Aufgabenstellung: Im Praktikum zum Modul Thermische Verfahrenstechnik und Appa-

ratebau können die Studierenden an einer Versuchsanlage ihr Wissen zur Adsorption

vertiefen. Die Anlage arbeitet mit Methylenblau, Aktivkohle und Wasser. Aufgrund der

hohen Wärmekapazität von Wasser kann die Adsorptionswärme, die während des Ver-

suchs frei wird, jedoch nicht erfasst werden. Es soll eine halbtechnische Anlage entwi-

ckelt und gebaut werden, welche die Messung dieses Temperaturunterschiedes zulässt.

Um dies zu ermöglichen, muss vom Trägermedium Wasser auf ein Gas, idealerweise

Luft, gewechselt werden. Nach der Durchführung des Adsorptionsversuchs soll die

Adsorptionskolonne wieder regeneriert werden können.

Vorgehen: Als Ausgangslage diente eine bereits durchgeführte Semesterarbeit, aus der

die essenziellen Aspekte als Anreize oder Empfehlungen dienten. Das Projekt wurde aber

grösstenteils unabhängig von den Ergebnissen der Semesterarbeit aufgebaut. Ausge-

hend vom Trägermedium Luft wurde eine passende Adsorptiv-Adsorbens-Paarung eru-

iert. Dabei spielte die Entflammbarkeit des vergasten Adsorptives eine grosse Rolle. Aus

sicherheitstechnischen Gründen sowie der geringeren Komplexität der Versuchsanlage

wegen fiel die Entscheidung zugunsten einer Wasser-Silicagel-Paarung. Nach Auslegung

der wichtigen Komponenten wurde die Anlage im 3D-CAD entworfen und gebaut (Ab-

bildung 1).

Ergebnis: Im Verlauf der Bachelorarbeit wurde eine Versuchsanlage geplant, gebaut und

erfolgreich getestet. Die einzelnen Komponenten der Anlage sind voneinander trennbar

und können so in wenige Einzelteile zerlegt werden. Es wurden mehrere Versuche durch-

geführt, und die Anlage lässt sich wie geplant betreiben. Der Farbindikator im Silicagel

zeigt die Beladung des Silicagels deutlich an (Abbildung 2). Der Temperaturverlauf bei

Adsorption und Desorption ist messbar und wird in Abbildung 3 dargestellt. Die erhöh-

ten Temperaturniveaus im oberen Bereich der Kolonne spiegeln die Adsorptionswärme

wider. Aufgrund der relativ konstanten Feuchtigkeitskonzentration in der zugeführten

Luft zeigt sich auch das Temperaturprofil konstant. Die gemessene Adsorptionswärme

erzeugt Temperaturdifferenzen von bis zu 60 °C und ist daher sehr deutlich ersichtlich.

Parallel zur Adsorption in der rechten Kolonne wurde die linke regeneriert. Die Tempera-

tur an der Messstelle T02 erreichte nach 17 Minuten Desorption >140 °C. Es war mög-

lich die Desorption mit einem erhöhten Luftstrom durchzuführen, sodass der Vorgang

nur 90 Minuten dauerte.

Abbildung 1: Geplante und realisierte Adsorptionsanlage

Abbildung 2: Farbverlauf in der Adsorptionskolonne bei Desorption (links) und Adsorption (rechts)

Abbildung 3: Temperaturverlauf in der Adsorptionskolonne bei Adsorption (oben) und Desorption (unten)

Diplomanden Jonas Gambarini, Fabian Kündig

Examinator Prof. Dr. Thomas Kopp

Experte Fabrice Rognon, CSD Ingenieurs SA, Yverdon-les-Bains, VD

Themengebiet Thermische Verfahrenstechnik

Laborversuchsanlage AdsorptionPlanung, Bau und Inbetriebnahme

JonasGambarini

FabianKündig

30 HSR Hochschule für Technik Rapperswil Bachelorarbeiten 2017 Bachelor of Science FHO in Energie- und Umwelttechnik

17_DAB_EEU_korr_opti.indd 30 06.09.17 10:28