Vorlesung 8

Konventioneller Kontaktor: Erzeugt eine Phasengrenzfläche für Stoffaustauschprozesse wie Absorption, Extraktion oder Stripping.

Membran-Kontaktor:

• Erzeugt eine nicht-dispersive Phasengrenzfläche mit einer porösen Membran.

• Eine Phase benetzt die Membranporen, die andere Phase bleibt getrennt.

• Treibende Kraft: Partialdruck- oder Konzentrationsunterschied.

1. Vorteile:

   • Nicht-dispersive Kontaktierung → keine Emulsionsbildung.

   • Hohe Packungsdichte → sehr kompakte Apparate.

   • Unabhängigkeit von Dichteunterschieden zwischen den Phasen.

   • Einfache Skalierbarkeit durch modulare Bauweise.

2. Nachteile:

   • Zusätzlicher Membran-Widerstand reduziert Effizienz.

   • Fouling kann Poren blockieren.

   • Membran-Lebensdauer begrenzt, Austausch nötig.

   • Instabile Trennung bei Druckschwankungen.

1. Membran-Anforderungen:

   • Mikroporös (MF, UF) für geringen Widerstand.

   • Hohe Porosität, dünne Wandstärke.

   • Hohlfasermembranen bevorzugt (große spezifische Oberfläche).

   • Material: PP, PVDF (je nach Anwendung hydrophob/hydrophil).

2. Modul-Anforderungen:

   • Hohe Packungsdichte für große Austauschfläche.

   • Optimierte Hydrodynamik auf der Schale (kein Bypassing).

   • Chemische, mechanische, thermische Beständigkeit.

   • Geringe Druckverluste.

Optimierungsmöglichkeiten:

• Verbesserte Durchströmung auf der Schale (kein Bypassing, kein Channeling).

• Angepasste Modul-Geometrie für gleichmäßige Strömung.

• Niedrige Druckverluste durch bessere Gestaltung des Strömungspfads.

• Erhöhung der Membranfläche durch modulare Bauweise.

1. Partialdruckdifferenz (Δp\Delta pΔp) für Gas-Flüssig-Trennung.

2. Konzentrationsdifferenz (Δc\Delta cΔc) für Flüssig-Flüssig-Trennung.

Entscheidende Faktoren:

• Kontaktwinkel: Bestimmt, ob die Membran hydrophil oder hydrophob ist.

• Benetzbarkeit:

  • Hydrophile Membran → Wasser benetzt Membranporen.

  • Hydrophobe Membran → Organische Phase oder Gas benetzt Membranporen.

• Bessere Löslichkeit der Zielkomponente in der Phase innerhalb der Poren.

1. Druck muss innerhalb des sicheren Bereichs liegen:

   • Δpmin\Delta p_{\text{min}}Δpmin​ zu niedrig → Leckage der benetzenden Phase.

   • Δpmax\Delta p_{\text{max}}Δpmax​ zu hoch → Durchbruch der nicht-benetzenden Phase.

2. Typische Werte:

   • Δpmin=0.2\Delta p_{\text{min}} = 0.2Δpmin​=0.2 bar

   • Δpmax=0.5−18\Delta p_{\text{max}} = 0.5 - 18Δpmax​=0.5−18 bar

1. Druckabfall entlang des Moduls führt zu Variationen im transmembranen Druck.

2. Wenn Δp zu stark schwankt:

   • Leckage (wenn Δp<Δpmin​).

   • Durchbruch (wenn Δp>Δpmax).

3. Hydraulische Limitierung muss bei der Prozessauslegung berücksichtigt werden.

1. Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit → Höhere Transportkoeffizienten.

2. Optimierung der Modul-Geometrie → Vermeidung von Bypassing und Dead Zones.

3. Erhöhung der Membranfläche → Größere Austauschfläche.

Anwendungen:

• Membran-Oxygenator (Blut mit Sauerstoff anreichern, CO₂ entfernen).

• Pertraction (Extraktion von Phenol aus Wasser).

• Stripping (NH₃-Entfernung aus Abwasser).

• Dealcoholization von Wein.

• Säurerückgewinnung durch Diffusionsdialyse.