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Alt 04.10.2019, 08:30   #1   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Hallo zusammen,

ich habe vor einigen Jahren an einem Seminar "Trocknung in der Prozessindustrie" teilgenommen.

Wir haben momentan Probleme mit der Vakuumtrocknung und jetzt wollte ich herausfinden wieso die Vakuumtrocknung mit Inertgas schneller ist als ohne.

Im Anhang sieht man den Ausschnitt von diesem Artikel.

Ich verstehe auch, dass wenn der Vakuum tiefer ist, die Produkttemperatur auch tiefer ist wegen dem Wasserdampfdruck.

Aber wieso werden die 40 mbar vom Stickstoff vom gesamten Druck subtrahiert?
(60 mbar - 40 mbar = 20 mbar)

Im Stickstoffgas kann sich ja auch Wasserdampf ablagern. Ich weiss, dass je kleiner das Molekulargewicht vom Gas ist, desto mehr Wasserdampf kann es "aufnehmen". Luft liegt bei 29 g/mol und Stickstoff bei 14 g/mol. Aber dann müsste man ja nur die hälfte abziehen können, da es doppelt soviel aufnehmen kann.

Danke für eine Erklärung.
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Alt 04.10.2019, 08:59   #2   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.304
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Da stimmt was nicht. Stickstoff hat ein Molekulargewicht von 28 g/mol wegen N2 nicht 14 g/mol und Luft von 29 g/mol. Luft besteht ja zu 78% aus Stickstoff. Die Überlegung stimmt so nicht. Über die Molekularmassen kann man das nicht argumentieren.
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Alt 04.10.2019, 09:21   #3   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Das Inertgas sorgt dafür, dass die Gasphase in einem viel größeren Strom abgepumpt wird. Damit wird auch verdampftes Wasser abtransportiert.
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Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 04.10.2019, 09:45   #4   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

@Nobby: Stimmt Stickstoff kommt immer als N2 vor. Also kann es nicht am Molekulargewicht liegen. Also im Beispiel ist deutlich mit Stickstoff gearbeitet worden. Habe noch das zweite Bild hochgeladen, wo auch N2 steht.

@Cyrion: Aber der Druck beträgt ja immer 60 mbar. Mit und ohne Inertgas. Der Wasserdampf wird in beiden Fällen durch das Vakuum abtransportiert.
Angehängte Grafiken
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Alt 04.10.2019, 10:38   #5   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Aber die Menge "Abluft" ist um ein vielfaches größer.

Spiel das mal experimentell durch:

Ohne Inertgas: Du hast einen Gasraum mit 100 Wasserteilchen. In einem Schritt verdampfen 11 und es kondensieren 10%. Dann wird das überschüssige abgepumpt. Abpumprate pro Schritt: 1

Mit Inertgas: Du hast im Gasraum 30 Wasserteilchen. Es verdampfen wieder 11, es kondensieren 3. Außerdem werden 16 Inertgasteilchen dazugegeben. Abgepumpt werden 24 Teilchen, davon 30%, also ca. 7 Teilchen Wasser. Abpumprate 7.

Das ist nur ein vereinfachtes Beispiel, es zeigt aber, welchen Einfluss das Inertgas hat: Verringerung des Wasserdampfdrucks durch vermehrten Gasabtransport und dadurch verminderte Rekondensation von Wasser, die in einer nahezu gesättigten Gasphase ungünstig hoch ist.
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Alt 04.10.2019, 10:59   #6   Druckbare Version zeigen
safety  
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Beiträge: 1.629
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Schleppgastrocknung, funktioniert auch wunderbar auf dem Bahnhofsklo mit Handlufttrocknern.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 11:14   #7   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Oder anders ausgedrückt: Das was verdampft, muss auch abtransportiert werden. Wäsche im Wind trocknet besser als bei Windstille.

