Title: Trennung von Methan und Kohlendioxid mittels Gaspermeation; Aufbau eines Teststands und Durchführung von Messungen
Language: Deutsch
Authors: Winkler, Marlene 
Qualification level: Diploma
Keywords: Gaspermeation
gas permeation
Advisor: Harasek, Michael 
Assisting Advisor: Friedl, Anton
Issue Date: 2008
Number of Pages: 95
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Gaspermeation ist ein relativ junges und einfaches Membrantrennverfahren, das auch kosteneffzient zur Methananreicherung aus Biogas eingesetzt werden kann.
In dieser Arbeit wurde ein Teststand zur Durchführung von Versuchen zur Gaspermeation aufgebaut. Der Hohlfasermembranmodul wurde selbst gefertigt mit industriell hergestellten Polyimidhohlfasern. Die Steuerung des Teststands erfolgte mittels SPS, Gaszusammensetzungen in Retentat und Permeat konnten mittels Gasanalyse festgestellt werden.
Eine genaue Dosierung und Volumenstrommessung der Gase war ebenfalls möglich. Die Prozessregelung umfasste eine Datenerfassung und eine Visualisierung.
Es wurden Versuche mit Kohlendioxid und Methan durchgeführt. Die Reingaspermeanzen dieser Gase wurden bei verschiedenen Temperaturen und Drücken festgestellt. Für die Temperaturabhängigkeit der Reingaspermeanz nach Arrhenius wurden Aktivierungsenergien bei verschiedenen Drücken berechnet. Die Permeanz der jeweiligen Gasspezies in einer binären Mischung wurde bei unterschiedlichen Feedkonzentrationen bestimmt. Der Einfluss der Stromführung (Gegenstrom und Gleichstrom) wurde untersucht und mit zwei zur Verfügung stehenden Modellen verglichen. Das erste Modell berücksichtigt bis zu 5 Komponenten im Feed. Die Berechnung erfolgt durch Teilung der Membranfläche in eine endliche Zahl von Abschnitten, für die alle Partialmassenbilanzen gelöst werden. Das zweite Modell wird in Matlab durchgeführt und enthält zusätzlich die Möglichkeit, zeitabhängige (instationäre) Phänomene im Membranmodul zu betrachten. An sich können beliebig viele Komponenten hiermit berechnet werden.
Ein Vergleich mit bereits publizierten Werten für solche Hohlfasern zeigt eine gute Anwendbarkeit des Teststands für weiterführende Untersuchungen mit anderen Modulen sowie die Eignung der erhaltenen Werte für das Upscaling für größere Anlagen.

Gas permeation is a new and relatively simple membrane separation process, which can be used for methane enrichment from biogas. In this work, a laboratory scale test rig for gas permeation was constructed. A hollow fibre membrane module was produced using commercially available polyimide hollow fibre membranes. The test rig was controlled by a PLC (Programmable Logic controller), the gas concentrations in retentate and permeate could be determined by a gas analysis. Exact regulation and measurement of volume flows are feasible. Experiments with carbon dioxide and methane were conducted. The permeances of the single gases were determined at various temperatures and pressures. The activation energy for the transport through the membrane could be calculated at various pressures using the Arrhenius approach for temperature dependency. The permeances of methane and carbon dioxide in a binary mixture at dierent feed compositions were studied. The influence of cocurrent and countercurrent flow in the membrane module was investigated. These results were compared with two models that were available. The rst model, a static one, was using Excel, where up to ve components in the mixture are considered. The other model was dynamic, but used for a static case and was performed in Matlab. The number of components that can be considered in this model is not limited. Comparisons of the produced results and literature data showed that the test rig is qualied for further investigations with other modules and the results are suitable to be used for upscaling.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-24636
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14648
Library ID: AC05039616
Organisation: E166 - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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