn
sein unermüdlich hilfbereites
entgegengebracht hat.
ausgesprochen.
Interesse,
das
Einleitung
I.
Die
Verwendung
Trennungszwecken
dustrie schon seit
Zuckerlösungen,
bestimmten Stoffen
von
gewissen Zweigen
ist in
wie
Trocknungs- und
zu
der chemischen
In¬
Entfärbung
der
B. die
langem bekannt,
Entfernung der Fuselöle
z.
in
die
mit Holz- und Knochenkohle
usw.
Während
man
Branntweinen
sich,
naturgemäß
empirisch gefundene Trocknungs- und Adsorptions¬
anfangs
stoffe hielt, setzte mit dem Aufschwung der modernen chemischen
Großindustrie mit ihrer sowohl in quantitativer wie qualitativer
nur an
gesteigerten Nachfrage nach Adsorptionsmaterialien mit
immer vielseitiger werdenden Ansprüchen an ihre adsorptiven
Eigenschaften, eine systematische Bearbeitung und Erforschung
Hinsicht
des Gebietes der Adsorbentien ein.
teilweise
dukte wurden
dabei
Mittel ersetzt.
So trat
z.
B.
adsorbierende Aktivkohle.
erden,
wie den
und
durch neuere,
bezw. verbesserte
Stelle der Knochenkohle die stärker
Auch
Bleicherden,
Reinigungs-
sächlichsten
an
Die früher verwendeten Pro¬
den
verschiedenen
Naturaktiv¬
Fullererden etc., welche die
Trennungsmittel
haupt¬
in der Öl- und Fett¬
industrie darstellten, sowie den chemisch wirkenden Trocknungs¬
mitteln der Gase sind in den modernen Adsorptionsmitteln sehr
leistungsfähige Konkurrenten entstanden.
Erforschung des
Veredlungs¬
geeignete Herstellungsmit
gesteigerten adsorptiven
Adsorptionsstoffe
Dank der technischen und wissenschaftlichen
und
Gebietes wurden durch
methoden
neue
Eigenschaften,
Altbewährte
wie
Silicagel, Aluminogel
Adsorptionsmittel
lernte
und Aktivkohle bekannt.
man
durch
Aktivierungs¬
Fortschritte wurden auch dadurch
prozesse verbessern. Sehr große
erzielt, daß durch modifizierte Herstellungs- und Veredlungs¬
methoden
demselben
Adsorptionseigenschaften bei
Adsorptionsmittel je nach dem gewünschten
die
dungszweck
Obwohl
selektiven
ein
und
Verwen¬
variiert werden können.
heute
die
Anwendungsmöglichkeiten
der
Adsorp-
—
8
—
tionsstoffe weit über den ursprünglich auf
empirischen Beobach¬
tungen fußenden Verwertungsbereich hinausgewachsen sind und
sich über scheinbar ganz fremde Gebiete
so beruht
erstrecken,
die ganze
des den
gebung
Adsorptionstechnik doch allgemein auf der Ausnützung
Adsorptionsmitteln innewohnenden Vermögens, der Um¬
gas- oder
dampfförmige, flüssige, echt oder kolloidal ge¬
entziehen, an ihrer Oberfläche festzuhalten und
löste
Stoffe
unter
gewissen Bedingungen wieder abzugeben.
zu
Dieses
Adsorp¬
Erscheinung, wenn
die zu adsorbierenden Stoffe in
geringer Konzentration vorliegen ;
in diesem Falle werden sie vielfach
quantitativ der Umgebung
entzogen. Diese Adsorptionseigenschaft bedingt die große tech¬
nische Verwendung der
Adsorptionsmittel überall dort, wo es gilt,
schädliche oder auch wertvolle Stoffe
wegen den genannten Eigen¬
schaften zu entfernen bezw.
zurückzugewinnen.
Mit der Entwicklung der
Adsorptionstechnik ergab sich auch
die Notwendigkeit zur
Ausarbeitung geeigneter Prüfungsverfahren
zur exakten
Bestimmung und Kontrolle des Aufnahmevermögens
der Adsorptionsstoffe. Eine
Universalmethode, eine Wertbestim¬
des
mung beispielsweise
Kieselsäuregels für die verschiedenen
Anwendungsgebiete gibt es aber nicht. Das selektive Aufnahme¬
vermögen und die Verschiedenartigkeit des Anwendungszweckes
machen es notwendig, daß die
Adsorptionsfähigkeit eines zu prü¬
tionsvermögen
tritt besonders dann stark in
fenden Adsorbens stets für
denjenigen
Stoff ermittelt
wird, für
Verwendung bestimmt
ist. Als weiterer Grundsatz der
Wertbestimmungsmethodik hat
zu gelten, daß dabei
möglichst die gleichen Arbeitsbedingungen
eingehalten werden sollen wie bei der Anwendung im großen
den das Adsorbens bei seiner technischen
Maßstabe.
Ziel und Zweck dieser Arbeit
Verbesserung
tionsstoffe für
tischen
tion,
der
liegen in der Ausarbeitung und
Prüfungsverfahren zur Bewertung der Adsorp¬
Trocknungszwecke, einer übersichtlichen und kri¬
von
Sichtung der Theorien und Gesetzmäßigkeiten der Adsorp¬
Wertbestimmungsmethodik und des Anwendungsbereiches
der
Adsorptionsstoffe und endlich in einer vergleichenden Unter¬
suchung verschiedener Adsorptionseigenschaften der Adsorbentien,
unter besonderer
Berücksichtigung
des
Silicagels.
IL Theoretischer Teil
A.
Allgemeine Grundlagen
Kräfte, auf welche die hygroskopische Wirkung der
Trocknungsmittel zurückgeführt werden kann, sind verschiedener
Die
Natur.
sein.
physikalischer
folgende Erscheinungsformen
Sie können rein chemischer oder mehr
Im wesentlichen können
Trocknungsvermögens unterschieden
1.
Chemosorption,
2.
Absorption,
3.
Adsorption und
Kapillarkondensation.
4.
Art
des
werden:
Diese Phänomene treten entweder einzeln oder
auf,
indem sich zwei oder mehrere dieser
gemeinsam
Erscheinungsformen in
Die einzelnen Vorgänge
überlagern können.
lassen sich meist nicht quantitativ voneinander trennen und des¬
halb bezeichnet man unter Sorption ganz allgemein die Aufnahme
Stoffen
von Gasen und Dämpfen, von Flüssigkeiten oder gelösten
verschiedener Stärke
an
festen Medien.
Körper, der sorbiert, Sorbens, den Stoff, der
aufgenommen wird, Sorptiv und die sorbierte Menge auch Sorbat.
Chemosorption liegt vor, wenn die Aufnahme des Sorptivs
auf die Bildung einer chemischen Verbindung zurückzuführen ist,
Man nennt den
wie
z.
B. bei der
Dringt
das
Sorption
von
Wasserdampf
aufgenommene
an
Gas oder der
Calciumchlorid.
Dampf ins Innere
flüssige oder
indem eine
flüssigen oder festen Sorbens ein,
Lösung gebildet wird, und spielen daneben Oberflächen¬
erscheinungen keine wesentliche Rolle, so bezeichnet man das
Phänomen als Absorption.
des
feste
10
—
Handelt
schließlich
aber
sich
es
um
der Oberfläche
an
Adsorption
-
Anreicherung eines Stoffes aus¬
Körpers, so spricht
eines festen
im
eigentlichen Sinne.
Dampfaufnahme eines porösen Körpers
durch Kapillaritätswirkungen
hervorgerufen, wobei eine Verflüs¬
sigung des Dampfes in den Hohlräumen stattfindet, so wird dieser
Vorgang als Kapillarkondensation bezeichnet.
man
von
Wird schließlich die
Diese
bei
treten
vier
der
erwähnten
Aufnahme
Erscheinungsformen
Wasser
von
flüssigen oder festen Sorbentien meist
überlagern sich in ihren Wirkungen.
oder
der
Sorption
Wasserdampf an
nicht einzeln
auf, sondern
Im weiteren Sinne wird die
mein für die
während bei
gesprochen
Die
Phase,
durch
Bezeichnung Adsorption allge¬
Aufnahmefähigkeit des festen Körpers verwendet,
flüssigen Sorbentien ausschließlich von Absorption
wird.
Entfernung
die
des Wassers in
dampfförmiger
oder
flüssiger
sich beim
Trocknungsvorgang handelt,
folgende Trocknungsverfahren erreicht werden :
um
1.
Erhitzen,
2.
Tiefkühlung,
Kühlung und Kompression,
3.
4.
Überleiten eines Gases (trocken oder
heiß),
5.
Absorption und
Adsorption (Sorption).
6.
Die
es
Wahl
des Verfahrens
richtet sich
zustand und der
nach dem
kann
Aggregat¬
Widerstandsfähigkeit
Trockengutes, dem zu
erreichenden Trocknungsgrad, der
Regenerierungsmöglichkeit des
Trocknungsmittels und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Für
festes
Trockengut
die Verfahren
kühlung,
des
fallen die Methoden 1 und 4, für
1 und
6 in
Betracht,
Kompression, Absorption
werden können.
In
suchung
der
der
und
Adsorption getrocknet
vorliegenden Arbeit handelt es sich um die Unter¬
Sorptionsstoffe zur Trocknung von Flüssigkeiten und
Gasen nach den beiden
Absorption
Flüssigkeiten
während Gase durch Tief¬
und der
letztgenannten Trocknungsmethoden,
Adsorption.
der
11
—
—
Gründen der
nachfolgenden Untersuchungen wurden aus
einem der
als
mit
Silicagel,
Einheitlichkeit in der Hauptsache
durch¬
wichtigsten Repräsentanten der modernen Trockentechnik,
Die
geführt.
B. Theorie der
1.
Die Aufnahme
von
Sorption
Allgemeines
Wasserdampf
oder Wasser durch die Ad¬
sorptionsstoffe ist in erster Linie eine Orenzflächeneigenschaft.
Die in der vorliegenden Untersuchung betrachteten Erscheinungs¬
Ab¬
formen der Sorption sind Adsorption, Kapillarkondensation,
sorption und Chemosorption. Die ersten beiden Sorptionsformen
auf. Im
Silicagel und Aluminogel stets zusammen
noch
weiteren wird das Verhalten der festen Trocknungsmittel nur
Sorbentien
die
auch
wenn
flüssigen
mit Adsorption bezeichnet und,
treten
B. bei
z.
miteinbezogen sind,
Die
spielen
kurz mit
sich vornehmlich
a)
b)
c)
d)
Die erste
Sorption.
Adsorptionserscheinungen
Phasengrenzflächenpaaren ab:
stehenden
Diskussion
zur
an
den
fest-gasförmig,
fest-flüssig,
flüssig-gasförmig,
flüssig-flüssig.
Komponente
des
Phasenpaares
ist das Sorbens in
also Wasser
fester oder flüssiger Form, die zweite das Sorptiv,
wird grö߬
oder Wasserdampf. Der aufgenommene Wasserdampf
verflüssigt und zwar vollständig bei
tenteils im
Sorptionsmittel
Ad¬
teilweise bei der
Absorption in flüssigen Sorbentien, nur
führt im
sorption an festen Körpern. Der Trocknungsvorgang
Gemisch
zum
flüssigen
ersten Falle zu einem Zweistoffsystem,
hier
ist
gegeben
oder zur Lösung. Die Trocknungseigenschaft
der
durch die Gesetze
dampfes.
Handelt
so
als
von
Bei festen
es
sich
entsteht eine
Gesamtdruck und Partialdruck des Wasser¬
sind die Verhältnisse verwickelter.
Körpern
Chemosorption, wie z. B. bei Calciumchlorid,
konzentrierte Salzlösung, die ihrerseits wieder
um
flüssiges Trocknungsmittel wirken
kann.
12
—
2. Die reine
Bei
Adsorption
reiner
Adsorption, wie sie bei Silicagel im Bereich
niedriger Dampftension stattfindet, handelt es sich lediglich um
eine Verdichtung des Gases oder
Dampfes ausschließlich an der
Oberfläche.
Wie mehrmals gefunden
wurde, ist bei reiner Ad¬
sorption auch bei maximaler Beladung höchstens eine monomole¬
kulare Schicht vorhanden.
fläche
hat
man
schließenden
Bei mehrfacher
meist
es
mit
der
Kapillarkondensation
zu
Die ersten Kenntnisse über die
porösen Körpern erlangte
an
als dieses Phänomen
an
man
sich
Belegung
an
die
der Grenz¬
Adsorption
an¬
tun.
Aufnahmefähigkeit von Gasen
Ende des 18. Jahrhunderts,
studiert wurde. Später wurde
zu
Holzkohle
ein
umfangreiches Versuchsmaterial zusammengetragen und dar¬
auf fußend folgten verschiedene Versuche zur theoretischen
Deu¬
tung dieser Erscheinungen, ohne daß bis jetzt eine allseitig be¬
friedigende Erklärung darüber abgegeben werden könnte.
Molekularkinetisch hat
Adsorption
etwa
sich
man
das
vorzustellen: Frei
so
Gases kommen mit den
nur
beschränkt
Zustandekommen der
bewegliche Moleküle des
beweglichen, d. h. um eine
Mittellage schwingenden Molekülen eines festen Körpers in Be¬
rührung. Die auftreffenden Gasmoleküle können entweder elastisch
reflektiert oder
der
sich
so
kondensiert,
Schwingungslage
Kondensation und
herrscht
chemischen
d. h.
festgehalten
können letztere wieder
Verdampfung
Gleichgewicht,
werden. Bei passen¬
verdampfen.
Die
Zustandsbedingungen
ersten
Polanyi2)
Waage,
physikalisch¬
Adsorption er¬
d. h. für die betreffenden
ist
maximale
reicht.
und
Halten
der Moleküle die
mathematisch-physikalischen Erklärungen gaben Eukenx)
durch ihre Potentialtheorien.
schen Kohäsionskräfte für die
Adsorption
Beide machen die
van
der Waal-
verantwortlich.
In den
Veröffentlichungen einer Reihe anderer Forscher, wie Debye,
Lorenz-Lande, Henry, Williams, Magnus, Iljin, Tarasoff, Jaquet und
Berényi,
werden elektrische Kräfte zur
Deutung des Adsorptionseffektes herange¬
zogen.
»)
-9)
London suchte das Problem
Z. El. Ch.
28,
Z. El. Ch.
26, 370 (1920).
6
(1922).
aus
der Wellenmechanik heraus
zu
lösen.
—
Nach der
Auffassung
Betätigung
festgehalten.
durch
von
von
13
—
Adsorptivmoleküle
werden die
Langmuir3)
Nebenvalenzen der Oberflächenmoleküle des Adsorbens
Freundlich stellt sich die ganze Erscheinung als eine Auswirkung der
Grenzflächenspannung vor. Er geht dazu vom Gibbs'schen Theorem aus,
welches besagt, daß diejenigen gelösten Stoffe, welche die Oberflächen¬
spannung einer Flüssigkeit herabsetzen, sich an der Grenzfläche anreichern
und umgekehrt, daß solche Stoffe, die die Oberflächenspannung erhöhen, an
der Grenzfläche eine Konzentrationsverminderung erfahren. Diese Ansicht
kann nur bei Adsorption aus Lösungen quantitativ bestätigt werden.
Die einzelnen Auffassungen blieben lange umstritten, bis klar zutage
trat, daß die Vielheit der Adsorptionserscheinungen sich von keinem Ge¬
sichtspunkte aus zwanglos erklären läßt. Man kam vielmehr zur Einsicht,
daß chemische und physikalische Kräfte ihrer Natur nach prinzipiell gar nicht
verschieden sind.
Ableitung der verschiedenen mathematischen Ausdrucks¬
müssen soviele vereinfachende Annahmen gemacht werden,
Zur
formen
formelmäßige Ausdruck schlußendlich die ex¬
nur in gewissen eingeschränkten Be¬
perimentellen
reichen wiedergibt. Nach den Methoden der Thermodynamik,
Molekularkinetik und Statistik werden Formeln erhalten, welche
daß der entwickelte
Verhältnisse
eine
darstellen.
Exponentialkurve
Begriff
Adsorptionsgleichgewichtes.
des
gegebene Menge Adsorbens mit einer bestimmten
Menge Adsorptiv in einem Gefäß zusammengebracht, so stellt
sich bei gegebener Temperatur nach einer gewissen Zeit unter
Wird eine
Aufnahme des Adsorbates eine bestimmte Dichte und damit ein
bestimmter
Druck
des
Adsorptivs
ein.
Werden die Zustands-
Systems geändert und schließlich wieder zu
eigenschaften
den Ausgangswerten zurückgeführt, so nimmt auch das System
wieder den Anfangszustand an. Der Adsorptionsvorgang ist re¬
dieses
Zustandsgrößen ist also die Existenz eines
Adsorptionsgleichgewichtes charakteristisch, welches sich mit einer
versibel.
meßbaren
Die
s)
Für bestimmte
Adsorptionsgeschwindigkeit
Menge
des
einstellt.
aufgenommenen Stoffes,
Am. Soc. 38, 2221
(1916); 39,
1848
die
(1917); 40,
136
Adsorptions(1918).
14
—
ist dem
A,
menge
Adsorptionsraum
Letztere Größe setzt sich
A
ist noch eine Funktion
x-
=
von
aus
A
Nach
n
Überlegungen
n geschrieben werden, worin e die
Logarithmus, cp eine Energiegröße und k
g Adsorbens bezogen und die
co
O des
A:
T und Konzentration
statistischen
die Bolzmann'sche Konstante bedeutet.
fläche mit
setzen4).
O;
Temperatur
Druck p des Adsorbens.
kann für x der Ausdruck ev!kT
zu
der Oberfläche
Adsorptionsschicht
oder
Basis des natürlichen
proportional
zusammen
Adsorbens und der Dicke der
x
—
bezeichnet,
a
Adsorptionsmenge
mit a, die Ober¬
lautet der ganze Ausdruck:
so
=
Wird der Effekt auf ein
A
•
co
ekT
n
Diese Formel
gibt das adsorptive Verhalten bei geringen Be¬
ladungsdichten in grober Annäherung wieder. Sie bringt zum Aus¬
druck, daß der Adsorptionswert proportional ist der Oberflächen¬
entwicklung des Adsorbens und der Konzentration des Adsorptivs
und daß er mit steigender Temperatur abnimmt. Um die wirk¬
lichen Verhältnisse namentlich im Bereich der hohen
dichten genauer
wiedergeben
zu
können,
formel verschiedene Korrekturen
sind
an
dieser
Beladungs¬
Näherungs¬
angebracht worden.
Für die
Gasadsorption kann das Verhalten auch vom Gesichts¬
Zustandsgieichung diskutiert werden, indem eine der
van der Waal'schen
Gasgleichung entsprechende zweidimensionale
Gleichung aufgestellt wird 5) :
punkte
n
einer
bedeutet darin den
Seitendruck, ü die Oberfläche des adsor¬
Gases, während a, und ß entsprechende Konstanten dar¬
bierten
stellen.
*)
6)
E.
A.
Hucke!, Adsorption und Kapillarkondensation. Leipzig 1928.
Magnus und A. Krauss, Z. physikal. Ch. (A) 158, 176 (1932).
15
-
3. Die
Bei höheren
—
Kapillarkondensation
können Poren und feine Hohl¬
Belegungsdichten
geben, welche sich
tritt vor¬
Erscheinung
Adsorption überlagert.
unter¬
Gasen
h.
bei
d.
nehmlich bei der Sorption von Dämpfen auf,
räume der Oberfläche Anlaß
zur
Kondensation
Diese
der reinen
Temperatur. Diese Eigentümlichkeit läßt sich
halb der kritischen
auf die Gesetze der
Kapillarität
zurückführen.
Innerhalb der festen und flüssigen Körper wirken Kräfte, die sie an der
Volumenvergrößerung hindern, die Kohäsionskräfte. Zwischen zwei Körpern
wirken die Adhäsionskräfte, sobald ihre Entfernung auf etwa 10—20 Mole¬
küldurchmesser gesunken ist. Wird eine feste Wand von einer Flüssigkeit be¬
rührt, so gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten 6) :
1. Die Flüssigkeit wirkt benetzend, d. h. die Adhäsion beider Körper
ist
größer
überwiegt
Im
nach
als die
Kohäsion der
Die Wand wird nicht
2.
Flüssigkeit.
benetzt, d.
h.
die
Kohäsion der
Flüssigkeit und Wand.
Oberwiegen der Wandanziehung,
Flüssigkeit
die Adhäsion zwischen
ersten
Falle,
beim
resultiert ein
außen konkaver Meniskus.
größer, so bildet sich eine konvexe Flüssigkeitsober¬
Kapillaren nimmt die Oberfläche annähernd halbkugelige Ge¬
stalt an. Dadurch wird aber der sogenannte Oberflächendruck einer Flüssig¬
keit verändert. Dieser Oberflächendruck kommt folgendermaßen zustande:
Ist die Kohäsion
fläche
aus.
In
A\--p
_
3B
s^l^s
a
—
Fig.
1.
b
Ein Punkt P1 auf einer
gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche erfährt An¬
ziehungskräfte von benachbarten Flüssigkeitsmolekülen, die sich innerhalb
einer Kugel befinden, deren Radius durch die molekulare Kräftewirkungs¬
sphäre gegeben ist. In den Figuren 1 a und 1 b stellt der um P1 beschriebene
Kreis diese Wirkungssphäre dar. Die Gesamtkraft, die die Oberflächeneinheit in
/>! erfährt, setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, erstens aus der Anziehung,
die die
übt.
gesamte,
6)
(1934).
AP1B liegende Flüssigkeit aus¬
K, durch den P1 nach innen gezogen
unterhalb der Horizontalen
Es ist dies der sog. Binnendruck
G. Bailleul, W. Herbert und E. Reisemann, Aktive
Kohle,
S.
14
16
—
wird,
wenn
die
Flüssigkeitsoberfläche
—
eben ist.
Bei einer konkaven Ober¬
fläche (Fig. la ) wird auf P1 durch die oberhalb
APtß befindliche
keitsmasse APXBDC eine nach oben wirkende
Wirkung
kleiner
ist
der
Flüssig¬
Anziehung ausgeübt.* Diese
umso größer, je
Krümmungsradius
stärker
ist.
r
Oberflächendruck H/r bezeichnet.
Falle der konkaven Oberfläche
die
Die
um
Oberflächenkrümmung,
Dieser
Kräfteanteil
zweite
Oesamtanziehungskraft
H/r kleiner
also
d. h.
wird
je
als
ist also im
als bei ebener Oberfläche,
K-H/r,
bei konvexer Oberfläche
um
H/r größer, also
K
+ H/r.
Befindet sich eine benetzende Flüssigkeit in einer
Kapillare, so wird in¬
konkaven Meniskus die Kohäsionskraft um die Größe des
Ober¬
flächendruckes von p0 auf p1 verringert
2
folge 4es
(Fig.
a).
h,
Po
"1
«-
Fig.
a
2.
b
Die Flüssigkeit wird also so
lange in der Kapillare steigen, bis der Ober¬
flächendruck mit dem dadurch auftretenden hydrostatischen Druck
im Oleich¬
gewicht ist, bis
pt -f- hr
p0 wird.
Bei einer nicht benetzenden
Flüssigkeit ist der Oberflächendruck po¬
sitiv zu rechnen. Das Niveau in der
Kapillare stellt sich um h2 tiefer ein,
bis die Beziehung
pt— h2
p0 erfüllt ist (Fig. 2 b).
Die Steighöhe h in Kapillaren wird also umso
größer sein, je kleiner
=
=
der
Oberflächenkrümmungsradius
der
Flüssigkeit ist;
proportional dem Kapillardurchmesser.
Oberflächenspannung
a
der
Sie steht in
sie ist somit indirekt
naher
Beziehung
zur
Flüssigkeit.
Der Wert H des Oberflächendruckes hat den
Charakter einer Spannung
Zugwirkung aus wie eine die Flüssigkeit umgebende elastische
Haut. Die Größe H/2 ist gleich der
er einer
und übt eine
keit.
Oberflächenspannung
Flüssig¬
Diese ist bestrebt, die durch die benetzende
Eigenschaft verursachte
und die ganze innere
Kapillarfläche mit einer Flüssigkeitshaut bedeckende
große Oberfläche, welche an den Gasraum grenzt, möglichst zu verkleinern.
Sie greift an den Wandungen
an, mit Zugrichtung nach oben (Fig. 3). Gleich-
17
—
gewicht
wicht der
2
7i r
vorhanden,
ist
wenn
die
Zugkraft
Die
nach oben gleich ist dem Ge¬
Zugwirkung ist von der Größe
gehobenen Flüssigkeitssäule.
a die pro cm wirkende Spannung
a, wobei
hydrostatische Druck ist
Steighöhe und q die Dichte
Der
h
—
die
il
ist.
Darin ist
r2 h g.
r
Für
Flüssigkeit.
der
Kapillarradius,
Gleichgewicht gilt
der
also :
Inro
daraus
nr2he.
=
folgt:
1
o
.
rhs
=-j
'
rq
<r
T
v3
ibo
p«t*
Fig.
Fig.
3.
4.
Genau gelten diese Formeln aber nur für vollkommen benetzende
Falle ist
Flüssigkeiten und enge, zylindrische Kapillaren. Nur in letzterem
dem
der Krümmungsradius gleich
Kapillarradfus.
Ist nun der Krümmungsradius sehr klein, so verdampft die Flüssigkeit
Diese Dampfdruck¬
unter geringerem Druck als bei ebener Begrenzung.
die Kapillarkonden¬
für
erniedrigung ist von ausschlaggebender Bedeutung
sation
von
Dämpfen
an
Adsorbentien.
Dieses Phänomen läßt sich durch einen
dargestellt ist,
am
besten vorstellen. Die
Modellversuch,
Kapillare
wie
er
in
Fig.
4
befinde sich in einem luft¬
der Hypsometrie
leeren, aber mit gesättigtem Dampf erfüllten Raum. Nach
Kapillarendes kleiner
Kapillaren, denn darauf
muß der barometrische Druck b in Höhe des oberen
sein als der
entsprechende
Druck b„
am
Fuße der
Dampfsäule h. Befindet sich das System
gleich sein dem Dampfdruck pl der
der Kapillare, b ist aber kleiner als b0, folglich
als p0. Es ergibt sich also, daß der Dampfdruck
lastet zusätzlich das Gewicht der
Gleichgewicht,
Flüssigkeitsoberfläche
im
so
muß der Druck b
in
muß auch p kleiner sein
von Flüssigkeiten in benetzten
Kapillaren
oder engen
Hohlräumen kleiner
18
—
ist als der
—
ebenen
Flussigkeitsoberflachen Umgekehrt ergibt sich, daß
Flüssigkeiten in nicht benetzten Kapillaren großer ist
als bei freier Oberflache
Der Sättigungsdruck eines Dampfes hangt mithin
vom Krümmungsradius der Hohlräume
ab, in die der Dampf hineinkondender
von
Dampfdruck
Ist
siert
von
Flussigkeitskugel
eine
vom
Radius r, der
und der Dichte
Qu im Gleichgewicht mit der
Qg, so muß in der letzteren der Druck um
kleiner
Oberflachenspannung
Dampfphase
der
von
a
Dichte
als der normale
Dampfdruck p0 bei ebener Begrenzungsflache
Gültigkeit hat, muß r mindestens noch ein
Mehrfaches der molekularen Dimensionen
betragen
Aus der Formel von W Thomson laßt sich
derjenige Krümmungs¬
radius, der mit dem Dampfdruck p im Gleichgewicht ist, wahrend der Nor¬
maldruck p0 betragt, direkt rechnerisch ermitteln. Betrachtet man den
Dampf
als ideales Gas, so gilt fur eine benetzende
Flüssigkeit
sein
Damit diese
Beziehung
noch
_
~
2^
_M_
1
8fl
RT
lo„
6
£.
Po
In porösen Adsorbentien kann sich also schon
Sättigungsdruckes
p0
sich meist den
reinen
auseinander
halten
zu
Dampf
kondensieren
Adsorptionsprozessen
4.
Die
Diese
und ist
vor
dem Erreichen des
Erscheinung überlagert
von
diesen
nur
schwer
Absorption
Verfolgt man z. B. die Aufnahmefähigkeit von Wasserstoff an
Aktivkohle, so wird zuerst eine relativ rasche Aufnahme be¬
obachtet.
langsamer,
Nach
gewisser
aber sehr
Wasserstoff
dringt
ist als reiner
lange
Zeit
geht die Gasdruckabnahme
Zeit ziemlich
gleichmaßig
in das Innere der Kohle ein.
Oberflachenvorgang
als
vor
viel
sich; der
Die erste Phase
Adsorption aufzufassen, in
um Absorption.
Außer der reinen Adsorption kann beim
gleichen festen Sor¬
bens also noch eine nachtragliche
Absorption stattfinden.
Eine Absorption kann bei Flüssigkeiten und bei festen Kor¬
pern vorkommen. Das Kriterium besteht darin, daß ein Gas oder
Dampf durch Diffusion, zum Unterschied der Adsorption, in das
Innere des Absorptionsstoffes eindringt und hier durch inter¬
molekulare Kräfte festgehalten wird.
der zweiten Phase handelt
es
sich
19
-
Bei festen
-
hat
Absorptionskörpern
Lösung
aufweisen, absorbieren
im
man
Nur
aufzufassen.
eine Art feste
Erscheinung
die
Festkörper,
die
als
Poren
in Betracht fallende Gas¬
allgemeinen
typisches Beispiel kann die Aufnahme von Wasser¬
stoff durch Metalle gelten, bei denen sogar ein Gasdurchtritt statt¬
finden kann. Nach Untersuchungen von Sieverts1), die sich aus¬
Als
mengen.
schließlich auf die Löslichkeit in Metallen beziehen, ist die ab¬
sorbierte
Gasmenge annähernd der Quadratwurzel
aus
dem Drucke
proportional :
a
In der
Gesetz
von
flüssigen
Henry:
=
gilt
Phase
a
k
•
\
p
für die
k
=
Absorption
für Gase das
p.
gelöste Menge a ist proportional dem Gasdruck p. Das Gesetz
gilt aber nur dann, wenn der gelöste Stoff als Gas oder Dampf
und in Lösung gleichen molekularen Zustand besitzt. Die Ab¬
sorptionsmenge wird nach Bunsen durch den Absorptionskoeffi¬
zienten a ausgedrückt, der das Verhältnis des aufgenommenen Gas¬
volumens unter Normalbedingungen zum Lösungsmittelvolumen
darstellt, wenn der Gasteildruck 760 mm beträgt. Eine solche
Größenangabe bezieht sich auf eine bestimmte Temperatur; der
Die
Wert
von
a
Bei der
ab.
steigender Temperatur
nimmt mit
Betrachtung
eines
Fälle unterschieden werden
Absorptionsvorganges
können zwei
:
Komponenten bildet sich eine Verbindung, wobei
Abscheidung eines Festkörpers oder Farbänderung eintritt,
1. Aus beiden
oder
2.
Die
von
lediglich
bildet sich
es
eine
Auflösung.
Verbindung kann sich durch Hauptvalenzkräfte oder Betätigung
Im letzteren Fall haben wir
Nebenvalenzen bilden.
Es
tun.
verbindung
deren Komponenten
zu
ist
aber
zu
in stöchiometrischem Verhältnisse
bei denen Restkraftfelder nicht definierte
ersterer Art wollen wir als
7)
Z. El. Ch.
es
16,
708
Verbindungen
Chemosorption
(1910).
mit einer Molekül¬
unterscheiden zwischen Verbindungen,
bezeichnen.
stehen, und solchen,
erzeugen.