Den gleichen Effekt hat man übrigens auch, wenn man beim Lösen von Zucker (oder anderen Feststoffen in Flüssigkeiten) umrührt.
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Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 04.10.2019, 11:33   #8   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

@Cyrion: Tut mir Leid, aber so ganz durchblicken tue ich noch nicht mit deinem Beispiel .
Wieso hat der Gasraum mit Inertgas nur noch 30 Wasserteilchen. Das Volumen im Gasraum ist ja immer gleich, da der Druck ja immer 60 mbar ist?
Das Inertgas kann ja auch Wasserdampf mitnehmen. Wieso kann man dann bei der Berechnung vom Wasserdampfdruck, die 40 mbar abziehen vom Gesamtdruck? Das verstehe ich nicht. Nur weil die Abluft um ein vielfaches grösser ist? Könnte man anstatt Stickstoff auch Luft nehmen? Wäre das Ergebnis das selbe? Da ja beide ± die gleiche Molmasse haben?
Dann könnte man ja auch nur einen Druck von 100 mbar einstellen und dafür mit viel mehr Schleppluft arbeiten. Somit wäre es dann 100 mbar H2O - 90 mbar N2 = 10 mbar. Somit wäre der Wasserdampfdruck nur noch bei 7°C und die Trocknung wäre nochmals schneller? Oder hab ich irgendwo ein Gedankenfehler?

@safety: Das stimmt. Aber da wird doch einfach der verdunstete Wasserdampf weggepustet?
Biddibabe ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 11:36   #9   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Hat es beim Rühren in Flüssigkeiten nicht damit zu tun, dass wenn ich das Zucker rühre es mehr Kollisionen zwischen den Atome gibt und es somit schneller löst, als wenn es steht und die Atome sich nur wenig bewegen?
Biddibabe ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 12:07   #10   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.629
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
@safety: Das stimmt. Aber da wird doch einfach der verdunstete Wasserdampf weggepustet?
Stimmt, bei der o.g. Vakuumtrocknung mit Schleppgas genauso. Es ist völlig egal, mit welchem Gas, es geht nur darum, durch das Wegblasen von Wasserdampf den Partialdruck des Wassers über der Oberfläche des Trockenguts so gering wie möglich zu halten.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 13:26   #11   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
@Cyrion: Tut mir Leid, aber so ganz durchblicken tue ich noch nicht mit deinem Beispiel .
Wieso hat der Gasraum mit Inertgas nur noch 30 Wasserteilchen.Das Volumen im Gasraum ist ja immer gleich, da der Druck ja immer 60 mbar ist?
Das Volumen und der Druck sind gleich. Wenn da also 2 mal so viel Inertgas wie Wasser drin sind, dann ist die Menge des Wassers nur noch 1/3, also 20 mbar.

Vielleicht solltest Du Dich mal mit dem Thema "Gesamtdruck und Partialdruck" auseinandersetzen.

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
Das Inertgas kann ja auch Wasserdampf mitnehmen. Wieso kann man dann bei der Berechnung vom Wasserdampfdruck, die 40 mbar abziehen vom Gesamtdruck?
Weil, wie in der Aufgabenstellung geschrieben, von den 60 mbar 40 mabr von dem Inertgas aufgebracht werden. Da kann das Wasser nur noch 20 mbar haben oder man hat keine 60 mbar Gesamtduck.

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
Das verstehe ich nicht. Nur weil die Abluft um ein vielfaches grösser ist? Könnte man anstatt Stickstoff auch Luft nehmen? Wäre das Ergebnis das selbe?
Solange die Luft trocken ist: ja. Und wenn der Sauerstoff nicht mit dem zu trocknenden Gut reagiert.

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
Da ja beide ± die gleiche Molmasse haben?
Lass doch mal die Molmasse außen vor. Die hat damit überhaupt nix zu tun. So wenig wie die Autofarbe mit der Zahl der Fahrardfahrer.

