Verfahrenstechnische Grundlagen von Adsorption und Ionenaustausch: Skriptum zur Vorlesung von H. Sontheimer "Physikalisch-technische Trennverfahren" mit Übungsaufgaben
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| Veröffentlicht: |
Karlsruhe
1975
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| Schriftenreihe: | Engler-Bunte-Institut <Karlsruhe>. Bereich und Lehrstuhl für Wasserchemie: Veröffentlichungen des Bereichs und Lehrstuhls für Wasserchemie.
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OFTRMSLAPT. PTTEBSENSTFTOSSE 13 ENGLER-BUNTE-INSTITUT DER UNIVERSITAET
KARLSRUHE SS 4I:: /F (TECHNISCHE HOCHSCHULE) VEROEFFENTLICHUNGEN DES
BEREICHS UND DES LEHRSTUHLS FUER WASSERCHEMIE LEITUNG: PROFESSOR DR. H.
SONTHEIMER HEFT 8 VERFAHRENSTECHNISCHE GRUNDLAGEN VON ADSORPTION UND
IONENAUSTAUSCH SKRIPTUM ZUR VORLESUNG VON PROF. DR. H. SONTHEIMER
,PHYSIKALISCH-CHEMISCHE TRENNVERFAHREN MIT UEBUNGSAUFGABEN
ZUSAMMENGESTELLT UND BEARBEITET VON: DIPL.-ING. W. HOELL DR. W. KUEHN
DIPL.-ING. U. ROHMANN DR. G. SMIRICZ DR. P. SPINDLER KARLSRUHE 1975 - 5
- INHAIITSVERZEICHNIS SEITE FORMELZEICHEN 10 1. EINLEITUNG -
SORPTIONSVERFAHREN 13 2. ADSORPTIONSMITTEL 16 2.1 AKTIVKOHLE 16 2.1.1
HERSTELLUNG 16 2.1.2 EIGENSCHAFTEN 17 2.1.2.1 INNERE OBERFLAECHE 17
2.1.2.2 CHEMISCHE STRUKTUR DER OBERFLAECHE 18 2.1.3 ALLGEMEINE AUSSAGEN
ZUR ADSORPTION 18 2.1.3.1 ADSORPTIONSMECHANISMEN 19 2.1.3.2 ADSORPTION
UND OBERFLAECHENSPANNUNG 20 2.1.3.3 ADSORPTION AUS LOESUNGEN 21 2.1.4
ANWENDUNGEN 22 2.1.4.1 ANWENDUNG IN DER GASPHASE 22 2.1.4.2 ANWENDUNG IN
DER FLUESSIGEN PHASE 25 2.1.4.3 AKTIVKOHLE ALS KATALYSATOR 25 2.2
ALUMINIUMOXID 25 2.3 SILIKATISCHE ADSORBENTIEN 26 2.3.1 KIESELGEL 26
2.3.2 BLEICHERDEN 26 2.3.3 MOLEKULARSIEBE 26 3. IONENAUSTAUSCHER 27 3.1
ALLGEMEINES 27 3.2 HERSTELLUNG 28 3.3 EIGENSCHAFTEN 30 3.3.1
PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN 30 3.3.2 PHYSIKALISCH-CHEMISCHE
