Aufnahme
Moleküle werden aus der Flüssigkeit an der Oberfläche der aktiven Schicht aufgenommen.
Pervaporation
Thermische Verfahrenstechnik · Eingangstestat
Pervaporation · Eingangstestat
Dieses E-Learning bereitet den realen Membrantrennversuch vor. Du erklärst den Lösungs-Diffusions-Transport, beurteilst die Einflussgrößen, berechnest den spezifischen Permeat-Massenstrom und findest die zentralen Komponenten im R&I-Fließbild.
01 · Flüssig hinein, dampfförmig hindurch
Ein homogenes Flüssigkeitsgemisch strömt als Feed an einer porenfreien Polymermembran entlang. Bevorzugt lösliche und diffusionsfähige Komponenten durchdringen die Membran, treten auf der Vakuumseite dampfförmig aus und werden später kondensiert. Der zurückgeführte Flüssigkeitsstrom heißt Retentat.
Feedtemperatur75 °C
Permeatdruck (abs.)15 mbar
Permeatflusshöhere Tendenz
Nur qualitative Wirkrichtung; keine lineare Korrelation oder Stoffdatenrechnung.
Was unterscheidet Pervaporation von einem thermischen Gleichgewichtsverfahren?
Lösung
Die Trennschicht hält die beiden Phasen vom Gleichgewicht ab. Der Stofftransport folgt der Löslichkeit und Diffusion in der dichten Polymerschicht.
Welche Stoffseite bleibt im Versuch flüssig?
Lösung
Feed und Retentat sind Flüssigkeitsströme. Das durchgetretene Permeat verlässt die Membran dampfförmig.
02 · Drei Schritte durch die Membran
Diffusion
Die gelösten Moleküle diffundieren selektiv durch die porenfreie Polymerschicht.
Abgabe
Auf der Vakuumseite treten sie in die Gasphase über.
HydrophilWasser permeiert bevorzugt.
OrganophilOrganischer Stoff permeiert bevorzugt.
Welche Reihenfolge beschreibt den Transport durch die Membran?
Lösung
Die Laboranleitung nennt genau diese drei aufeinanderfolgenden Mechanismen.
Welche Membran bevorzugt Wasser als permeierende Komponente?
Lösung
Hydrophile Membranen begünstigen in der Anleitung den Wassertransport; organophile Membranen den Transport organischer Stoffe.
03 · Permeatfluss und Konditionierung
Δp ↑Treibende Druckdifferenz steigtPermeatstrom steigt
ϑ ↑Temperatur steigtDiffusion und Permeatstrom steigen
δ ↓Membrandicke sinktPermeatstrom steigt
Welche Änderung senkt laut Anleitung den Permeatstrom?
Lösung
Der Permeatstrom nimmt mit abnehmender Membrandicke zu; eine größere Dicke wirkt daher entgegengesetzt.
Warum wird die Membran vor einem neuen Stoffsystem konditioniert?
Lösung
Die langsame Anpassung verhindert eine Schädigung und schafft reproduzierbare, stationäre Bedingungen.
04 · Spezifischen Permeat-Massenstrom bestimmen
Die aufgefangene Permeatmasse wird auf Membranfläche und Messzeit bezogen:
Die installierte Cross-Flow-Membran besitzt laut R&I-Datenblock eine Fläche von 201 cm² = 0,0201 m².
m
A
t
Berechne den spezifischen Permeat-Massenstrom.
ṁP =g m−2 s−1
Lösung
Womit wird die Gemischzusammensetzung im Versuch bestimmt?
Lösung
Das thermostatisierte Refraktometer liefert den Brechungsindex für die Bestimmung der Zusammensetzung.
05 · Anlagenbauteile zuordnen
Ordne jedes Kennzeichen seiner Hauptaufgabe zu.
Feed temperiert vorlegen
Vorlagebehälter temperieren
Flüssigkeit umwälzen
Stoffgemisch selektiv trennen
Permeat kondensieren
Kondensationssystem temperieren
Permeat volumetrisch auffangen
Permeatseitiges Vakuum erzeugen
Lösung
B1 · temperierter Vorlagebehälter · B2 · Laborthermostat für B1 · P1 · Mikrozahnradpumpe · F1 · Cross-Flow-Membranmodul · W1 · Permeatkondensator · B3 · Tieftemperatur-Kühlthermostat · X1 · temperierte Messbürette · P2 · Membran-Vakuumpumpe
06 · Trockenübung am R&I-Fließbild
Finde die gesuchte Funktion im Originalfließbild. Name und Kennzeichen stehen bewusst nicht in der Frage. Die Reihenfolge wird bei jedem Seitenaufruf neu gemischt.
1 / 9
Versuchsrahmen und Quellenhinweis
Das Laborpersonal füllt das Gemisch ein, konditioniert die Membran, stellt Feedstrom und Tieftemperaturthermostat ein. Die Gruppen bestimmen den Permeatfluss bei zwei Temperaturen zwischen 65 °C und 90 °C; mit V11 werden 15 mbar oder 30 mbar Absolutdruck eingestellt. Kennzeichnungsabweichung der Originalquelle: Kapitel 4.1 nennt PIR 003, das R&I-Fließbild auf Seite 7 beschriftet den Vakuumdruckaufnehmer als PIR 001.
Welches Ventil stellt laut Kapitel 4.1 den dort als PIR 003 bezeichneten Druck ein?
Lösung
V11 stellt 15 mbar oder 30 mbar Absolutdruck ein. Im R&I-Fließbild ist das zugehörige Vakuumdruckmessgerät als PIR 001 beschriftet.
07 · Kontroll-PDF
Das verifizierbare PDF wird erst freigeschaltet, wenn alle sechs Module bestanden sind. Es enthält den Bearbeitungsstand und die tatsächlich geprüften Antworten.
| Modul | Status |
|---|---|
| 01 · Prinzip | Offen |
| 02 · Membrantransport | Offen |
| 03 · Einflüsse | Offen |
| 04 · Permeatfluss | Offen |
| 05 · Anlage | Offen |
| 06 · R&I-Trockenübung | Offen |
Noch gesperrt: Bearbeite zuerst alle sechs Module.