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
Dann könnte man ja auch nur einen Druck von 100 mbar einstellen und dafür mit viel mehr Schleppluft arbeiten. Somit wäre es dann 100 mbar H2O - 90 mbar N2 = 10 mbar.
Es geht bei dem Verfahren darum, die Menge Wasser in der Gasphase niedrig zu halten. Wasser verdampft nur bis zu einer gewissen Menge, dann ist die Gasphase darübre mit Wasser gesättigt. Je näher der Dampfdruck an der Sättigungsgrenze ist, desto langsamer verdampft das Wasser (bzw. desto mehr Wasser schlägt sich aus der Gasphase wieder in der kondensoerten Phase nieder).

Der maximale Dampfdruck ist temperaturabhängig. Bei 100 °C sind es übrigens 1 Bar (Lucftdruck). Wenn das Wasser heißer wird, dann ist es in der Lage die Luft oder umgebendes Wasser vollständig zu verdrängen. Das nennt man landläufig "kochen".

Zitat:
Zitat von Biddibabe Beitrag anzeigen
Somit wäre der Wasserdampfdruck nur noch bei 7°C und die Trocknung wäre nochmals schneller? Oder hab ich irgendwo ein Gedankenfehler?

@safety: Das stimmt. Aber da wird doch einfach der verdunstete Wasserdampf weggepustet?
Alle Deine Fragen lassen darauf schließen, dass Du Dich mit den Themen Dampfdruck, Gesamtdruck, Partialdruck etc. nicht auskennst. Am besten arbeitest Du das Kapitel nach. Wenn Du das verstanden hast, dann ist die Erklärung dieses Verfahrens auch für Dich kein Problem mehr. Und Du wirst sicher das Wissen noch brauchen können.
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Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 14:42   #12   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Ok, danke ich werde mir das nochmals genauer anschauen.

Mich hat folgender Post verwirrt:

---------------------------

Bitte genauer lesen: Jedes Gas das eine kleinere Molare Masse hat als Luft, ist in der Lage mehr Wasser je kg trockenes Gas aufzunehmen.

Beispiel:

1kg trockene Luft nimmt bei 1013 mbar, und 60°C --> Dampfdruck Wasser
~ 200 mbar folgende Wassermasse auf:

18 kg*kmol-1/29 kg*kmol-1*200mbar /(1000mbar-200mbar)

=0,1555 kg Wasser/kg TL

für WAsserstoff (M= 2 kg/kmol) ergibt sich:

18 kg*kmol-1/2 kg*kmol-1*200mbar /(1000mbar-200mbar)

2,25 kg Wasser/kg trockener WAsserstoff.

Die Gleichung lässt sich aus der Definitionsgleichung der relativen Feuchte:

\varphi =\rho Wasserdampf/\rho trockenes Gas herleiten, wenn man für die Dichte jeweils pV=m/M RT
umgestellt nach \rho=m/V einsetztm wobei für p der jewielige Partialdruck zu setzen ist.



Grüße Allchemist

--------------------

Darum dachte ich, dass das Stickstoff auch Wasser aufnimmt und somit der Druck noch immer bei 60 mbar ist.
Aber ich werde nochmals das ganze sacken lassen. :-)

Danke schonmal.
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Alt 04.10.2019, 14:55   #13   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Da musst Du genau lesen:

"Jedes Gas das eine kleinere Molare Masse hat als Luft, ist in der Lage mehr Wasser je kg trockenes Gas aufzunehmen."

Ja: Mit 14 kg Stickstoff kannst Du die gleiche Trockenleistung wie mit 1 kg Wasserstoff hinkriegen. Welches Volumen nehmen denn 14 kg Stickstoff und 1 kg Wasserstoff bei Normdruck ein? Fällt Dir beim Vergleich was auf?
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Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 15:17   #14   Druckbare Version zeigen
Biddibabe Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Genau das gleiche Volumen :-)
Biddibabe ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2019, 15:26   #15   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Vakuumtrocknung mit Inertgasverwendung

Und deswegen auch der gleiche Druck. Oder anders gesagt: Die Molmasse kannst Du Dir sonst wohin stecken, wenn es um den Druck geht.
__________________
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