EIGENSCHAFTEN 30 3.3.2.1 SELEKTIVITAET - 30 3.3.2.2 STAERKE VON
IONENAUSTAUSCHERN 31 3.3.2.3 KAPAZITAET - ~ 33 3.3.2.4 QUELLUNG 34
3.3.2.5 ELEKTROSTATISCHE BEDINGUNGEN 35 - 6 - SEITE 3.4 ANWENDUNGEN 3 6
3.4.1 WASSERAUFBEREITUNG 36 3.4.2 WEITERE ANWENDUNGSMOEGLICHKEITEN 37 4.
SORPTIONSGLEICHGEWICHTE 38 4.1 ALLGEMEINES 38 4.2 SORPTIONSISOTHERMEN 39
4.2.1 LANGMUIR-ISOTHERME 4O 4.2.1.1 ABLEITUNG 40 4.2.1.2 GRENZFAELLE . 42
4.2.1.3 LINEARISIERUNG 42 4.2.1.4 TRENNFAKTOR UND DIMENSIONSLOSE 43
DARSTELLUNG 4.2.2 BRUNAUER-EMETT-TELLER-ISOTHERME ( 47 4.2.3
FREUNDLICH-ISOTHERME 48 4.2.4 GLEICHUNG VON SIPS 50 4.2.5 GLEICHUNG VON
KOBLE UND CORRIGAN 50 4.2.6 GLEICHUNG VON RADKE UND PRAUSNITZ 50 4.3
FORMALES ARBEITEN MIT GLEICHGEWICHTS- 51 DATEN 4.4 GLEICHGEWICHTE BEI
IONENAUSTAUSCHERN 54 4.4.1 VERGLEICH MIT DER ADSORPTION 54 4.4.2
GLEICHGEWICHTSBEDINGUNG 55 4.4.3 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DES GLEICH-
57 GEWICHTS 4.5 SORPTION VON MEHREREN KOMPONENTEN 59 4.5.1
GLEICHGEWICHTE BEI DER ADSORPTION 59 4.5.2 GLEICHGEWICHTE BEIM
IONENAUSTAUSCH 60 4.6 ANWENDUNG VON GLEICHGEWICHTSBEZIEHUNGEN 61 ZUR
BERECHNUNG VON ABSATZWEISE ARBEI- TENDEN SORPTIONSANLAGEN 4.6.1
ALLGEMEINES 61 4.6.2 EINSTUFIGE SORPTIONSANLAGE 62 4.6.3 MEHRSTUFIGE
ANLAGE 63 4.6.3.1 ZWEI STUFEN HINTEREINANDER 63 4.6.3.2 ZWEI STUFEN IM
GEGENSTROM 65 - 7 - SEITE 4.6.3.3 M STUFEN IM GEGENSTROM (GRAPHISCHE 66
LOESUNG) 4.6.3.4 ZUSAMMENFASSUNG 68 SORPTIONSKINETIK 68 5.1 MOEGLICHE
MECHANISMEN 69 5.1.1 TRANSPORT IN DER FREIEN LOESUNG 69 5.1.2
FILMDAFFUSION 69 5.1.3 KORNDIFFUSION 71 5.1.3.1 OBERFLAECHENDIFFUSION
(PARTIKEL- 71 DIFFUSION) 5.1.3.2 PORENDIFFUSION 73 5.1.4 UNTERSCHEIDUNG
ZWISCHEN DEN EINZELNEN 74 MECHANISMEN 5.1.4.1 FILMDIFFUSION UND
KORNDIFFUSION 74 5.1.4.2 OBERFLAECHEN- UND PORENDIFFUSION 75 5.2 BEISPIEL
EINES KINETISCHEN MODELLS UND 75 BERECHNUNG DER ADSORPTIONSGESCHWINDIG-
KEIT 5.3 BEISPIEL ZUR AUSWERTUNG VON BECHERGLAS- 79 VERSUCHEN 5.3.1
STOFFUEBERGANGSKOEFFIZIENT IM KORN 80 5.3.2 UEBERPRUEFUNG DER
TRANSPORTHYPOTHESE 83 BERECHNUNG VON SORPTIONSFILTERN 89 6.1
DURCHBRUCHSVERHALTEN (ALLGEMEIN 89 6.2 KONZENTRATIONSVERTEILUNG IN EINER
93 ADSORPTIONSKOLONNE (BEISPIEL) 6.3 NAEHERUNGSGLEICHUNGEN ZUR AUSLEGUNG
VON 104 SORPTIONSFILTERN BEI KONSTANTEM MUSTER 6.3.1 VORAUSSETZUNGEN .
104 6.3.2 EINFUEHRUNG DIMENSIONSLOSER GROESSEN 106 6.3.2.1 BISHER
DEFINIERTE GROESSEN 106 6.3.2.2 DURCHSATZVERHAELTNIS T 107 6.3.2.3 HTU- UND
NTU-WERTE 108 6.3.3 KINETISCHE ANSAETZE UND DARAUS ABGELEITETE 110
BEZIEHUNGEN ZUR BERECHNUNG VON DURCH- --BRUCHSKURVEN - 8 - SEITE 6.3.3.1
6.3.3.2 6.3.3.3 6.3.3.4 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 FILMDIFFUSION
KORNDIFFUSION FILM- UND KORNDIFFUSION DISKUSSION DER LOESUNG NACH THOMAS
DURCHBRUCHSKURVEN MIT PROPORTIONALEM MUSTER VORAUSSETZUNGEN MASSENBILANZ
AUSSAGE UND GUELTIGKEITSBEREICH VON DY*/DX = T 111 111 111 112 113 113
114 117 6.4.4 BESCHREIBUNG DER DURCHBRUCHSKURVEN MIT 119 DEN
GLEICHGEWICHTSBEZIEHUNGEN NACH LANGMUIR UND FREUNDLICH 6.4.4.1
LANGMUIR-ISOTHERME 119 6.4.4.2 FREUNDLICH-ISOTHERME 121 6.5
NAEHERUNGSWEISE BERECHNUNG VON FILTERN 122 BEI VORLIEGEN ANDERER
GESETZMAESSIGKEITEN 6.5.1 LINEARE ISOTHERME 122 6.5.2 KONSTANTER
TRENNFAKTOR R 125 6.5.3 NUMERISCHE METHODEN ZUR FILTERBERECHNUNG 126
6.5.4 KRITISCHE UEBERLEGUNGEN ZUR AUFSTELLUNG 127 UND VERWENDUNG VON
THEORIEN FUER DIE FILTERBERECHNUNG 6.6 EINFACHE BERECHNUNGSVERFAHREN BEI
VOR- 129 LIEGEN VON GUENSTIGEN GLEICHGEWICHT 6.6.1 DIE LUB-METHODE 129
6.6.2 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN FUER GEGENSTROM- 132 ANLAGEN 6.6.2.1
MASSENBILANZ 6.6.2.2 KOMBINATION MASSENBILANZ-FILMDIFFUSIONS- KINETIK
6.6.2.3 KOMBINATION MASSENBILANZ-KINETIKANSATZ NACH THOMAS
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