View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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L<br />
Träger, aktiv<br />
Grundlagen und theoretische Methoden<br />
Lc<br />
�1��� � ( 2.22 )<br />
A<br />
spez.Träger<br />
� �<br />
solid<br />
mit der spezifischen Oberfläche des Trägers Aspez.Träger, �solid für die Tortuosität des Weges<br />
durch den Festkörper und die in Kapitel 2.3.2 vorgestellten charakteristischen Dicke Lc.<br />
p�O<br />
2<br />
O 2<br />
Träger<br />
Gasphasendiffusion<br />
L Träger,aktiv<br />
2O2- Ionenleitung<br />
O 2<br />
O 2<br />
Oberflächenaustausch<br />
O 2<br />
Oberflächenaustausch<br />
2O2- Ionenleitung<br />
Membranschicht<br />
2O 2- 2O 2-<br />
p�� O2<br />
O 2<br />
Oberflächenaustausch<br />
Abb. 2.11 Sauerstofftransport durch eine asymmetrische Membran mit porösem Träger<br />
und Membranschicht nach [CHAN08].<br />
2.3.4 Konzentrationspolarisationen in der Gasphase<br />
Triebkraft für den Sauerstofftransport durch die mischleitende Membran ist das chemische<br />
Potenzial, das durch unterschiedliche Sauerstoffpartialdrücke zu beiden Seiten der Membran<br />
entsteht. Um die Triebkraft, und somit den Sauerstofftransport aufrecht zu erhalten, muss<br />
Sauerstoff auf der Sauerstoffhochpartialdruckseite nachgeführt und permeierter Sauerstoff<br />
auf Permeat-Seite abgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel durch die Anströmung mit<br />
einem sauerstoffreichen, bzw. sauerstoffarmen Gas. Die Wahl eines ungeeigneten Volumenstroms,<br />
sowie die Anströmbedingungen können den Sauerstoffpartialdruck an der<br />
Membranoberfläche und somit die Triebkraft beeinflussen.<br />
Ist der Volumenstrom der Sauerstoffzufuhr zu gering, kommt es im Gasraum an der Membranoberfläche<br />
zu einer Verarmung an Sauerstoff. Bei unzureichender Sauerstoffabfuhr auf<br />
der Permeat-Seite kann es im Gasraum zu einer Anreicherung des Sauerstoffes kommen.<br />
Durch die Verringerung des Unterschieds im Sauerstoffpartialdruck zu beiden Seiten der<br />
Membran, wird die effektive Triebkraft über die Membran und somit auch die Sauerstoffpermeation<br />
verringert. Beispielhaft ist der Verlauf des chemischen Potenzials in Abb. 2.12 gezeigt.<br />
Solche Konzentrationspolarisationen können durch ungünstige Anströmungsverhältnisse<br />
entstehen, wodurch die Zu- und Abfuhr von Sauerstoff behindert wird [ENGE10]. Bei-<br />
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