Fakultät für Physik und Astronomie Ruprecht-Karls-Universität ...

4.1. AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE DER ANLAGE 65
Abbildung 4.2: Membrankontaktor, nach Liqui-Cel (2011).
strömt auf die Gasseite, auf der es von zwei Membranpumpen abgepumpt wird (eine zum Abpumpen
des Gases, die andere, um es in einen Probebehälter zu komprimieren). Das Gas der
ersten 100 Liter, die den Membrankontaktor passieren, wird verworfen, um das Volumen der
Gasseite des Kontaktors und der Schlauchverbindungen zu spülen. Anschließend wird das Gas
in einen Probebehälter geleitet und auf maximal 7 bar komprimiert. Zur Überwachung der
Temperatur ist ein Temperatursensor angebracht, zwei Druckmessumformer (WIKA Typ A-10,
Messbereich 0-4 bar, Fehler: 20 mbar nach WIKA, 2008) messen den Wasserdruck (um Schäden
an der Membran durch zu hohen Wasserfluss zu vermeiden) sowie den Druck an der Gasseite,
durch den qualitativ der Gasgehalt des Wassers abgeschätzt werden kann. Ein dritter Druckmessumformer
(gleicher Typ, Messbereich 0-10 Bar) misst den Druck im Probebehälter. Die
Datenauslese der Druckmessgeräte geschieht mittels Labview. Zusätzlich ist vor der Wassereinflussseite
des Kontaktors eine Wasseruhr angebracht (in Abbildung 4.1 nicht eingezeichnet), mit
der die Menge des durchfließenden Wassers bestimmt werden kann.
4.1.2 Separationsanlage
Abb. 4.3 zeigt schematisch den Aufbau der Separationsanlage, Fotos der Anlage sind in Abb. 4.4
abgebildet. Die aus dem Grundwasser entgaste Luft wird aus dem Probebehälter (Volumen ca.
9 l auf 6-6,5 bar, d. h. ca. 60 l STP) über eine stickstoffgekühlte Wasserfalle auf maximal neun
Zeolithsäulen geladen. Verwendet wird ein Zeolith der Sorte Li-LSX (Typ ZEOX Z-12-07 von
Zeochem). Diese Zeolithart hat Lithium als Kationen in seine Kristallstruktur eingebaut (vgl.
Abschnitt 2.4.1, spezielle Absorptionsmittel). Das X steht für die Gitterstruktur (entspricht dem
fau-Typ), LS steht für low silicon, also ein geringes Verhältnis von SiO4 zu AlO4 im Atomgitter
des Zeolithen. Zeolithe vom Typ Li-LSX sind eine relativ neue Entwicklung (Chao, 1989), die
speziell zur Trennung der Bestandteile der Luft entwickelt worden sind. Sie sind daher besonders
gut geeignet, um Sauerstoff von Argon zu trennen. Die Adsorptionseigenschaften eines ähnlichen
Li-LSX-Zeolithen sind bei Wonneberger (2008) untersucht worden.
Der Zeolith wird mittels einer Kombination aus Stickstoffkühlung und elektrischer Gegenheizung
auf eine genau definierte Temperatur gekühlt (s. Abschnitt 4.3). Die Zeolithsäulen werden
von einem Dewargefäß umschlossen, das teilweise mit flüssigem Stickstoff (Temperatur 77,36
K) gefüllt ist. Gleichzeitig dienen die Säulen als Heizwiderstand: Mit einem PID-Regler wird