View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
kuum-Betriebs (Abb. 3.48). Ursache für die geringeren Triebkräfte ist die Verminderung von
Konzentrationspolarisationen im Träger bei Verwendung eines Vakuums. Hier entspricht der
Sauerstoffpartialdruck im Träger weitestgehend dem Sauerstoffpartialdruck im Permeat. Bei
Verwendung eines Sweep-Gases dagegen, kommt es zu einem Sauerstoffpartialdruckgradienten
und Konzentrationspolarisationen im Träger, der die Triebkraft an der Membranschicht
für eine gleiche Permeationsleistung erhöht.
jO2 [ml cm -2 s -1 jO2 [ml cm ] -2 min-1 ]
4,0 20μm M20 Träger sweep
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
20μm M20 3-End
1mm bulk
700 750 800 850 900 950 1000 1050
Temperatur [°C]
Abb. 3.47 Sauerstoffpermeation in Abhängigkeit
von der Temperatur eines Verbundes
mit 20µm Membranschicht und M20
Träger im 4-End und 3-End Betrieb.
3.5.8 Schlussfolgerung
jO2/ln(p'O2 /p''O2) [ml cm -2 s -1 [ml cm ]
-2 min-1 ]
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
20μm M20 Träger sweep
20μm M20 3-End
1mm bulk
0,0
700 750 800 850 900 950 1000 1050
Temperatur [°C]
Abb. 3.48 Auf die scheinbare Triebkraft
normierte Sauerstoffpermeation in Abhängigkeit
von der Temperatur eines Verbundes mit
20µm Membranschicht und M20 Träger im
4-End und 3-End Betrieb.
Anhand von Untersuchungen zur Sauerstoffpermeation durch Membranverbunde in Abhängigkeit
von der Temperatur mit Luft als Feed-Gas konnte keine Abhängigkeit nach Wagner
(Gleichung ( 2.8 )) festgestellt werden. Ursache ist eine Überlagerung von verschiedenen
limitierenden Faktoren. Limitierungen durch den Träger sowie Limitierungen durch Oberflächentransportvorgänge
konnten nachgewiesen werden. Die Transportlimitierung durch den
Träger kann durch die Steigerung der Trägerporosität, sowie die Reduzierung der Trägerdicke
erreicht werden. Hierbei zeigt sich ein proportionaler Zusammenhang zwischen Sauerstoffpermeation
und Trägerporosität. Eine Reduzierung der Trägerdicke führt zu einem Anstieg
der Sauerstoffpermeation aufgrund kürzerer Transportwege durch den Träger.
Bei 20μm dicken Membranschichten findet eine vollständige Limitierung durch Oberflächentransportvorgänge
statt. Diese kann durch eine poröse Aktivierungsschicht reduziert werden.
Eine vollständige Aufhebung der Limitation wurde nicht erreicht, da die Aktivierungsschicht
bei der Abdichtung des Rezipienten bei ca. 1000°C versintert und die aktive Oberfläche abnimmt.
Hier ist die Entwicklung von Strukturen mit hoher Oberfläche nötig, die einer thermischen
Belastung standhalten.
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