Durchbruch (Adsorption)

Der Durchbruch ist eine Kenngröße der Adsorption. Damit wird der Konzentrations-Anstieg einer ausgewählten Komponente auf der Abströmseite eines Adsorbers über eine willkürlich gewählte Größe bezeichnet. Das Durchbruchsverhalten unter verschiedenen Randbedingungen wird mithilfe von Durchbruchskurven beschrieben. Diese beschreiben den Verlauf der Konzentration eines Adsorptivs am Ausgang eines Adsorbers aufgetragen über die Zeit. Durchbruchskurven können sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch sein.

Bedeutung des Durchbruchs

Bei der adsorptiven Abscheidung von Bestandteilen eines Fluids werden einzelne Moleküle an ein Adsorbens angelagert. Bei räumlich starren Adsorbern, wie beispielsweise Festbettadsorber, ist dann zu beobachten, dass die Beladung des Adsorbens im Adsorber nicht gleichmäßig zunimmt, sondern im Eintrittsbereich der Anströmung am höchsten ist und im Verlauf des Adsorbers abnimmt. Die Adsorptionskapazität des Adsorbens hängt dabei auch von der Konzentration des Adsorptivs, also der abzuscheidenden Komponente, ab, sodass sich die Konzentration des Adsorptivs in einem Gleichgewicht mit der Adsorbens-Beladung befindet. Von einem Durchbruch wird dann gesprochen, wenn die Konzentration der abzuscheidenden Komponente am Adsorberausgang eine willkürlich gewählte Konzentration übersteigt.

Der Durchbruch ist unter anderem bei der Abgasreinigung, der Gasanalytik und der Reinigung von Kfz-Innenraumluft von Bedeutung. Er wird beeinflusst durch

• die Strömungsgeschwindigkeit des Gases,
• die jeweiligen Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten,
• die Diffusion im Adsorbens,
• das Verhalten der Sorptionsisotherme und
• die freigesetzte Adsorptionswärme.

Zusammenhängende und abgeleitete Größen

Durchbruch und Abscheidegrad ergänzen sich zu hundert Prozent.

Als Durchbruchszeit wird die Zeitdauer bezeichnet, bei der die Konzentration der untersuchten Verbindung in dem aus dem Adsorber austretenden Gas einen bestimmten Prozentsatz der Konzentration der Verbindung am Adsorbereintritt erreicht. Das Durchbruchsvolumen ist das Produkt aus Gasvolumenstrom und Durchbruchszeit.

Literatur

• VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin. (Zusammenfassung und Inhaltsverzeichnis online).

Einzelnachweise

1. Uta Sager, Eckhard Däuber, Christof Asbach, Dieter Bathen, Frank Schmidt, Claudia Weidenthaler, Jo-Chi Tseng, Wolfgang Schmidt: Unterschiede bei der Adsorption von NO₂ und NO an modifizierter Aktivkohle. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft. 74, Nr. 5, 2014, ISSN 0949-8036, S. 181–184.
2. Werner Kast: Adsorption aus der Gasphase – ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und technische Verfahren. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26719-0, S. 141–179.
3. VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin, S. 13.
4. Harald Jüntgen: Grundlagen der Adsorption. In: Staub – Reinhalt. Luft. 36, Nr. 7, 1976, ISSN 0949-8036, S. 281–288.
5. VDI 3481 Blatt 2:1998-09 Messen gasförmiger Emissionen; Bestimmung des durch Adsorption an Kieselgel erfaßbaren organisch gebundenen Kohlenstoffs in Abgasen (Gaseous emission measurement; Determination of gaseous organic carbon in waste gases; Adsorption on silica gel). Beuth Verlag, Berlin, S. 5.
6. VDI 2083 Blatt 8.1:2014-10 Reinraumtechnik; Luftreinheit anhand chemischer Konzentration (ACC) (Cleanroom technology; Air cleanliness chemical concentration (ACC)). Beuth Verlag, Berlin, S. 7.
7. DIN ISO 16000-23:2019-03 Innenraumluftverunreinigungen - Teil 23: Leistungsprüfung zur Beurteilung der Konzentrationsminderung von Formaldehyd und anderen Carbonylverbindungen durch sorbierende Baumaterialien (ISO 16000-23:2018). Beuth Verlag, Berlin, S. 9.
8. VDI 2100 Blatt 3:2011-10 Messen gasförmiger Verbindungen in der Außenluft; Messen von Innenraumluftverunreinigungen; Gaschromatografische Bestimmung organischer Verbindungen; Aktive Probenahme durch Anreicherung auf Adsorbenzien; Thermodesorption (Determination of gaseous compounds in ambient air; Determination of indoor air pollutants; Gas chromatographic determination of organic compounds; Active sampling by accumulation on adsorbents; Thermal desorption). Beuth Verlag, Berlin, S. 11.