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Aufgabenstellung: Im Praktikum zum Modul Thermische Verfahrenstechnik und Appa-
ratebau können die Studierenden an einer Versuchsanlage ihr Wissen zur Adsorption
vertiefen. Die Anlage arbeitet mit Methylenblau, Aktivkohle und Wasser. Aufgrund der
hohen Wärmekapazität von Wasser kann die Adsorptionswärme, die während des Ver-
suchs frei wird, jedoch nicht erfasst werden. Es soll eine halbtechnische Anlage entwi-
ckelt und gebaut werden, welche die Messung dieses Temperaturunterschiedes zulässt.
Um dies zu ermöglichen, muss vom Trägermedium Wasser auf ein Gas, idealerweise
Luft, gewechselt werden. Nach der Durchführung des Adsorptionsversuchs soll die
Adsorptionskolonne wieder regeneriert werden können.
Vorgehen: Als Ausgangslage diente eine bereits durchgeführte Semesterarbeit, aus der
die essenziellen Aspekte als Anreize oder Empfehlungen dienten. Das Projekt wurde aber
grösstenteils unabhängig von den Ergebnissen der Semesterarbeit aufgebaut. Ausge-
hend vom Trägermedium Luft wurde eine passende Adsorptiv-Adsorbens-Paarung eru-
iert. Dabei spielte die Entflammbarkeit des vergasten Adsorptives eine grosse Rolle. Aus
sicherheitstechnischen Gründen sowie der geringeren Komplexität der Versuchsanlage
wegen fiel die Entscheidung zugunsten einer Wasser-Silicagel-Paarung. Nach Auslegung
der wichtigen Komponenten wurde die Anlage im 3D-CAD entworfen und gebaut (Ab-
bildung 1).
Ergebnis: Im Verlauf der Bachelorarbeit wurde eine Versuchsanlage geplant, gebaut und
erfolgreich getestet. Die einzelnen Komponenten der Anlage sind voneinander trennbar
und können so in wenige Einzelteile zerlegt werden. Es wurden mehrere Versuche durch-
geführt, und die Anlage lässt sich wie geplant betreiben. Der Farbindikator im Silicagel
zeigt die Beladung des Silicagels deutlich an (Abbildung 2). Der Temperaturverlauf bei
Adsorption und Desorption ist messbar und wird in Abbildung 3 dargestellt. Die erhöh-
ten Temperaturniveaus im oberen Bereich der Kolonne spiegeln die Adsorptionswärme
wider. Aufgrund der relativ konstanten Feuchtigkeitskonzentration in der zugeführten
Luft zeigt sich auch das Temperaturprofil konstant. Die gemessene Adsorptionswärme
erzeugt Temperaturdifferenzen von bis zu 60 °C und ist daher sehr deutlich ersichtlich.
Parallel zur Adsorption in der rechten Kolonne wurde die linke regeneriert. Die Tempera-
tur an der Messstelle T02 erreichte nach 17 Minuten Desorption >140 °C. Es war mög-
lich die Desorption mit einem erhöhten Luftstrom durchzuführen, sodass der Vorgang
nur 90 Minuten dauerte.
Abbildung 1: Geplante und realisierte Adsorptionsanlage
Abbildung 2: Farbverlauf in der Adsorptionskolonne bei Desorption (links) und Adsorption (rechts)
Abbildung 3: Temperaturverlauf in der Adsorptionskolonne bei Adsorption (oben) und Desorption (unten)
Diplomanden Jonas Gambarini, Fabian Kündig
Examinator Prof. Dr. Thomas Kopp
Experte Fabrice Rognon, CSD Ingenieurs SA, Yverdon-les-Bains, VD
Themengebiet Thermische Verfahrenstechnik
Laborversuchsanlage AdsorptionPlanung, Bau und Inbetriebnahme
JonasGambarini
FabianKündig
30 HSR Hochschule für Technik Rapperswil Bachelorarbeiten 2017 Bachelor of Science FHO in Energie- und Umwelttechnik
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