Vorgänge
Auch die Lösungs-
20
—
vorgange sind
keineswegs
Kraftfeldern
von
vor
—
einfacher Natur, sondern
gehen
unter
Betätigung
sich
Die Ansicht verschiedener Forscher kann dahin
zusammengefaßt wer¬
Übergangen, durch die Einwirkung von Hauptvalenz-,
Nebenvalenz- und Restfeldkraften, die chemischen
Verbindungen, Molekulverbindungen und schließlich Losungen verschiedener Abart und Gemische
entstehen können
Das Verhalten letzterer Aggregationsart, der
Losungen
und flussigen Gemische, hangt von dem Aufbau der daran
beteiligten Mole¬
küle ab. Fur die Absorption solcher
Losungsgemische von ausschlaggebender
Bedeutung ist der Dampfdruck und zwar sowohl der Gesamtdruck wie die
Partialdrucke der Komponenten
Die Dampfdruckkurven solcher Gemische
den, daß
allen
mit
sind sehr verschieden
schwachen
von
gehorchen,
Man
muß unterscheiden
und
solchen, bei denen
eine
starke
der Moleküle statthat
Bei
zwischen solchen, die
nur
Kräften beeinflußt werden und daher der
solchen
binaren
Gemischen
kamt
Mischungsregel
gegenseitige Beeinflussung
im
Idealfall
der
Nichtbeein-
flussung das Gesetz von Dalton zur Geltung, das besagt,
Mischung von indifferenten Gasen der Gesamtdruck aus
daß sich bei der
Partialdrucke
der
ist
folgt
dem zweiten Hauptsatz, daß die Teildrucke der
auch
aus
Losung
einer
stets
Einzelbestandteile
niedriger
zusammensetzt
Es
der Summe der
bekannt
und
Komponenten
sind als die Tensionen der unvermischten Stoffe
In den seltensten Fallen
entspricht
der
nun
Totaldampfdruck
raden
der ge¬
Linie, die erhalten wird, wenn die bei konstanter Temperatur er¬
mittelten Dampfdruckwerte der reinen
Komponenten kurvenmaßig verbunden
werden
Die
gegenseitige Molekulbeeinflussung besteht
in
der
Aufspaltung
assoziierter
Molekulkomplexe, Substitution der Bestandteile solcher Molekulaggregate oder in der Bildung von Assoziationsverbindungen Eine rechne¬
rische Erfassung dieser Abweichung des
Gesamtdampfdruckes von den nach
der Mischungsregel resultierenden Werten ist nicht
allgemeingültig ge¬
lungen Eine solche Formel mußte alle Erscheinungen berücksichtigen, die
bei der Vermischung zweier Komponenten vor sich
gehen
Teilweise verwendbar ist das
van
't
Hoff
theoretisch
Dampfspannungserniedrigung
substanz bei
aus
den
Raoult empirisch gefundene und
von
begründete Gesetz,
A p/p0,
welches
von
aussagt, daß die relative
welche durch Auflosen
einer
Fremd¬
Losungsmittel eintritt, gleich ist dem Verhältnis, gebildet
Anzahlen der Moleküle von gelöstem Stoff und Losungsmittel
einem
éA=P°
~
Po
Hierin ist p0 die
In der
Po
Dampfspannung
Losung, n die Molekulzahl
sungsmittels
Folge
von
p
_
~
!L
A7
des
reinen Losungsmittels, P diejenige der
gelöstem Stoff, N die Molekulzahl des Lo¬
versuchten andere
Forscher Theorien der
Dampfdrucke
21
—
Lösungen
verdünnter
ist die relative
8)
Nach Plank
geben.
zu
—
Differenz der Konzentrationen des
erniedrigung als die
der Flüssigkeit (c^)
und
im
Stoffes in
Führen
aufzufassen.
Dampf (cß)
Dampfdruck¬
gelösten
die
wir
Partialdrucke px und p2 ein und bezeichnen mit N und N' die Mole des Lö¬
sungsmittels in Flüssigkeit und Dampf und mit n und n' die Anzahl Mole
des
Stoffes in
gelösten
Ausdruck
Flüssigkeit
und
Dampf,
so
gelangen
wir
zu
folgendem
:
Po- P
_
Po
(Pl + Pi)
—
,
_
+
p
Po
Geltungsbereich
Der
*
_
'
ri__
_Jt
N+n
N' + ri
sich
angeführten Beziehungen beschränkt
Lösungen, wo der gelöste Stoff in Lösung
dieser
aber auf die sehr verdünnten
und
gleiche Molekülgröße besitzt.
Dampf
Nernst9) erstrebt eine Erweiterung des Gültigkeitsbereiches, indem er
den Verteilungssatz anwendet und damit zu folgender Formulierung ge¬
langt: Zwischen zwei Lösungsmitteln oder zwischen einem Lösungsmittel
und dem damit im Gleichgewicht befindlichen Gasraum besteht bei vor¬
gegebener Temperatur für jede Molekülgattung ein konstantes Teilungs¬
die
verhältnis.
noch
Es
zugegen
gleichgültig, welche Molekülgattungen außerdem
jener sich in chemischem Umsatz be¬
dabei
ist
sind
und ob sie mit
finden oder nicht.
Weiterentwicklung dieser Beziehung wurde von Dolezalek 10) eine
allgemeine Theorie nichtelektrolytischer Lösungen beliebiger Konzentration
entwickelt und stellte dabei den Satz auf: Der Partialdampfdruck jeder
In
Komponente
bruch.
eines
Unter
flüssigen
wahrem
Gemisches ist
Molenbruch
gewicht in der Lösung verstanden.
allgemeinen Berechnungsmethodik,
ist
proportional
dabei
ihrem wahren Molen-
tatsächliche
das
Molekular¬
Diese Erkenntnis führte nicht
sondern
führte
zu
einer
dazu, die binären Ge¬
mische auf drei Grundfälle zurückzuführen:
1.
Komponenten sind normal und verhalten sich
Hier gilt das Raoult-van't Hoff'sche Gesetz
zentrationsgebiet.
in der
über das ganze Kon¬
Komponenten assoziieren teilweise
in der
2.
Zwei normale
3.
Komponente
zweiten Komponenten.
ist
Eine
Diesen
drei
assoziiert und zerfällt unter
Haupttypen
von
Komponentenpaaren
Im
nor¬
Lösung.
dem
Einfluß
müssen
des
charakte¬
Dampfdruckkurven zugeordnet werden. Dem ersten Fall entspricht,
vorauszusehen ist, eine fast gerade Verbindungslinie der Partialdrucke.
Falle zwei resultiert eine negative Dampfdruckkurve, d. h. die Kurve
ristische
wie
Mischung
Die
mal.
s)
9)
10)
Z.
Z.
Z.
physikal.
physikal.
physikal.
Ch.
2, 405 (1888).
Ch. 8,
125
Ch. 64, 727
(1891).
(1908); 71,
191
(1910).
22
—
-
verläuft unterhalb der geraden Verbindungslinie der
Dampfdrucke der Kom¬
ponenten. Im letzten Fall enthält das Konzentrations-Tensions-Diagramm ein
Maximum und wird als
Aus diesen
Verhalten durch
positive Dampfdruckkurve bezeichnet.
Darlegungen ergibt sich, daß ein verschiedenes
gegenseitige Molekülbeeinflussung bei binären
Gemischen möglich ist.
Die
5.
Chemosorption
Chemosorption kann sowohl bei festen Körpern wie auch bei
Flüssigkeiten auftreten. Wir haben gesehen daß, wenn sich zwi¬
schen
Absorptionsflüssigkeit
bindungen bilden,
wenn
nur
der
gelöstem Stoff Assoziationsver¬
Dampfdruck stärker erniedrigt wird, als
ein einfacher
Auflösungsvorgang
unter diesen Umständen die
ist,
und
Abweichung
stattfindet. Je stärker
vom
Henryk'sehen Gesetz
größer
Aufnahmefähigkeit des betreffenden Ab¬
sorptionsmittels. Bei Bildung von Hauptvalenzverbindungen wird
der Dampfdruck des absorbierten Stoffes
praktisch vernichtet.
ist die
umso
Mit
abnehmender
Stabilität
der
Verbindungen
valenzverbindungen, Molekülverbindungen,
der Partialdruck immer mehr
an,
kalischen
Lösungen" die
baren Werte
zu
Bei festen
um
nach dem
Haupt¬
—
Assoziationen
schließlich bei „rein
fienry'schen Gesetz
steigt
physi¬
—
berechen¬
erreichen.
Körpern
ist
die
Chemosorption
Anfang nur
bedingte Ände¬
der
wie
rung
physikalischen Beschaffenheit,
Pulverisierung, Auf¬
lösung etc., gelangen meist auch die inneren Körperschichten zur
Einwirkung. Die Aufnahmefähigkeit bei dieser Sorptionsart ist
gegeben durch die Zersetzungsdrucke der entstehenden Verbin¬
dungen, da hier das Massenwirkungsgesetz Gültigkeit erlangt.
eine Oberflächenreaktion.
Die durch die Reaktion
am
23
-
C. Die
-
Wasserdampf-Adsorptionsfähigkeit
Silicagels
des
1.
Allgemeines
Adsorptionstechnik
In der modernen
sind
die
Sprbentien,
Verbindungen be¬
Aufnahmevermögen auf der Bildung
ver¬
ruht, weitgehend durch Aktivkohle, Silicagel und Aluminogel
drängt worden. Der Hauptvorteil dieser Adsorptionsstoffe liegt
von
deren
in der leichten
Regenerierbarkeit,
wodurch sie fast unbeschränkt
lange brauchbar werden.
Zur Adsorption von Wasserdampf, d. h. zur Trocknung von
Charakters
Oasen, spielt das Silicagel zufolge seines hydrophylen
sich
eine führende Rolle. Aktivkohle ist hydrophob und eignet
besser
zur
Adsorption
Von den erwähnten
die reine
letztere
in
quantitativer
bei
Silicagel
auf, wobei die
Hinsicht überwiegen kann.
Allgemeine Adsorptionsgesetze
a)
Die
Kapillarkondensation
und die
Adsorption
Eigenschaft
2.
organischen Dämpfen.
Sorptionsphänomenen tritt
von
Grundbegriffe.
adsorbierte Menge, der
Adsorptionswert
oder die
Be¬
g/100 g Sorbens, d.h. in Gewichts¬
prozenten, oder in g/100 cem Versuchsgut ausgedrückt.
be¬
Bezieht sich die Beladungshöhe auf ein im Gleichgewicht
wird meist in
ladungshöhe
findliches
System,
Restbeladung
so
spricht
man von
den
bedeutet
also
Be¬
Regenerierung
praktisch ausnutzbare Anteil der Beladungs¬
Beladungshöhe minus Restbeladung.
Durchbruch ist derjenige Zeitpunkt zu verstehen, bei
ladungsrest
Zusatzbeladung
Unter
austreibbaren
beladener Adsorbentien und
nach der
höhe,
Gleichgewichtsbeladung.
schwierig
dem während
der
der
Beladung einer Adsorbensschicht die
im
ersten
Austrittsgas auftreten. Die bis zum
Adsorptionsmenge wird als Durch¬
Spuren des Adsorptivs
Durchbruch zurückgehaltene
bruchs- oder
Filtergrenzwert
und die
Zeit, die
als Dienst- oder Resistenzzeit bezeichnet.
hiezu
nötig ist,
24
—
Die maximal adsorbierte
—
Menge heißt Sättigungswert,
tigungsbeladung oder Adsorptionsmaximum
Zeit, Sättigungszeit.
und die
Sät¬
zugehörige
b) Die Adsorptionsfähigkeit.
«.) Die physikalischen Eigenschaften.
Die nachstehend
Verhalten des
Adsorptionsmittel
Das
aufgeführten Beziehungen gelten für
Silicagels;
das
lassen sich aber auch für andere
anwenden.
Adsorptionsvermögen
bedingungen abhängig.
bei
sie
ist
weitgehend von den Versuchs¬
ausschlaggebenden Faktoren sind da¬
Die
folgende:
1. die Natur des
Adsorbens,
Adsorbens,
des Adsorptivs,
Temperatur T und
Druck p (oder die Konzentration
n).
2. Genesis des
3. Art
4. die
5. der
Unter
chemische
a)
b)
c)
den
drei
ersten
treten
als
Eigenschaften besonders hervor:
die benetzenden
Molekulargewicht
der
Siedepunkt
des
und
Adsorptivs.
Benetzungseigenschaft
zunehmenden Stoff, wie auch
stiges Fremdgas)
ist
physikalisch¬
Eigenschaften aller beteiligten Stoffe,
das
Die
Faktoren
von
im
sowohl
vom
Adsorbens,
vom
auf¬
event. Fremdstoffen
(Luft, son¬
großem Einfluß. So eignet sich Silicagel
von
Gegensatz zu Aktivkohle besser zur Adsorption aus nichtwässe¬
rigen Lösungen (Berl-Wachendorff'sche Regel).
Die Adsorption ist im
allgemeinen umso größer, je höher
Molekulargewicht und Siedepunkt liegen. Ausnahmen können bei
sehr großen Molekülen bei sehr feiner Porenstruktur
des
tionsmittels vorkommen.
Eignung
und Güte
hängt
Herstellungsbedingungen
lung
hat
man
zu
ferner ab
eines
von
Herstellungsart
Adsorptionsmittels.
unterscheiden zwischen:
Adsorp¬
und
Zur Beurtei¬
—
25
—
a) chemischer Zusammensetzung,
b) physikalischen und
c) adsorptiven Eigenschaften.
Zwischen
der chemischen
Zusammensetzung
und
der
Ad¬
sorptionsfähigkeit besteht im allgemeinen kein unmittelbarer Zu¬
sammenhang. Zu beachten sind eventuell störende Verunrei¬
nigungen, die den Adsorptionsprozeß ungünstig beeinflussen
können. Von größerer Bedeutung sowohl für Rückgewinnungswie für Trocknungszwecke ist der Wassergehalt des beladungs¬
freien Gels. Ein gewisser Restwassergehalt ist für die Erhaltung
Adsorptionsfähigkeit unerläßlich. Nach E. Berl und fi. Burk°
hardtu) ist die beim Trocknen im Vakuum bei 200 zurückgehal¬
tene Wassermenge der Aktivität eines Kieselsäuregels direkt pro¬
portional. Der Wassergehalt, der eine maximale Adsorptions¬
leistung zur Folge hat, liegt für Silicagel nach /. Mc. Gavack und
W. A. Patrick) zwischen 4,8—9,9 »/o, nach /. Miller^) bei
der
Für
5—7 o/o.
u)
gehalt
Aluminogel geben
4,5—7,5
diese Größe mit
son
ist
abhängig
von
L. A. Munro und F. M. S. John¬
<y0
der Art der
Der verbleibende Wasser¬
an.
Regenerierung und Erhitzungs¬
temperatur.
Versuchsergebnisse über Wassergehalt und zugehörige
hitzungstemperatur gibt folgende Zusammenstellung:
Temperatur
°/o
Waisser
130°
3,5--4,5
150°
3
200°
6,6
400°
3,8
600°
2,2
700°
1,0
-4
-
wichtigsten physikalischen Eigenschaften, aus
gewisse Schlüsse, vornehmlich über die Eignung
gezogen werden können, sind folgende:
Die
Teil
ii)
is)
w)
")
102 (1928).
(1920).
Chem. metal. Eng. 23, 1155 (1920).
Ind. eng. Chem. 17, 88 (1925).
Z. anorg. Ch. 171,
Am. Soc. 42, 946
Er¬
denen
zum
eines Gels
26
—
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
-
äußeres
Aussehen,
Korngröße,
Härte,
wahre und scheinbare
Dichte,
Schüttgewicht,
Porosität,
Porengröße,
Oberflächengröße
und
Benetzungswärme.
Makroskopisch stellt das Silicagel eine harte, glasartige und mehr
weniger durchsichtige Substanz dar. Es ist meistens farblos
oder
oder
von
weißem oder bläulichem Schimmer.
Spuren organischer
Färbung an, was
Substanz nimmt
von
schwarze
beeinträchtigt.
Daß
es
es
Bei Anwesenheit
eine bräunliche bis
indessen die Aktivität kaum merklich
bei
einem
milchige Trübung erfährt, wird
an
gewissen Wassergehalt
eine
anderer Stelle näher erörtert.
Die
Körnung des Silicagels richtet sich nach seinem Ver¬
wendungszweck. Für statische Trocknungsarten kann es in Pulver¬
form zur Anwendung kommen. Für
Qastrocknungszwecke haben
sich
allem zwei
Korngrößen eingebürgert, nämlich 0—2 mm
Regel soll die Aktivität mit abnehmender
Korngröße zunehmen. In größerem Maße hängt von der Körnung
vor
und 2—5
mm.
In der
die
Adsorptionsgeschwindigkeit
der
Korngröße
die Körnungsverhältnisse
ab.
ab.
Diese nimmt mit zunehmen¬
Für technische Zwecke
gibt eine Siebanalyse
Adsorptionsmittels hin¬
reichenden Aufschluß. Zur Ermittlung einer Siebanalyse wird
eine bestimmte Menge Probegel durch einen Satz von Rundloch¬
sieben durchgebeutelt und den auf jedem Sieb verbleibenden Rück¬
stand bei gleichzeitiger Angabe der
Maschengröße in Gewichts¬
prozenten angegeben.
über
eines
Ein Gel, das in körniger Form verwendet
wird, muß eine
große mechanische Widerstandsfähigkeit besitzen, damit es beim
Durchleiten von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten oder durch
mechanische
Erschütterungen in den Behältern nicht zerstäubt
Silicagels beträgt 4—5 der Moos'schen Skala.
Härtebestinjmung werden die Körner auf Druck oder Zer-
wird. Die Härte des
Zur
27
—
—
mechani¬
reibfestigkeit geprüft. Das Gel wird einer bestimmten
schen Beanspruchung unterworfen, z. B. in einer Kugelmühle
und
der Anteil zertrümmerter Körner in Prozenten gemessen.
Die Dichte oder das wahre spezifische Gewicht gibt an,
wieviel 1
ccm
Adsorbens ohne Poren
nach der üblichen Methode mit
Bestimmung erfolgt
und
sorbens
die
groß
mit oder ohne
Prüfung
welche
ausgeführt,
Einwirkungszeit
würde. Die
Pyknometer
etwas, je nach¬
vorheriges Entgasen
des Ad¬
Hilfsflüssigkeit verwendet und wie
von
Verdrängungsmittel
und Versuchs¬
bemessen wird.
gel
Bedeuten
so
Die Werte variieren
Verdrängungsflüssigkeit.
dem ob die
gedacht wiegen
=
wt
=
w2
=
Gewicht des Adsorbens,
m
Gewicht der
Gewicht der
Flüssigkeit -p Adsorbens,
Flüssigkeit,
ist die wahre Dichte
m
ri
w2 +
m
—
if]
der
spezifische Gewicht schwankt je nach
Adsorptionsmittel und beträgt im Mittel
für
Silicagel
2,3
Aluminogel
3,35
Aktivkohle
1,9
Der Wert für das wahre
der
Herstellungsart
Die wahre
Dichte
und
gehaltes
temperatur.
wird
dementsprechend
1
ccm
wird
mit der
spezifische
Das scheinbare
mit der Abnahme des
größer
Gewicht stellt das Gewicht
Adsorbens einschließlich seiner Poren dar.
als
Quecksilber
eindringt.
Wasser¬
Erhöhung der Erhitzungs¬
Zur
Verdrängungsmittel verwendet,
von
Ermittlung
das nicht in
die Poren
Das
Schüttgewicht
bedeutet
das
Gewicht
einer
Ad-
ausfüllt. Diese An¬
sorbensmenge, die ein bestimmtes Volumen
von
größter Wichtigkeit, da
gabe ist für die Adsorptionstechnik
letzten
Endes
von
einem Adsorbens das höchste Aufnahmever¬
wird. Die Bestimmung wird im
mögen pro Raumeinheit verlangt
Schütteln auf ein
Meßzylinder ausgeführt. Das Gel wird durch
Die
und
Angaben wergewogen.
bestimmtes Volumen eingestellt
28
—
den auf 1
dl,
—
1 Ltr. oder 1 hl oder auch 1 m3
gewicht hängt
ab
weit höherem
Maße
der
von
Korngröße,
bezogen. Das Schütt¬
Wassergehalt und in
Herstellungsverfahren
vom
Werte nehmen in der
dem
Regel
mit
des Gels.
Die
zunehmender
Ferner werden sie kleiner mit abnehmendem
mit auch mit Zunahme der
Korngröße
Wassergehalt,
Erhitzungstemperatur.
Das
ab.
so¬
Schütt¬
gewicht der wichtigsten Adsorbentien beträgt:
Silicagel, engporig
Silicagel, weitporig
Aluminogel
75—95 g dl
Aktivkohle
15—30
Die Porosität
Verhältnis des
V2
das
ca.
oder
das relative Porenvolumen
summaren
Adsorbens. Ist P die
65—78
g/dl
g/dl
g/dl
Porigkeit
ausgedrückt, d. h. durch das prozentuale
wird üblicherweise durch
Porenvolumens
Porosität, V±
Gesamtporenvolumen,
p
so
=
zum
ist
gemäß Definition
Yl
ioo
spezifischen Gewichtes dw und
P=
Gesamtvolumen des
das Volumen des Adsorbens und
Das relative Porenvolumen berechnet sich
wahren
45
aus
der Kenntnis des
der scheinbaren Dichte
ds:
l^J^LZ^L
dw
Die Porosität ist dem
Schüttgewicht umgekehrt proportional.
Das
Porenvolumen beträgt für
Silicagel
Aluminogel
Aktivkohle
H.
den
Herbst18)
hat eine
40-45%")
16)
15—80 o/0 ")
50—60 o/0
Anordnung beschrieben,
mit der die bei¬
Dichten und damit die Porosität
bequem bestimmt werden
können.
15) K- Koetschau, Z. angew. Ch. 39,
iß) Koll. Z. 84, 144 (1938).
") H. Herbst, Diss. Berlin (1920).
18) Ch. Z. 50, 49 (1926).
209
(1926).
29
-
Porosität setzt sich
Die
der
Porengröße
aus
—
zwei
Faktoren zusammen,
aus
Das Porenvolumen kann da¬
und der Porenzahl.
her bei verschiedenen Verhältnissen
zwischen
Porengröße
und
Ad¬
gleich groß sein. Die
sorptionsmittels wird aber, auf gleiches Porenvolumen bezogen,
Porenzahl
umso
der
Oberfläche
innere
größer sein, je
kleiner die Poren sind.
eines
Aus der Kenntnis
läßt sich vielfach ein Schluß ziehen über das Ver¬
Porengröße
Sorptionsmittels
halten eines
hinsichtlich der verschiedenen An¬
Sorbentien eignen sich z. B. besser
Dämpfen geringer Konzentration aus GasDampfgemischen. Das weitporige Silicagel ist gegen flüssiges
Wasser unempfindlich und kann als Trocknungsmittel von Benzol,
Benzin und anderen organischen Flüssigkeiten dienen. Es findet
auch mit guten Resultaten Verwendung zur Regenerierung von
Schmierölen, während engporiges Silicagel für diese Zwecke ganz
ungeeignet ist. E. Bosshard und W. Wildi19) stellten fest, daß
weitporige Kieselsäuregele vorzugsweise Farbstoffe (Kolloide),
engporige Gele dagegen Schwefelverbindungen (Kristalloide) aus
wendungszwecke.
zur
Adsorption
Engporige
von
Mineralölen entfernen.
gleichen Autoren wiesen auch nach, daß die Porengröße
Silicagels den Wert der Benetzungswärme (mit Benzol be¬
stimmt) beeinflußt. Die Benetzungswärme ist bei weitporigen
Gelen kleiner als bei engporigen. Die Berechnung der Poren¬
größe ist an anderer Stelle erwähnt. /. 5. Anderson gibt in seinen
Arbeiten als Durchschnittswerte für die größten Poren 55,5- 10~8
Die
eines
cm, für die kleinsten Poren 26- 10
Die
8
cm
an.
Erscheinung, daß ein Adsorbens gegenüber einem größer(z. B. Schwefeldioxyd) eine kleinere Aktivität
molekularen Gas
besitzt als
zu
einem
kleinmolekularen, wird auf die sogenannte
Ultraporosität zurückgeführt. H. Herbst20) erklärt diese Erschei¬
nicht
nung durch die Annahme, daß die größeren Gasmoleküle
welche
an alle Stellen der aktiven Oberfläche gelangen können,
beim
lich
gleichen
sind.
i9)
a»)
Adsorbens für kleinere Gasmoleküle noch
Eine
Helv.
13,
solche
572
Ultrafilterwirkung
(1930); 12,
(1921).
Bioch. Z. 115, 204
105
(1929).
ist auch
zugäng¬
für die Tat-
30
—
—
sache verantwortlich
zu machen, daß nur grobporiges Qel eine Re¬
generierungsfähigkeit für Altöl aufweist. Eine Einwirkung zwi¬
schen den größeren Molekülen der viskosen Mineralöle und der
engporigen Oberfläche eines Gels wird offenbar wegen räumlichen
Orößenverhältnissen verhindert.
die ein
Molekulargewicht
Bestimmt
mit zwei Oasen,
man
verschiedener Größe
aufweisen, die
A2, wobei Ax die Aktivität gegen das
bedeutet, so läßt sich der sogenannte Ultra¬
von
beiden Aktivitäten Ax und
größermolekulare Gas
porositätsabfall
U in Prozenten ausdrücken durch die
U
=
Al~A*
.
100
Dieser Wert liefert ein Maß für das Verhältnis
Mikroporen
Das
zum
sich nicht
von
Makro- und
Gesamtporenvolumen.
Adsorptionsvermögen
entwicklung
Beziehung:
ist direkt der Oberflächen¬
des Adsorbens
allgemein
proportional.
Diese Größe läßt
im absoluten Maß bestimmen.
mungen fußen meist auf der
Die Bestim¬
Annahme,
Adsorption eines
gerade soweit erfolgt, als zur Bildung einer monomole¬
kularen Schicht notwendig ist. Durch gewisse
Feststellungen wird
daß die
Stoffes
diese Annahme gestützt.
tionsgleichgewicht
Aktivkohle berechnet.
art fallen
Radu
22)
die
B.
Gustaver21) hat aus dem Adsorp¬
Umschlagspunkte Oberflächengrößen für
Je nach Versuchstemperatur und Adsorptiv-
beim
Werte etwas verschieden
haben die bekannte
dieser Farbstoff
weist, daß
1 mg
am
aus.
F.
Paneth und A.
Methylenblaumethode geschaffen, da
besten adsorbiert wird und den Vorteil auf¬
gerade
1 m2
Fläche einnimmt.
Die Oberfläche
Silicagel beträgt
Mayer 23)
2i) definiert als Benetzungswärme die¬
jenige Wärmemenge, die bei der Benetzung einer festen Grenz¬
pro 1 g
nach F.
rund 450 m2.
H. Freundlich
fläche entwickelt wird.
Dämpfen
bei ihrem
Sie
ist
als
die
Adsorptionswärme
Sättigungsdruck
Wassergehalt
aufzufassen. Die
wärme fällt bei unterschiedlichem
21) Kolloidchem. Beih. 15, 185 (1922).
22) B. 57, 122 (1924).
w) Z. angew. Ch. 37, 36 (1924).
24) Kapillarchemie, 4. Auflage, Bd. I, S.
235
eines
(1930).
von
Benetzungs¬
Adsorptions-
—
mittels verschieden
aus.
31
—
E. Berl und K- Andress
25) zeigten für
steigendem
daß die Werte mit
Benzol,
Beispiel
Wassergehalt zurückgehen. Um gute Vergleichswerte zu erhalten
ist daher nach P. Honig 26) eine gute Trocknung des Adsorbens
W. Raudenvor der Bestimmung notwendig, während G. Grimm,
busch und H. Wolf27) die Ermittlung der Benetzungswärme in
Kohle und
das
Gegenwart
Die
Trocknungsmitteln
von
Benetzungswärme
ist der
ausführen.
Oberflächenentwicklung streng
Wildi28) gezeigt haben.
Sie steht daher auch, wie H. Herbst29) ausgeführt hat, in naher
Beziehung zur Aktivität; je größer die Benetzungswärme, umso
proportional,
wie E. Bosshard und W.
größer die Aktivität. Nach Messungen von Bosshard und Wildi
schwankt die Benetzungswärme je nach der Adsorptionsfähigkeit
der
Silicagelè
die
benützen
raschen
zwischen 16—32 cal pro g.
Messung der
E. Berl und K- Andress
Benetzungswärme
mit
der Brauchbarkeit eines Adsorbens
Prüfung
Benzol
zur
zur
Gewin¬
E. Alexejewski30) stellte
nung adsorbierbarer Gase und Dämpfe.
immer Proportionalität
nicht
jedoch fest, daß für ein Adsorbens
besteht
zwischen
gegenüber
allen
Benetzungswärme
und
Adsorptionsfähigkeit
Adsorptivs.
gefundenen Versuchsergebnissen stimmen auch
überein die Beobachtungen von A. E. Dunstan, F. B. Thole und
F. G. D. Remfry*1), daß die Benetzungswärme mit abnehmender
Korngröße zunimmt. Sie zeigten das durch Benetzungsversuche
Mit diesen
von
Bauxit mit Kerosin.
Für Aktivkohle
wurde,
mit
Benzol als
Sättigungs¬
Versuchsadsorptiv, eine direkte Beziehung
32) :
gefunden
und
A
cal/g)
Q
(in
Benetzungswärme
beladung
zwischen
A
=
k-Q,
25) Z. angew. Ch. 35, 722 (1922).
26) Kolloidchem. Beih. 22, 345 (1926).
27) Z. angew. Ch. 41, 104 (1928).
28) Helv. 13, 572 (1930).
29) Koll. Z. 38, 314 (1921).
8°) Krczil F., Unters, und Bewert. tech. Adsorpt,
31) J. Soc. Chem. Ind. 43, 197 (1924).
32) H. Burstin und /. Winkler, Brennstoffch. 10,
S. 182
121
(1931).
(1929).
-
wobei k
stanten
32
-
für verschiedene Aktivkohlensorten
Wert
von
praktisch
den
kon¬
1,9 annimmt.
Die
Wärmetönung bei Benetzung ist auch, wie aus speziellen
Untersuchungen von Dunstan, Thole und Remfry 33) und von Bosshardt und Wildiu) hervorgeht, ein Maßstab für das Entschwefe¬
lungsvermögen von Erdölen und die Regenerierungsfähigkeit von
Mineralölen.
der
für
ist.
Auch Berl und
Wachendorf/35) stellen mit Hilfe
Benetzungswärmen in rascher Weise fest, welches Adsorbens
die Entfernung eines Stoffes aus einer
Lösung besser geeignet
Je kleiner die Benetzungswärme,
fernungsvermögen
umso
besser ist das
Ent¬
molekularen und kolloidalen
Lösungen.
Eine Reihe von Trennungsversuchen verschiedener
Flüssig¬
keitsgemische läßt erkennen, daß ein Parallelismus im Trennungs¬
effekt und im Gang der Benetzungswärmen
vorliegt. Das Tren¬
ist
umso
nungsvermögen
größer, je größer die Differenz der Be¬
netzungswärmen ist.
aus
Für
Vergleichsmessungen kann die bei Benetzung auftretende
Wärmetönung entweder durch Beobachtung der Temperatursteige¬
rung, oder durch Bestimmung der entwickelten Kalorien pro
g
festgestellt werden. Erstere Art gibt nur relative Werte an, die
nur
bei gleichen Versuchsbedingungen miteinander
verglichen
werden können.
Die
Benetzungswärme schwankt, wie wir gesehen haben, je
Adsorptionsart, der Adsorbenssorte, der Benetzungsflüssigkeit, der Porengröße und der Korngröße. Bei Wasser soll
die Benetzungswärme
unabhängig von der Korngröße sein36).
