Simulation des Durchbruchsverhaltens in der Gas-phase

Cartellieri, A.1, Horn, A.1, Niemeyer, B.2
1 Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg, Verfahrenstechnik, insbesondere Stofftrennung
2 GKSS Forschungszentrum, Institut für Küstenforschung, Entwicklung operationeller Systeme, Geesthacht

Die Charakterisierung und Auslegung eines Festbettadsorbers beruht auf der Messung bzw. Berechnung der zeitlichen Konzentrationsänderung der adsorbierenden Komponenten im Gasstrom am Ausgang des Adsorbers. Dabei treten folgende Phänomene auf: Die Strömung des Trägergases transportiert die Adsorptive zur Feststoffoberfläche im Adsorber. Durch diffusiven und konvektiven Stofftransport erreichen die Adsorptive die aktiven Zentren des Adsorbens. Dort werden diese in einer exothermen Adsorptionsreaktion gebunden. Die freigesetzte Wärme wird durch das Trägergas sowie Wärmeleitung abgeführt. In der Gasphase tritt dabei eine zeitliche und örtliche Konzentrationsänderung der adsorbierenden Komponenten auf. Aufgrund eines nicht idealen Strömungsprofils und Stofftransportwiderständen, bildet sich im Adsorber eine Adsorptionszone aus. Dies zeigt sich dadurch, dass das Adsorbens auf der Eingangsseite bereits nach kurzer Zeit vollständig beladen ist, während in der Mitte des Adsorbers bis dahin nur eine Teilbeladung und am Ausgang keinerlei Beladung vorhanden ist. Mit der Zeit wandert diese Adsorptionszone, die das Konzentrationsgefälle zwischen dem beladenen und dem unbeladenen Teil des Adsorbers beschreibt, von der Eingangsseite zur Ausgangsseite, bis es zum Durchbruch der adsorbierenden Komponenten kommt. Die Adsorptive werden nicht mehr vollständig im Adsorber adsorbiert, sondern verlassen diesen wieder. Der Verlauf der Konzentration der adsorbierenden Komponenten im Gas an bestimmten Stellen des Adsorbers, vor allem aber am Ausgang, wird mit Hilfe der Durchbruchskurven dargestellt. Basierend auf den Resultaten eines Adsorbers im Labormaßstab wurde die Modellierung des Problems verwirklicht, um das Durchbruchsverhalten und geeignete Bedingungen für einen halbtechnischen Maßstab vorauszusagen.

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