View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Grundlagen und theoretische Methoden
Membrane mit Luft oder Luft-Sauerstoff-Gemischen unterschiedlicher Sauerstoffpartialdrücke
angeströmt werden. Die Messungen wurden mit einem Feed-Durchfluss von FFeed=250
mln/min durchgeführt. Messungen mit reinem Sauerstoff als Feed-Gas wurden, aufgrund der
Limitierung des Sauerstoffmassendurchflussreglers, mit einem Durchfluss FFeed=200 mln/min
durchgeführt. Aufgrund der Verwendung reinen Sauerstoffs ist eine Beeinflussung der Permeation
durch den geringeren Durchfluss nicht zu erwarten. Auf der sauerstoffarmen Permeat-Seite
wird der permeierte Sauerstoff durch einen Argon Sweep-Gasstrom abtransportiert.
Golddichtung
Thermoelement
F Sweep
F Feed
Permeat
Membran
Träger
F Sweep
Retentat F Feed
Abb. 2.24 Schematische Anordnungen der asymmetrischen Membran im Rezipienten.
Links: Typ 1 mit dem Träger auf der Feed-Seite, rechts: Typ 2 mit der Membranschicht auf der
Feed-Seite.
Für die Untersuchung der Sauerstoffpermeation in Abhängigkeit von der Temperatur wurde
ein konstanter Sweep-Durchfluss von FSweep=50 mln/min verwendet. Für Messungen der
Ret Perm
Sauerstoffpermeation in Abhängigkeit von der scheinbaren Triebkraft ln(p /p ) wurde
O2 O2
der Argon Durchfluss in den Schritten FSweep=50, 100, 200, 300 mln/min variiert. Alle Gasströme
werden durch kalibrierte Massedurchflussregler gesteuert. Der Abstand zwischen
Membran und Sweep-Gasauslass beträgt 5mm. Die Temperatur wird durch ein Thermoelement
in ca. 5mm Entfernung von der Membran gemessen und aufgezeichnet. Zur Erfassung
der Sauerstoffkonzentration im Permeat wird ein Quadrupol Massenspektrometer der Fa.
Pfeiffer Vacuum vom Typ OmniStar verwendet. Ein Teil des Permeats wird durch eine Turbomolekularpumpe
in die Analysatorkammer gesaugt, dort ionisiert und anschließend beim
durchlaufen der Quadrupol Stabelektroden selektiert und detektiert. Bei den detektierten Ionenströmen
handelt es sich um Ar, O2 und N2. Letzteres dient zur Bestimmung der Leckage.
Zur Kalibrierung des Massenspektrometers wurde Kalibriergas mit 1% O2 und 0,1% N2 in
Argon verwendet. Im Fall von Leckagen, wurde die Permeationsrate unter der Annahme korrigiert,
dass O2 und N2 im Verhältnis des Feed-Gases durch die Undichtigkeit in das Permeat
eintreten (z.B. bei Luft: 79% N2 zu 21% O2). Hierdurch ergibt sich für die Sauerstoffpermeation
folgende Korrektur:
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