W. A. Patrih und F. V. Grimm
37) fanden für ein Silicagel folgende
Benetzungswärmen für verschiedene Benetzungsflüssigkeiten :
nach der
Benetzungsmittel
Benetzungswärme
Wasser
19,2
Äthylalkohol
22,6
Benzol
11,1
33) J. Soc. Chem. Ind. 43, 197 (1924).
Si) W. Wildi, Diss. Zürich E.T.H. 1929.
35) Koll. Z. 36, 37 (1925).
36) Z. angew. Ch. 41, 104 (1928).
37) Am. Soc. 43, 2144 (1921).
in
cal/g
33
—
—
Die Unterschiede für eng- und
weitporiges Silicagel
für
ver¬
haben G. Grimm und W. Rau-
Benetzungsflüssigkeiten
Wolff38) untersucht.
schiedene
denbusch und H.
Relative
weitporig
Flüssigkeit
Wasser
14,6
20,95
Äthylalkohol
12,8
6,5
23,70
Benzol
Die
je
Porengröße
engporig
11,30
Benetzungswärmen für Silicagel und Aktivkohle schwanken
folgenden Grenzen:
nach der Sorte in
18
Wasser
Benzol
—
8,5
Aus diesen Versuchen
—
32
16
cal/g
„
9 —25
20
—
40
cal/g
„
geht auch hervor, daß die Benetzungsorganischen Charakters
mit der Zunahme des
Silicagel
Benetzungsflüssigkeit
wärme für
der
Aktivkohle
Silicagel
Benetzungsflüssigkeit
ß)
Die
im
allgemeinen
abnimmt.
Adsorptionsisotherme.
gewählte Adsorptionskomponenten ist die Beladungs¬
der Versuchstemperatur T und dem Druck p abhängig
kann im Allgemeinfall durch die Funktion
Für
höhe A
und
von
A
=
/ (p, T)
wiedergegeben werden. Diese Funktionsgleichung wird als ther¬
mische Adsorptionsgleichung bezeichnet. Sie geht, wenn eine
Variable konstant gehalten wird, in eine Funktion erster Ordnung
über. Für fixe Temperatur lautet die allgemeine Gleichung also:
At
=
/ (P)
Adsorptionsisotherme, genauer Adsorptionsdruckiso¬
therme. Diese gibt den Zusammenhang zwischen Adsorbatmenge
und Druck an und ist die für praktische Prüfungszwecke wichtigste
und
heißt
Beziehung.
38)
Z. angew. Ch. 41,
104
(1928).
34
—
—
Der Verlauf dieser Druckisotherme bei
Silicagel für Wasser¬
geworden durch die klassischen Untersuchungen
von 7. M. van
Bemmelen^). Dieser zeigte zuerst, daß es nicht
gleichgültig ist, von welcher Seite aus für einen bestimmten
Dampfdruck das Gleichgewicht erreicht wird. Es ergab sich dabei,
dampf
ist bekannt
daß der Verlauf der
eine
Silicagelprobe
Sorptionskurve,
die erhalten
wurde, indem
bei bestimmter
Temperatur einem Wasser¬
dampf steigenden Partialdruckes jeweils bis zum Gleichgewicht
ausgesetzt wurde, sich nicht mit dem Verlauf der Desorptionskurve deckt, die ermittelt wurde, indem
umgekehrt vom Sät¬
tigungsdruck des Dampfes ausgehend, der Druck bis auf Null ver¬
mindert wurde.
Wassergehalh
Fig.
Der
Gang der Wässerung
ersichtlich.
und
des Gels
5.
Entwässerung
ist schematisch
aus
Fig.
5
Der Entwässerungsverlauf
entspricht E1E2 E3, die Wässerungskurve
W1 W2 W3. Entwässern wir nun ein frisch koaguliertes, stark
wasserhaltiges
Gel, so wird dessen Verhalten zunächst durch den Kurvenverlauf Et wiedei-
gegeben. Die Dampfspannung nimmt ab, während sich gleichzeitig ent¬
sprechend der Wasserabgabe auch das Gelvolumen verringert. Bei einem
bestimmten Grad der
Trocknung erhält die Kurve einen Knick. Von diesem
Punkt O an, dem Umschlagspunkt, wird
längs E2 ein beträchtlicher Teil
des Wassers bei nahezu konstantem Druck
abgegeben, wobei auch das
3»)
Z.
anorg. Ch. 13, 233
(1897); 59,
225
(1908); 62,
1
(1909).
35
—
—
Gleichzeitig beginnt sich das
zu trüben, wird
Volumen des Gels annähernd konstant bleibt.
Gel
auf
diesem
porzellanweiß,
Kurventeil zunehmend
horizontalen
fast
allmählich wieder aufzuhellen und beim Punkt Ot ist
um
es
Weißwerden „Um¬
glasklar geworden. Van Bemmelen nannte dieses
räumliche
Strukturänderung
eine
damit
sich
weil
tiefgreifende
er
schlag",
f3 bis auf etwa
weitere
längs
erfolgt
Die
dachte.
Entwässerung
verknüpft
ist nur durch
Rest
resistente
sehr
1—3 Mol Wasser auf 1 Mol Si02. Dieser
einen voll¬
Kurvenstück
das
daß
Ei
auffallend
Sehr
ist,
Glühen auszutreiben.
wieder
neue
ständig irreversiblen Verlauf darstellt derart, daß bei Wiederwässerung
re¬
Kurven erhalten werden, die durch W3 dargestellt sind. Vollständig
er¬
abermals
also
wird
01
der
Bei
Sorption
versibel ist das Stück O-f)^.
reicht. Dann aber trennen sich die beiden Kurvenzüge und es entsprechen
einem
wässerung.
Die Kurve verläuft
dem
Sättigungspunkt 03, längs
kommen
erweisenden
reversibel
Dampfdrucke
höhere
gleichen Wassergehalt
längs W2
sich
bei
als vorher bei der Ent¬
02 und weiterhin
nach
0203Os.
Kurvenstück
bis
Wiederwässerung als
der
Es
zum
voll¬
läßt sich dem¬
daß sich ein Punkt auf der hori¬
Tatsache feststellen,
und dar¬
E2 nur auf dem Wege über die Wiederwässerung
erreichen
auffolgenden Entwässerung längs des reversiblen Stückes Os020
eine
kommt
Dadurch
Hysteresis zu¬
läßt, nicht aber auf der Bahn O Or
Pfeile
der
Sinne
beliebig
im
kann
Dieser
Art
Zyklus
Zyklus.
stande, eine
nach die
eigentümliche
zontalen Bahn
oft durchlaufen werden.
Hysteresiserscheinung gilt aber nach den Untersuchungen
Grade. Silicagel
/. S. Anderson 40) nicht für alle Adsorbentien im gleichen
wie für organische Dampfe,
für
sowohl
Wasserdampf
zeigt Hysteresistypus
Aktivkohle aber nur bei Wasserdampfadsorption.
von
Diese
Die Struktur des
ungeordnetes
Silicagelgerüstes
Zusammentreten
von
Nägeli entstanden durch
Molekülgruppen. Die Vor¬
dachte sich
Mizellen und
einer allen derartigen
stellungen von O. Bätschli gipfelten in der Annahme
Körpern eigentümlichen „Wabenstruktur".
Durch die ultramikroskopischen und kapillartheoretischen Forschungen
aber hervor, daß der Auf¬
von R. Zsigmondy 41) und W. Bachmann 42) geht
bau
des
Gels
einem
in
von
amikroskopischen
Hohlräumen
durchsetzten
Kieselsäureamikronen besteht und gaben auch eine Er¬
Konglomerat
Aus
klärung der van Bemmel'schen Untersuchungen.
von
O
Umschlagspunkt
Punkt Oj bei 1 Mol
öfter
bei
Wasser
2 Mol
liegt,
Wasser
könnte
man
auf
der
1 Mol
Tatsache, daß der
Kieselsäure, der
annehmen, daß
es
sich hier
Der Punkt O würde der Zer¬
die Zersetzung von Hydraten handelt.
Dem spricht aber ent¬
setzungsspannung des Orthohydrates entsprechen.
2 Mol Wasser einsetzt, sondern
bei
immer
nicht
der
daß
Umschlag
gegen,
um
«)
«)
«)
Z.
physikal.
Ch. 88,
Z. anorg. Ch.
Z. anorg.
191
(1914).
71, 356 (1911).
Ch. 73,
165
(1911).
36
-
bei
1,5—3
und daß
Punkt
Ox
auch
-
zwischen
0,5 und
Die
1
Mol
liegen
kann.
Wasserabgabe längs O 01 ist auf Entleerung der im Gel vorgebildeten
Hohlräume zurückzuführen, denn letztere sind
nachträglich durch jede be¬
liebige Flüssigkeit füllbar, wobei gleichfalls die
Erscheinungen des Um¬
schlages
fanden
dener
zu
beobachten sind. W. Bachmann *13) und E. F.
Stevensonu)
nämlich, daß beim gleichen Gel nahezu gleiche Volumina verschie¬
Flüssigkeiten aufgenommen werden, die Aufnahme also nicht nach
stöchiometrischen
stimmtes Gel
Verhältnissen,
sondern
nur
nach
Maßgabe des
für ein be¬
konstanten
Hohlraumvolumens erfolgt. Von /. S. Anderson
wurde dieses Porenvolumen für 1
g seines Silicalgelpräparates zu 0,56 ccm
bestimmt.
Aus der
Folgerung von /?. Zsigmondy, daß die Dampfdruckerniedrigung
kapillaren Poren des Silicagels zurückzuführen ist, wurde unter Zu¬
grundelegung der Kapillaritätsgesetze die absolute Größe der Poren von
auf die
/. S. Anderson
*5) bestimmt.
Er führte die
und Benzol für dessen
Umschlagspunkte O
Diese Berechnung ist aber
stimmende Werte.
das Gel eine stabile räumliche Struktur
wo
Rechnung
nicht mehr verändert.
Bis auf etwa
mit
Alkohol,
Wasser
durch und bekam gut überein¬
erst vom Punkte O an
statthaft,
erlangt
hat und sein Volumen
6 Mol
Wasser pro 1 Mol Si02
verdampft das meiste
Wasserdampftension. Mit fortschreitender Entwässe¬
Gelkapillaren für das eingeschlossene Wasser die Bildung
Wasser unter normaler
bedingen
rung
die
den
Dampfraum
mungsradien, was ein Fallen
bedingte starke Zugwirkung
von
gegen
stehen, die
geändert,
klärt.
konkaven
des
läßt
sich mit Luft füllen.
die
was
Auf dem
Trübung,
Menisken
mit
abnehmenden
Krüm¬
Dampfdruckes zur Folge hat. Die dadurch
flüssigkeitsfreie Hohlräume im Innern ent¬
Dadurch wird aber der
das Weißwerden des Gels
Brechungsexponent
an
dieser Stelle
er¬
Kurvenast O
Ox findet ausschließlich die Entleerung der
Kapillaren statt, welche beim Punkt 01 im wesentlichen beendet ist und
das Gel deshalb wieder
glasklar geworden ist. Im Kurventeil Ofla handelt
es
sich
nurmehr
um
rein
adsorbiertes
oder
in
der
Wasser.
Das Zustandekommen der
größerung
zu
der
bestehen.
Benetzung
Hysteresisschleife scheint
Krümmungsradien
Die adsorbierte und
bei der
und die erwähnte
der
Menisken bei der
eingeschlossene
Schwefeldioxyd
4
nun
gelöstes
in der Ver¬
Wiederwässerung
Luft verursacht
geringe
Wiederwässerung, was die kapillare Zugkraft verkleinert
Vergrößerung des Krümmungsradius zur Folge hat. Diese
These wird gestützt durch die
späteren Versuche
die für die Aufnahme von
i3)
")
«)
Gelsubstanz
Z.
anorg. Ch. 79, 202
Z.
anorg. Ch.
(1912).
75, 189 (1912).
Z. physikal. Ch. 88, 191
(1914).
Am. Soc. 42, 946 (1920).
an
von
Oavack und Patrik
Silicagel fanden,
daß
i6),
die
37
—
Hysteresiserscheinungen verschwinden, wenn durch Anwendung hoher Vakua
In gleicher Richtung
vor den Versuchen praktisch alle Luft entfernt wird.
weist die Beobachtung von Anderson*, daß die Hysteresisfläche zwischen
bei der Luft von At>O Ox02 bei der van Bemmelen'schen Methode,
mosphärendruck vorhanden ist, größer ist als bei seinen Versuchen mit
0,1
Hg
mm
Luftdruck.
Über das Verhältnis
Adsorption und Kondensation zur
Silicagels ist maßgebend der Siede¬
von
Gesamtaufnahmefähigkeit des
Der kondensierte Anteil verschwindet
des Adsorptivs.
mehr, je höher sich die Temperatur über dem Siedepunkt
des aufzunehmenden Stoffes befindet. So konnte W. A. Patrik 47)
punkt
immer
zeigen,
Adsorption
daß die
noch bei
verläuft,
—
Kohlendioxyd (Siedep. —79°)
Adsorptionsisotherme
eine Abweichung eintritt, die auf
von
15° in normaler Weise nach der
daß aber bei
—
75
°
Kondensation schließen läßt.
abgeleiteten Formeln sind noch
empirischem Wege gefundene Adsorptionsformeln
Außer derf rein theoretisch
einige mehr auf
aufgestellt worden.
Am meisten
therme
von
im
Gebrauch ist die bekannte
Adsorptionsiso¬
Boedeker-Freundlich, welche lautet:
/I
fl
=
7^
=
A0-
_L
p
=
n
A0-
JL
C
n
Gleichung bedeuten A die von G Gramm Adsorbens
Stoffmenge, p und c den Gleichgewichtsdruck, resp.
die Gleichgewichtskonzentration. A0 und \jn sind die Adsorp¬
tionskonstanten und zwar stellt A0 den Adsorptionswert für den
Druck, bezw. die Konzentration 1 dar. \jn heißt Adsorptions¬
In
dieser
adsorbierte
Adsorption ; n ist stets
bezw. in sehr ver¬
Dampfdrucken,
größer
1
höheren
und
bei
dünnten Lösungen
Temperaturen, kann n
Gesetz
:
in
das
über
Henry'sche
werden, d. h. die Formel geht
exponent und
als 1.
ist ein Maß für die Güte der
Bei sehr kleinen
=
qT
=
^o
•
(la)
P
Bei hohen Drucken und Konzentrationen verliert das Gesetz
seine
Gültigkeit,
während diese nicht
*') Inaug.-Diss. Göttingen
1914.
berücksichtigten
Gebiete
von
38
—
der
Adsorptionsisotherme
erfaßt werden sollen.
—
Langmuir-Volmeri8)
von
b
a
\ +
a
und b
sind
Konstanten.
chungen
mit¬
(2 a)
p
Kurven dar.
stellen
Wird erstere
entsprechend umgeformt,
einer Geraden
so
erhält
diese
logarith-
man
Glei¬
:
logö
IL
A
Die Geraden der
p
•
a-
Graphisch dargestellt
Gleichungen parabelähnliche
miert und letztere
besser
Letztere lautet:
=
log^0+
L
ab
1
n
\ogp
(lb)
'-
+
(2 b)
a
logarithmischen Gleichung schneiden
Achse in der Höhe
von
log A0
und verläuft
zur
die log,4 ZGlog /?-Achse in
einem
Neigungswinkel, dessen Tangente \jn ist.
Gleichungen 1 a und 1 b entsprechenden Kurven¬
formen geben die Figuren 6a und 6b wieder:
Die den
4/G
log kl^
logp
Fig.
Beide
Gleichungen geben
tion sowohl
d. h. etwa bis
*8)
/.
von
zum
6.
die Verhältnisse bei reiner
Adsorp¬
Lösungen befriedigend wieder,
Umschlagspunkte 0. In praktischen Fällen, wo
Gasen wie bei
Lan.gm.uir, Am. Soc. 39,
1885
(1917).
39
—
sich der reinen
Adsorption
—
Kapillarkondensation überlagert,
die
müssen beide Formeln versagen.
y)
Adsorptionsgeschwindigkeit.
Die
Zur technischen
Beurteilung
ist
Diese ist
maßgebend die Adsorptions¬
gegeben durch die Adsorp¬
leistung eines Adsorbens.
Die Geschwin¬
tionsmenge und die Adsorptionsgeschwindigkeit.
Verlauf:
digkeit hat schematisch den in Fig. 7 dargestellten
Zeif
Fig.
Amfang sehr groß und fällt dann sehr schnell ab,
zuzustreben. Nach
Sättigung asymptotisch dem Wert Null
bei
der
Adsorption von
Titojfi9) hängt die Geschwindigkeit
Sie ist
bei
A.
Gasen
um
am
Bei
ab.
Anfangsdruck
vom
geringem Druck
sungen wird das
Adsorptionsmenge schneller erreicht. In Lö¬
Gleichgewicht nach H. Fischer50) viel langsamer
erreicht als bei Gasen.
Bei
wässerigen Lösungen
Gleichgewichtseinstellung
Lösungsmitteln.
hemmenden
ist
Fischer
portional
soll mit
Die
Einfluß
die
organischen
Lösungsmittels hat einen
Geschwindigkeitsfaktor. Nach H.
Viskosität
auf
den
wiederum ist
rascher erreicht als bei
des
Geschwindigkeit
der
Adsorption indirekt
der Korngröße.
steigendem Schüttgewicht
Z.
pro¬
Sie wächst mit dem Porenvolumen und
abnehmen. Adsorbentien mit
großem Ultraporositätsabfall sollen
49)
5°)
s1)
ist das Gleich¬
bei kleinerer
gewicht
die
7.
physikal.
Ch. 74, 641
nach H.
(1910).
F. Krczil, Bewert, und Unters., S.
Diss. Berlin 1920.
Herbst51)
176
(1931).
eine kleine
40
—
—
Adsorptionsgeschwindigkeit zeigen.
Formel für die
Geschwindigkeit
G
sie
Der
gleiche Autor52) hat eine
aufgestellt, die ausdrückt, daß
proportional ist der Aktivität A und daß sie mit der dritten
Potenz des scheinbaren spezifischen Gewichtes
ds abnimmt.
r
A
u
s
Ferner verhalten sich die
dener Adsorbentien etwa
Adsorptionsgeschwindigkeiten
umgekehrt
wie die
verschie¬
Quadratwurzeln der
Adsorptivmolekulargewichte.
Zur
Messung
müssen
die
nur
mengen mit der Versuchszeit in
Die wahre
beobachteten
Beziehung gebracht
Adsorptions¬
werden.
Adsorptionsgeschwindigkeit, welche viel größere
zeigt, ist diejenige im Vakuum. Die wirkliche Aufnahme¬
geschwindigkeit in der gasförmigen oder flüssigen Phase ist ein
Werte
Diffusionsvorgang. Erhöhung
die
der
Geschwindigkeit vergrößern,
Temperatur
einer
Lösung
kann
da dadurch die Viskosität herab¬
gesetzt wird.
c)
Der
Die
Adsorptionswärme.
Adsorptionsvorgang
verläuft unter
Diese
Wärmeentwicklung.
Wärmetönung setzt sich zusammen aus dem Wärmeanteil,
der bei der Adsorption durch die
Absättigung der Oberflächen¬
kräfte des Adsorptionsmittels frei wird und der
Kondensations¬
wärme des verflüssigten Teils des
Adsorptivs.
Die Adsorptionswärme wird
gewöhnlich in cal/g oder in
cal/Mol adsorbierten Stoffes angegeben. Die Messung erfolgt in
einem Calorimeter.
Messung lediglich
statten die
nus
Das Eiscalorimeter
bei 0°. Andere
Bestimmung
und M.
auch bei
Bräuer53) benützten
von
Bunsen gestattet eine
vorgeschlagene Calorimeter ge¬
anderen Temperaturen. A. Mag¬
ein
als
Dewar-Gefäß mit Wasser
Calorimeterflüssigkeit.
Die Adsorptionswärme ist deshalb von
einiger Bedeutung,
weil das Adsorptionsvermögen eines Adsorbens mit
zunehmender
«2) Kolloidchem. Beih. 21, 1 (1925).
m) Z. anorg. Ch. 151, 139 (1926).
41
—
—
Temperatur abnimmt. Um eine Aufnahme unter den günstigsten
Bedingungen durchführen zu können, ist deshalb die Kenntnis der
dabei auftretenden Wärmemenge in manchen Fällen wichtig, um
dieselbe durch
geeignete Maßnahmen
Die Größe der
des Adsorbens und
abführen
Adsorptionswärme
des Adsorptivs.
ist
zu
können.
abhängig
von
der Art
sind
Vergleich zu den Wärmetönungen chemischer Reaktionen
die Adsorptionswärmen von geringerer Größenordnung, näm¬
lich
von
Im
tönung
der Größe der
ist stark
van
abhängig
der Waal'schen Kräfte. Die Wärme¬
vom
geringerem
Druck und in
Maße
Die
steigendem
Temperatur;
etwa
gesamte Adsorptionswärme kann für praktische Verhältnisse
der doppelten Kondensationswärme des Adsorptivs gleichgesetzt
von
der
Druck nimmt sie ab.
mit
werden.
So
beträgt die Wärmetönung bei
der
Adsorption
bei 20
°
von
Wasser
Benzol
D. Das
„
2
•
620
=
1240
2
•
120
=
240
Trocknungsvermögen
1.
In
ca.
Bezug
der
cal/g
„
Adsorptionsmittel
Übersicht über die Trockenmittel
auf
Form
und
Aggregatzustand
läßt
sich
unter¬
scheiden zwischen
a) gekörnten,
b) pulverförmigen und
c) flüssigen Trocknungsmitteln.
gekörnten Trocknungsmittel lassen sich naturgemäß alle
pulverisieren, während zu den pulverförmigen Sorbentien vor¬
nehmlich kristallisierte Salze zu zählen sind, die nicht in eine für
Die
gewisse Trocknungszwecke notwendige grobkörnige
Form
ge¬
bracht werden können.
Die
folgenden Zusammenstellungen geben
ständige Übersicht über die bis
schlagenen Trocknungsmittel.
eine
gewisse
voll¬
heute verwendeten oder vorge¬
—
a)
42
—
Gekörnte Adsorbentien
Silicagel
Aluminogel
:
Si02
A1203
Aktivkohle
C
Mischadsorbentien, z.
B. Aktivkohle +
Silicagel
Silicagel
Verschiedene
Naturerden,
+ Aluminogel
Bauxit, Tabaschir etc.
Calciumchlorid
CaCI2
Natronkalk
CaO
Erdalkalioxyde
CaO, BaO
NaOH, KOH
Alkalihydroxyde
Erdalkalimetalle
Alkalimetalle
b)
Pulverförmige
+
NaOH
Ca
Na, K
Adsorbentien:
Phosphorpentoxyd
P205
Natriumsulfat
Na2S04
Kupfersulfat
CuS04
Natriumchlorid
NaCI
Magnesiumchlorid
MgCl2
Ba(C104)2, Mg(C104)2
Perchlorate
Calciumnitrat
Calciumsulfat
Zinkchlorid
Lithiumchlorid
Aluminiumchlorid
Ca (N03)2
CaS04
ZnCl2
LiCl
AICI3
Haas'sches Trockenpulver
(Salpeter + Kupferpulver)
Mischtrockenmittel, z. B. Calciumchlorid + Olycerin
c)
Flüssige Trocknungsmittel:
Schwefelsäure
Phosphorsäure
Laugen
Olycerin
Äthylenglykol
Diäthylenglykol
H2S04
H3P04
Lösungen von NaOH, KOH
QH6 (OH),
CH2OH CH2OH
HOCH2CH20CHaCHa OH
Tri-, Tetra-,
•
•
Polyäthylenglykole
Pentaäthylenglykol
Alkohol
C2H5OH
Äther
Salzlösungen
C2H5OC2H5
Lösungen von CaCI2, MgCI2
NaCNS etc.
Die
Zuordnung
zu
stimmt die Art der
einer dieser drei
Verwendung.
Trocknungsmittelgruppen
be¬
43
—
Eine
werden
nach
kann
Trocknung
—
Prinzipien durchgeführt
zwei
:
Bei ersterer
(dynamische Methode),
im strömenden Medium
a) Trocknung
b) Trocknung
(statische Methode).
im ruhenden Medium
Trocknungsart wird das
trocknende Gas oder
zu
Wasserdampf
Flüssigkeit
Wegen
wirkende
Filter
geleitet.
als
Trocknungsmittel
gleichsam
des dadurch entstehenden Filterwiderstandes sind für diese dyna¬
mische Trocknungsart in erster Linie die gekörnten Adsorptions¬
durch das für das Wasser und den
die
mittel verwendbar.
diesen Zweck
flüssigen Trocknungsmittel
Auch die
brauchbar; ihr Widerstand gegenüber
strömenden Medium ist aber wesentlich
sind für
dem durch¬
größer.
Trocknungsart (Exsikkatormethode), die in
Verbindung mit Vakuum, Kühlung und Kompression ausgeführt
werden kann, lassen sich alle drei Trocknungsmittelgruppen ver¬
Für die statische
wenden.
2. Die
Die
Trocknungsmittel
Wirkungsweise
können
entweder in reiner Form, in
Präparate Verwendung
Silicagel, Aktivkohle,
wobei die Mischungs¬
Naturaktiverden
und
hergestellt,
Aluminogel
als oberflächenaktivierte
Mischungen oder
finden. Als Mischformen werden solche
verhältnisse
von
variieren
0—100 o/o
trocknungsmitteln
kann
es
sich sowohl
von
können.
um
Bei
den
Misch-
homogene Gemische,
mechanische Gemenge handeln. So wurde Calciumchlorid
mit Na¬
mit Zusätzen von ca. 20 o/0 Glycerin, oder in Mischung
trium- oder Magnesiumchlorid als Trockenmittel vorgeschlagen.
wie
um
Erhöhung
Eine
wenn
man
der
Trocknungsgeschwindigkeit
Schwefelsäure in
Bimsteinpulver
aufsaugen läßt, wobei letztere
soll
eintreten
oder Infusorienerde
Substanzen die drei- bis vierfache
In Gebrauch sind
Menge an Schwefelsäure aufnehmen können54).
Zusammen¬
ferner Mischungen von Salzlösungen. Als eine günstige
Natriumrhodanid
von
80
°/oige Lösung
setzung hat sich eine etwa
und Natriumthiosulfat im Verhältnis 5:1
°i)
M)
(1886).
(1926).
Z.
anal. Ch. 25, 550
A.
P.
1 740 248
erwiesen55).
—
44
—
Die Aktivität der typischen Vertreter der
Adsorptionstechnik,
Aktivkohle, Silicagel, Aluminogel und Natur-Aktiverden beruht,
wie früher auseinandergesetzt worden ist, auf
Oberflächenadsorp¬
tion und Kapillarkondensation.
Die übrigen Vertreter der
ge¬
körnten und
pulverförmigen Trocknungsmittel
sind ausschließlich
Chemosorbentien.
Die
dung
Das
Hygroskopizität
Kristallwasser,
von
der Salze beruht teilweise auf der Bin¬
wobei
Aufnahmegleichgewicht
Molekülverbindungen
ist hier
gegeben
entstehen.
durch das Massen¬
wirkungsgesetz. Befindet sich das kristallwasserhaltige Salz, dessen
Wasserdampfpartialdruck gegeben ist durch die Temperatur, in
einer Atmosphäre mit einem
Feuchtigkeitsgehalt, der einer höheren
Dampfspannung entspricht als er über dem Hydrat herrscht, so
findet hygroskopische
Wasseranziehung statt; im andern Falle
wird Wasser abgegeben.
Bei Metallen und Oxyden bilden sich
Hydroxyde als Haupt¬
valenzverbindungen unter Aufspaltung des Wassermoleküls; die
Hydroxyde selbst können weiter Wasser aufnehmen, wobei sich
zuerst auch
Hydrate bilden, die bei weiterer Wasseraufnahme in
Lösungen übergehen. Auch die festen Hydrate nehmen bei ent¬
sprechend höherem Partialdruck, über die höchste Hydratstufe
hinaus, weiter Wasserdampf auf und bilden ebenfalls Lösungen.
Bei den flüssigen Trocknungsmitteln, wo man drei chemische
Stoffklassen vorfindet, anorganische Säuren und
Laugen, Salz¬
lösungen und organische neutrale Flüssigkeiten, ist die Hygro¬
skopizität durch die von den van der Waa/'schen Kohäsionskräften
bewirkten
Dampfdruckerniedrigungsgesetze binärer Flüssigkeits¬
Eine gewisse
Unterscheidung ist bei den
gemische beherrscht.
Säuren
und
Laugen
zu
machen, die definierte Hydrate bilden
können.
3. Die
Die
Trocknungsleistung
Trocknungsleistung
eines
Adsorptionsmittels
Hauptsache gegeben durch vier Faktoren:
a) Trocknungsgrad oder Trocknungsintensität,
b) Trocknungsgeschwindigkeit,
c) Adsorptionskapazität und
d) Regenerierungsfähigkeit.
ist
zur
45
—
—
Trocknungsgrad ist bedingt durch die Gleich¬
gewichtsbeladung. Er ist also abhängig von der Feuchtigkeits¬
konzentration und vom Verhältnis der Feuchtigkeitsmenge zur
Der erreichbare
Trocknungsmittelmenge. Man hat demnach zu unter¬
Trocknungsgrad am Anfang, im Verlauf und am
Adsorption. Der Anfangstrocknungsgrad ist gegeben
Wasserdampfdruck, den das vorbereitete Adsorptions¬
vorhandenen
scheiden zwischen
Ende der
durch den
mittel
noch
aufweist.
Bis
zur
Sättigungsbeladung
die
nimmt
Trocknungsintensität allmählich ab bis auf Null.
Adsorptionsgeschwindigkeit, umso länger wird
der Anfangstrocknungsgrad auf gleicher Höhe bleiben. Für feste
Adsorptionsstoffe ist der erreichbare Trocknungsgrad praktisch
100 o/o. Nach Angaben der Literatur56) kann die Wasserdampf¬
Je größer
die
konzentration mit
felsäure bis
1,5 mg
Phosphorpentoxyd
etwa
0,15
herabgesetzt
pro m3
bis auf 0,025 mg, mit Schwe¬
20° auf
mg und mit Calciumchlorid bei
werden.
flüssigen Absorptionsmitteln steigt der Trocknungs¬
grad entsprechend der Temperatur und der Konzentrations-Dampfdruckkurve. Letztere ist für wäßrige Lösungen nur von Schwefel¬
Bei den
säure,
und
Äthylalkohol, Alkalilaugen
lösungen
für
teilweise
die
Salz¬
bekannt.
Trocknungsgrades wird auch stark beeinflußt
von der durch den Trocknungsprozeß entwickelten Wärmemenge,
wodurch die Temperatur des Trocknungsmittels besonders am
Der Verlauf des
Anfang mehr
oder
weniger stark
erhöht wird.
Bei
Chemosorbentien setzt sich die entwickelte Wärme
der
den festen
zusammen aus
Reaktionswärme, der Lösungswärme, Verdünnungswärme und
Hy¬
Verdünnungswärme auf. Je nach der Kühlung und
der Kondensationswärme.
dratations- und
Bei
flüssigen Sorbentien
tritt eine
AdsorrJtionsgeschwindigkeit, Dampfkonzentration, Adsorbenstritt dabei eine mehr
menge und der Strömungsgeschwindigkeit
ein.
oder weniger starke Temperaturerhöhung
der
Adsorptionskapazität variiert
Trocknungsmitteln stark. Für Silicagel
bei
Die
56) Stähler, Arbeitsmeth.,
Bd.
5, S. 572, II. Aufl.
Bd. 4, S. 5.
—
den
verschiedenen
werden für eine
F.
Adsorp-
Ulimann, Enzykl. techn. Ch.,
46
—
—
tions- und
Wasserdampfsättigungstemperatur von 20° Werte für
Beladungsmaxima angegeben, die von 20—82 g/100 g Gel
schwanken.
