FH Merseburg - Hochschule Merseburg

Hochschule Merseburg
Praktikum Verfahrenstechnik
Adsorption
Aufgabenstellung
Der Prozess der Adsorption ist am Beispiel der Trocknung von Luft mit Hilfe von Silicagel zu
untersuchen.
Folgende Aufgaben sind dabei zu lösen:
1. Aufnahme einer Durchbruchskurve
2. Berechnung der Beladung des Adsorbers als Funktion der Zeit
3. Charakterisierung des Durchbruchsverlaufes
4. Beschreibung der idealen Durchbruchskurve mit Hilfe des Gleichgewichtsmodells
5. Charakterisierung des Festbettadsorbers
6. Entwicklung einer Konstruktionszeichnung, die die Anlage aus dem provisorischen Zustand
heraushebt
7. Darstellung des Versuchstandes als RI-Fließbild
Beschreibung der Versuchsanlage und Hinweise zur Versuchsdurchführung
Druckluft aus dem Netz wird erwärmt und befeuchtet. Parallel dazu wird ein 2. Luftstrom erwärmt und
mit dem 1. Luftstrom vermischt. Damit kann die Temperatur und die Beladung des Gesamtstromes
gemessen und eingestellt werden. Nach der Durchströmung des Adsorbers wird ebenfalls die Beladung
der Luft über die Taupunkttemperatur gemessen. Außerdem erfolgt eine Messung der Temperatur im
Adsorber in 2 unterschiedlichen Höhen.
Die Kolonne, die als Festbettadsorber dient, ist mit Silicagel zu füllen. Die Volumenströme und
Heizungen sind einzuschalten und im Bypass am Adsorber vorbeizufahren, bis die gewünschten
Parameter konstant sind. Erst dann kann der Adsorber in Betrieb genommen werden.
Gemessen wird die farbliche Veränderung des Silicagels. Dazu werden Fotos aufgenommen und
ausgewertet, z. B. mit color pic 4.1.
Hinweise zur Versuchsauswertung
1. Die Durchbruchskurve ist grafisch darzustellen.
2. Die zeitliche Änderung der Beladung des Silicagels ist zu ermitteln und grafisch darzustellen.
3. Zur Charakterisierung des Durchbruchsverlaufes werden folgende Größen verwendet:
 Die Höhe der Adsorptionszone - Zonenhöhe hz
 Die Geschwindigkeit, mit der sich die Adsorptionszone durch den Adsorber bewegt Zonenwanderungsgeschwindigkeit vz
 die Zeit, die die Adsorptionszone benötigt, um den Weg zurückzulegen, der ihrer eigenen
Höhe entspricht - Zonenzeit tz
Bild 1 zeigt die Größen, die direkt aus der experimentellen Durchbruchskurve abgelesen werden können.
1
Bild 1: Bestimmung der charakteristischen Größen des Adsorptionszonenmodells
Die Durchbruchszeit tb entspricht der Zeit, wenn gilt:
Die Sättigungszeit ts entspricht der Zeit, wenn gilt:
hz  hK 
tz
t b  Ft z
c/co=0,05
c/co=0,95
mit F 
h
vz  z
tz
A1
A1  A 2
t z  ts  t b
4. Die ideale Durchbruchskurve ist zu berechnen und mit der experimentell ermittelten Kurve
zu vergleichen. Beide Kurven sind wie in Bild 2 grafisch aufzutragen.
t st 
Dabei gilt:
mA  a o

V c o
Die Gleichgewichtsbeladung ao zur Eingangskonzentration co kann mit Hilfe einer Trocknungswaage
bestimmt werden.
Bild 2: Durchbruchskurve des Gleichgewichtsmodells
5.







Die Adsorbensschicht wird durch folgende Größen charakterisiert:
Bettdichte (Schüttdichte)
B
Korndichte (scheinbare Dichte)
K
Bettporosität (Lückenvolumen)
B
Adsorbensmasse
mA
Adsorbensvolumen
VA
Adsorbervolumen
VR
Volumen der Kornzwischenräume
VKZ
B 
mA
mA

VR VA  VKZ
K 
mA
und
VA
 
VKZ
VR
VA muß für eine Probe ausgemessen werden. Dabei ist von kugelförmigen Körpern auszugehen.
6. Entwickeln Sie mit Hilfe einer Zeichnung! eine Anlage, welche folgenden Forderungen
genügt:
 Bestimmung der Messgrößen wie im Praktikum
 Schnelles Wechsel des Adsorbers
 Kühlung des Adsorbers
 Bestimmung der Adsorptionswärme
Gehen Sie dazu von Glasteilen aus.
7. Benutzen Sie die Symbolik der DIN EN ISO 10628 (alt DIN 28004) und DIN 19227
2
Hinweise zur Vorbereitung
 Wann können Adsorptionsverfahren technisch und wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden? Was
sind die Anwendungsgrenzen? Nennen Sie realisierte Anwendungsbeispiele.
 Was beschreiben die FREUNDLICH und LANGMUIR Gleichungen.
 Welche grafische Darstellungsarten (Achsenbezeichnung) sind für die Adsorptionsisotherme, die
experimentelle und rechnerisch ermittelte Durchbruchskurve sowie für die zeitliche Beladung des
Silicagels üblich und sinnvoll?
zur Vorbereitung empfohlene Literatur:
 Vorlesung PT
 Kümmel; Worch: Adsorption aus wäßrigen Lösungen; Bibo: 35.18 71<1>/27
Anhang
Symbolverzeichnis
a
A1
A2
am
ao
b
c
co
F
hk
hz
k
mA
mA
n
tb
ts
tst
tz
V
VA
VKZ
VR
vz
B
B
K
Beladung
Proportionalitätsfläche
Proportionalitätsfläche
Isothermenparameter (max. Beladung)
Gleichgewichtsbeladung bezogen auf co
Isothermenparameter
Konzentration
Eingangskonzentration
Symmetriefaktor
Kolonnenhöhe
Zonenhöhe
Isothermenparameter
Adsorbensmasse
Adsorbensmasse
Isothermenparameter
Durchbruchszeit
Sättigungszeit
stöchiometrische Zeit
Zonenzeit
Volumenstrom
Adsorbensvolumen
Volumen der Kornzwischenräume
Adsorbervolumen
Zonenwanderungsgeschwindigkeit
Bettporosität (Lückenvolumen)
Bettdichte (Schüttdichte)
Korndichte (scheinbare Dichte)
mol/g
m²
m²
mol/g
mol/g
*)
g/l
g/l
[-]
m
m
*)
kg
kg
*)
s
s
s
s
l/h
l
l
l
m/s
[-]
kg/l
kg/l
*) Bei den Isothermenparametern ist die Dimension abhängig von der konkreten Gleichung.
Ein Laborkittel und die Schutzbrille ist unbedingt mitzubringen!
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