Energieeintrag durch Radiowellen
Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) vorgelegt der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen-Technischen Fakult盲t der Martin-Luther-Universit盲t Halle Wittenberg
verteidigt am 03.08.2005
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In der chemisch-physikalischen Verfahrenstechnik und der Umwelttechnik sind katalytische und adsorptive Verfahren zur Herstellung und R眉ckgewinnung von Produkten und Wert颅stoffen sowie zum R眉ckhalt und Abbau von Schadstoffen weit verbreitet. Die Temperatur stellt bei diesen Prozessen eine wesentliche Steuergr枚脽e dar, da sie sowohl die Reaktions- und Transport颅ge颅schwindigkeiten als auch die Lage von Adsorptions-/Desorptions-Gleich颅ge颅wichten bestimmt. Zur thermischen Desorption bzw. Regeneration beladener Adsor颅ben颅zien ist ebenso eine Erw盲rmung erforderlich wie zur Einstellung der Arbeits颅temperatur getr盲gerter Katalysatoren. Die auf der Absorption von Mikro- und Radiowellen basierenden dielektrischen Erw盲r颅mungs颅verfahren bieten die einmalige M枚glichkeit ein weites Spektrum verschiedener Fest颅stoffe schnell und effizient zu erw盲rmen. Durch die von 盲u脽eren Stoffstr枚men und Energie颅tr盲gern unabh盲ngige direkte Erw盲rmung der Adsorbenzien und Katalysatoren kann sehr flexibel und spontan auf sich 盲ndernde Betriebsbedingungen reagiert werden. F眉r die Anwendung im techni颅schen Ma脽stab bietet sich das Verfahren der Radiowellen颅er颅w盲r颅mung an.
Mit den durchgef眉hrten Untersuchungen sollten die Grundlagen f眉r die Anwendung von Radio颅wellen zur Er颅w盲rmung etablierter kommerzieller Adsorbenzien und Katalysatoren geschaffen und klare Befunde 眉ber die M枚glich颅keit zur stoffselektiven Erw盲rmung von Katalysatorclustern und polaren Adsorbaten durch Radio- und Mikrowellen gegeben bzw. die daf眉r notwendigen Bedingun颅gen bestimmt werden.
Adsorbenzien, wie Aktivkohlen und Zeolithe, konnten bis in den kleintechnischen Ma脽stab hinein homogen und schnell erw盲rmt werden. Die 脺bertragungsverluste waren vernachl盲ssigbar.
Eine stoffselektive Erw盲rmung von Katalysatorclustern mit einer Gr枚脽e von ca. 100 nm durch Radio- und Mikrowellen konnte selbst unter den optimalen Bedingungen im Hochvakuum, unter denen kein W盲rmeaustausch 眉ber die Gasphase erfolgt, nicht nachgewiesen werden. Erst ab einer Par颅tikel颅gr枚脽e von mehreren Mikrometern wurden einzelne Zeolithpartikel in einer Matrix selektiv im Hochvakuum erw盲rmt. Unter Umgebungsdruckbedingungen war eine signifikante 脺ber颅hitzung einzelner Zeolithpar颅tikel erst ab einer Partikelgr枚脽e von mehreren Millimetern m枚glich.
Polare Adsorbate bewirken zumeist eine Erh枚hung der effekti颅ven dielek颅trischen Verluste der Adsorben颅zien, wodurch deren dielektrische Erw盲rmung mit颅unter erst m枚glich wird. Da颅mit kann ein station盲rer Temperaturunterschied zwischen bela颅denen und unbe颅la颅denen Bereichen der Adsor颅benzien auch bei Um颅gebungsdruck etabliert werden. Durch die Radio- und Mikrowellener颅w盲rmung wurde jedoch selbst im Hochvakuum keine selektive Desorp颅tion polarer Adsorbate (Ammoniak, Wasser) gegen眉ber unpolaren Adsorbaten (z.B. Pentan) er颅reicht.
Theoretische Untersuchungen zeigen in 脺bereinstimmung mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen, dass eine selektive Erw盲rmung einzelner Partikel unter Um颅gebungs颅druck颅be颅dingungen selbst bei optimalen dielektrischen Eigenschaften erst ab einer Partikel颅gr枚脽e im Millimeterbereich m枚glich ist.