Aluminogel nimmt 20—30 o/o, Aktivkohle nach E.Berl
Andress61) bis 44 g/100 g auf. Glycerin nimmt 50 und
Glykol bis 60 Gewichtsprozente Wasser beim Stehenlassen aus
der Umgebung auf.
Die Durchbruchsbeladung, der für praktische Zwecke die
größte Bedeutung zukommt, beträgt für Silicagel und Alumino¬
gel bei 20° mit Wasserdampf gesättigter Luft etwa 10—20 o/0 des
Gelgewichtes. Bei Schwefelsäure bleibt der Dampfdruck bis ca.
82 o/o praktisch Null. In Fig. 8 ist das
Wasserdampf-Konzentrati¬
onsdiagramm des Schwefelsäure-Wassergemisches für 20 ° wieder¬
gegeben, wie es E. Berl und H. Burkhardt5S) interferometrisch
und K-
bestimmten und das mit den berechneten Werten
von
Soret und
Raoult übereinstimmt.
30
<t0
50
60
70
80
90
100
QewicWsproz. H2SCK
Fig.
4. Die
8.
Regenerierbarkeit
Die Geladsorbentien und die Aktivkohle lassen sich durch ein¬
faches Erhitzen auf 120—180«, oder mit Heißluft bei 150—400»
praktisch vollständig regenerieren.
57)
68)
Z. angew. Ch. 34, 371
Z. anorg. Ch. 171, 102
(1Q21).
(1928).
Die Gebrauchsdauer ist fast
—
47
—
adsorptiven Eigenschaften nehmen kaum ab,
höchstens durch Zerstäubung geht mit der Zeit ein Teil verloren.
Das Gelgerüst des Silicagels bleibt bis zu einer Erhitzung
etwa 700° bei kurzer Behandlungsdauer erhalten, während
von
unbeschränkt,
die Aktivität
Eine
die
von
450°
an
Regenerierung
abzunehmen
beginnt.
Eindampfen mög¬
der Säuren ist durch
ist aber nicht wirtschaftlich.
lich,
wird im Vakuum
Glycerin59)
Das
von
0,1—0,2
at mit Ab¬
gebrauchsfähig gemacht, wenn seine
gesunken ist. Auch Glykol60) kann
Bei Salzlösungen wird während
werden.
durch Wärme regeneriert
des Betriebes kontinuierlich regeneriert, indem ein Teil von der
Lösung abgetrennt, eingedampft und nachher wieder zugeführt
dampf
von
90—95
°
wieder
Konzentration auf etwa 55 <y0
wird.
5* Die
Der
ist sehr
a)
b)
c)
d)
Für
Anwendungsmöglichkeiten
Anwendungsbereich
mannigfaltiger Art:
der verschiedenen
Trocknungsmittel
Trocknung von Industriegasen und von Dämpfen,
Laboratoriumstrocknungsmittel,
Entwässerung organischer Lösungsmittel,
Konditionierung der Luft bei Klimaanlagen.
Aktivgel
kommt noch dazu seine
Eignung
als
e) Katalysator zum Wasserentzug,
f) Reiniger von Gasen und
g) Regenerator von Altölen.
großen Vorteil, daß ihnen durch
geeignete Zubereitungsmethoden ein selektives Aktivitätsver¬
mögen gegeben werden kann. So ist es möglich, die Porengröße,
das Porenvolumen und die Korngröße in bestimmten Größenver¬
hältnissen zu halten, womit die Adsorptionsfähigkeit für einen
Die Gele besitzen noch den
Verwendungszweck stark erhöht wird. So
folgende typische Sorten in den Handel gebracht:
bestimmten
5»)
60)
Ch. Z. 58, 516
D. R. P.
(1935).
(1934).
642 505
werden
z.
B.
48
-
Gebr.
-
Hermann,
Köln-Bayenthal
Sorte Ee:
Sorte Em
engporig, hochaktiv, ca. 450 m2 Oberfläche pro/g,
Körnung bis 8 mm.
mittelporig, Körnung bis 6 mm, zur Adsorption von
Dämpfen hoher Konzentration; die Kapazität ist
größer, Adsorptionsintensität kleiner als bei Sorte Ee.
engporig, hochaktiv, Körnung 0,1—1 mm, mit Feuch¬
tigkeitsindikator, als Laboratoriumstrockenmittel.
:
Blaugel:
Sorte A:
stäbchenförmig,
künstlich
für
Katalysatorzwecke, grobkörnig,
geformtes Gel.
I.Q. Farbenindustrie AO.
Frankfurt a/Main
Kieselgel
A:
Kieselgel
B
Kieselgel
K:
:
Engporig, Schüttgewicht ca. 72 g/100 ccm, Trocknung
und Reinigung von Industriegasen und Raumluft¬
trocknung.
Weitporig, ca. doppeltes Porenvolumen der Sorte A,
Schüttgewicht ca. 45 g/dl, Eignung für katalytische
Zwecke und Trocknung von Flüssigkeiten, besonders
von
Benzin und Benzol.
Mit Kobaltchlorür als Indikator.
Die
den
Aktivgele weisen gegenüber den chemisch wirkenden
Absorptionsmitteln gewichtige Vorteile auf:
a) bequeme Handhabung,
b) einfache Regenerierungsfähigkeit,
c) sehr geringe Materialverluste,
d) fast unbeschränkte Betriebsdauer,
e) indifferentes Verhalten gegenüber den
Stoffen,
f) sehr große Beständigkeit,
g) konstanter und geringer Filterwiderstand,
h) keine korrodierende Einflüsse.
Bei
den
lösungen
flüssigen Sorbentien,
ist
man
wie
einwirkenden
Säuren, Laugen
auf besondere Behältermaterialien
und
und
Salz¬
angewiesen,
während bei den chemisch wirkenden Trockenmitteln unerwünschte
49
—
chemische Reaktionen
nicht
geeignet
So
auftreten können.
Trocknung
zur
—
kende Oase können nicht
von
von
ist
Calciumchlorid
Ammoniakgas.
Säuren und
saure
Basisch wir¬
Gase und
werden.
Dämpfe
Für Labo¬
getrocknet
Kupfersulfat geeignet zur Trocknung von
Chlor, Calciumnitrat von Jod, metallisches Natrium von Wasser¬
stoff, Natrium und Haas'sches Trockenpulver zur Trocknung von
Ammoniak. Phosphorpentoxyd gibt mit Chlor- und Bromwasser¬
stoff flüchtige Phosphorverbindungen, auch Ammoniak wird von
nicht
von
basischen Adsorbentien
ratoriumszwecke ist
aufgenommen.
Die Verwendungsdauer der Adsorbentien ist sehr verschieden.
Bei Wasserdampfadsorptionen aus Gasen ist Silicagel und Aluminogel jahrelang brauchbar, während bei Ölregenerierung die
Gebrauchsdauer kürzer ist. Mit der Zeit stellen sich sogenannte
ihm
Alterungs- und Ermüdungserscheinungen ein. Es beruht das wahr¬
scheinlich auf einem langsamen Einordnungsprozeß der Mikro-
Kristallgitter.
bausteine in das
Die aufzuwendende
Wärmemenge
zur
als für die
Regenerierung ist
Absorptionsmittel,
Aktivgel wesentlich geringer
wohl die Temperatur für erstere um 100 bis 200° höher ist.
Gele geben den Wasserdampf viel rascher ab, sodaß die
hitzungsdauer kürzer ist und ihre spezifische Wärme beträgt
dem nur ein Bruchteil derjenigen der flüssigen Absorbentien.
Wärmekapazität
in
E. Die
cal/g
pro Grad
beträgt
Silicagel
Aluminogel
0,25
Aktivkohle
0,20
für
ob¬
Die
Er¬
zu¬
Die
für
0,20
Adsorptions-Prüfungsmethodik
1.
Allgemeine Gesichtspunkte
Über die Eignung und Qualität eines Adsorbens entscheiden
physikalischen und adsorptiven Eigenschaften.
Für die Prüfung der Adsorptionsfähigkeit beanspruchen
praktischen Gesichtspunkte aus das besondere Interesse die
genden Adsorptionseigenschaften :
die
vom
fol¬
50
—
-
a) die Adsorptionskapazität,
b) der Trocknungswirkungsgrad und
c) die Adsorptionsgeschwindigkeit.
Mit der
Bestimmung
zweier
wird das Wesentliche dieser
grundlegender Adsorptionskurven
Haupteigenschaften erfaßt, nämlich
durch die
Adsorptionsisotherme, den Punkten der zu jeder Dampf¬
Sättigungsbeladungen bei konstanter
Temperatur, und der Trocknungsgradkurve, dem zeitlichen Verlauf
des Trocknungsgrades bei konstanter
Dampftension.
konzentration gehörenden
Um
richtige Vergleiche ziehen zu können, sind die Prüfgele
einige physikalische Merkmale zu charakterisieren,
hauptsächlich durch Korngröße, Korngrößenverteilung, d. h. durch
Siebanalyse, Schüttgewicht und durch die relative Porengröße.
noch
durch
Die
nügt
Prüfung
des
nämlich nicht
Wasserdampf-Sättigungswertes
zur
Beurteilung
eines Gels.
allein
ge¬
Die auf Grund
einer solchen
Prüfung getroffene Wahl könnte für einen gegebenen
ungeeignet sein. Der Grund liegt darin, daß sich die
Trocknungsgradkurven verschiedener Gele für einen gegebenen
Dampfdruck überschneiden. Auch verhält sich das gleiche Gel ver¬
Zweck ganz
schieden in Fällen,
wo das Adsorptiv in einem
Gas-Dampfgemisch
geringem oder hohem Partialdruck beteiligt ist. Ein Adsorbens
kann also bei hoher Dampfkonzentration ein sehr
gutes, bei nie¬
driger ein relativ geringes Adsorptionsvermögen besitzen. Die in
mit
niederen
Tensionsgebieten unterlegenen weitporigen Gele über¬
Dampfspannungen die engporigen Gele, wäh¬
rend letztere sich für die Aufnahme bei niederen
Dampfdrucken
besonders gut eignen. In einem gesättigten
Dampf beteiligen sich
auch die gröberen Kapillaren an der Aufnahme und
Verflüssigung
des Dampfes.
holen bei höheren
In der Technik hat
denen der
zu
meist mit
Systemen zu tun, bei
adsorbierende Bestandteil in einer Konzentration
man
es
vorhanden
ist, die nur einem Bruchteil des Sättigungsdruckes ent¬
Man hat sich also in der Wahl der zweckdienlichsten Gel¬
sorte nach der vorliegenden
zu
d. h. nach
spricht.
Aufgabe
besonderen
steht.
Bedingungen,
unter denen der
richten,
den
aufzunehmende Dampf
51
—
—
Messung der Adsorptionsfähigkeit kann nach folgenden
Die
prinzipiellen
erfolgen:
Methoden
1. nach der statischen Methode:
a)
b)
2. nach der
im
Vakuum,
in
Fremdgasatmosphäre,
dynamischen
2.
Methode.
Die statische Methode
Adsorptionsfähigkeit nach diesem
Faktoren beeinflußt61) :
Die
Verfahren wird
von ver¬
schiedenen
a) von Art und Vorbehandlung des Adsorbens,
b) Art und Partialdruck des Adsorptivs,
c) Temperatur und
d) von Natur und Konzentration des Fremdgases.
Gleichgewichtsbeladung
Die
ist
im
fläche des Adsorbens und der Höhe des
allgemeinen der Ober¬
Siedepunktes direkt und
Adsorptionstemperatur umgekehrt proportional. Nach A. B.
Sp. Coolidge62) sind die bei vollem Sättigungs¬
druck aufgenommenen Dampfmengen in Bezug auf ihr Volumen
der
Lamb und A.
gleich groß. Die Adsorptionskapazität ist dann einfach vom Poren¬
volumen abhängig und nicht von der spezifischen Adsorptions¬
kraft.
Gleichgewicht viel rascher
wird außerdem
Fremdgases
eingestellt.
die Beladungshöhe durch die Wirkung der Adsorptionsverdrän¬
die Beeinflussung von
gung etwas herabgesetzt und zwar hängt
der Art des Gases ab. Sie wird umso größer sein, je tiefer der
Siedepunkt oder die kritische Temperatur des Fremdgases ist.
Bei
Messungen
im Vakuum ist das
Bei Anwesenheit eines
Die
Messung
des Adsorbates nach der statischen
kann nach verschiedenen
ei)
(1928).
e2)
W.
Ponndorf
Am. Soc.
und
Methode
Gesichtspunkten erfolgen:
H.
W.
42, 1146 (1920).
Kipping, Beitr. Klin. Tuberk. 68,
751
—
52
—
a) mit Hilfe der Qasgesetze,
b) durch Feststellung der Gewichtszunahme des Adsorbens
und
c) durch
Die
zur
direkte
Wägung
des
verflüssigten Adsorptivs.
Ermittlung
Adsorptionsisotherme notwendige Va¬
Dampftension wird auf verschiedene Weise erreicht:
der
riation der
a) durch Verwendung
Flüssigkeitsgemischen verschie¬
abgestufter Dampftension,
b) durch portionenweises Zusetzen des Dampfes der reinen
Flüssigkeit und manometrische Ermittlung des Gleich¬
gewichtsdruckes,
c) durch Messung des zu jeder Temperatur gehörenden
von
dener Konzentration und mit
Dampfgleichgewichtsdruckes.
Bei der
Besprechung der statischen Methoden hat man zu
unterscheiden zwischen solchen, die mehr der
Messung der Ad¬
sorptionskapazität und Geschwindigkeit dienen und solchen, die
speziell die Ermittlung der Adsorptionsisotherme bezwecken.
G. C. Schmidt und B. H
inteler(13) haben eine
schrieben, welche
zu
bestimmen
die
Isothermenpunkte
ermöglicht.
Mit der Apparatur von
Dampfmenge gravimetrisch
Das
struierten
Apparatur be¬
Gasgesetze
mit Hilfe der
H. S. Harned
6i)
wird die adsorbierte
ermittelt.
Prinzip der von F. Goldmann und M. PolanyiR5) kon¬
Vorrichtung besteht darin, daß der Dampf dem ge¬
sättigten Adsorbens durch Kondensation
direkt gewogen wird.
W. E.
Küentzel66)
hat eine
Dampfaufnahmevermögen
wieder
entzogen
Apparatur konstruiert,
Temperaturen zu
bei höheren
und
die das
messen
gestattet.
Tensionsbestimmende
in
den
6')
M)
65)
6G)
Untersuchungen
Z.
physikal.
Flüssigkeitsgemische wurden
von
Ch. 91, 103
van
Bemmelen und R.
(1916).
(1920).
Z. physikal. Ch. (A) 132, 321
(1928).
Am. Soc. 51, 3560
(1929).
Am. Soc. 42, 372
verwendet
Zsigmondy.
53
—
—
Bemmelen61), die das erste
Verfahren in dieser Richtung darstellt, hat den Nachteil, daß die
Ermittlung einer Isotherme mehrere Wochen in Anspruch nimmt.
Die Exsikkatormethode
von
Um die Versuchsdauer stark
abzukürzen,
Bestimmung der Dampfdruckkurven
seine
der
van
von
hat /. 5. Anderson
68)
Kieselsäuregel
F. Stevenson 69)
mit
von
R. Zsigmondy, W. Bachmann und E.
schriebenen
Apparatur
im Vakuum
be¬
durchgeführt.
Vereinfachung wurde erreicht, als nur die reinen
die ganze Isothermenbestimmung verwendet
Flüssigkeiten
wurden. Nach diesem Prinzip funktioniert die Vakuumapparatur,
Eine weitere
für
wie sie
von
sungen
von
B. Gustaver
70)
W. Bachmann
konstruiert und dann für ihre Mes¬
und L.
Maier71)
etwas
abgeändert
wurde.
zu jeder Tempe¬
gehörenden Dampfgl eichgewichtsdruckes ermöglicht, hat R.
Schwarz 72) beschrieben.
Eine
Methode, welche die Messung
des
ratur
3. Die
dynamische Methode
Dampf bestimmten
gewählter Geschwindig¬
Trägergas
bis zur QleichgewichtsAdsorbensschicht
keit durch eine gegebene
einstellung hindurchgeleitet.
Bei der
dynamischen
Methode wird ein mit
Partialdruckes beladenes
Zur
es
Einstellung
dabei zwei
mit
eines bestimmten
Dampfpartialdruckes gibt
Möglichkeiten:
Trägergas wird in Flüssigkeitsgemische von abge¬
Dampftension eingeleitet oder
Einleiten in die reine Flüssigkeit vollständig
das
durch
b)
gesättigte Trägergas wird in einstellbaren Volumenverhält¬
nissen mit dampffreiem Trägergas vermischt.
a)
das
stufter
«7) Z. anorg. Ch. 5, 466 (1804); 13, 233 (1897).
«8) Z. physikal. Ch. 88, 191 (1914).
69) Z. anorg. Ch. 75, 189 (1911).
'») Kolloidchem. Beih. 15, 185 (1922).
71) Z. anorg. Ch. 168, 61 (1927).
72) Z. El. Ch. 32, 417 (1916).
54
—
—
Die nach der ersten Methode
bestimmten
Sorptions-
zeigten den nämlichen
van
E. Berl und W. Urban
von
und
Desorptionskurven
Verlauf wie diejenigen,
73)
Silicagelen
von
welche
mit
der
Bemmelen'schen Exsikkatormethode erhalten wurden.
Die verschiedenen Faktoren, die das
Dampfaufnahmevermögen
nach der
von
dynamischen Methode beeinflussen, sind unter anderem
Ponndorf und H. W. Kipping 74) zusammengefaßt worden.
W.
Die bei Durchbruch
menge ist
abhängig
und
bei
Sättigung aufgenommene Dampf¬
von:
a) Art, Sorte und Menge des Adsorbens,
b) Art und Partialdruck des Adsorptivs,
c) Art und Druck des Trägergases und
d) von der Adsorptionstemperatur.
Die
Durchbruchsbeladung
e)
f)
ist weiter
abhängig
von:
der Form der Adsorbensschicht und
von
der
Strömungsgeschwindigkeit
des
Gas
-
Dampfge¬
misches.
Ol
c
«I
V
Ol
\
\
\
\
\
«*
\
\
\
\
—
^
^.
\
\
\
^J
N.
Scnichthohe
Fig.
9.
Der
Filtergrenzwert und der Sättigungswert stehen in einem
gewissen Verhältnis zueinander, das von der Steilheit der Abfall¬
kurve BDx abhängt (Fig. 9). Ist diese Kurve sehr steil
(YD}),
dann ist der Durchbruchswert nur
wenig kleiner als das Adsorp¬
tionsmaximum, d. h. die Geschwindigkeit der Gleichgewichtsein¬
stellung ist sehr groß. Das andere Extrem liegt bei sehr flacher
7S) Z. angew. Ch. 36, 57 (1923).
'*) Beitr. Klin. Tuberk. 68, 751 (1928).
55
—
Abfallkurve
(XD1),
Sättigungswert
der
wo
—
an
keiner Stelle der
Adsorbensschicht erreicht wird.
In
Fällen ist beim Durchbruch ein Teil der Ad¬
praktischen
Dampf gesättigt (AA1BB1), während in der
Bx Dt die Dampfkonzentration von der Sättigungs¬
sorbensschicht mit
Schichtenzone B
bis auf Null sinkt.
beladung
Der
ungesättigte
gesättigte
sowie der
Anteil des
Filtergrenz¬
(AA1BD1) und
der bei der Sättigung {AA1DDi) aufgenommenen Dampfmenge,
sowie aus der bis zur Sättigung durchgeleiteten Gesamtdampf¬
wertes läßt sich
menge
nun
Sättigungswert und
des
dann ist der
un¬
Filtergrenzwertes ergibt sich
aus
Qesamtdampfmenge ;
E die
Filtergrenzwertes
n
und der
AD sei der Filtergrenzwert, Aç der
berechnen.
(AAj^DEJ
gesättigte Anteil
der beim Durchbruch
aus
gesättigte Teil
=
E
des
m
—
As
der Differenz
m
AD
=
ermöglichen
Diese Zahlenwerte
Schichtlänge
von
G resultiert die
Stellt der
gesättigte
dar,
so
tion
vorliegenden
bestimmen, wel¬
ist:
S
=
—
U
:
G.
Filtergrenzwertes m einen posi¬
vorgegebene Dampfkonzentration
Teil des
x, die
größer
ungesättigte Teil
quantitativen Adsorp¬
als der
Filtergrenzwertes sein müssen, die zur
erforderliche Schichtlänge y errechnen:
y
zu
ungesättigte Schichthöhe
kann für eine
beliebige Dampfmengen
des
bei einer
Oesamtschichtlänge 5 und gesättigter
U
für
nun
denjenigen
Durchbruch mit Dampf gesättigt
Aus der Differenz
tiven Wert
n.
Schichtteil G
Adsorbensschicht 5
cher beim
—
=
—»—^ u
m
a
—
Die
zur
Untersuchung
der
nach dem
zur
56
—
Aufnahmefähigkeit
von
Dämpfen
dynamischen Prinzip angewandten Apparaturen bestehen
Hauptsache aus den Vorrichtungen
a)
Herstellung,
zur
Entnahme
und
Reinigung
des
Träger¬
gases,
b)
Messung, der Beladung und Mischung des Träger¬
gases mit Dampf in einstellbarem Verhältnis,
c) zur eigentlichen Adsorption und
d) zur Messung der Dampfkonzentration im durchgeleiteten
Trägergas.
zur
Apparative Einrichtungen, die je nach dem Hauptzwecke dem
mußten, in abweichenden Ausführungsformen geschaffen
sind
von verschiedenen Forschern
wurden,
angegeben worden.
sie dienen
Die Methode
von
E. Berl und K- Andress
75) gestattet
die
Adsorptionsmessung von anorganischen und organischen Dämpfen.
Bei der Versuchsanordnung von E. Berl
und W. Urban 76),
mit der
Wasserdampf-Isothermen von Silicagel aufgenommen wur¬
den, erfolgt die Dampfbeladung des Trägergases mit Schwefel¬
säuren
verschiedener Konzentration.
von
In der
Apparatur
von
E. Berl und E.
Schmidt77)
war
ein Oas-
interferometer nach Haber-Löwe eingebaut.
Die
stellt das
Versuchseinrichtung
von
Konzentrationsverhältnis
E. Berl und E.
von
Interferometer ein.
Qas-Dampf
Wachendorf 78)
direkt mit dem
Wasserdampfisothermen von Silicagel wurden auch von
Burkhardt79) aufgenommen, wobei Kohlendioxyd
Trägergas diente.
Berl und H.
Andere Methoden sind
E.
als
von E. C.
Williams80) und W. H.
fiojfert beschrieben worden. Eine Einrichtung, bei der gleich¬
zeitig mehrere Adsorbentien beladen werden können, wurde von
der Carbo-Norit-Union
81) angegeben.
«)
34, 369, 371, 377 (1921).
'«)
36, 57 (1923).
") Z. angew. Ch. 36, 242 (1923).
78) Z. angew. Ch. 37, 747 (1924).
79) Z. anorg. Ch. 171, 102 (1928).
80) J. Soc. Chem. Ind. 43, 97 (1924); 43, 357, T
(1924).
81) F. Krczil, Unters, und Bewert., S. 413, 1931.
Z. angew. Ch.
Z. angew. Ch.
A.
Teil
Experimenteller
III.
Untersudiungen über die Wasserdampfadsorption
1.
Dynamische Adsorptionsprüfungsapparatur
Trocknungsfähigkeit gekörnter und flüssiger
dynamische Adsorptionsapparatur ge¬
10
in
wiedergegeben ist. Sie besteht im Prinzip
Fig.
baut, wie sie
und Durchleitung des
zur Aufbewahrung
aus der Vorrichtung
Trägergases, der Einrichtung zur Vorbereitung und Mengen¬
der
Prüfung
Zur
Adsorbentien wurde eine
messung des
Dampfsättigung
gefäß, sowie aus
bestimmung.
mit der
dem Thermostat
Gases,
Mischung
und
Einrichtung
zur
Adsorptions¬
dauernden Feuchtigkeits¬
des Gases und dem
den Instrumenten
zur
eines Adsorptionsversuches wird das vorbereitete PrüfAdsorptionsgefäß A eingeführt, der Thermostat Th in
Betrieb gesetzt und nach vollständigem Temperaturausgleich wird das
Trägergas mit bestimmtem Feuchtigkeitsgehalt durch das Trocknungsmittel
Zur
Ausführung
adsorbens
in
das
geleitet.
Die
Apparatur
gearbeitet
werden
ist
so
kann.
eingerichtet, daß
Verwendung
Bei
säure werden diese in einem
mit verschiedenen
von
Trägergasen
Wasserstoff oder
Kohlen¬
Kreislauf durch die Apparatur gepumpt.
Als
Glockengasometer G. Durch eine mit dem Elektro¬
kleine
betriebene
motor M%
Kolbenpumpe P wird das Gas durch die Appa¬
Gas
ratur gepumpt und wieder in den Gasometer zurückgeführt. Verluste an
Oasbehälter dienen zwei
werden durch eine
am
Gasometer
angeschlossene
Druckflasche ersetzt. Durch
Gasgeschwindigkeit
Umleitung
Mikroquetschhahn
Nach der Pumpe ist eine Druck¬
konstant eingestellt werden.
flasche D3 mit Steigrohr eingeschaltet, welche mit Wasser beschickt ist,
Mi der
den
Ln kann die
ziemlich
das eine Paraffinölschicht
trägt. Vor einem Versuch
Kohlensäure wird die ganze
Kam Luft als
luftleitung
Trägergas
Apparatur
zur Verwendung,
des Institutes entnommen.
mit Wasserstoff oder
etwa 5 Minuten
so
Der Turm
durchgespült.
wurde diese der Druck¬
Tlt
der mit Watte
gefüllt
—
3
>
Q.
O
3
•a
•a
58
—
—
ist, dient
zur
Entfernung
von
59
Staubteilchen und event.
und D2
je
Ölspuren.
Die
an¬
5 Liter Inhalt sind
Druckausgleichflaschen D1
Druckausgleichgefäßen D^ und ßa2 verbunden. Letztere
dienen zur genauen Regulierung der Qasströmungsgeschwindigkeit. Es sind
dies ca. 1,9 m lange, weite Glasröhren, die mit Wasser gefüllt sind und
in die ein verschiebbares Qlasrohr führt. Die Frittengaswaschflasche F ist
mit konz. Schwefelsäure beschickt zur Entfernung der Hauptmenge Feuchtig¬
schließenden
mit
von
beiden
den
keit. Die nachfolgenden Trockentürme (T2 bis T5) sind der Reihe nach mit
Qlasraschigringen, Calciumchlorid, Natronkalk und engporigem blauem Silicagel gefüllt, um mitgerissene Säureteilchen zurückzuhalten, die Kohlen¬
säure der Luft zu entfernen und eine vollständige Trocknung zu erreichen.
Trägergas können die Türme T3 und Tt durch
ausgeschaltet werden, um Adsorption und nachträg¬
liche Abgabe von Kohlendioxyd zu vermeiden. Im Verteilungsgefäß V wird
das Hilfsgas in zwei, resp. drei Ströme geteilt. Die Blindleitung Lh führt
ins Interferometer. Der Hauptgasstrom von 300 1/h wird nochmals geteilt
Bei
Kohlensäure
und in
als
Hähne
Umstellen der
beliebig einstellbaren Volumenverhältnissen
durch die beiden Strö¬
Die beiden anschließenden Queck¬
mungsmesser St I und St II gemessen.
Kontrolle des Abflußdruckes der
die
und
silbermanometer Mx
M2 gestatten
Durch
beiden Qasströme.
den beiden
der vier Quetschhähne,
Regulieren
Strömungsmessern und nach
den Manometern
die sich
vor
befinden, wird die
eingestellt und der Strömungs¬
ungleiche Gasgeschwindigkeiten
auf gleiche Höhe gebracht. Beide Gasströme führen getrennt in den Thermo¬
Der Gasstrom Ll passiert zum Temperaturausgleich den mit
staten Th.
Porzellansattelkörpern gefüllten Turm Tr und wird in den beiden Sättiger¬
Strömungsgeschwindigkeit
beider Qasströme
abflußdruck in beiden Leitungen auch für
Sj und S2
flaschen
mit
Frittengaswaschflaschen
Wasserdampf
beladen.
Diese
Sättiger
sind
zwei
mit Gasfiltern der Größe G 1 und sind mit destil¬
jede Flasche mündet ein Tropftrichter und
Adsorptionswassers bis auf ein markiertes
Niveau. Der trockene Gasteilstrom der Leitung Z.2 wird in der Glasspirale
Gasstrom
Spt temperiert und mischt sich anschließend mit dem gesättigten
liertem
im
beschickt.
Wasser
ein Glashahn
In
Nachfüllen des
zum
Mischgefäß Mi,
einem
Rundkolben
von
1
Liter
Inhalt,
in
welches
ein
Boden
Gasfilter G / als Zufluß und ein Glasrohr als Abfluß bis nahe an den
reichen. Dadurch wird eine restlose Durchmischung erreicht. Dieses Gas-
bestimmter,
Wasserdampfgemisch
von
kann, nachdem
Adsorptionsgefäß
das
es
Psychrometer
Wasserdampfgehalt geprüft werden.
ferometer
/
oder
im
Ps
einstellbarer
Dampfkonzentration
passiert hat, entweder im Inter¬
in beliebigen Zeitabschnitten auf
A
Verbindungsleitungen wurden so gebaut, daß der vom Adsorptions¬
beliebig entweder durch Psychrometer, Inter¬
gefäß
werden kann. Vor
ferometer, ins Freie oder in den Gaskessel zurückgeleitet
erwärmte
oder
die
durch
Desorption
das
Sorption
dem Psychrometer wird
Die
austretende Gasstrom
oder
abgekühlte
Gas durch die
Glasspirale Sp2
auf Thermostatwärme ge-
60
—
—
bracht. Vor dem Einleiten ins Interferometer
passiert das Prüfgas die
um
auf gleiche Temperatur zu
es
bringen wie das
Spirale
Vergleichsgas,
Sp3,
welches
durch
leitet wird.
die
Blindleitung
die
in
andere
Interferometerkammer ge¬
Durch den Oasfilter im anschließenden Glaskolben
mitgerissene Oelteilchen zurückgehalten
in die Kammer gelangen.
und
Kf
werden
damit wird verhütet, daß sie
Um das
Vergleichsgas stets auf gleicher Strömungsgeschwindigkeit zu
Blindleitung der Strömungsmesser St III eingeschaltet. An¬
schließend an die Feuchtigkeitsmesser kann das
Trägergas mit der Gasuhr U
gemessen werden- Diese ist mit dem Psychrometer durch die
Spirale 5/74
angeschlossen, um die Volumenzahlen bei Zimmertemperatur zu erhalten.
Bei Verwendung des Interferometers kann die Gasuhr nicht
eingeschaltet
halten,
ist in die
werden,
weil durch die
Interferenzspektrum
von
letzterer
bedingten Gasdruckschwankungen das
Schwingung kommt, sodaß eine Ablesung
in dauernde
unmöglich wird.
Bei Wasserstoff strömt das
Vergleichsgas durch die Interferometer¬
kammer /, das Prüfgas durch die Kammer //. Bei Kohlensäure wird
durch
Umschalten beider Zuleitungen die Kammer // zur
Vergleichsgaskammer,
mit
steigendem Wasserdampfgehalt positive Interferometerwerte zu er¬
Bei Luft dient ausschließlich das
Psychrometer als Feuchtigkeits¬
gradmesser.
um
halten.
Kontrolle und
Eichung
der
Apparatur.
a) Trägergasmessung: Die Sättigungstemperatur be¬
trug für die meisten Messungen 20° C. Als Qasdampfgemische
mit
abgestuften Partialdrucken
Intervallen
von
10
zu
wurden solche
10 o/o relativer
Der
gewählt, welche den
Feuchtigkeit entsprechen.
