View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
Für die Sauerstoffpermeation jO2 durch den Träger ergibt sich bei Verwendung von reinem
Sauerstoff als Feed-Gas und gleichzeitiger Verwendung des Trägers auf der Feed-Seite:
� 0,6201 � 0,1411�
) �
� �
�
� � ( p�
� L
�
� Träger �
* *
K V
Support
Support
jO
� � ( p�O
- pO
O - p
2
2 2
2 O2
LTräger
)
( 3.7 ).
Für die Sauerstoffpermeation durch den Träger jO2 im 3-End Betrieb mit dem Träger auf der
Permeat-Seite kann die Permeation wie folgt berechnet werden:
j
O2
K
�
L
* *
V
Träger
� (p
Support
O2
� 0,6201 � 0,1411�
- p ) �
� �
�
�
O�
�
� (p
2 � L
�
� Träger �
Support
O2
- p��
O2
)
( 3.8 ).
Der direkte Nachweis der Gültigkeit dieser Annahmen kann nicht erbracht werden, da in diesen
beiden Konfigurationen der Träger keinen limitierenden Effekt zeigt. Alle Untersuchungen
weisen entweder eine Limitierung durch die Membranschicht und/oder Oberflächenaustauschvorgänge
auf. Diese Betrachtung eignet sich jedoch, um den Sauerstoffpartialdruck
am Träger abzuschätzen.
Zone II & IV – Oberflächentransportvorgänge
Zur Bestimmung des Transportkoeffizienten für Oberflächentransportvorgänge müssen
Membranschicht- und Trägereinfluss weitestgehend minimiert werden. Durch eine poröse
Aktivierungsschicht sollte eine Limitierung durch Oberflächentransportvorgänge auf einer
Seite der Membran minimiert werden, so dass die Oberflächentransportvorgänge auf Sweepund
Feed-Seite isoliert betrachtet werden können. Dieser Ansatz ist aufgrund der Versinterung
der porösen Aktivierungsschicht nicht gelungen. Aus diesem Grund wird ein kombinierter
Transportkoeffizient KII-IV bestimmt, der die Einzeltransportvorgänge II, III und IV umfasst.
Hierzu muss die Membran hinreichend dünn sein, um somit nicht limitierend auf den Sauerstofftransport
zu wirken. Aus diesem Grund wurden für diese Untersuchung Membranen mit
einer 20μm Membranschicht auf R15, M20 und M30 Träger verwendet. Zur Minimierung des
Trägereinflusses, wird die Membran mit dem Träger auf der Feed-Seite eingebaut und mit
Sauerstoff angeströmt. Der Druckverlust über den Träger und somit der Sauerstoffpartialdruck
zwischen Träger und Membran Support
p O kann mit Hilfe des Transportfalls für die An-
2
strömung mit reinem Sauerstoff aus Gleichung ( 3.7 ) ermittelt werden. Zur Variation der
Triebkraft wurde der Sweep-Durchfluss in den Schritten 50, 100, 200, 300mln/min verändert.
Gasphasenpolarisationen werden auf der Sweep-Seite als vernachlässigbar klein angenommen.
Der Verlauf des chemischen Potenzials und das zugehörige Ersatzschaltbild für
diese Messkonfiguration sind in Abb. 3.57 dargestellt.
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