View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3.6 Transportmodell für geträgerte Membranen
Ergebnisse und Diskussion
Die Sauerstoffpermeation durch eine geträgerte Membran wird von einer Vielzahl von Effekten
beeinflusst. Einige dieser Effekte wirken sich dabei negativ auf die Triebkraft an der
Membranschicht aus. Die geträgerte Membran kann in Zonen unterteilt werden, in denen
unterschiedliche Transportmechanismen vorliegen. Dieses Zonenmodell ist in Abb. 3.49 für
eine dünne Membranschicht mit Träger dargestellt. Jede einzelne dieser Zonen kann für den
Transport von Sauerstoff limitierend wirken. Eine Limitierung liegt dann vor, wenn die Triebkraft
durch einen Einzeltransportvorgang so verringert wird, dass andere Transportmechanismen
vernachlässigbar werden. Die Abfolge der Zonen hängt von den Betriebsbedingungen
und der Einbaurichtung der geträgerten Membran ab. In Abb. 3.49 ist die Abfolge der
Zonen für den 4-End Betrieb mit dem Einbau der Membranschicht auf der Feed-Seite (links)
und dem Einbau des Trägers auf der Feed-Seite (rechts) dargestellt.
I II III IV V VI
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Feed Sweep
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I V II III IV VI
Feed Sweep
Abb. 3.49 Zonenmodell für geträgerte Membranen im 4-End Betrieb. Der Verlauf des chemischen
Potenzials ist schematisch dargestellt. Links: Membranschicht feedseitig eingebaut,
rechts: Membranschicht sweepseitig eingebaut.
In Zone I und VI können Konzentrationspolarisationen in den entsprechenden Gasräumen
auftreten. Wie in Kapitel 2.3.4 erläutert, treten diese Effekte bei einer unzureichenden Sauerstoffzufuhr,
bzw. Sauerstoffabfuhr zum Membranverbund auf. Auch ungünstige Anströmungsbedingungen
führen zu Unterschieden in der Sauerstoffpermeation. Konzentrationspolarisationen
in der Gasphase führen dabei zu einem unerwünschten Sauerstoffpartialdruckgradienten
zwischen Gasraum und Membranverbund. Auch entlang der Überströmungslänge
kann es zu Sauerstoffpartialdruckgradienten im Gasraum aufgrund von Verarmung
(Feed-Seite), bzw. Anreicherung (Sweep-Seite) von Sauerstoff kommen.
Zone II und IV stellen die Grenzfläche zwischen Gasphase und Membranschicht dar. An
diesen Grenzflächen laufen die, in Kapitel 2.3.2 beschriebenen, Oberflächenaustauschreaktionen
ab. Oberflächenaustauschreaktionen werden dann zunehmend limitierend, wenn der
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