Wasserdampfgehalt eines Gases kann ausgedrückt werden
Partialdampfdruck p in mm Hg, oder als absolute Feuchtig¬
keit /, sowie auch als relative
Feuchtigkeit.
Die absolute Feuchtigkeit
/ ist das Gewicht des Wasser¬
dampfes in 1 m3 Gas (g/m3). Die relative Feuchtigkeit ist das
Verhältnis des wirklich vorhandenen
Wassergehaltes zu dem¬
jenigen, bei dem das Gas mit Wasserdampf gesättigt wäre (F),
oder das Verhältnis der
Dampfspannung p zum Sättigungsdruck P.
als
Drückt
vom
diesen Wert in Prozenten
aus,
Feuchtigkeitsgrad w. Es ist also:
man
w
=
100
•
4
F
=
100
•
4
P
so
spricht
man
auch
61
—
—
Oasgesetze findet sich die zahlenmäßige
ziehung zwischen absoluter Feuchtigkeit / und Dampfdruck p
Mit Hilfe der
200 CZU
Be¬
für
/= 0,986-,.
17,5 mm
Sättigungsdruck des Wassers P
F
von
17,3 g/m3 entspricht.
Sättigungsmenge
Hg, was
Um die Adsorptionsfähigkeit mit einem Gas-Dampfgemisch
einer Konzentration von z. B. 12,13 g/m3 (= 70 o/0 relat. Feuchtig¬
Bei 20°
beträgt
der
=
einer
keit)
=
ermitteln, wird auf Grund der Relation
zu
1000
:
17,3
=
x
=
x :
12,13
700,
diejenige gesättigte Gasmenge berechnet, die man mit reinem
Trägergas verdünnen muß, um auf die gewünschte Wasserdampf¬
konzentration zu kommen. Die zuzusetzende Gasmenge wird dann
aus
Differenz,
der
1000
—
300
=
700 ccm, errechnet.
Strömungsgeschwindigkeit wurde aus verschiedenen
Gründen 300 1/h gewählt. Um nun die Gasmengen zu erhalten,
auf welche die Strömungsmesser geeicht werden müssen, sind nur
die Mischungsvolumina der ganzen Gas-Dampf-Mischskala kon¬
stant mit der Strömungsgeschwindigkeit der Gesamtgasmenge zu
multiplizieren, in unserem Falle mit 300. Zur bequemen Ein¬
Als
stellung der Strömungsmesser wird
mungsgeschwindigkeiten in 1/h mit
deren Skala neben den Strö¬
den
entsprechenden
Feuch¬
versehen.
tigkeitsgradzahlen
Tabelle 1.
Gasfeuchtigkeitsverhältnisse.
Temperatur
Relative
in
p in
»/o
20° C
Absolute
mm
Hg
30
40
50
60
70
Oesätt. Qas
12,30
14,0
80
90
P
=
15,8
17,5
F
=
Taupunkt
Mischungsverhältnis
Feuchtigkeit
/ in g/ms
1,75
3,50
5,25
7,0
8,75
10,50
10
20
100
=
Dampfdruck
Feuchtigkeit
w
T
1/h
Trock. Oas
270
1,73
30
3,45
60
240
5,18
6,90
90
210
1/h
Tp in »C
-11,2
3,2
1,9
6,0
-
120
180
8,65
10,38
150
150
9,2
180
120
12,10
13,80
15,55
17,30
210
90
60
30
12,0
14,4
240
270
300
—
16,4
18,3
20,0
62
—
In
Tabelle
1
—
sind
die zusammengehörenden Größen von
Dampfkonzentration und Gasmischmengen mit den entsprechenden
Taupunkten aufgeführt, für die die Apparatur eingestellt werden
kann.
Die beiden
für Luft und
30
Trägergasströmungsmesser
1/h geeicht.
Umrechnung aus denjenigen
zu
Sil und Stil wurden
Wasserstoff mit einer Gasuhr in
30
Intervallen
von
Die Werte für Kohlensäure wurden durch
für Luft bestimmt.
Die
Gasströmungsgeschwindigkeiten sind abhängig von Druck
Temperatur. Um bestimmte Dampfkonzentrationen einzu¬
halten, kommt es weniger auf genaue Strömungsgeschwindigkeiten,
und
sondern
auf das
Mischungsverhältnis beider Gasteilströme an.
Schwankungen von Zimmertemperatur und Barometer¬
druck wird wohl die
Gasdurchflußmenge beeinflußt, das Gas¬
mischungsverhältnis bleibt sich aber genau dasselbe.
Durch die
Durch den
der
Apparatur bedingten Widerstand wird
Strömungsmessern ver¬
größert und zwar ist dieser Einfluß, entsprechend den verschie¬
denen Gasteilgeschwindigkeiten,
ungleich groß. Das tatsächliche
würde
also
Gasmischungsverhältnis
nicht den geeichten Strö¬
mungsgeschwindigkeiten entsprechen. Um zu vermeiden, daß
diese ungleichen Fehler auftreten, wurden beide Manometer immer
auf denselben Abflußdruck
eingestellt und zwar auf 80 mm Hg.
von
aber der Abflußdruck hinter den beiden
Dadurch ändert sich aber die wirkliche
keit und
beträgt
Gasströmungsgeschwindig¬
für
Wasserstoff
330
Luft
330
Kohlensäure
250
1/h
,,
„
Die
Änderung A v der Strömungsgeschwindigkeit für die
Schwankungen von Zimmertemperatur und Barometerdruck kann
für
A
v
die gegebenen Versuchsverhältnisse
vernachlässigt
beträgt für 1° und 1 mm Hg:
in 1/h
Für 1 Orad
1
mm
Hg
in %
1,2
0,4
0,4
0,15
werden.
—
b) Sättigung:
63
Die beiden
—
Sättigerflaschen
Höhe mit destill. Wasser beschickt.
6
trägt
cm.
Zur
Herstellung
wurden
zu
6cm
Der Gasfilterdurchmesser be¬
Gas
eines
-
Dampfgemisches
be¬
Gasmischungsver¬
Gasteilströme, Temperaturkonstanz der Sättigungs¬
gefäße Voraussetzung. Aus diesem Grunde ist der ganze Sättiger¬
stimmter Konzentration ist außer dem genauen
hältnis beider
und
Adsorptionskomplex
Holzkasten, der
vorn
im Thermostaten
untergebracht,
mit einer Glastüre versehen ist.
zung ist auf dem Boden ein elektrischer Ofen O
untergebracht,
der durch den
von
thermometer Tk automatisch ein- und
ausgeschaltet
75 Ohm
ca.
Schaltschütz R und den
einem
Zur Hei¬
Kontakt¬
wird. Mit dem
Amperemeter A kann der Heizstrom re¬
guliert werden. Zum Temperaturausgleich befindet sich über dem
Ofen ein Flügelrührer F, der durch den Synchron-Motor Mt be¬
Widerstand W und dem
trieben wird. Der Kontaktthermometer wurde mit einem Absolut¬
geeicht. Stieg die Außentemperatur über 20°, so wurde
Die Temperaturschwan¬
die Kühlvorrichtung K eingeschaltet.
Die
C.
höchstens
Kühlung wird erzielt
±0,1°
kungen betragen
thermometer
abgekühlten Preßluftstrom.
Die Herstellung
Gas-Dampfstromes von bestimmter
Konzentration hat ferner die vollständige Sättigung des ge¬
sättigten Gasteilstromes zur Bedingung. Mit steigender Dampf¬
konzentration steigt der Anteil des gesättigten Trägergasteil¬
stromes und damit die Gasströmungsgeschwindigkeit in den
Sättigerflaschen. Die Sättigung eines Gases mit Dampf ist aber
von verschiedenen
physikalischen Eigenschaften abhängig, von
Gasart, Oberflächenspannung der Flüssigkeit, Molekulargewicht,
durch einen mit laufendem Wasser
eines
Gasfiltergröße,
resp.
geschwindigkeit.
Gasblasengröße
Von einer bestimmten
und
von
der
Strömungs¬
Geschwindigkeit
an
wird
Dampfspannung ent¬
sprechen würde. Es wurde deshalb die ganze Gas-Dampfmischungs¬
reihe auf die effektive Dampfkonzentration geprüft, auf direkte
Art, indem je 100 1 Gas-Dampfgemisch durch Silicagel geleitet
aufnehmen als der
ein Gas
weniger Dampf
und
der Gewichtszunahme die Konzentration bestimmt wird.
aus
Kontrollprüfungen ergeben sich bei der Eichung beider
Feuchtigkeitsmesser. Aus der Abweichung des charakteristischen
Kurvenverlaufs von Interferometer und Psychrometer kann auf den
Zwei
64
—
—
Sättigungsgrad geschlossen werden. Es ergab sich aus dieser
Kontrollmessung, daß bis zu einer Oasströmungsgeschwindigkeit
von 150 1/h, also bis rund 50«/o relat.
Feuchtigkeit w, die Sättigung
des Gases praktisch vollständig ist. Bei
steigender Konzentration
ergeben sich kleinere Abweichungen vom theoretischen Dampf¬
gehalt, wie aus der Zusammenstellung der effektiven Dampfkon¬
zentrationen in Tabelle 2 hervorgeht. Die Zahlen sind Mittelwerte
aus den Bestimmungen der drei
Kontrollmessungen :
Tabelle
2.
Effektive Dampfkonzentrationsverhältnisse.
Einstellung
w°/o
Wasserstoff
w%
W°/o
50
50
60
69
50
59
68
77
85
93
60
70
80
90
100
Luft
78,5
88
97
Kohlensäure
w%
50
60
69
78
87
96
c) Adsorption: Da die Adsorptionsgrößen teilweise ab¬
hängig sind von Art und Größe der Adsorbensschicht, so wurden
für die Adsorptionsgefäße AG bestimmte Größenmaße
gewählt;
AO I
Durchmesser
d
=
Querschnitt
F
=
Ein Adsorbensvolumen
Das Gefäß
eine
I trägt
Messingsiebplatte
unter 2
mm
40
von
AG II eine Schichthöhe
von
5
20
AO II
mm
3,1
ccm
cm3
ergibt
d
=
F
=
beim
32
mm
8 cm2
Adsorptionsgefäß
cm.
Boden einen Gasfilter G I, Gefäß II
als
von
1,8
Bohrung. Für Korngrößen
Porzellansiebplatte von 0,8 mm
mm
wird diese gegen eine
Lochweite ausgetauscht.
Gefäß I dient
hauptsächlich
Aufnahme der
Adsorptions¬
Tage dauert. Ge¬
fäß II wird zur Messung des Durchbruchs,
Feuchtigkeitsgradkurve
und des Sättigungswertes benützt, die
durchgehend mit 40 ccm
Prüfgut bestimmt wurden.
isotherme,
Das
Form.
die mit
ca.
zur
2 g Adsorbens rund zwei
Adsorptionsgefäß
AG II hat die in
Fig.
11
dargestellte
65
-
Die
Gaseinführungsstelle
Der
fäßbodens.
untere
—
befindet sich 4
dient
Ansatz
zur
cm
oberhalb des Ge¬
Aufnahme
des
ver¬
chemisch wirkenden
flüssigten Adsorbens bei der Prüfung von
Trocknungsmitteln. Das Gefäß kann durch zwei Quetschhähne
geschlossen
ab¬
werden.
l_
0
w
Fig.
Adsorptionsgefäß
11.
AO II.
Fig.
12.
Psychrometer (Prinzip August).
d) Feuchtigkeitsmessung: Vor und nach der Adsorp¬
tion kann der Feuchtigkeitsgrad des Gasstromes entweder mit
einem Psychrometer oder mit dem Interferometer geprüft werden.
Als Psychrometer wurde eine nach Fig. 12 dargestellte Aus¬
führungsform
steht
aus
nach dem
einem 20
mm
Prinzip
weiten
Es be¬
August konstruiert.
von
U-Rohr,
in dessen beide Schenkel
Zehntel-Celsiusgrade eingeteilten und gegenseitig geeichten
Thermometer eingesetzt sind. Bei a strömt das Gas ein, passiert
die auf
zuerst
das
trockene
Thermometer
Schenkel die mit einem feuchten,
chen
umgebene Quecksilberkugel
und tritt bei b wieder
Je
nach dem
I
und
nachher
im
zweiten
weitmaschigen Baumwolläppdes feuchten Thermometers
II
aus.
Feuchtigkeitsgehalt
des
einströmenden
Gases
Läppchen eine größere oder kleinere Menge
Wasser. Die dadurch bedingte Abkühlung wird auf das feuchte
Thermometer übertragen und aus der Temperaturdifferenz beider
Thermometer läßt sich auf den Feuchtigkeitsgrad schließen. An
der Stelle, wo sich die Quecksilberkugeln befinden, ist das U-
verdampft
auf dem
-
Rohr verengt und
so
66
—
dimensioniert, daß bei einer Gasströmungs¬
300 1/h die örtliche lineare
geschwindigkeit
Geschwindigkeit
rund 3 m/sec beträgt. Das
Läppchen umgibt eng anliegend die
ganze Quecksilberkugel, mündet anschließend noch im engen Teil¬
stück in ein Glasrohr von gleichem Durchmesser wie die Thermo¬
meterkugel und reicht bis in die Glaskugel, in die sich das Glas¬
von
rohr außerhalb des U-Rohres erweitert.
gleichmäßig an der Quecksilberkugel
Glaskugel angesetzten Trichter T, der
schlossen
Dadurch strömt das Gas
vorbei.
Durch den
an
der
wegen des Gasdruckes
ver¬
bleibt, kann Wasser nachgefüllt werden.
Als Interferometer stand ein Laboratoriumsinstrument
Haber-Löwe
nach
Kammerlänge zur Verfügung. Das Prinzip
dieser Messung besteht in der Bestimmung des
Brechungsunter¬
schiedes von Vergleichsgas und Prüfgas. Der Unterschied wird
aber nicht in absoluten Zahlen, sondern in Skalenwerten einer
von
1
m
Meßtrommel erhalten.
Der Unterschied der Ablesung
gleichsgas (TTo) gegenüber dem Probegas (TT) stellt
für die brechende Kraft, den
Brechungsunterschied dar:
TT
Bedeutet
n
TTo
den
=
JW
Ver¬
von
das Maß
(Interferometerwerte).
Brechungskoeffizienten, so versteht
Dampfes den Wert
man
unter
brechender Kraft eines Gases oder
ß
Nach dem Gesetz
Erfahrungsgemäß
(«
—
Biot-Arago
von
Gasgemisches gleich
=
1)
die
10«.
ist die brechende Kraft eines
der Summe der
sind
.
partiellen brechenden Kräfte.
Interferometerwerte den brechenden
Kräften proportional, d. h. die Interferometer-Eichkurven sind
praktische Bereiche Geraden.
für
Beide
Gasteilströme, als Vergleichsgas vollständig trockenes
Gas, als Prüfgas das Trägergas mit variablem Feuchtigkeitsgrad,
werden mit konstanter
temperatur
Strömungsgeschwindigkeit
und bei Zimmer¬
in die Interferometerkammern
gasgeschwindigkeit
Still
wird stets auf
geleitet. Die Vergleichs¬
gleichen Stand des Strömungs¬
eingestellt, was einer Geschwindigkeit für Wasser¬
1/h und bei Kohlensäuregas von 90 1/h entspricht (bei
Verwendung der entsprechenden Kapillaren).
messers
stoff
von
75
67
—
Brechungskraft
Die
betragen
Trägergase und
der drei
für weißes Licht
(A
—
man
139,0
293,0
Luft
ßn,
ßL
Kohlendioxyd
Wasserdampf
/5co2= 449,0
ßn20= 257,5 (D-Linie)
Wasserstoff
Bildet
Wasserdampf
von
A°)
550
=
Aß,
die Differenzen
Aß
=
so
=
=
ergibt
sich
118,5
—
£h20
=
—
ßn2o
=
35,5
,Sco2— ßHfi
=
191,5
/?h2
=
ßh
=
-
:
gesättigten Träger¬
empirisch aufgenommenen Eichkurven
Die Interferometerwerte JW für die mit 100 %
gase
den
betragen nach
(Fig. 14):
Da die
H2
|HsOD
L
/H2Od
=
COa/H20D
=
=
Wasserstoff
Für
E
=
=
0,85 °/„ relat. Feuchtigkeit
2,94
=0,52
1—2 Trommelteile sicher
Feuchtigkeitsbestimmung
± 0,8
—
1,5 %
w
=
0,175
—
0,25 g/m3
=
± 3,0-6,0%
w
=
0,5
—1,0
„
Kohlensäure
=
+0,5— 1,0 %
w
=
0,1
—0,2
„
kann
das
Adsorptionsisotherme
geeignet,
das die relat.
Letzteres
angibt.
Thermostaten
plaziert
Interferometer
dienen.
Feuchtigkeit
Instrument
nicht
zur
Dafür ist das
w
gestattet
ist, be¬
bei
Luft
nahme der
nau
fW
192/lT
E der
Luft-Wasserdampf
meter
34
]W
=
Trommeleinstellung auf
trägt die Genauigkeit
1
117 JW;
auch auf
zudem,
werden kann, Messungen bis
zu
Auf¬
Psychro¬
ca.
da
1 <y0 ge¬
es
im
100 o/o relat.
auszuführen, während beim Interferometer wegen des
Feuchtigkeit
werden muß.
Taupunktes auf die Zimmertemperatur geachtet
kleinen
Schwankungen
Beim Psychrometer ist die Empfindlichkeit
zu berück¬
der
Ablesungen
der
bei
die
Auswertung
unterworfen,
die entsprechenden
sichtigen sind, während beim Interferometer
Skalenwerte genau konstant bleiben.
Den in dieser Arbeit ausgeführten
folgende Bedingungen
zu
Qrunde:
Untersuchungen lagen
68
—
Adsorptionstemperatur
Trägergase
—
20 °C
Gasströmungsgeschwindigkeit
Wasserdampfkonzentrationen :
Wasserstoff, Luft, Kohlendioxyd
1/h, resp. 250 1/h
10, 20, 30,
°/o relat. Feuchtigkeit
330
.
.
.
Die
Temperatur kann zwischen etwa 10—50° variiert werden;
gleichzeitig ändert sich aber dementsprechend die Dampfkonzen¬
tration.
Zur
Vorbereitung
mindestens
150°
eines Versuchsadsorbens wurde dasselbe bei
5 h.
im
Trockenschrank
erhitzt
(meist
über
Nacht).
100
so
60
kO
10
20
Fig.
*o
60
Auswertung
Menge in
a
a*
=
—
Bedeutet G die
sorptionswert,
maßen
wo
no
wo
reo
no
zoo
Interferometer-Eichkurve für Gas-Wasserdampf-Qemische.
13.
Zur
mene
so
der
g/100 g
Versuchsergebnisse
Adsorbens
wird die
(Gewichtsprozent)
aufgenom¬
oder
g/100ccm Adsorbens angegeben.
Einwaage,
so
ergeben
V das
Adsorbensvolumen und A den Ad¬
sich die erwähnten Größen
:
a
=
100/1/G
=
g/100g
o*
=
100
=
g/100ccm
A\V
folgender¬
69
—
Zur
—
graphischen Darstellung der Adsorptionsisotherme wird
Dampfkonzentration in Prozent relat. Feuchtig¬
Ordinate die Beladungsmenge in g/100 g oder g/100 ccm
als Abszisse die
keit,
als
aufgeführt.
Die Durchschlagskurve stellt die Abhängigkeit der Feuchtig¬
keit im durchgeströmten Trägergas (Ordinatenwerte) zur Ad¬
sorptionszeit Z dar, welche als Abszisse aufgetragen wird.
ta
20
Fig.
Psychrometer-Eichkurve
14.
(Temp,
In den
meter und
2.
Gas-Wasserdampf-Gemische
des trockenen Thermometers
Figuren 13 und 14 sind die
Psychrometer dargestellt.
Adsorptionsprüfungen
a)
Nach
für
Untersuchungen
zeigt Silicagel
=
20°
C).
Eichkurven
mit verschiedenen
von
Interfero¬
Trägergasen
Versuche.
von
im statischen
s
a
10
72
M>
16
R. Ruckstuhl im hiesigen Institut
Versuch, bei
sonst
gleichen
Bedin¬
nach dem Gas, das
gungen, unterschiedliche Sättigungswerte je
den Versuchsraum erfüllt. Um dieses Verhalten für dynamische
Verhältnisse
zu
prüfen,
wurde mit verschiedenen
Wasserstoff
Luft
Kohlensäure
H2,
und
C02
Trägergasen:
70
—
—
die
Adsorptionsisotherme und die Feuchtigkeitsgradkurve einer
Silicagelprobe aufgenommen.
Zur Ermittlung der Adsorptionsisotherme wurde das Ver¬
suchsgel in steigender und fallender Reihenfolge der relat. Feuch¬
tigkeit, in Intervallen von 10 zu 10<>/o, bis zur Sättigung beladen
und der jeweilige Sättigungswert gravimetrisch bestimmt.
Adsorptionsgefäß
A O I
Adsorbens
Silicagel
Einwaage
G
—
Nr. 1
2,448
weitporig, (Institut)
•
g
Der
durch
Adsorptionsendpunkt wurde mittelst Psychrometer oder
Wägen bis zur Gewichtskonstanz festgestellt.
Die
Gleichgewichtsbeladungen für Wasserdampf für die drei
Trägergase sind in Gewichtsprozenten in Tabelle 3 wiedergegeben.
Tabelle
Adsorptionsisothermen
Relative
Feuchtigkeit
V
3.
mit verschiedenen
Gleichgewichtsbeladung
Sorption
H2
Luft
co2
20
40
60
70
80
90
100
5,5
11,2
23,1
5,5
10,4
19,8
37,8
52,4
60,7
63,7
30,2
47,1
59,4
63,4
4,1
9,5
19,5
29,2
43,4
58,2
61,5
Trägergasen.
g/100g
Desorption
Hs
Luft
0,2
0,1
0,0
6,2
12,1
5,7
4,5
11,6
37,6
54,8
59,5
61,3
9,6
31,4
51,1
57,4
60,3
0
•
ini
45,5
56,3
61,2
63,4
Die
graphische Auswertung unter Korrektur
Feuchtigkeitsgrade gibt Fig. 15 wieder.
co2
der wirklichen
Zur Aufnahme der
Feuchtigkeitsgradkurve wurde ein Ver¬
gleichen Bedingungen mit Hilfe der
drei Trägergase beladen und nach gewissen Gasdurchflußmengen,
die mit der Gasuhr gemessen wurden, der Feuchtigkeitsgrad hinter
dem Adsorbens mittels Psychrometer bestimmt.
suchsgel nacheinander
unter
Versuch
Adsorbens
Gasfeuchtigkeit
sbedingungen:
Silicagel Nr. 2, engporig,
70 °/o relat. Feuchtigkeit
Adsorptionsgefäß
A G II
Gelmenge
V
=
40 ccm,
G
Schüttgewicht Gs
2—5
mm
=
29,548
=
73,8 g/100
(Institut)
g
ccm
71
ZO
10
Fig.
15.
30
Adsorptionsisothermen
von
(Gel
Nr.
70
60
SO
<hO
Silicagel
30
mit verschiedenen
90
100
Trägergasen.
1, weitporig).
70
^^^
*
6s-
SO
so
sgrad/n
0
'S
sis
"
S/S
*
'/
^
^
30
•
//
/
10
10
rid
ssershft
Luif/
//
I
/
a
j
Trag trgasmt nge inL
ZOO
Fig.
16.
WO
600
600
Feuchtigkeitsgradkurven
von
1000
Silicagel
1100
ter
MO
mit verschiedenen
(Gel Nr. 2, engporig).
1600
Trägergasen.
—
In Tab. 4 und
Fig.
72
—
16 sind die
Versuchsergebnisse
wieder¬
gegeben.
Tabelle 4.
Durchschlagswerte
Q
=
Wd
=
bei verschiedenen
durchgeflossene Trägergasmenge in Liter.
durchgelassene Feuchtigkeit in Prozent.
Feuchtigkeitsgrad
Q
Trägergasen.
in Liter
20
25
40
45
50
100
150
200
250
300
400
500
Wasserstoff
Luft
0,0
0,0
0,0
1,0
1,5
3,5
1,0
1,5
—
—
4,5
4,0
8,0
9,0
13,0
17,5
22,0
25,0
31,5
36,5
41,5
44,5
35,5
39,5
44,0
47,5
51,0
54,5
12,0
17,0
21,0
24,0
31,0
36,0
41,5
45,0
47,5
51,0
53,0
56,0
59,0
62,0
64,0
65,5
67,5
57,5
60,5
63,0
65,0
67,5
69,0
Trägergas
0,0
1,0
—
7,0
10,0
14,5
19,0
24,0
30,5
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
49,0
53,0
56,5
59,0
61,5
65,5
66,5
67,5
68,5
68,0
69,0
Sättigungsbeladung
Silicagel
Wasserstoff
Luft
Kohlensäure
wd in °/o
Kohlensäure
Nr. 1,
weitporig
in
g/100g
Nr. 2, eng
Silicagel
63,7
63,4
23,2
61,5
19,2
—
b) Zusammenfassung der Ergebnisse.
Für
die
Adsorptionsisotherme ergibt sich folgendes Bild:
Adsorption, d. h. bis zu einer Dampfkonzen¬
ca. 40o/o relat.
Feuchtigkeit, sind die Gleichgewichts-
Im Gebiet der reinen
tration
von
—
beladungen bei den
73
—
Trägergasen ziemlich gleich, einzig die von
niedriger. Im Bereiche des steilen Anstieges,
drei
Kohlensäure ist etwas
Kapillarkondensation, d. h. zwischen 40
Feuchtigkeit, zeigen sich größere Differenzen
d. h. der ausschließlichen
bis etwa 80<>/o relat.
Adsorptionswert. Die Qleichgewichtsbeladung nimmt zu in der
Reihenfolge: Kohlensäure, Luft, Wasserstoff. Die Werte für Luft
liegen dabei etwa in der Mitte. Im Bereiche höchster Beladungs¬
dichte nähern sich die Verhältnisse wieder denen bei niedriger
im
Sättigungsbeladung
gleich groß ist (64 g/100 g) ;
wenig kleiner (62 g/100 g).
Dampfkonzentration,
sodaß die
stoff und Luft wieder
säure ist sie
Bei der
nur
Desorption
bei Wasser¬
bei Kohlen¬
sind die Verhältnisse sehr ähnlich.
Feuchtigkeitsgradkurve für 70 o/o relat. Feuchtigkeit,
engporiges Gel aufgenommen wurde, zeigen sich grund¬
sätzlich die nämlichen Aspekte. Der Durchschlagsverlauf für
Wasserstoff liegt um 4—6 o/o niedriger; bei Luft und Kohlensäure
ist er zuerst ungefähr gleich, steigt dann von 20 o/o w an, bei
Bei der
die für ein
Kohlensäure etwas rascher.
Erklärung für diese Tatsache ist in der Mischadsorption
Adsorptionsverdrängung zu suchen. Je größer die selek¬
der Trägergase, umso kleiner wird die Wasser¬
Aufnahme
tive
dampfadsorption sein. Erstere ist aber gewöhnlich umso größer, je
höher Siedepunkt und kritische Temperatur des Gases liegen82).
Die
und der
Zusammenstellung dieser Daten mit
der Gase an Aktivkohle, welch letztere
Eine
werten
den
von
Adsorptions¬
W. Hene 83)
wurden, zeigt das deutlich:
bestimmt
adsorb.
Menge (15°C)
Gas
Sdp.
krit. T.
Wasserstoff
-253°
-240°
5
Luft
-190
-141
8
31
48
Kohlensäure
-
78,5
+
ccm
Beladungswerte für Wasserdampf nehmen tatsächlich in
gleicher Reihenfolge ab, wie Siedepunkt, kritische Temperatur
und adsorbierte Menge der betreffenden Trägergase zunehmen.
Die
82)
M)
O. Schmidt, Z.
Diss.
Hamburg,
physikal.
1927.
Ch. 133, 263
(1928).
—
Prüfung
3.
von
74
Aluminogelen
—
diverser
Herstellungsart
a) Versuche.
Nach verschiedenen Methoden
den
auf
einigen
hergestellte Aluminogele
Wasserdampf-Adsorptionsvermögen geprüft.
das
Gelen wurde
nur
die
Sättigungsbeladung,
von
wur¬
Von
anderen
die
Adsorptionsisotherme bestimmt. Der Endpunkt wurde interferometrisch, die Beladungsmenge gravimetrisch festgestellt.
Versuchsbedingungen:
Korngröße
Trägergas
Adsorptionsgefäß
Tab. 5 und
isotherme
wurde
nur
2—5
mm
Wasserstoff
A G I
Fig. 17 enthalten die Versuchswerte der Adsorptions¬
Aluminogel Nr. 1, 2, 7 und 16. Von Nr. 7 und 16
die Sorptionskurve bestimmt.
von
Tabelle
5.
Adsorptionsisothermenwerte verschiedener Aluminogele.
Relative
Feuchtigkeit
w°/o
0
10
Beladungsmenge
Nr 1
Sorption
—
4,7'
20
30
40
Desorption
Sorpton
0,1
5,0
—
3,0
4,7
—
8,5
—
50
60
70
80
14,9
18,6
24,0
26,7
90
100
28,1
28,7
in
g/100
Nr. 2
.
13,2
9,0
13,0
—
26,0
27,2
27,6
28,0
28,2
17,1
21,3
28,4
—
31,7
—
Versuchsbedingungen
Desorption
0,3
—
6,1
15,7
25,4
28,8
—
30,5
—
—
zur Bestimmung
beladung:
Prüfadsorbentien
Dampfkonzentration
Oelmenge
g
Nr. 7
Nr. 16
Sorption
Sorption
lOccm
2,9
—
—
6,7
6,6
—
—
10,7
13,7
18,1
25,3
10,2
—
15,6
20,0
—
—
34,3
der
Aluminogele Nr. 6, 8, 9, 10,
% relat. Feuchtigkeit
97
—
—
2,0
36,0
Sättigungs¬
15
—
10
Fig.
17.
—
SO
W
30
2D
75
Adsorptionsisothermen
von
80
70
60
Aluminogelen
90
100
verschiedener
Herstellungsart.
Tabelle 6
gibt die Zusammenstellung
der
Versuchswerte
mit
Schüttgewicht und Sättigungsbeladung As in g/100 g und g/100
In der letzten Kolonne ist das Fällungsmittel des Aluminoccm.
gels aufgeführt.
Tabelle
Sättigungsbeladung
Al-Oel
Nr.
Schüttgew.
g/dl
6
8
9
10
15
1
2
7
16
S
6.
verschiedener
Aluminogele.
Sättigungswert
g/100ccm
g/100g
89,3
62,2
82,2
70,2
64,2
21,6
32,8
29,8
84,0
87,5
80,0
74,0
28,7
31,7
34,3
36,0
30,0
33,0
19,3
20,5
24,4
21,1
21,1
Fällungsmittel
AI-Salzlösung
gasförmiges NH3
Sodalösung
Bicarbonatlösung
Aluminatlösung
wäßriges NH,
wäßriges NHS
gasförmiges NH3
Kohlensäure
b) Zusammenfassung.
97 o/o relat.
Sättigungsbeladung (Dampfkonzentration
Gewichts¬
30—36
Feuchtigkeit) der aktivsten Aluminogele beträgt
der Literatur,
prozent. Die Resultate decken sich mit den Angaben
Die
die zwischen 20—36 °/o
=
schwanken.
Adsorptionsisotherme ist von der nämlichen
Charakteristik wie beim Silicagel. Der erste Wendepunkt liegt bei
40 o/o relat. Feuchtigkeit, der zweite bei etwa 80 o/0 (Silicagel:
30 und 80 o/o).
