View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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Ergebnisse und Diskussion<br />
Bei Durchführung der Permeationsmessung mit reinem Sauerstoff als Feed-Gas und dem<br />
Träger auf der Feed-Seite, sollten Limitierungen durch Konzentrationspolarisationen im Träger<br />
ausgeschlossen sein. Die Trägerdicke sollte demnach keinen Einfluss auf die Sauerstoffpermeation<br />
zeigen. Trotzdem führt die Dickenreduzierung des Trägers zu einem deutlichen<br />
Anstieg der Sauerstoffpermeation (Abb. 3.35). Im stationären Zustand wird der permeierte<br />
Sauerstoff durch den Träger nachgeführt. Wird der nachzuführende Gasstrom im Träger<br />
als Rohrströmung angesehen, so entsteht nach Hagen-Poiseuille ein Druckabfall über der<br />
Trägerdicke in Abhängigkeit von der Sauerstoffpermeation. Bei Anströmung des Trägers auf<br />
der Feed-Seite mit reinem Sauerstoff kommt es durch die Reibungsverluste zu einem geringeren<br />
Absolutdruck an der Membranoberfläche als im Feed-Gas. Dieser Druckverlust über<br />
dem Träger steigt proportional mit der Sauerstoffpermeationsrate an, wodurch der stärkere<br />
Anstieg der Sauerstoffpermeation bei Erhöhung der scheinbaren Triebkraft für die dünne<br />
(0,5mm) Membran mit 0,48mm dickem Träger, in Abb. 3.35 erklärbar ist.<br />
Auch hier führt die Erhöhung der scheinbaren Triebkraft durch die Erhöhung des Sweep-Gas<br />
Durchflusses von FSweep=250mln/min auf FSweep=300mln/min Argon zu keinem Anstieg der<br />
Sauerstoffpermeation. Ursache können die Limitierungen auf der Sweep-Seite sein. Diese<br />
Limitationen können durch Oberflächentransportvorgänge oder Gasphasenpolarisationen<br />
hervorgerufen werden. Die scheinbare Triebkraft wurde aus den Sauerstoffpartialdrücken im<br />
Retentat (p‘O2) und Permeat (p‘‘O2) bestimmt.<br />
j O2 [ml cm -2 min -1 ]<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
1 2 3 4 5<br />
scheinbare Triebkraft ln(p' O2/p'' O2)<br />
20μm M30 Träger feed<br />
20μm M30 Träger dünn feed<br />
1mm bulk<br />
2,5mm bulk<br />
Abb. 3.35 Vergleich der Sauerstoffpermeation der Membran 20µm M30 mit einer Dicke von<br />
0,87mm und 0,5mm, sowie 1mm bulk und 2,5 mm bulk Membran in Abhängigkeit von der<br />
scheinbaren Triebkraft ln(p’O2/p’’O2) bei Anströmung mit reinem Sauerstoff bei 900°C. Der Träger<br />
befindet sich auf der Feed-Seite.<br />
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