 Membrantrockner
Beschreibung
Funktion
Spülluft
technische Daten
Pneumatik
Pumpen
Vakuumtechnik
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Membrantrockner |
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TROCKNUNG VON DRUCKLUFT MITTELS MEMBRANVERFAHREN
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Thermodynamisch gesehen ist feuchte Druckluft bei Umgebungstemperatur ein Gas-/
Dampf-Gemisch. Zu den Gasen zählen N2 (Stickstoff), O2 (Sauerstoff) und CO2 (Kohlendioxid),
die weit oberhalb ihrer Kondensationstemperatur liegen. Die Dampfkomponente
in diesem Gemisch ist H2O (Wasser), das je nach Sättigungsgrad schon bei
Umgebungstemperatur kondensieren kann.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten dieses Gas-Dampf Gemisch zu trennen.
Neben den Trennverfahren wie Überverdichtung, Kältetrocknung und
Adsorptionstrocknung gibt es das Prinzip des Membranverfahrens zur
Trennung von Gasgemischen (Gaspermeation).
Dieses Verfahren beruht darauf, dass verschiedene Gase unterschiedlich
schnell durch Membranen diffundieren. Für die Drucklufttrocknung wurden
Membranen entwickelt, die eine für Wasserdampf hochselektive Schicht besitzen.
Das bedeutet, dass Wassermoleküle schneller durch die Membran
permeieren / diffundieren als Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlendioxid.
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Der Trenngrad oder die Trenngüte wird als Selektivität bezeichnet. Diese
Selektivität ist für die drei letztgenannten Moleküle vernachlässigbar
gering gegenüber ihrer Selektivität von Wasser.
Die treibende Kraft der
Gaspermeation ist das Partialdruckgefälle auf beiden Seiten der Membran.
Je größer dieses Gefälle ist, um so besser ist die Trennwirkung der Gaspermation.
Daher ist dieses Verfahren im Bereich der Drucklufttrocknung erst ab einem
Betriebsdruck von 5 barg sinnvoll einsetzbar.
Zur Veranschaulichung der Vorgänge bei Membranverfahren werden die Begriffe
des Stoffstroms oder Eintrittsvolumenstroms als Feed und die des
Austrittsvolumenstroms oder getrockneten Stroms als Retentat eingeführt.
Der durch die Membran diffundierte Stoffstrom wird als Permeat bezeichnet.
Dieser wird bei der Drucklufttrocknung von einem Teil des Retentats aus
dem Trockner herausgespült, dieser Spülstrom wird als Sweepgas bezeichnet.
Aufgrund der Anforderungen an die Membran zur Drucklufttrocknung, die neben
der hohen Selektivität, eine hohe Permeabilität (Durchlässigkeit) sowie hohe
mechanische, thermische und chemische Stabilität aufweisen soll, wurden
spezielle Composite-Hohl-fäden-Membranen entwickelt. Bei diesem Membrantypus
bestehen das Trägermaterial (poröse Stützschicht) und die eigentliche
Membrantrennschicht (aktive Trennschicht) aus unterschiedlichen Materialien.
Das Trägermaterial ist ein Polymer, das während des Herstellungsprozesses eine
poröse Trägerschicht bildet.
Diese wird im fertigem Zustand mit einer speziellen,
für die Druckluftttrocknung entwickelten Lösung beschichtet.
Bei den bekannten Aufnahmen des Hohlfadens ist eine Kavernenstruktur zu erkennen.
Diese Kavernen lassen einen nahezu ungehinderten Abtransport des Permeats zu.
Diese Struktur wirkt sich dadurch positiv auf die Permeabilität der gesamten
Membran aus. Die aktive Trennschicht ist nicht auf den Aufnahmen zu erkennen,
da sie nur wenige Nanometer (Millionstel-Millimeter) dick ist.
Der komplette Membran-Druckluftrockner besteht aus einem druckfesten Gehäuse,
in dem eine Vielzahl von Hohlfäden parallel angeordnet ist. Die Einheit mit Rohr
und Hohlfäden wird als Modul bezeichnet. Die Vorzüge des Membrandrucklufttrockners
mit Hohlfäden sind die bei kleiner Baugröße vergleichsweise große Membranoberfläche
und der einfach zu realisierende Gegenstrom zur Abführung des Permeats.
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