Der Verlauf der
76
—
4.
—
Vergleichende Prüfung gekörnter Adsorbentien
a)
In nachstehender
Versuche.
Untersuchung
wurden
diejenigen Trock¬
physikalischen Be¬
schaffenheit in gekörnte Form beliebiger Korngröße
bringen
lassen, auf ihr Trocknungsvermögen geprüft. Außer Calcium- und
nungsmittel,
welche
sich
auf
Grund
ihrer
Bariumoxyd wurden die Prüfadsorbentien
Korngröße untersucht.
in der handelsüblichen
Form und
Die
Prüfung
schlagskurve. Zu
erstreckt
sich
auf die
Ermittlung der Durch¬
Trägergasstrom von
konstanter Strömungsgeschwindigkeit und bestimmter
Feuchtig¬
keit durch das Versuchstrockenmittel geleitet und in bestimmten
Zeitabständen der Feuchtigkeitsgrad des Gases
gemessen. Gleich¬
zeitig wurde die Dienstzeit ermittelt, d. h. die von Beginn des Ver¬
suchs bis zum Auftreten der ersten Spuren
Feuchtigkeit im aus¬
tretenden Gas verstreichende Zeit, ferner der
Filtergrenzwert, das
ist die bis zum Durchbruch adsorbierte
Dampfmenge, und endlich
der Sättigungswert, die maximal aufgenommene
Dampfmenge.
diesem Zwecke wurde ein
Versuchsbedingungen:
Prüfadsorbentien
14
Korngröße
handelsübliche Form
Trägergas
Wasserstoff
Gasströmungsgeschw.
Oasfeuchligkeit
70%
verschiedene, gekörnte Trocknungsmittel
320
1/h
relat.
Feuchtigkeit
;
p
=
12,3
mm
Hg
/= 12,1 g/m*
Prüfmenge
40
Adsorptionsgefäß
A G II
ccm
Der Feuchtigkeitsgrad wurde mit dem Interferometer, der Be¬
ladungswert mit der Waage und die Adsorptionszeit mit der Stopp¬
uhr gemessen.
Um die
Gasfeuchtigkeit von genau 70 % zu erreichen, die
beträgt nur 69 °/o relat. Feuchtigkeit, wurde der trockene
Trägergasteil soweit erniedrigt, bis der Interferometerwert JW
von 81 auf 82,5 stieg.
effektive
77
—
betrug
nun
Zur
Untersuchungsreihe eingehalten.
Durchführung
sorptionsgefäßes
trockenen
Stunde; dieses Verhältnis
80 statt 90 Liter pro
wurde für die ganze
des
Strömungsgeschwindigkeit
Die resultierende
Anteils
—
wird
eines Versuches
zuerst mit Wasserstoff
die Luft des Ad¬
verdrängt
und dann das
ccm Probe¬
Go).
(Gewicht
in
Schütteln
durch
längeres
trocknungsmittel eingefüllt, welche
die
einem 50 ccm Meßzylinder abgemessen werden. Nachdem
Luft neuerdings restlos verdrängt ist, wird nochmals gewogen
GA) ergibt
G). Die Gewichtsdifferenz (G— Go
(Gewicht
40 ccm.
von
die Gewichtsmenge der eingefüllten Volumenmenge
Daraus wird das Schüttgewicht S,
Gefäß gewogen
Darauf werden 40
=
=
=
S==!°0_^ing/l00ccm
ermittelt.
Vor der
Adsorption wird der Nullpunkt
des Interfero¬
meters ohne und mit Versuchsadsorbens bestimmt.
Beide fallen
solange trockenes Trägergas
Unter Ausschaltung des Ge¬
Fall
ist.
der
bis
dies
durchgeleitet,
relat.
fäßes wird der Gasstrom auf 70 <y0
Feuchtigkeit eingestellt,
meist zusammen, andernfalls
der
wird
Interferometerwert beobachtet
nungsmittel umgeschaltet.
Der
und
hernach auf das Trock¬
Interferometerausschlag
Nullpunkt
bei den meisten Adsorbentien nicht auf den
innerhalb einer sehr kurzen
einen relativ
kleinen,
stimmten
Höhe, bei
verbleibt,
um
Dann
Zeitspanne.
aber sehr raschen
Anstieg
fällt
oder
beobachtet
bis
zu
nun
nur
man
einer be¬
längere Zeit
langsamer anzusteigen.
der der Interferometerwert meist
nach einer
gewissen
Zeit viel
Jedes Trockenmittel zeigt einen charakteristischen Schwellenwert
der Trocknungswirkung. Als Durchbruch wird derjenige Punkt be¬
zeichnet, bei
dem der Interferometerwert ühi zwei Trommelteile
zugleich
und entspricht
Instrumentes
des
Empfindlichkeit
analytische
einer relat. Feuchtigkeit von 1,5 o/0 (/
0,25 g/m3).
Aktivkohle und bei
bei
wurde
nur
Der Adsorptionsversuch
den Aktivgelen bis zur Sättigung durchgeführt. Bei den Chemosorbentien ist die Sättigungszeit sehr groß und aus diesem Grunde
über den konstanten Schwellenwert
gestiegen
ist. Das ist
die
=
wurden hier die weiteren Versuche bis
zu
einer Dauer
von
250 Mi-
78
—
—
durchgeführt. Um einen Vergleich ziehen zu können, wurde
Calciumchlorid, feinkörnig und Kaliumhydroxyd, mit 4—5 g
Substanz das Adsorptionsmaximum bestimmt und dieses auf das
Gewicht von 40 ccm umgerechnet.
nuten
von
Die
Sättigungsbeladung
wird in
g/100 g und g/100 ccm an¬
gegeben.
Filtergrenzwert AD und Sättigungswert As wird
noch der prozentuale Verhältnisfaktor h gebildet:
Aus
h in %
=
^
•
As
100
Der
Feuchtigkeitsgrad wird in absoluter Feuchtigkeit / in
g/m3 angegeben. Um die entsprechende Interferometereichkurve
der Fig. 13 zu erhalten, sind einfach der Nullpunkt
(0; 0) und
Endpunkt Pt (118; 17,3) durch eine Gerade zu verbinden, da
118 JW dem Feuchtigkeitsgrad w
100 o/o oder der absoluten
Feuchtigkeit /
17,3 g/m3 entsprechen.
Wenn der Sättigungswert beinahe erreicht ist, verläuft die
Feuchtigkeitsgradkurve asymptotisch aus, sodaß zur vollständigen
Sättigung eine sehr lange Zeit benötigt würde. Eine sehr kleine
Sättigungsdifferenz wird vernachlässigt.
Der Versuch mit Blaugel, bei dem infolge Farbwechsel das
Steigen der Durchbruchszone innerhalb der Gelschicht genau ver¬
folgt werden kann, zeigt, daß der Durchbruch oft nicht an allen
=
=
Stellen
auf
zur
gleichen Zeit eintrifft. Es
ist
das,
wie beobachtet
wird,
die
ungleichmäßige Verteilung der Korngrößen zurückzu¬
führen. Beim gewöhnlichen Umgießen findet stets eine Klassie¬
rung der Körner statt. Aus den beiden Doppelversuchen von Silicagel 588 und Blaugel geht hervor, daß wenn das Einfüllen der
Probegele unter guter Durchmischung vorgenommen wird, eine
größere Dienstzeit resultiert. Bei Silicagel 588 ist dieser Unter¬
schied viel
größer, da dieses
weist als das
Blaugel.
Um
werden die Adsorbentien
und in kleinen Portionen
Vergleicht
schriebenen
einer
man
Gel
vor
Fehlerquelle
dem Einfüllen gut
vermeiden,
durchgemischt
zu
eingefüllt.
ferner die
Prüfungsresultate,
Versuchsanordnung
für ähnliche
größere Kornunterschiede auf¬
diese
Zwecke
I erzielt
benutzten
wurden,
die mit der be¬
mit
denjenigen
Versuchsapparatur II,
so
79
—
unterscheiden sich diese sowohl
—
inbezug
auf die Dienstzeit bei
auch im stark unter¬
gleichen Versuchsbedingungen,
Verhalten aufzuklären,
dieses
Um
Adsorptionsverlauf.
beider
wurden die Versuchsbedingungen
Apparaturen genau kon¬
als
sonst
schiedlichen
verglichen:
trolliert und
Oasgeschw.
Thermostat
Versuchsanordnung
Versuchsanordnung
I
20°
Luft
320
II
20°
Wasser
308
Oas-Sättigung
82,5
1/h
1/h
Art der
JW
Medium
Temp.
87,0
Gasmischung
H2S04/HaO
Gasströmungsgeschwindigkeit der Versuchsanordnung I ist
unter Berücksichtigung des Widerstandes um 12 1/h größer, weist
aber eine etwas kleinere Dampfkonzentration auf, entsprechend
Die
4,5 Interferometerwerten JW,
Feuchtigkeit
was
0,65 g/m3 oder 3,8
°/o
relat.
gegenseitig sich
Dampfkonzentration
ausmacht. Beide Unterschiede wirken
aufhebend. Betrachtet
man
die Differenz der
Versuchsanordnung I rund 5,4 o/o
dient. Für Silicagel 588
als
Vergleich
12,1
g/m3
niedriger,
mit
der
die
Versuchsanordnung II gemessen,
Dienstzeit,
beträgt
Für die Versuchsanordnung I könnte sie, wenn vom
62 Min.
für
sich,
so
ist diese für die
wenn
Gasströmungsunterschied abgesehen wird, um diese 5,4<>/o
höher, also bei 65,5 Min. liegen. In Wirklichkeit ist die Resistenz¬
zeit aber für das Silicagel 588 um 32 Min. niedriger, bei 30 Min.,
sodaß der Grund für diese ungleichen Meßwerte anderswo liegen
muß. Das nämliche Probegel wurde nun einmal mit der Versuchs¬
kleinen
anordnung II, dann mit der Versuchsanordnung I und zuletzt mit
dem Trägergasstrom der Versuchsanordnung I, wobei aber das
Adsorptionsgefäß in den Wasserthermostaten der andern Appa¬
ratur gebracht wurde, untersucht.
In den Tabellen 7—10 und den Figuren 19—20 sind die Ver¬
suchsergebnisse festgehalten.
In der ersten Tabelle 7 sind die gemessenen Versuchsdaten
ausführlich
weiligen
wiedergegeben,
aus
denen der
Weg,
auf dem die
Schlußresultate gewonnen wurden, ersichtlich ist.
Es bedeuten:
w
o/o
TTo
Feuchtigkeit des Trägergases,
Interferometer-Nullpunkt,
relat.
je¬
—
Z
gemessene
TT
beobachtete
80
—
Adsorptionszeit
Trommelteile,
in
Min.,
JW
Interferometerwerte
Df
Feuchtigkeitsgehalt des behandelten Trägergases
in g/m3, abgelesen aus der Eichkurve von
Fig. 13.
=
Tabelle
Feuchtigkeitsgradwerte
W%
TTo
0 Blindvers.
70
0 Versuch
70
Z Min.
TT
—
TTo,
7.
Aktivkohle Nr. 1.
von
TT
JW
in
g/n
110
27
1
38
11
2
1,6
52
25
3
62
35
4
68
41
3,65
5,1
6,0
5
72
45
7,5
76,5
49,5
10
80
53
15
83
56
20
86
59
30
89
62
40
65
50
92
94
67
75
6,6
7,2
7,7
8,2
8,6
9,05
9,5
9,8
97
70
10,25
71,5
10,45
10,8
11,1
11,3
11,4
11,5
100
150
200
250
300
350
98,5
100,5
73,5
103
76
104
77
105
78
105,5
78,5
A
Es wurden
Df
27
4,0
folgende Trocknungsmittel geprüft:
Aktivkohle Nr. 1,
Aktivkohle Nr. 2,
graupenförmig, Benzorbonkohle,
feinkörnig, Noritkohle,
Silicagel 588, engporig, Uetikon,
Blaugel, Institut,
Aluminogel 26, Fällung mit Ammoniaklösung,
Calciumchlorid, technisch, grobkörnig,
—
81
—
Calciumchlorid, rein, grobkörnig,
Calciumchlorid, feinkörnig,
Natriumhydroxyd, Pillenform,
Kaliumhydroxyd, Pillenform,
Calciumoxyd,
Bariumoxyd,
Natronkalk,
Calcium, metallisch.
Tabelle 8.
Adsorptlonsverlauf
von
Silicagel
588 unter versch.
Durchschlag
Luftthermostat
Vers. Zeit
Min.
15
Mit Körner-
Kassierung
Mit Körner-
in
Bedingungen.
g/m3
Wasserthermostat
Vers.-Anord. I
Vers.-Anord.ll
mischung
0,1
18
20
30
35
45
50
0,25
0,55
1,1
1,45
57
60
2,25
0,2
0,7
1,2
2,05
2,75
3,5
4,25
62
130
3,05
3,6
4,1
4,75
5,1
5,55
6,1
140
6,5
150
6,8
160
170
7,3
7,6
8,05
8,4
8,7
80
90
100
110
120
180
190
200
225
250
275
300
350
0 25
0,4
65
70
0,1
0,25
9,5
10,2
11,3
11,6
11,95
5,2
6,2
7,2
7,9
8,75
9,5
10,3
10,9
11,8
12,05
82
—
—
Tabelle
Durchschlagswerte
von
Blaugel
9.
mit und ohne
Durchschlag
Vers. Zeit
Z. Min.
Körnerklassierung.
g/m3
Mit Körner¬
Ohne Körner
klassierung
klassierung
31
34
0,1
38
0,25
40
in
—
0,1
0,2
0,25
0,9
1,9
2,9
3,8
4,5
5,25
5,8
6,4
6,9
7,4
8,2
8,6
9,05
9,5
10,4
11,1
11,6
11,7
43
50
60
70
80
90
100
110
120
135
150
175
200
225
250
275
300
325
350
SécêSelse*.IMesu,pp.Ij
Silicaqclsss Nssserthermostet
Hdsorphonszeif Z in Hin.
Fig.
18.
Durchschlagskurve
von
Silicagel
588 und
Blaugel.
83
—
—
Tabelle
10.
Durchschlagswerte gekörnter Trocknungsmittel.
Durchschlag
Vers. Zeit
ZMin:
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12,5
15
A-Kohle 2
—
0,1
0,25
1,25
—
4,0
4,8
5,2
5,4
5,8
6,1
17,5
20
25
30
35
40
6,85
7,2
7,45
—
7,8
45
50
60
70
8,0
—
8,45
—
80
—
120
130
140
150
—
9,05
0,55
9,7
175
2,3
1,0
1,1
10,45
—
350
10,9
400
11,05
450
11,1
500
0,7
—
—
—
0,7
—
—
—
0,85
—
—
—
1,0
—
1,2
1,7
2,0
—
—
0,85
—
1,5
1,7
2,1
—
1,05
—
1,3
6,25
—
7,0
7,4
8,45
2,3
2,6
2,9
3,55
3,8
1,7
2,05
2,5
3,7
—
3,9
4,25
4,5
5,4
4,95
5,4
5,7
5,85
6,25
6,6
7,2
—
8,35
8,45
8,6
—
—
—
—
3,3
4,65
—
—
9,9
10,2
10,4
10,7
10,9
11,0
11,05
11,3
—
—
—
—
9,05
9,5
—
—
2,6
2,9
3,3
—
5,5
5,7
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—•
Fortsetzung.
Vers. Zeit
ZMin.
KOH
1
0,55
2
—
3
—
4
—
—
—
1,55
—
300
—
—
1,4
5,25
—
250
—
—
0,7
4,6
192
—
—
—
2,9
3,3
3,6
—
225
0,55
—
0,85
0,9
—
0,25
0,4
0,55
—
—
1,55
1,7
1,95
—
—
—
—
CaCl2
feinkörnig
0,25
—
1,1
—
10,25
rein
0,7
—
190
200
technisch
—
0,7
1,0
Adsorbens.
CaC!2
0,4
0,5
0,1
0,25
•
—
g/m3.
—
—
—
in
CaClj
0,1
—
—
—
75
90
100
Al-Oel 26
—
CaO
BaO
9,35
11,0
11,4
1,9
2,55
3,8
4,25
Natronkalk
1,9
2,6
3,65
4,4
—
Vers. Zeit
ZMin.
KOH
5
6
8
10
CaO
0,85
1,0
12
15
20
25
30
40
—
1,85
—
—
1,85
—
—
—
—
—
—
2,15
—
~~^^
—
_____—
^
( /
7
-—'
"
_,
,---''
—
Fig.
In
19.
""
-—
—
Aktivkohle N-1
Rktirkohle A"2
~I MuminogelN*Z6
CaCU technisch
*
fldsorpNonszeiï Z in Min.
11
—
13
sind die charakteristischen Trock-
nungsleistungswerte zusammengefaßt.
GA
Gs
Ca Ck rein
CaClz feinhörnig
Feuchtigkeitsgradkurven gekörnter Adsorbentien.
den Tabellen
K
^.—
^_-
~~
.*~~*'
V^^
10,4
10,55
h"=——-~~
V^
/
—
11,05
11,15
is S;
\
—
10,75
10,7
10,55
10,5
—
9,2
9,3
—
—
11,0
10,9
—
—
2,25
—
8,6
8,75
—
—
9,8
10,0
10,25
10,45
10,7
7,9
—
2,05
—
8,75
6,1
6,5
6,85
7,4
—
1,85
10,8
10,9
—
—
—
—
7,6
—
—
10,6
—
5,7
—
—
—
—
—
5,25
5,4
—
—
—
—
—
—
10,25
6,55
—
—
—
45
50
60
75
100
125
150
180
200
220
230
250
—
—
9,8
5,7
6,05
—
—
Metall. Calcium
5,0
5,25
—
11,85
—
Natronkalk
4,7
4,9
—
—
—
BaO
11,7
1,35
1,55
1,85
84
Es sind das
folgende
Werte
Korngröße
Trocknungsmittels,
Adsorbensmenge in g der 40 ccm Versuchsmenge,
des
Schüttgewicht
in
g/100
ccm,
:
85
—
Resistenzzeit,
ZD
Dienst- oder
5
Schwellenwert in
AD
As
Filtergrenzwert
Sattigungswert
h
Verhaltniszahl in o/0
Sattigungswert
Sattigungswert
as
a*
g/m3,
in
g,
in g,
in
in
=
rr="
K
AD/AS,
100
g/100
g/100
^"'
1
—
g
ccm.
---
—z:
—
it
te
WS S
s
*/
Natriumhydroxyd
'
Kahumhudroxyd
Calciumoxyd
1
-
—
Bariurnoxyd
if
Nahronkalk
rittet/ Calcium
e
--o-j
__
.
/
n
I
Rdsorphonszçit Z m Mm
Fig.
20
Feuchtigkeitsgradkurven gekörnter
Tabelle
Trocknungsleistungswerte
Sorbens
Korngröße
K
in
mm
der
Prufmenge
GA
in
g
A-Kohle I
A-Kohle II
SiO,-Qel 588
2
-5
15,086
1
-2
14,776
2
—5
Blaugel (Institut)
0,5—2
AI-Gel 26
2
—5
31,474
31,785
36,936
CaCl2 technisch
CaCl2 rein
4
—6
6-8
24,550
22,142
1
-4
25,981
6
-7
47,648
46,080
40,345
42,506
37,210
32,259
CaCl2 feinkornig
NaOH
KOH
CaO
BaO
6
-7
2
—5
2
—5
Natronkalk
2
-6
Metall. Ca
1,5-2,5
SO
200
ISO
100
SO
Adsorbentien
1 1.
gekörnten Trocknungsmittel.
Schuttgewicht
Gs
in
g/dl
37,7
36,9
78,8
79,5
92,5
61,5
55,3
65,0
119,3
115,2
101,0
106,0
93,1
58,25
Dienstzeit
Z„Min
Schwellenwert
S g/m»
0
—
4
—
35
43
5
25
30
45
192
220
—
30
0,25
0,05
0,0
0,7
0,7
0,55
2,15
1,85
—
5,1
—
—
—
86
—
Tabelle 11
Sorbens
Filtergrenzwert
AD
A-Kohle I
A-Kohle II
SiOa-Gel 588
Blaugel (Institut)
AI-Oel 26
CaCIs technisch
CaCla rein
CaCI2 feinkörnig
in g
(Fortsetzung).
Sättigungswert
As
Verhältnis
in g
0,0
0,273
2,987
4,660
2,170
2,701
0,326
1,518
8,959
h
—
28,40
—
—
35,800
-
—
—
7,63
—
138,0
—
40,900
7,47
11,66
22,4
22,6
18,93
20,50
—
—
Sättigungswert
aj
19,85
31,6
28,50
—
9,032
2,727
10,388
11,768
as
5,86
24,20
30,30
4,31
7,572
1,838
NaOH
KO H
CaO
BaO
Natronkalk
Metall. Ca
—
89,5
-
28,75
—
88,0
102,0
______
1,227
-
-
3,277
—
—
_
8,8
—
8,17
_____
Tabelle
Dienstzeit bei
12.
Körnerklassierung
und
Blaugel
Körnerklassierung
Körnermischung
Silicagel
20 Min.
43
30
„
„
13.
bei
Luft- und Wasserthermostat.
Silicagel 588.
Thermostatmedium
zD
AD
As
h
S
Luft
30
2,170
0,25
57
4,0
8,959
8,960
24,2
Wasser
44,6
Der
588
38 Min.
Tabelle
Trocknungsleistungswerte
Körnermischung.
Filtergrenzwert AD
stat wird rechnerisch
für die ganze
330
250
für den Versuch mit Wasserthermo¬
ermittelt.
Untersuchung
zs
Der Schwellenwert bezieht sich
auf den
bentien in den Trockentürmen der
Trocknungsgrad der AdsorApparatur, der als Nullpunkt
angenommen ist.
Bei der
keit
des
Prüfung
des
Farbindikators
Blaugels wird zugleich die Empfindlich¬
festgestellt. Beim Durchbruch, ent¬
sprechend 0,25 g/m3, wird
blaßrot.
Dieser
die oberste Schicht farblos bis schwach
Farbumschlag
vollzieht sich in sehr kurzer Zeit,
sodaß der Durchbruch durch den Indikator
gezeigt
wird.
praktisch
genau
an¬
—
87
—
b) Zusammenfassung
der
Ergebnisse.
Gastrocknungsmittel zeigen große Unter¬
ein gewisser
schiede im Trocknungsvermögen. Charakteristisch ist
eine
und
einstellt
rasch
gewisse Zeit ein¬
Schwellenwert, der sich
Die verschiedenen
der als
Durch¬
gehalten wird, bis zu einem bestimmten Punkt,
Moment an beginnt
bruchspunkt angenommen wird. Von diesem
der Feuchtigkeitsgrad mehr oder weniger schnell zu steigen.
Die größten, auf das Gewicht bezogenen Sättigungswerte
Für Aktiv¬
weisen Calciumchlorid und die Alkalihydroxyde auf.
Größe.
ziemlich
Wert
von
gleicher
dieser
ist
Gele
kohle und die
Bezieht
volumen,
man
so
aber
Sättigungsbeladung auf das AdsorbensAktivkohlen, entsprechend ihres hydro¬
die
fallen die
phoben Charakters,
stark zurück.
Zwecke
Vergleicht man die Dienstzeit, welche für praktische
und
eine ausschlaggebende Rolle spielt, so zeigen sich Silicagel
enorm
Calciumchlorid ungefähr ebenbürtig. Auffallend sind die
hohen Resistenzzeiten der
Alkalihydroxyde.
Letztere weisen aber
In
Moment ziemlich hohe Schwellenwerte auf.
ungünstiges
Bezug auf Trocknungswirkung und Trocknungsleistung
als
steht Si¬
einen
licagel am günstigsten da, weil auch Calciumchlorid
beachten
Zu
ist,
Schwellenwert
zeigt.
0,3—0,45 g/m3 höheren
sich diese Versuchswerte auf etwas ungleiche Korngrößen
um
daß
be¬
ziehen.
Durch
Adsorptionsisotherme,
mit
Feuchtigkeitsgradkurve
verbunden
mit
Filtergrenzwert und Sättigungswert,
und Schüttgewicht,
der Ermittlung von Korngröße, Siebanalyse
Das Trockcharakterisiert.
ist ein Trocknungsmittel weitgehend
Es erreicht
sein.
nungsleistungsverhältnis h soll möglichst groß
die höchsten Werte bei Silicagel und den Alkalihydroxyden.
Dienstzeit,
Der Verlauf der
Feuchtigkeitsgradkurve
sorptiv wirkenden Sorbentien
von
ist für die
parabelähnlicher
chemisch wirkenden Sorbentien ist der Verlauf
Bei Calciumchlorid und
zweimaliges
das mit der
stärkeres
Bildung
Bariumoxyd
Ansteigen
von
zu
typisch
ad-
Natur. Bei den
unregelmäßiger.
ist nach dem Durchbruch ein
beobachten.
Salzhydraten
Offenbar
hängt
zusammen.
Einen andern Charakter nimmt die Kurve an,
wenn
sich das
—
Adsorptionsgefäß
(Fig. 18).
Doppelte;
in
statt
Die Dienstzeit
88
Luft
steigt
—
im
in
Wasserthermostat befindet
Beispiel um fast das
Sättigungswert wird
früher erreicht. Auch der Schwellenwert
liegt tiefer. Dieses Ver¬
halten ist offenbar darauf
zurückzuführen, daß im Wasser die ge¬
bildete Adsorptionswärme viel rascher
abgeführt wird als in Luft.
Für die vorliegenden Versuchsverhältnisse
steigt die Temperatur
im Innern der Gelschicht am
Anfang sehr rasch auf 60°. Die
Wärmeleitfähigkeit von Wasser beträgt für 20° rund das 25 fache
von Luft.
Im Luftthermostat
steigt die Temperatur der unteren
Gelschichten etwas höher, damit ist der
Filtergrenzwert der Einzel¬
schicht etwas kleiner und so müssen sich die
folgenden Schichten
etwas früher an der
Adsorption beteiligen, was wiederum ihre
frühere stärkere Erwärmung zur
Folge hat. Die Durchbruchszone
unserem
die Kurve wird steiler und der
erreicht damit die oberste Gelschicht früher als im
Wasserthermo¬
staten. Diese
Feststellung wird gestützt durch die Beobachtung,
daß der Feuchtigkeitsgrad sinkt wenn nach
Überschreitung der
Dienstzeit die Adsorption zum
eine
Temperaturausgleich
Zeitlang
Kühlung des Trockengutes kann die
Resistenzzeit also beträchtlich
vergrößert werden.
Bei Prüfungen auf Dienstzeit und
Filtergrenzwert ist auf gute
unterbrochen wird.
Körnermischung
licher
zu
Durch
achten. Der Kobaltindikator kann als
Durchbruchsanzeiger angesehen
5.
empfind¬
werden.
Prüfung flüssiger Trocknungsmittel
a) Versuche.
Von einer Reihe
flüssiger Trocknungsmittel wurde die Feuch¬
70 o/o relat.
Feuchtigkeit aufgenommen. Als
Adsorptionsgefäß dient eine Frittengaswaschflasche mit einem
tigkeitsgradkurve
von
Gasfilter G 1 und den Größenverhältnissen
Durchmesser
d
Fläche
F
=
30 mm,
=
28 cm2.
Geprüft wurden die Flüssigkeiten:
Schwefelsäure, 96 <y0, rein,
Phosphorsäure
Glycerin,
84 o/0,
:
89
—
—
Glykol,
Natriumhydroxydlösung, 50 °/o, fast gesättigt,
Mischsalzlösung von CaCl2 + Ca(N03)2, Verhältnis 70:30,
hergestellt aus beinahe gesättigten Lösungen beider Salze.
Versuchsbedingungen:
Trägergas
Feuchtigkeitsmesser
Versuchsmenge
Wasserstoff
Schichthöhe
h
Psychrometer
140
ccm
=
5
cm
Psychrometer-Eichkurve abgelesenen relativen Feuch¬
tigkeitsgrade werden in absolute Feuchtigkeitszahlen umgerechnet.
Die
aus
der
Die erhaltenen Versuchswerte sind in Tabelle 14 und den
21 und 22
festgehalten.
21.
1500
WOO
500
Fig.
Figuren
Feuchtigkeitsgradkurve flüssiger Trocknungsmittel.
»
^"
^'
.^'
^'
^
____———'
/
y
/'A
—
—~
—~
______
<&"
Phoiphorsaure
Glycerin
'S-—
/7
1
HdsorpHonszpir Z in Min.
V
tOO
Fig.
22.
100
300
100
Feuchtigkeitsgradkurve flüssiger Trocknungsmittel.
—
90
—
Tabelle
14.
Durchschlagswerte flüssiger Trocknungsmittel.
Vers. Zeit
ZMin.
Adsorbens
NaOH-
Lösung
H2SOt
HsPO«
Glycerin
Durchschlag
3
5
1,3
1,45
10
12
—
20
—
25
1,75
30
—
40
—
50
60
—
—
—
—
—
—
—
0,85
1,05
0,7
0,95
—
—
1,3
1,4
—
—
—
—
1J
2,05
2,35
—
—
75
2,25
2,55
100
130
150
175
200
220
—
—
—
—
—
—
—
—
2,80
—
240
250
275
300
330
350
—
—
—
—
—
—
—
—
in
2,1
2,35
—
2,6
2,85
3,0
3,1
—
—
—
400
—
450
500
—
—
—
—
3,55
—
—
4,4
4,95
5,70
6,25
7,15
—
—
—
600
3,60
—
800
1000
1100
4,10
—
4,70
—
1250
—
1300
1500
1600
—
—
—
6,25
—
4,65
6,65
6,90
7,40
7,70
—
—
—
4,0
4,4
—
1,75
3,5
—
3,7
3,8
—
—
—
—
—
0,85
—
—
3,05
0,15
0,45
—
—
3,4
—
—
•—
5,5
5,95
—
Olykol
g/ms
—
Mischsalzlösung
8,15
8,4
8,8
—
9,6
—
10,4
—
10,8
11,35
—
11,80
—
—
—
7,95
8,55
9,35
9,85
10,05
11,15
11,95
12,10
—
—
0,10
0,15
0,25
0,35
0,70
0,85
b) Zusammenfassung
der
Ergebnisse.
Die
geprüften flüssigen Trockenmittel zeigen sehr unter¬
Trocknungsvermögen. Die weitaus größte Trock¬
nungsleistung und den größten Trocknungswirkungsgrad weist die
schiedliches
Schwefelsäure auf mit einer Dienstzeit
flacher
von
1250 Min. und sehr
Durchschlagskurve. Phosphorsäure, Glycerin, Glykol
und
Natriumhydroxydlösung zeigen wohl bedeutendes Aufnahmever¬
mögen, aber ihre Anfangsdurchschlagswerte sind sehr hoch, wäh-
91
—
—
Salzlösung fast ohne Wirkung ist. Nach den
Angaben der Literatur sollte diese Salzmischung von allen vor¬
geschlagenen Salzlösungen den größten Wirkungsgrad zeigen84).
rend die untersuchte
Prüfung pulverförmiger Adsorptionsmittel
6. Statische
pulverförmigen Trocknungsmitteln, die sich
Trocknen strömender Gase eignen, aber im statischen
Von den
zum
such nach der
liches
sogenannten Exsikkatormethode
Aufnahmevermögen zeigen,
fungsmethode
Ver¬
Teil beträcht¬
wurde nach der statischen Prü¬
Luftatmosphäre
in
zum
nicht
Beladungskurve
die
aufge¬
nommen.
Arbeitsweise.
a)
In
Versuchsmengen
3 g wurden die
von ca.
Trocknungspulver
abgeschlossenen Glasglocke bei
20° C einem Wasserdampfdruck,
unter einer
Wägegläsern
stanter Temperatur von
sprechend 70o/o relat. Feuchtigkeit
tigkeit, ausgesetzt.
in
oder
12,1 gm3
kon¬
ent¬
absol. Feuch¬
Untersuchung in einem abge¬
(Kapelle), der, wie in Fig. 42 angegeben ist,
automatisch regulierten Thermostat ausgebaut ist. Zur
Die Glocke befindet sich
zur
schlossenen Räume
zu
einem
Dampfpartialdruckes
des
Einstellung
sierschale mit
200
ca.
ccm
befindet sich eine Kristalli¬
Schwefelsäure
von
33,1
Gewichts¬
eingebauter Rührer mit Queck¬
Glasglocke.
prozenten
silberabschluß sorgt für beständige Durchmischung der Flüssig¬
Ein
in der
keit,
eine
um
gleichmäßige Sättigung
des Versuchsraumes
zu
ge¬
währleisten.
b) Versuche.
In gemessenen Zeitabständen wird die Gewichtszunahme der
Versuchsadsorbentien
rechnet auf
Figuren
g/100
g,
bestimmt
ergibt
und
der
Beladungswert,
umge¬
die Versuchswerte der Tab. 15 und der
23 und 24.
Vergleich wurden außer den pulverförmigen noch einige
Gele
gekörnte und flüssige Adsorbentien gleichzeitig geprüft. Die
Zum
und die Salze wurden zuerst bei 150° vorbehandelt, während die
anderen in einer
s*)
E.
gut trockenen
Boye, Ch.
Z. 64, 81
Form verwendet wurden.
(1941).
—
10
20
Fig.
Zur
23.
30
to
Magnesiumoxyd
3.
Kupfersulfat
4.
Natronsalpeter
Kalksalpeter
9.
10.
11.
Magnesiumchlorid
Calciumchlorid
Silicagel FIR
Aluminogel Nr.
Ätznatron
SO
90
15 Trockenmittel:
(NO„),
MgCI2
CaCI2
SiOs, Actigel (Lausanne)
2
Diäthylenglykol
14. Schwefelsäure
15.
70
ZnCl2
12. Aluminiumchlorid
13.
SO
MgO
Na2SO^
CuS04
NaNOs
Ca
6. Zinkchlorid
8.
50
Untersuchung gelangten folgende
1.
7.
—
Beladungskurve pulverförmiger Trocknungsmittel.
2. Natriumsulfat
5.
92
Phosphorpentoxyd
Ai,Os
NaOH Pillenform
A1C1S (Präparat f.
QH10O,
H„S04 96%, rein
pso6
organ.
Synth.)
100
93
—
-
Tabelle
1 5.
Trockenmi ttel.
Beladungskurvenwerte pul ver f örmiger
Beladungshöhe
Adsorbens
in
g/100
25 h
50 h
75 h
5,2
5,7
0,05
0,1
MgO
Na2S04
3,0
3,8
2.
0,1
3.
CuS03
3,3
38,9
4.
NaN03
0,04
0,1
14,1
0,04
f
67,0
1.
7,0
31,4
6.
ZnCI,
7,7
41,2 f
7.
MgCl2
10,5
8.
CaCl2
9.
SiOa Actigel
Al203-Qel
5. Ca
10.
(NOs)a
11. NaOH
12.
A!CIS
13.
C4H10O5
H,S04
P206
14.
15.
g nach Stunden h
5h
100 h
5,9
—
51,0
47,5
0,08
0,08
fl
85,5
90,0 f1
100,0
—
85,0
100,0
169,0
174,0
132,7 fl
148,0
3,5
64,0
29,5
137,5
94,0
6,1
16,5
22,1
22,2
7,6
14,1
2,2
13,4
21,6
22,8
22,3
58,0 f
86,2 fl
2,4
2,1
4,0
8,1
11,2
21,3
38,9
57,3
22,4
30,8
22,7
55,8
94,3
53,4
116,5
3,8
20,3
52,1
80,3
f
—
—
fl
100,8
/ bezeichneten Stellen deuten den Beginn und // die
Verflüssigung des betreffenden Trocknungsmittels an.
Die mit
totale
120
too
i
Hlt03-6el
NaOH-
y
fl/C/j
C1H10O3
HzSO*
PzOs
80
y
/
-V^/
/
y
/
/
60
^r
'S
/.''
/
o
20
Beladungsitit in h
20
W
Fig.
24.
30
>fO
SO
60
10
SO
90
Beladungskurve pulverförmiger Trocknungsmittel.
100
94
—
—
c) Zusammenfassung der Ergebnisse.
Diese Art der
Prüfung,
die
Beladungshöhe
in
Beziehung
zur
Adsorptionszeit gesetzt, gibt
Adsorptionsgeschwin¬
digkeit, resp. Leistung und Adsorptionskapazität, nicht aber über
Auskunft über
die
Adsorptionsintensität
Durchschlagskurve
eines
über
alle
Trocknungsmittels, während eine
Adsorptionsgrößen Aufschluß
drei
erteilt.
Je größer die Adsorptionsleistung,
ladungskurve.
umso
steiler die Be¬
Einen sehr steilen
Anstieg weisen Magnesium- und Calciumchlorid auf; sie haben zudem ein sehr großes
Sättigungsmaximum.
Die Mitte halten Calciumnitrat und
Zinkchlorid, ferner Ätznatron,
Schwefelsäure und
Phosphorpentoxyd. Während aber die beiden
Sättigungswert erreichen, deuten die Kurven
der letzteren sehr hohe
Adsorptionskapazitäten an. Silicagel und
Aluminogel zeigen genau gleichen Adsorptionsverlauf. Auffallend
ist das Verhalten der Natriumsalze, die bei dieser
Dampftension
keine Aktivität zeigen, wo doch Natriumsulfat in der
flüssigen
Phase ein gutes Trocknungsmittel ist.
Bei dieser Prüfungsmethode ist zu
beachten, daß sich einzelne
Sorbentien, wie Phosphorpentoxyd, rasch mit einer Paste um¬
geben, sodaß nicht alle Teile mit dem Dampf in Berührung
kommen. Aus diesem Grunde wurde auf die
Bestimmung der
Sättigungsbeladung verzichtet.
ersteren rasch ihren
7.
Vergleichsprüfung
von
Silicagelen
a)
verschiedener Provenienz
Versuche.
Eine Reihe Silicagele verschiedener Provenienz wurden einer
vergleichenden Prüfung unterzogen, indem Durchbruchs- und
Sättigungsgrößen,
sowie die
Durchschlagskurve
Versuchsbedingungen:
Trägergas
Adsorbensmenge
Gasfeuchtigkeit
Qasgesch windigkeit
Versuchsgele
Wasserstoff
40
ccm
°/o retat. Feuchtigkeit
320 1/h
70
8
Silicagelsorten
ermittelt wurden.
—
—
A, stäbchenförmig, Katalysatorträger,
1. Sorte
Silicagel
95
Gebr. Hermann, Köln
Em, mittelporig, Gebr. Hermann
Silicagel-Gesellschaft G.m.b.H. Berlin
Actigel FIR, Lausanne
Blaugel, grobkörnig, I. G. Farbenindustrie
Nr. 31 a, (Prod. E. T. H.)
Nr. 588, engporig, Chem. Fabr. Uetikon
Blaugel, (Prod. E. T. H.)
2. Sorte
3.
4.
5.
6.
7.
8.
geben die Gegenüber-»
Stellung der erhaltenen Versuchswerte. Die Zahlen für Silicagel 588
Die Tabelle
und für
16 und die
25.
25—26
finden sich in den Tabellen 8 und 9.
Blaugel
100
SO
Fig.
Figuren
Durchschlagskurve
von
Silicagelen
ISO
ZOO
ISO
verschiedener Provenienz.
-
"1
.
^
1
---"*""
"""
-:>
/S
so
Fig.
26.
FIRRcUgel
BlaugelJQ
y
/
W3ta Inst
RdsorpHonszeit Z in Min.
100
Durchschlagskurve
von
ISO
Silicagelen
ZOO
ISO
verschiedener Provenienz.
—
96
—
Tabelle
Durchschlagswerte
von
Vers. Zeit
Sllicagelen. verschiedener
12
3
Durchschlag
1
3
4
5
6
8
10
12
14
15
20
0,45
0,6
1,6
3,95
5,3
0,45
0,60
0,80
1,1
—
6,8
7,25
7,9
9,2
—
—
40
45
50
55
57
60
65
70
75
80
90
95
100
110
120
130
140
150
160
170
175
190
200
210
225
250
275
300
350
—
0,25
23
35
—
0,15
2,65
3,25
22
25
28
30
Provenienz.
Adsorbens
Z Min.
2
16.
10,20
—
10,80
11,2
11,4
11,65
11,85
—
—
1,45
—
2,65
—
3,25
—
3,95
4,7
5,35
—
6,60
—
—
—
—
—
—
—
12,1
—
—
7,3
—
8,05
—
8,65
—
—
9,35
—
9,8
—
10,25
10,4
10,7
—
11,15
—
11,44
—
11,65
11,9
—
—
—
4
in
5
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,15
—
0,25
0,6
—
1,55
2,5
3,3
3,95
4,7
5,35
—
5,95
—
6,85
—
—
8,2
8,35
—
—
—
9,15
—
—
—
—
10,1
—
10,4
—
10,8
—
—
11,7
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,15
0,25
—
0,60
—
1,0
1,4
1,9
—
—
0,25
0,35
0,65
1,0
—
3,2
4,25
5,1
5,85
—
3,5
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,15
0,25
0,35
—
0,85
1,40
—
2,05
—
4,25
4,9
—
—
3,65
—
—
5,85
—
5,0
—
—
6,9
—
—
—
—
—
—
1,35
2,25
—
—
—
2,8
—
—
—
6
g/ms
7,9
—
6,9
7,1
—
8,65
—
—
9,1
—
10,9
11,65
—
12,1
—
—
—
—
8,05
—
9,8
—
_
10,3
10,85
—
—
12,0
9,2
10,7
11,6
12,1
—
folgenden Tabelle
sorptionswerte eingetragen :
In der
97
—
17 sind die charakteristischen Ad¬
T ab eile
1 7.
Trocknungsleistungswerte verschiedener Silicagelsorten.
.
Pro¬
venienz
Korn¬
Prüf¬
Schütt¬
größe
menge
mm
g
gewicht
g/dl
1
3-6
2
1—5
3
1-3
4
1-6
18,237
25,802
29,342
36,072
29,463
31,298
31,474
31,785
5
1-4
6
2—5
7
2-5
8
1-2
Pro¬
venienz
Verhältnis
Dienst¬
zeit
Filter¬
Sättigungs¬
grenzwert
wert
Min.
g
g
45,6
64,5
73,4
90,2
73,6
78,3
78,8
79,5
0
0
0,972
4
0,258
1,448
3,678
1,420
1,807
2,265
2,775
4,469
23
57
22
28
35
43
6,525
7,996
8,787
9,793
8,959
9,032
Sättigungsh
Filtergrenzwert
g/lOOg g/100ccm
1
0,0
2
4
5,75
22,2
46,0
4,95
10,2
5
16,2
4,82
6
18,45
5,75
7
25,2
8
30,7
7,20
8,75
3
0,0
1,0
5,33
17,32
22,35
22,15
29,8
31,3
28,45
28,45
0,0
0,65
3,62
9,2
3,55
4,51
5,66
6,94
b) Zusammenfassung
In dieser
Sättigungswert
g/100g gl 100 ccmi
Untersuchungsreihe
der
2,43
11,17
16,4
20,0
22,0
24,45
Zeit
Min.
75
300
400
250
350
22,40
300
330
22,55
400
Ergebnisse.
verschiedener
Silicagelsorten
steigendem Schütt¬
gewicht die Dienstzeit und dementsprechend auch der Filtergrenz¬
wert zunehmen. Berücksichtigt man gleichzeitig die Korngröße,
ist
so
von
bemerkenswerter Tatsache, daß mit
ist diese
Beziehung
ausgesprochener. Die Silicagele: Blau¬
und Blaugel mit ziemlich gleichen Schütt¬
noch
gel I.G, 31a, 588 Uetikon
gewichten zeigen auch kleine Unterschiede im Verlauf der Durch¬
schlagskurve. Das Katalysator-Trägergel Sorte A weist fast keine
Trocknungsfähigkeit auf, während das andere Extrem, Actigel FIR,
einen Kurvenverlauf aufweist wie Gel 588 bei der Prüfung mit
98
—
Wasserthermostat. Gel FIR
nicht den
—
von enorm
größten Sättigungswert,
hohem
Schüttgewicht weist
größte
dafür aber weitaus die
Dienstzeit auf und damit die hohe Verhältniszahl h
von
46 °/o.
Aus der Tabelle
geht ferner hervor, daß bei den guten Gelen
Trocknung unter vorliegenden Versuchsbedin¬
eine vollkommene
gungen bis
zur
3,5—9 g/100
Beladungshöhe
stattfindet.
5—10
von
Gewichtsprozent
oder
Die
Sättigungsbeladung beträgt für
die vorliegende Dampfkonzentration von 12,1
g/m3 rund 22—30
Gewichtsprozent oder 15—25 g/100 ccm.
ccm
8.
Der Einfluß der
Temperatur
a) Versuche.
Bei dieser Prüfung wurde die
Temperatur des Thermostaten
variiert; damit stehen Dampfsättigungsgefäße und Adsorptions¬
gefäß unter dem Temperatureinfluß. Es ändert sich also ent¬
sprechend die Dampfkonzentration. Die Trägergasmischung wird
auf 70 o/o relat.
Feuchtigkeit eingestellt. Damit ergeben sich fol¬
gende Temperatur- und Konzentrationsbedingungen:
T
iperatui r
»C
a
Dampfdurchfluß
mg/Min.
b
e
11
10
35,1
64,5
113,5
31,8
190,9
309,5
92,5
30
50
Versuch
18.
Konz. bei 70 %
Dampfkonzentration
mm Hg
g/m3
20
40
e
9,2
17,5
bed
Trägergas
mm
9,4
17,3
30,4
51,1
82,8
55,3
s
relat.
6,4
12,3
22,3
38.7
64.8
ingungen:
Wasserstoff
Feuchtigkeitsmessung
Psychrometer
Qasgesch windigkeit
320 1/h
Versuchsadsorbens
5,33 1/Min.
Silicagel 588, Uetikon
Gelmenge
40
ccm
=
=
31,474
g
Feuchtigkeit
g/m3
Hg
6,58
12,1
21,3
35,8
58,0
99
—
—
Tabelle
bei verschiedenen
Prüf werte
20
30
80
35
5
380
330
250
Min.
ZD
Dienstzeit
Sättigungszeit Zs
Min.
Temperaturen
10
in °C
Versuchstemp.
19.
von
Silicagel
40
588.
50
1,5
2,5
190
140
Filtergrenzwert
AD
in
in
8,92
g/100g
g/100 ccm
0,568
1,80
1,42
2,260
7,20
5,65
2,819
in g
7,02
0,477
0,464
1,51
1,19
1,16
1,47
Sättigungswert
As
in
g/100 g
g/100 ccm
7,773
8,194
8,244
8,959
8,481
in g
in
26,0
24,7
20,5
19,45
27,0
28,5
21,2
22,4
26,2
20,6
33,2
25,2
6,9
5,82
rechnerisch
ermittelt
Verhältniszahl
h
=
100
Der
•
ADjAs
Durchbruchswert
Sättigungsbeladung
mit der
wird
5,97
und
die
Waage.
1
«3
'
___^__
Thermosfäffempera
Fig.
27.
Abhängigkeit
der Dienstzeit
von
_.+
der
Thermostattemperatur.
100
—
b) Zusammenstellung
Mit erhöhter
—
der
Ergebnisse.
Adsorptionstemperatur
und
steigender Dampf¬
konzentration tritt ein sehr steiler Abfall des
Dienstzeit-Tempe¬
ratur-Diagramms
wert ändert sich
nur
wenig.
Mit
zuerst etwas zu,
da
von
an
fällt
ein
(Fig. 27).
Im
Gegensatz
Filtergrenz¬
zum
interessanterweise das
Oesamtaufnahmevermögen
steigender Temperatur
nimmt der
um
er
daß mit erhöhter
bei etwa 20
°
den
wieder allmählich.
Sättigungswert
größten Wert
zu
Entsprechend
der
Dampfkonzentration
die
erreichen
;
Tatsache,
Adsorptionsgeschwin¬
digkeit zunimmt, wird die Sättigungsbeladung mit steigender
Temperatur, bei ziemlich gleicher Größenordnung, in immer kür¬
zerer
Frist erreicht.
9.
Variation der
a)
Dampf konzentration
Versuche.
Bei dieser
stanter
Prüfung wurde die Dampfkonzentration bei kon¬
Temperatur variiert und die Durchschlagskurve aufge¬
nommen.
ss%ir
i
1
is'%
w
Î
___, SO%
If
30°IùW
lO'/o W
__
_1
100
Fig.
28.
——n°—I
ZOO
Durchschlagskurven
1
300
bei variabler
RdsorpHonszeit Z in Mm.
C
1
100
Dampfkonzentration.
;J
'<*'
—
101
-
Versuchsbedingungen:
Tabelle
Trägergas
Wasser
Qasgeschwindigkeit
330
Temperatur
20° C
Versuchsgel
Versuchsmenge
40ccm
gibt
eine
1/h
5,5 1/Min.
=
Silicagel
588
=
31,474 g
der
Zusammenstellung
Adsorptionsgrößen
Durchschlagskurven.
In graphischer Auswertung sind in Fig. 28 die Durchschlags¬
kurven, in den Figuren 29 und 30 die Abhängigkeit der Dienst- und
Sättigungszeit, sowie des Filter- und Sättigungswertes von der
Dampfkonzentration wiedergegeben.
20
und Tabelle 21 enthält die Versuchswerte der
N
1 -S
"-***<>
Sattigur gszeit^
Résister zzeir
Fig.
29.
Abhängigkeit
der
Adsorptionszeiten
Tabelle
Adsorptionsgrößen
in
^
£
RelaHvi•Feuchh
\
von
der
Dampfkonzentration.
2 0.
Abhängigkeit
der
Dampfkonzentration.
Dampf konzentration
10
w in °/0
Feuchtigkeit/in mg/1A
Durchfluß in mg/Min.
9,50
30
Dienstzeit
2'D
Min.
Sättigungszeit Zs
Min.
1,73
1,73
Relat. Feuchtigkeit
Absol.
5,18
28,5
50
8,65
47,6
69
88
11,95
15,2
65,8
83,5
180
70
55
30
20
380
420
400
350
300
102
—
Filtergrenzwert
AD
in g
in g/100g
in
g/100ccm
1,995
1,710
5,43
4,28
6,35
5,0
2,615
8,30
6,55
2,304
7,32
5,75
1,607
5,10
4,0
5,643
17,9
14,1
7,998
25,4
20,0
8,959
28,5
22,5
9,250
29,4
23,05
35,4
32,7
25,7
17,4
Sättigungswert
2,601
in
in
g/100g
g/100ccm
Verhältniszahl h
8,25
6,5
65,7
Tabelle
Durchschlagskurvenwerte
bei
21.
steigender Dampfkonzentration.
Dampfkonzentration
10
30
Versuchszeit Min.
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
70
Durchschlag
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,25
—
—
—
90
—
190
200
225
250
275
300
325
330
350
360
390
400
430
—
—
—
180
—
0,15
75
170
—
(
—
80
100
110
120
140
150
160
in
—
—
—
—
—
—
—
0,25
—
—
0,60
1,0
1,30
—
—
1,55
—
1,60
1,75
—
—
% relat. Feuchtigkeit
50
0,5
0,15
—
0,25
0,50
1,0
—
1,4
_
0,85
2,5
—
1,30
1,90
—
2,50
—
2,90
—
3,35
3,75
3,95
4,20
4,50
—
1,5
—
4,8
—
—
5,10
3,45
3,95
—
4,50
—
in
69
88
0,1
0,15
0,25
0,50
1,0
g/m3
—
0,25
0,55
2,05
—
1,1
1,45
—
3,05
—
—
2,25
3,05
—
—
5,85
—
3,6
4,1
4,75
5,10
5,55
6,45
6,8
—
—
7,4
—
8,5
—
10,7
11,25
—
7,6
—
12,40
5,25
—
5,85
6,20
6,6
—
7,45
7,90
—
8,20
8,4
8,55
9,5
—•
12,85
14,25
—
11,3
11,6
—
*
14,95
15,15
—
—
—
—
11,95
—
—
—
—
—
—
—
8,55
—
—
—
—
—
—
103
b) Zusammenjassung
Die Kurvenschar der
der
—
der
mit zunehmen¬
Durchschlagswerte zeigt
Anstieg,
(Fig. 28). Die
Sättigungszeit
bei 20° einen immer steileren
Dampfkonzentration
Anfangskurvenstück
kürzer wird
wobei das flache
Dienstzeit nimmt
von
Ergebnisse.
hyperbelartig ab, während die
Feuchtigkeit zunimmt, um nachher
(Fig. 29).
10 auf 30 o/0 relat.
radlinig
zu
fallen
fast ge¬
Sattigungsxtrh
r
1
Î
0
Relatire Feuchhg keif
HO
20
Fig.
Abhängigkeit
30.
der
w in
%
100
SO
60
Adsorptionswerte
von
der
Dampfkonzentration.
Beladungshöhe bis zum Durchbruch nimmt erst zu, er¬
reicht bei 50 o/o relat. Feuchtigkeit sein Maximum und fällt mit
stärkerer Neigung wieder ab, während die Kurve des Sättigungs¬
Die
wertes für dieses
steil ansteigt, dann flacher
werdend einem
zustrebt.
Silicagel erst sehr
asymptotischen Wert
nimmt die Verhältniszahl h dauernd ab.
tration
von
10 o/o relat.
Feuchtigkeit beträgt
grenzwertes rund 65 o/0
90 o,o relat. Feuchtigkeit
Dementsprechend
Dampfkonzen¬
Für eine
der Anteil des Filter¬
des Gesamtaufnahmevermögens,
auf 17o/0
zu
fallen
(Fig. 30).
um
bei
104
—
10. Der Einfluß
Die
Korngröße beeinflußt
-
der Korngröße
in ziemlichem Maße die
Adsorp¬
tionsgeschwindigkeit. Zur Untersuchung wurden die Adsorptions¬
größen und die Durchschlagskurve desselben Silicagels bei ver¬
schiedener
Korngröße bestimmt.
Versuchsbedingungen:
Trägergas
Wasserstoff
Oasgeschwindigkeit
Gasfeuchtigkeit
320 1/h
5,33 I/Min., entspr. 64,5 mg Dampf
70°/o relat. Feuchtigkeit
12,1 g/m3
Silicagel 593, grobkörnig, Uetikon
=
Adsorbens
Versuchsmenge
40
Korngrößen
1—2, 2—3, 3-4, 4-5, 5—6
in
mm
ccm
In den Tabellen 22 und 23 und den
fundenen
Durchschlagswerte
Tabelle
Durchschlags werte
in
mm
1—2
bei
2—3
Versuchszeit Min.
7
10
12
15
17
18
20
25
30
32
35
40
45
50
55
56
60
65
70
80
90
100
Figuren 31—33
und die
gegeben.
Korngröße
pro Min.
=
steigender Korngröße.
3—4
in
4-5
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
.
—
—
—
—
—
—
—
—
0,15
0,25
0,45
0,70
—
—
—
—
—
—
—
—
0,15
0,25
0,45
0,15
0,25
0,45
0,90
—
1,4
—
0,15
0,25
0,45
0,60
0,85
1,0
0,15
0,25
0,45
0,60
—
—
1,20
1,45
1,75
—
1,45
1,75
—
2,2
—
2,2
—
2,85
—
—
—
—
—
—
1,60
—
1,9
—
—
—
—
1,6
3,80
4,55
5-6
g/m3
—
—
wieder¬
2 2.
Durchschlag
—
sind die ge¬
Adsorptionsgrößen
3,2
3,90
4,10
'
2,90
3,95
4,55
—
2,8
—
3,3
3,8
4,4
5,15
—
3,35
—
3,9
4,4
4,85
—
105
—
Tabelle 2 2
Korngröße
in
mm
1—2
150
175
200
5,55
220
11,75
240
12,0
250
—
260
—
270
330
7,5
8,5
9,65
11,25
11,8
11,95
6,90
7,75
8,8
9,8
10,8
11,4
12,0
—
12,0
—
—
—
—
•—
—
—
—
Adsorptionsgrößen
5,80
6,0
5,90
—
6,80
—
7,9
7,55
8,5
9,45
9,85
—
9,3
10,1
—
—
—
11,4
12,0
—
10,55
11,0
11,55
12,0
Korngröße.
3—4
4—5
5—6
29,425
30,110
75,2
30,367
75,9
30,077
73,6
56
40
32
17
10
250
260
270
300
330
2—3
Versuchsmenge g
Schüttgewicht g/dl
28,700
71,7
Dienstzeit Min.
mm
Sättigungszeit
5—6
2 3.
bei verschiedener
1—2
Korngröße
4-5
g/m3
—
Tabelle
in
in
5,55
—
—
300
3-4
Durchschlag
5,4
6,0
7,3
8,65
125
(Fortsetzung).
2-3
Versuchszei tMin.
120
—
75,15
Filtergrenzwert
AD
in g
3,610
12,6
g/100g
g/100ccm 9,02
in
in
2,580
2,060
8,77
6,85
5,15
6,45
1,095
3,60
2,75
0,645
2,15
1,60
Sättigungswert
As
8,922
8,848
8,525
in g
9,225
30,5
22,15
29,6
22,3
29,15
23,1
11,90
in
g/100g
29,7
30,05
in
g/100ccm 21,3
23,1
8,912
29,6
22,25
Verhältniszahl
h
=
100
-AD\AS
42,3
b) Zusammenstellung
Mit
zu
steigender Korngröße
einem bestimmten
nimmt
es
wird das
Korndurchmesser
Ergebnisse.
Schüttgewicht größer
(4—5 mm) ; von da
bis
an
wieder ab.
Dienstzeit und
größe
der
7,25
Filtergrenzwert nehmen mit steigender Korn¬
zur Abszisse geneigten Kurve ab, wäh-
mit schwach konvex
—
106
—
rend die
Sättigungsbeladung konstant bleibt (Fig. 33). Sehr stark
Korngröße beeinflußt wird das Verhältnis h; es beträgt
der Filtergrenzwert für die Korngröße von 1—2 mm rund 42
o/0
des Sättigungswertes, während er bei 5—6 mm
Korngröße nur
noch 7 o/o beträgt.
von
Fig.
der
31.
Durchschlagskurven
von
Silicagel
^\^
593 bei verschiedener
Korngröße.
1
Korngrösse in mm
Fig.
32.
Abhängigkeit
der Dienstzeit
von
der
Korngröße.
107
—
—
k.
1
A
î
ci
7
Y
Sathgungswert
!
<
r^.
^^-^^^
i
FiItergremwerh
Korngrbsse in
33.
Fig.
11.
der
Abhängigkeit
Prüfung
von
Adsorptionswerte
von
Korngröße.
der
Silicagelen verschiedener
mm
Porosität
a) Versuche.
Prüfung des Einflusses der Porigkeit wurden die Sorp¬
tionskurve, die Durchschlagskurve und die Adsorptionsgrößen
Zur
Gele
Silicagele mit verschiedener Porosität ermittelt. Zwei
an¬
von
von gleicher Provenienz, während das mittelporige
dreier
sind
Herkunft ist.
derer
Versuchsbedingungen:
Trägergas
Versuchsgele
Wasserstoff
1.
Engporiges Silicagel, Uetikon
2.
Mittelporiges Gel Em, Gebr.
3.
Weitporiges Silicagel,
Hermann
Uetikon
oc) Adsorptionstherme.
Zur
punkt
Bestimmung
wird mittelst
werden
ca.
2 g Gel verwendet.
Der End¬
Interferometer, der Sättigungswert mit der
Waage bestimmt.
Beladungshöhe wird in g/100 g und in g/100
24
gerechnet. Die Versuchsergebnisse geben Tabelle
Die
Figuren
34 und 35 wieder.
ccm
um¬
und
die
—
108
—
Tabelle
Sorptionskurvenwerte
2 4.
Silicagelen verschiedener Porosität.
von
Belad ungshöhe
Relat.
engporiges Gel
g/100g g/100ccm
Feuchtigkeit
10
7,27
18,60
25,20
27,40
29,0
29,2
30,20
30
50
69
78,5
88
97
mittelporiges Gel
g/100g g/100 ccm
5,73
14,67
19,88
21,60
22,85
23,0
3,90
8,2
13,8
19,2
25,5
36,6
23,8
42,3
weitporiges Gel
g/100
2,54
5,35
8,97
12,5
16,6
23,8
27,5
g
2,50
1,15
2,4
4,8
10,8
22,6
36,0
37,0
5,2
10,43
23,5
49,0
78,0
80,5
1
g/100 ccm
?'
1
i
gshöhe
so
i
Beladun
engpor igesGel
mittelporigesû.
weitpoi igesG.
i
^
i
/
i
i
/
i
'
?
^^.i
U"
^
j^Çz-'
10
Fig.
34.
'S
RtlatF vchtir n%
W
30
*0
Sorptionskurven
Beladungshöhe
von
auf
SO
SO
10
SO
M
30
Silicagelen verschiedener
das Gelgewicht bezogen.
Porosität.
ß) Durchschlagskurve.
Von den drei
der
Silicagelen
Gasfeuchtigkeit von 30
wurde die
und 70
°o
Feuchtigkeitsgradkurve bei
relat. Feuchtigkeit aufge¬
nommen.
Versuchsbedingungen:
Versuchsgelmenge
40
Gasgeschwindigkeit
für
für
ccm
30% relat. Feuchtigkeit
70% relat. Feuchtigkeit
=
3301/h
=
5,50 I/Min.
=
3201/h
=
5,33 1/Min.
109
—
Tabelle
Durchschlagswerte
bei 30 o/0
Versuchszeit
ZA
in Min.
10
15
20
engporig. Gel
—
—
—
—
—
45
—
50
—
60
80
85
100
140
200
250
400
—
4,85
—
—
—
5,0
5,15
5,25
—
4,00
5,1
2,2
3,0
3,60
4,25
5,25
175
4,25
3,8
—
150
2,35
2,8
—
0,8
1,55
Gel
0,25
1,0
1,9
3,10
—
120
weitporig.
—
0,25
0,45
0,50
70
Feuchtigkeit.
0,2
0,25
0,5
1,0
2,05
0,15
30
relativer
Durchschlag
g/m3
mittelporig. Gel
—
25
2 5.
in
—
22
—
—
—
—
can
--'**'
o
oo
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/
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mittelpongesô
1
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!/
y6
__,.!
i>"
1
—
y
^,•'"
/
>
i
Relat Ftweht
Â'~
Fig.
35.
Sorptionskurven
Beladungshöhe
von
Silicagelen
m
%
verschiedener Porosität.
auf das Gelvolumen
bezogen.
—
110
Tabelle
Durchschlagswerte
2 6.
bei 70 °/o relativer
Versuchszeit
Durchschlag
in Min.
ZA
—
engporiges
2
—
3
—
4
Gel
10
—
0,80
1,1
1,45
—
15
—
20
2,65
—
0,25
24
30
45
70
6,6
7,30
8,05
8,65
9,35
—
80
100
110
120
—
—
5,85
6,45
7,25
140
150
—
9,8
10,25
—
—
8,4
180
—
10,8
11,1
—
—
—
11,3
11,45
—
190
200
230
250
—
9,35
9,8
10,25
10,4
10,7
11,15
—
160
175
—
8,65
—
1,9
2,8
50
—
7,85
5,35
—
60
—
3,95
4,70
—
40
—
—
0,9
1,3
35
—
4,85
5,95
—
—
22
—
0,60
—
—
—
9,15
11,50
11,80
11,90
—
10,4
11,6
12,0
•
275
280
Gel
0,45
1,0
1,6
2,8
3,36
0,25
0,15
12
weitporiges
—
—
8
g/m3
Oel
0,15
—
5
in
mittelporiges
Feuchtigkeit.
—
—
—
—
engporiges Sei
mittelporiges 6.
"
RdsorptionszeiiZ
j>
SO
Fig.
36.
WO
Durchschlagskurve
30 %
ISO
in Hin.
ZOO
Silicagelen verschiedener Porosität
relativer Feuchtigkeit.
von
zso
für
—
Ill
—
Die Tabellen 25 und 26 enthalten diese
in den
Figuren
Tabelle 27 enthält
Adsorptionsgrößen
graphisch dargestellt
die Zusammenstellung
Adsorptionsgrößen
von
2 7.
in
mm
40
ccm
Porosität.
t
Relative Porigkeit
mittelpor.
engpor. Gel
von
der verschiedenen
Silicagelen verschiedener
Adsorptionsgrößen
Gewicht
sind.
dieser drei Gele.
T"ab eile
Korngröße
Versuchswerte, welche
36 und 37
in g
Schüttgewicht g/dl
Gel
weitpor.
Gel
2-5
1—5
2-5
31,565
18,457
78,8
26,008
65,0
46,1
60
22
10
24
4
0
0,285
Dienstzeit in Min.
30%
70°/o
bei
bei
relat.
relat.
Filtergrenzwert
in g
relat.
Feuchtigkeit
Feuchtigkeit
1,710
1,548
0,627
0,258
bei 30% relat.
bei 70% relat.
Feuchtigkeit
Feuchtigkeit
5,42
4,90
2,41
1,0
6,119
8,519
1,981
1,044
4,469
3,135
30%
70°/o
bei
bei
in
Feuchtigkeit
Feuchtigkeit
relat.
0,0
g/100g
Beladungswert in g
bei 30% relat. Feuchtigkeit
bei 70% relat. Feuchtigkeit
1,55
0
Verhältnis h
bei
bei
30%
70%
relat.
relat.
Feuchtigkeit
Feuchtigkeit
Sättigungswert bei 100%
in g/100g
in g/100ccm
28,0
17,45
31,7
5,65
27,3
30,0
23,65
44,0
28,6
81,0
37,3
w
b) Zusammenstellung
der
Ergebnisse.
Silicagele mit völlig verschiedener Porosität, die zu
Untersuchung dienten, zeigen charakteristische Adsorptions¬
Die drei
dieser
eigenschaften.
Sorptionskurven. Das
typischen Anstieg da auf, wo
Von ganz abweichender Form sind ihre
engporige Gel weist keinen zweiten
Kapillarkondensation beginnt. Die
die
Kurve hat die Form der
—
112
—
—Ö"""
-,!S
"
^"^°
X
/
/
/
/
t
/
1
/
engponges Gel
nvtMponges û
1
weitoonaes 6
X
/
Rdsorphonsieit Zin Mm
Fig.
37.
Durchschlagskurve
70 %
reinen
Adsorption,
von
Silicagelen verschiedener Porosität
Feuchtigkeit.
bei
relativer
für welche das Gesetz
von
Boedecker-Freund-
lich und
Langmuir-V olmer gilt. Bei 70 <y0 relativer Feuchtigkeit
ist der Sättigungswert
praktisch schon erreicht. Ein ganz anderes
Verhalten zeigt das andere Extrem, das
weitporige Gel. Im Gebiet
der reinen
Adsorption, bis zu ca. 30 o/o relat. Feuchtigkeit, weist
niedrige Beladungswerte auf. Von 30 <y0 relat. Feuchtig¬
keit an, wo der Wendepunkt
ist, bis etwa 60 o/0 relat. Feuchtigkeit
findet ein mäßiges Ansteigen der Kurve
statt, während zwischen
es
sehr
60 bis
90 o/o
relat.
Feuchtigkeit
nahezu ein senkrechtes kurven¬
mäßiges Ansteigen des Beladungswertes auftritt. Das mittelporige
Gel zeigt ähnliches Verhalten wie das
weitporige.
Aus der
Sorptionskurve geht die starke Überlegenheit des
engporigen Gels für das Gebiet der niederen und der mittleren
Dampftensionen hervor, die auch durch die Feuchtigkeitsgrad¬
kurven für 30 o/o und 70 % relat.
(Figuren
Erst
Feuchtigkeit bestätigt werden
37).
bei Dampfkonzentrationen über 70 o/o relat.
Feuchtigkeit
36 und
erreichen das mittel- und das
weitporige Gel gleiche Beladungs¬
Vergleicht man die auf das Gelgewicht bezogenen Adsorp¬
tionswerte, so finden sich die Kurvenschnittpunkte des engporigen
werte.
Gels mit dem
83 o,o relat.
weitporigen
bei 72 o/0, mit dem
Feuchtigkeit (Fig. 34).
Wird die
mittelporigen bei
Wasserdampfkapazi-
113
—
tat
auf
das Gelvolumen
des
Gels
bezogen,
noch
stärker
engporigen
Dampfkonzentration von 50 % relat.
Beladungshöhe des engporigen Gels
das Vierfache des Wertes
die
Schnittpunkte
Überlegenheit
(Fig. 35). Für die
Feuchtigkeit z. B. beträgt die
so
tritt
die
hervor
mehr als das
mittel- und
Doppelte,
weitporigen
resp.
Gel. Auch
verschieben sich in diesem Falle noch mehr ins
Gebiet hoher Tension; sie
tigkeit.
vom
—
liegen
bei 87,5 resp. 79
o0
relat. Feuch¬
Auch im Gebiet der höchsten
Dampfkonzentration von
größerer Porigkeit, wenn der Adsorp¬
tionswert auf das Volumen bezogen wird, nicht mehr so stark
überlegen. Steigt der Sättigungswert für 100 «,o relat. Feuchtig¬
keit mit zunehmender Porosität von 30 auf 81 Gewichtsprozent,
so findet jetzt nur noch eine Erhöhung des Sättigungswertes von
23,5 auf 37 g/100 ccm statt (Figuren 34 und 35).
Mit zunehmendem Porenvolumen nimmt das Schüttgewicht
stark ab, für die Versuchsgele von 79 auf 46 g/100 ccm. Anderseits
nimmt auch Dienstzeit, Filtergrenzwert und Beladungswert in
diesem Sinne ab. Daraus und aus dem Verlauf der Sorptionskurven
80—100 »o
sind die Gele
nach Gewichts- und Volumenverhältnissen läßt sich
das
ableiten, daß
Kriterium ist für das
Schüttgewicht
Adsorptions¬
gewisses
vermögen und die Adsorptionsleistung eines Gels; je größer das
Schüttgewicht, umso größer die Gleichgewichtsbeladung und die
ein
Feststellung gilt aber nur für niedrige und mitt¬
Dampfkonzentrationen. Für die untersuchten Gele ist die Nei¬
gung der Sorptionskurve für das engporige Gel bis zu 50 o/o relat.
Feuchtigkeit stärker als die der Gele größerer Porigkeit. Über
50 o,o relat. Feuchtigkeit steigt die Gleichgewichtsbeladung sol¬
cher Gele wieder rascher an als bei den engporigen. Die Größen¬
differenz der Beladungshöhen erreicht ihr Maximum also bei 50»o
relat. Feuchtigkeit.
Vergleicht man noch die Sorptions- und die Durchschlags¬
Dienstzeit.
Diese
lere
so ist folgendes Verhalten beachtenswert : Aus
Gleichgewichtsbeladungen der Gele bei 30 und
70 o,o relat. Feuchtigkeit könnte man erwarten, daß Dienstzeit und
Durchschlagskurve der gröberporigen Gele für die höhere Dampf¬
konzentration von 70 o,o relat. Feuchtigkeit im Verhältnis zum eng¬
porigen Gel günstiger dastehen würde. Es ist das aber nicht der
kurven
miteinander,
dem Verhältnis der
—
Fall.
114
—
Obwohl die
grobporigen Gele gegenüber dem feinporigen
Gasfeuchtigkeit ein viel günstigeres Beladungswert¬
zeigen als bei 30 »o relat. Feuchtigkeit, nämlich 58 <y0
Gel bei 70 °/o
verhältnis
resp. 50 o/o gegen
tigkeit,
so
nur
sind doch
36,4 o/o resp. 16,4
Dienstzeit und
% bei 30 «/o relat. Feuch¬
Filtergrenzwert,
sowie die
Durchschlagswerte
grobporigen
tigkeit noch ungünstiger als bei 30 »,o relat. Feuchtigkeit gegen¬
über dem engporigen Gel. Eine bessere Durchschlagskurve der
grobporigen Gele gegenüber den engporigen ist daher auch bei
der
noch höherer
B*
Gele bei 70 °/o relat. Feuch¬
Dampfkonzentration
nicht
zu
erwarten.
Prüfung der Qualitätsverschlechterung von
Silicagel im Dauergebrauch
1.
Dynamische Beladungsapparatur
Zur Untersuchung der
Ermüdungserscheinungen des Silicagels wurde eine Beladungsapparatur gebaut, welche gestattet, ein
Probegel in kontinuierlicher Folge zu beladen
In Fig. 38 ist deren Aufbau wiedergegeben.
und
zu
regenerieren.
Die
Apparatur besteht zur Hauptsache aus drei Trockenturmreihen,
je ein Strömungsmesser St I, St II und St III vor- oder nachge¬
schaltet ist, ferner einem Thermostaten Th in den zwei
Frittengaswaschdenen
flaschen F mit
ein
aufgesetzten Tropftrichtern Tt,
eine
mit dem Elektromotor M betriebener Ruhrer R
Zur Konstanthaltung
Regulierung für Heizung
platte
der
Thermostattemperatur
und
Kühlung getroffen.
Bleirohrschlange
eingebaut
S und
sind.
wird eine automatische
Die
elektrische
Heiz¬
H ist mit dem elektrischen Relais EL und dem Kontaktthermometer
verbunden.
Mit der Zu- und
Ableitung
Ki
W für Wasser und der Niveauaus¬
gleichvorrichtung
als
mit
N kann dauernd Kuhlwasser zugeführt werden.
Zwischen den Trockenturmreihen befindet sich ein elektrischer Ofen E
Lufterhitzer. Er besteht aus einem 30 cm langen
Pyrexglasrohr, das
Porzellansattelfüllkörpern
beschickt ist und auf rund 300
°
erhitzt
wer¬
den kann.
Anschließend
an
den Thermostaten
das ins Ölbad O reichende
folgt
Adsorptionsgefäß A.
eine Waschflasche Wa und
Es besteht
aus einem weiten,
Qlasspirale umgeben ist. Unten
ist eine Porzellansiebplatte zur Aufnahme des
Probegels eingesetzt. Oben
kann durch einen Tubus ein Thermometer
eingesetzt werden (Fig. 39).
oben
umgebogenen Qlasrohr, das
von
einer
38.
.rutarap asgnudaleB ehcsimanyD
.giF
116
—
Die Trockenturmreihen
sind
so
über den Lufterhitzer miteinander
-
miteinander verbunden, daß je zwei
korrespondieren, während die dritte Turm¬
reihe unterdessen mit der eigentlichen
Adsorptionsapparatur zusammenge¬
schaltet werden kann. Außer dem
Luftweg durch den Thermostaten ist noch
eine Umwegleitung Lb eingeschaltet, mit der eine
beliebige Trockenturm¬
reihe mit dem Adsorptionsgefäß verbunden werden kann.
a) Beladung: Als Thermostattemperatur wird 20 ° C gewählt. Als
Trägergas dient Luft (aus der Druckluftleitung des Institutes), welche auf
eine relative Feuchtigkeit von 70 o/o
gebracht wird. Als Versuchsgelmenge
werden 50
eingefüllt. In einem Vorversuch wird zuerst die Sättigungs¬
bestimmt, die nachher für alle Beladungsversuche eingehalten wird. Sie
beträgt 2,5 Stunden bei der eingehaltenen Luftströmungsgeschwindigkeit von
ccm
zeit
1000 1/h.
Fig.
Zur
mit
39.
Adsorptionsgefäß
Durchführung
Silicagel gefüllt
jeder Reihe ist
der Beladungsversuche werden die Trockentürme
vollständigen Trocknung der Luft. Im ersten Turm
eine dicke Watteschicht eingefüllt, um die Luft
von
zur
zuerst
der
Hauptmenge mitgerissenem
Silicagel aufgefangen. Letzteres
der
Sättigungsendpunkt jeder
Die
140
ccm
Zur
A.
Öl
zu
befreien.
wird mit etwas
Der Rest wird durch das
Blaugel vermischt,
womit
Turmreihe angezeigt wird.
beiden Frittengaswaschflaschen im Thermostaten werden
33,lo/oiger Schwefelsäure beschickt (5 cm Schichthöhe).
Beladung
wird
das
Trägergas
schickt und die
mit
durch eine Trockenturmreihe
ge¬
Strömungsgeschwindigkeit auf 1000 1/h gebracht.
Bleirohrspirale wird die Luft auf die Versuchstemperatur eingestellt,
In
der
in den
beiden
Gaswaschflaschen mit der angegebenen
Feuchtigkeit beladen und
nachfolgenden, mit Raschigringen gefüllten Qaswaschflasche von
mitgerissenen Schwefelsäureteilchen befreit. Im Adsorptionsgefäß A wird
das Probegel allmählich mit
Wasserdampf beladen.
Durch die Beladungsversuche nimmt die Konzentration
der Schwefel¬
in der
säure
zu und damit der
Feuchtigkeitsgrad der Luft ab. Nach jedem Versuch
wird daher wieder Wasser bis gleiche Niveauhöhe
nachgefüllt.
b)
Regenerierung:
Durch Umstellen der beiden Hähne H wird
der trockene Luftstrom direkt ins
Adsorptionsgefäß geleitet,
wobei der ad-
117
—
—
ausgetrieben wird. Mit Oasrelais und Kon¬
Temperatur des Ölbades O konstant gehalten. Das
Bad wird innert 45 Minuten auf .145° gebracht und nach weiteren 30 Mi¬
nuten ist die Regenerierung, wie Vorversuche ergeben haben, beendet. Die
wieder
Wasserdampf
sortierte
taktthermometer wird die
Lufttemperatur steigt erst langsam und erreicht
Die großen Luftmengen, die vorgetrocknet
Trockenturmreihe
nach
2—3
Versuchen
reihe kontinuierlich durchführen
mit dem
Trockenturmsysteme
Mit dieser
suchsreihen
von
Prüfung
Zur
werden müssen, machen eine
unbrauchbar.
können
Lufterhitzer
Um
Aus
Fig.
40
des serienweise beladenen
Vakuumhahn
das
Vj,
geht
von
der
dessen
Wasser,
Versuchs¬
andern
in Ver¬
Adsorptionsprüfungsapparatur
Silicagels wurde eine.
benützt und damit je¬
Vakuumapparatur nach Gastaver-Bachmann
weils die Adsorptionsisotherme auf statischem Wege
einem Kolben t\
eine
gleichzeitig die
abwechselnd regeneriert.
werden
Beladungsapparatur wurde ein Silicagel
je 10 Beladungen behandelt.
Statische
2.
zu
nach etwa 60 Minuten 150°.
bestimmt.
Apparatur hervor. Sie besteht aus
Inhalt, mit dem Zulaufrohr Z und dem
Letzterer enthält
Kolben nach außen absperrt.
der Aufbau der
ca.
300
den
Dampf
ccm
adsorbiert werden soll.
Von da tritt der
Dampf
Drehhahn h in das Glasrohr R ein, welches in der Mitte eine
durch den
dient
pipettenartige Erweiterung P von ca. 150 ccm Inhalt besitzt. Letztere
Bei a und b befindet sich je
zur portionsweisen Zuführung des Dampfes.
ein Drehhahnschliff, um das Adsorptionskölbchen A von ca. 50 ccm Inhalt
abnehmen
zu
können.
Dieses
enthält das
zu
untersuchende Adsorbens.
Ausführung eines Versuches wird der Hahn V1 geschlossen, die
Hähne
geöffnet und die ganze Apparatur evakuiert. Darauf wird
übrigen
der Hahn h geschlossen und langsam das destillierte Wasser durch den
Hahn V, in den Kolben K fließen gelassen, bis dieser etwa zur Hälfte ge¬
füllt ist. Nach dem Schließen von Hahn V2 wird V4 langsam geöffnet, um
Luft einströmen zu lassen. Jetzt wird das Kölbchen A bei b abgenommen
Zur
(Gewicht Ao). Das Adsorbens wird nun durch einen
zugegeben, das Kölbchen wieder angeschlossen, von
nochmals gewogen (Ge¬
neuem evakuiert, V2 geschlossen und das Kölbchen
wicht Ao^-Q). Die Differenz der Wägungen ergibt das Gewicht des Ad¬
sorbens im Vakuum. Nun wird abermals luftleer gepumpt, V4 geschlossen
und durch Öffnen und Wiederschließen des Drehhahnes h der Dampf in
und luftleer gewogen
Glastrichter
die
Pipette
Öffnen
von
schnell
gelassen und der Dampfdruck M abgelesen. Durch
man den Dampf solange auf das Adsorbens einwirken,
P eintreten
A läßt
Gleichgewicht eingetreten ist, was in ca. 5
Schließen von V2 wird die Gewichtszunahme
bis
Minuten der Fall ist.
des
Kölbchens A
Nach
bestimmt,
118
Fig.
40.
Statische
Adsorptionsprüfungsapparatur.
welche der adsorbierten
Dampfmenge entspricht. Auf diese Art ergibt sich
Sorptionskurve. Darauf werden weitere Mengen Dampf zu¬
geführt und die nach Gleichgewichtseinstellung bei dem
entsprechenden
Druck von dem Adsorbens
aufgenommene Dampfmenge ermittelt. Dieser Vor¬
gang wird wiederholt, bis das Adsorbens keinen Dampf mehr
aufnimmt, d. h.
bis der Dampfdruck über dem Adsorbens dem
Maximaldruck des Dampfes
ein Punkt der
bei der
Versuchstemperatur entspricht.
aufgenommenen Dampfmengen ergeben
Zur
die
Die bei den verschiedenen Drucken
die
gesuchte Sorptionskurve.
h geschlossen gehalten,
Bestimmung der Desorptionskurve wird
Apparatur evakuiert und dann V± geschlossen.
Nach Öffnen
von
A
gibt
119
-
-
Dampfes wieder ab. Der Druck wird bei ein¬
wiederum
abgelesen und das Kölbchen gewogen.
Gleichgewicht
getretenem
Dieser Vorgang wiederholt sich bis kein Dampf mehr abgegeben wird. Mit
dieser Methode läßt sich die Adsorptionsisotherme in etwa zwei Tagen fest¬
das Adsorbens einen Teil des
legen.
einer Kapelle in¬
wird.
eingerichtet
möglichst abgedichtet
schematisch die Einrichtung wiedergegeben.
Betriebseinrichtung:
stalliert,
In
Fig.
welche
41
ist
Ein elektrischer
wird
in
Thermostaten
TR
Versuchseinrichtung
41.
Apparat
zum
^Ä^
Fig.
Der
Heizkörper
der statischen
E dient
zur
Prüfungsapparatur.
Erwärmung
der
Kapelle.
Ein
direkt über dem
Zweiflügelrührer R, der mit der Turbine Tu betrieben und
V
Ofen montiert ist, sorgt für gute Luftdurchmischung. Ein Vertexrelais
und der Kontaktthermometer Ä^ regulieren automatisch die Thermostattempe¬
ratur
von
von
1—2
Um
20 °.
Die benutzte
Hg.
richtige Versuchsresultate
die
dem Fetten mit
abgewaschen
zum
zu
werden.
Ramsay-Fett
ein Vakuum
sein.
erhalten, muß die Apparatur voll¬
gut geschliffene Vakuumhähne,
mit
Xylol gereinigt und mit Alkohol
gleichmäßig über der
der Hahn stark eingedreht wird.
Das Fett wird auf dem Kücken
Schmelzen erwärmt, worauf
Das Fett verteilt sich und der Schliff soll
bildung
erzeugt
Das wird erreicht durch
ständig
Flamme
P
mm
dicht sein.
vor
Gaede-Ölvakuumpumpe
vollständig
klar und ohne Schlieren¬
—
Aus Blindversuchen
bei dem das Kölbchen A
einträchtigung
weise
120
—
geht hervor, daß durch den gefetteten Schliff b,
Wägung abgenommen werden muß, keine Be¬
zur
des Gewichtes auftritt.
Bei niederen Drucken kann zur
Sorption der
zugeführt werden, bei höheren Drucken
direkt über der
wird zuerst
Wasserdampfsphäre adsorbiert.
portionsweise Dampf abgeführt, um
Kölbchen immer
längere
Prüfung
3.
Eine
Zeit direkt mit der
der
Wasserdampf portions¬
wird sukzessive
längere
Auch bei der
Zeit
Desorption
bei niederen Drucken das
Pumpe
zu
verbinden.
Ermüdungserscheinung
Silicagelprobe wurde mit der Beladungsapparatur einer
Behandlung von je 10 Beladungen und Regenerie¬
serienweisen
rungen unterworfen.
Versuchsbedingungen:
Adsorbens
Silicagel 207, (Produkt
75,5 g/dl
Schüttgewicht
Einwaage
Gasströmungsgeschwindigkeit
35,210
g,
ca.
E. T.
H.)
50 ccm
10001/h
Beladung:
Adsorptionstemperatur
Zimmertemperatur
Sättigungsdauer
Luftfeuchtigkeit
2'/s Std.
70°/o
relat.
Feuchtigkeit
=
12,1 g/m3 absol. Feuchtigkeit
Regenerierung:
In
Lufttemperatur
150° C
Versuchsdauer
l1^ Std.
Perioden
je 10 Behandlungen wurden
Adsorptionsisotherme bestimmt.
von
werte und die
In Tabelle 28 sind die
werte
a
c
Gelgewicht nach Beladung in g,
Gelgewicht nach Regenerierung in
Sättigungswert in g
(a
b),
=
Adsorptions¬
gravimetrisch ermittelten Adsorptions¬
zusammengestellt.
Es bedeuten:
b
die
—
g,
—
d
e
f
Sättigungswert
in
Sättigungswert
Sättigungswert
in <y0)
in
121
—
g/100 g,
bezogen
g/100 g.
Tabelle
Adsorptionswerte
Belad. Zahl
a
1
46,507
10
40
44,570
44,372
44,297
44,178
50
44,015
20
30
nach
Anfangssättigungswert,
auf
2 8.
10
je
Beladungen.
b
c
d
e
35,210
35,022
34,942
34,902
34,853
34,836
11,297
32,1
27,1
26,8
26,7
26,5
26,1
100
9,548
9,430
9,395
9,325
9,179
84,5
83,5
83,1
82,5
81,3
f
5,0
5,3
5,4
5,6
6,0
4
1
*
1
Sathgungswert
Salhgungsiterlabfall
—
y
S.
Beladungszahl
-.
..
10
Fig.
42.
Abnahme des
10
Sättigungswertes
*0
30
von
Silicagel
im
SO
Dauergebrauch.
Fig. 42 sind die Kolonnenwerte d und f der Tabelle 28
kurvenmäßig dargestellt. Die Größen d zeigen den Verlauf des
Sättigungswertes mit der Beladungszahl und f den Sättigungs¬
wertabfall in g/100 g.
Tabelle 29 enthält die Werte der Adsorptionsisotherme nach
der 1. und der 50. Beladung und Fig. 43 zeigt den BeladungsIn
122
—
wert in
p
mm
g/100 g als Ordinate
Hg als Abszisse.
in
Beziehung
Tabelle
Adsorptionsisothermen werte
des
—
Silicagels
p in
mm
0,0
0,25
0,5
0,75
1,0
1,5
2,0
2,5
2,75
3,25
3,75
4,0
4,5
4,75
5,0
5,25
5,5
6,25
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,5
9,75
10,25
11,0
12,5
12,75
13,0
14,0
15,0
15,25
15,75
16,0
17,0
17,5
Hg
Beladun gszahl 1
Sorption
—
—
—
—
Desorption
3,8
4,7
—
6,9
4,3
7,4
—
9,5
—
—
11,4
13,3
12,6
—
—
—
g/100 g
Beladungszahl 50
Sorption
Desorption
—
—
—
—
—
23,4
—
8,0
—
—
—
26,4
10,5
27,8
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
29,8
—
—
—
30,2
31,6
—
—
—
—
22,85
—
24,85
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
31,5
—
—
31,7
24,6
—
31,1
31,5
—
31,5
23,6
—
—
—
22,5
—
28,8
—
29,8
—
—
—
28,9
—
19,95
—
--
28,5
17,6
—
—
—
—
13,35
—
—
—
—
—
—
24,9
—
9,1
—
—
22,1
—
6,8
—
—
—
5,8
5,7
—
18,0
4,5
—
—
16,2
31,7
in
Dauergebrauch.
in
—
—
15,8
207 bei
3,5
—
Dampfdruck
2 9.
Beladungswerte
Dampfdruck
zum
25,8
—
26,25
26,8
—
26,0
—
—
—
27,3
123
—
—
5
S;
Befadur
-^'""
/S^
/
1/
y
y
y
//
/
/
/
/
/
//
V
/
/
/
/
*
isuiiwruie uni
«
y
2
Fig.
43.
I
I
1
4
6
8
10
tZ
Silicagel
50
Dampfdruckp in mm Hg
I
von
»
»
1
Adsorptionsisothermen
jieiduuiiyadiin
»
1
_
_
/*
207 bei
1
r
18
16
Dauergebrauch.
Zusammenfassung der Ergebnisse
Adsorptionsfähigkeit
Dauergebrauch anfänglich
Die
im
nach 10
des untersuchten
Silicagels
eine etwas stärkere
erleidet
Abnahme,
5 %
dann in einen linearen Abfall überzu¬
Beladungen, um
Sättigungswert
fällt nach 50 Beladungen um 5 bis 6
gehen.
auf
von
26,1 g/100 g. Im geradlinigen Teil
32,1
Gewichtsprozente
die
der Abfallkurve beträgt
Sättigungswertabnahme pro 10 Be¬
ladungen durchschnittlich 0,25 g/100 g.
Der
Adsorptionsisotherme zeigt, nimmt das Aufnahme¬
Dampftensionsbereich ungefähr gleich¬
vermögen
50 Beladungen, auf die Anfangs¬
nach
mäßig ab; es beträgt
Wie die
über den ganzen
beladung bezogen, noch
65—90»o.
IV.
Es wurde
Gebiet
der
methodik
der
versucht, einen weitgehenden Überblick über das
Trocknungsfähigkeit
der
Sorptionsmittel
Gelkörper
nungstechnik
Für
Zusammenfassung
als den
und
unter
wichtigsten
der
Wertbestimmungs¬
spezieller Berücksichtigung
Vertretern der modernen Trock¬
geben.
zu
die
Durchführung der Versuche wurden verschiedene
Meßapparaturen zur Adsorptionsprüfung auf statischem und dy¬
namischem Wege und zur
Beladung der Sorptionsmittel ausge¬
bildet und näher beschrieben.
Mittels der genannten
Untersuchungen
insbesondere
erhaltenen
a)
b)
c)
von
Silicagel und
Ergebnisse ausgewertet:
Trägergases
Wasserstoff, Luft, Kohlensäure
Adsorptionsisotherme.
—
Einfluß der
Einfluß
wurden
nachfolgende
Trocknungsmitteln,
Aluminogel durchgeführt und die
von
Einfluß des
auf die
Meßeinrichtungen
über die Wasseraufnahme
der
Wasserdampfkonzentration im Trägergas.
Temperatur auf die Adsorptionsfähigkeit
—
des
Sorptionsmittels.
d) Einfluß
e) Einfluß
f) Einfluß
g) Einfluß
der Porosität des
der
der
der
Ferner wurden
Trocknungsmittels.
Korngröße des Trocknungsmittels.
Beladungszahl auf die Adsorptionseigenschaften.
Genesis des Adsorptionsmittels.
auch
vergleichende Adsorptionsprüfungen einer
gekörnter, pulverförmiger und flüssiger Trock¬
nungsmittel ausgeführt.
größeren Anzahl
V. Zusammenfassende
F
Leip¬
1931
Kausch, Das Kieselsauregel und die Bleicherden
Bd
F
Arbeiten
Krczd, Untersuchung und Bewertung technischer Adsorptionsstoffe
zig
O
größere
Berlin
1927 und
Erg
-
1935
Krczü, Aktive Tonerde,
ihre
und
Herstellung
Verwendung
Stuttgart
1938
Braunschweig 1929
Leipzig 1928
Adsorption von Gasen und Dampfen
Stark, Die Adsorption
O
Blüh und N
E
Huckel, Adsorption und Kapillarkondensation
H
Dohse und H
F
Korpern
Krczil, Adsorptionstechnik
Ullmann, Enzyklopädie der
F
S
lage,
Mark, Die
Dresden
1935
Gastrockner, Bd V, II
Chemie
techn
festen
an
Auf¬
(1932)
572
Stahler, Handbuch der Arbeitsmethoden
Trockenmittel, Bd
Die
2,
S
410
(1919)
E
Berl
und
Z
R
O
Ch
Koetschau, Über
Ch
Ruff
39,
Kieselsauren
Urban, Über das Verhalten verschiedener
W
angew
36,
57
(1923)
Z
Adsorptionstechnik
Fortschritte der
neuere
angew
(1926)
210
und P Mautner, Die aktiven Formen der Kieselsaure
(das Silicagel)
Adsorptionsvermogen Z angew Ch 40, 428 (1927)
Burkhardt, Beitrage zur Kenntnis der aktiven Kieselsauren
und deren
E
Berl und H
H
Q
(Sihcagel)
Z
Grimm und H.
durch
anorg
Kieseigel
171, 102 (1928)
Ch
Über die
Wolf,
Z
angew
Zerlegung
Ch
binarer
41, 98
Maier, Zur Wertbestimmung
168, 61 (1928)
B Bachmann und L
Ch
H
Bruckner
und
schaften
H
L
Z
Hirth, Aluminogel,
angew
Ch
dampf (Trocknung
von
dessen
Adsorbentien
Z anorg
Herstellung und Eigen¬
49, 360 (1936)
Wächter, Über die Adsorptionsfahigkeit
in
Flussigkeitsgemische
(1928)
Vakuumgefaßen)
von
Kieselgelen
Chem
Fabr
fur
Wasser¬
14, 376 (1941)
Boye, Technische Trocknung von Industriegasen Ch Z 65, 81 (1941)
R Duntze, Wissenschaftliche Grundlagen und technische Fortschritte der
E
Verwendung
von
Kieselgel
Ch
Z
66, 196 (1942)
Curriculum vitae
Am 9.
August 1910 wurde ich, Hans Wyttenbach, als Sohn
Wyttenbach und der Elisa, geb. Qafner, in Rotkreuz
(Kt. Zug) geboren. Daselbst absolvierte ich die Primär- und in
des
Emil
Cham die Sekundärschule.
Bis
zum
20.
Lebensjahr betätigte
mich hernach im landwirtschaftlichen Betrieb des Vaters.
rend dieser Zeit besuchte ich zwei
schaftlichen
Schule in
Zug,
trat
ich
Wäh¬
Winterkurse der Landwirt¬
dann daselbst in die
Kantons¬
schule über, die ich mit dem Maturitätsexamen
schloß.
Anschließend durchlief ich die
der E. T. H. in Zürich und erwarb mir im
als
Ingenieur-Chemiker.
Aktivdienst führte ich
hörer im
von
Nach
(Typus C) ab¬
Abteilung für Chemie an
Frühjahr 1939 das Diplom
Unterbruch
durch
anorganisch-technischen Laboratorium
Herrn Prof. Dr. A.
Militär-
und
Herbst 1940 bis Herbst 1942 als Fach¬
unter
Leitung von
Guyer vorliegende Promotionsarbeit durch.
Zürich, im Dezember 1942.