Silicagele

Welchen Einfluss hat Öl auf Silicagel?

Silicagel ist ein sehr effektives Trocknungsmittel und speichert polare Stoffe in der Porenstruktur. Aus diesem Grund kommt es in Atmungstrocknern auf Hydrauliktanks zum Einsatz. In diesem Video wird gezeigt, was passiert, wenn Ölnebel aus dem Aggregat auf das Trockenmittel kommt.


Gibt es Unterschiede bei den Silicagelen mit Farbindikator?

Mit einem Versuch sollte beantwortet werden, welche Unterschiede es zwischen den üblichen Silicagelen beim Einsatz in einem Adsorber gibt. Für diesen Vergleich wurden je 0,5 kg der Silicagel Orange-Grün (OG), Orange-Farblos (OF), Blau-Rosa (BR) und die KC Trockenperlen OC (KC) untersucht. Die Versuchsbedingungen für alle Adsorbenzien basierten auf einem Massenstrom von 46,6 g/h. Dieser wird über einen Volumenstrom von 50 l/min, einer Temperatur von 20 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 90 % berechnet.
Alle Versuche zeigten ein für Silicagel charakteristisches Verhalten. Die Durchbruchskurven verlaufen erst bei hohen Beladungen unterschiedlich, aufgrund der verschiedenen maximalen Beladungen.

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Unterschiede zwischen Silicagel und Molekularsieb

Mit einem Versuch wurde der Unterschied zwischen Silicagel Orange-Grün und den Molekularsieben 4A und 13X beim Einsatz in einem Adsorber gezeigt. Für den Versuch wurden je 0,5 kg der Trockenmittel bei einem Massenstrom von 46,6 g/h getestet. Dieser wird über einen Volumenstrom von 50 l/min, einer Temperatur von 20 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 90 % berechnet. Aufgrund des fehlenden Feuchtigkeitsindikators werden für die Molekularsiebe Kennzahlen für die Farbumschläge bestimmt.
Das Verhalten der Durchbruchskurven der Molekularsiebe differenziert sich von der des Silicagels. Diese besitzen für niedrige Beladungen einen Wert von annähernd 0. Zur maximalen Beladung hin steigt die Durchbruchskurve der Molekularsiebe steil bis zu dem Wert 1 an. Der steilere Anstieg der Durchbruchskurve spricht für eine vollständigere Beladung der Molekularsiebe.

GIEBEL_Unterschiede_Silicagel-Molekularsieb

Farbindikatoren in Silicagelen

Viele Silicagele sind, von Seiten des Herstellers, mit einem geringen Anteil an Feuchtigkeitsindikatoren versehen. Sie zeigen anhand eines Farbumschlags einen Beladungszustand an. Die Feuchtigkeitsindikatoren für Silicagele sind in zwei Arten unterteilt:
·         pH-Indikatoren
·         Metallsalze
Die pH-Indikatoren funktionieren nach dem Prinzip der Neutralisation. Im trockenen Zustand ist der Indikator von einem sauren oder alkalischen Milieu umgeben. Erzeugt wird das Milieu durch den Indikator oder einer zusätzlich aufgebrachten Säure oder Base. Der Eintrag von Wasser setzt das Milieu auf einen neutralen pH-Wert. Diese Änderung des pH-Wertes führt zu einem Farbumschlag des Feuchtigkeitsindikators.


Grundlagen zur Regeneration von Silicagel

Silicagele besitzen eine amorphe, ungeordnete Mikrostruktur und dadurch eine breite Porenradienverteilung. Aufgrund seiner Polarität gehören Silicagele zu den hydrophilen Adsorbenzien, was sich in der Affinität zu Dipolmolekülen, wie z.B. Wasser, ausdrückt. Da es sich bei der Adsorption durch Silicagel um eine Physisorption handelt, wird das Wasser durch die nicht sehr starken van der Waalsschen Kräfte an der Oberfläche gebunden. Das adsorbierte Wasser bleibt dabei chemisch unverändert und kann leicht wieder gelöst werden.

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Anleitung zur Regeneration von Silicagel in einem haushaltsüblichen Ofen

Voraussetzung zur Regeneration von beladenem Silicagel in einem haushaltsüblichen Ofen ist, dass sich kein Öl oder andere Substanzen auf der Oberfläche befinden und die Regenerationstemperatur eingehalten wird.


Silicagele mit Farbindikatoren – kennzeichnungspflichtig?

Hierbei kommt es auf den Farbindikator an. Gemäß Gesetzgebung der Europäischen Union sind reines Silicagel, Molekularsieb und Aluminiumoxid nicht als gefährlich eingestuft. Weiterhin sind sie nicht brennbar und chemisch stabil. Bei sachgemäßer Handhabung und Verwendung sind keine ökologischen Probleme zu erwarten. Werden diese Adsorbenzien in Belüftungstrocknern verwendet, so wird oft ein Silicagel mit Farbindikator ausgewählt.
Insbesondere bei Silicagelen sind diverse Farbumschläge verfügbar, die ab einem bestimmten Wassergehalt eine Veränderung anzeigen. Einige Farbindikatoren sind als giftig und gesundheitsgefährdend eingestuft. Durch solche Farbindikatoren werden auch die Silicagele und damit auch die Belüftungstrockner kennzeichnungspflichtig.

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Grundlagen zur Adsorption

Der Begriff der Adsorption wird in die Gasphasen- und die Flüssigphasenadsorption unterteilt. Der namensgebende Unterschied liegt im Aggregatzustand der Fluidphase. Für Belüftungstrockner ist die Gasphasenadsorption von größerer Bedeutung.
Diese Form der Adsorption ist durch ein Gas oder ein Gasgemisch als Fluidphase gekennzeichnet. Dieses Gas oder Gasgemisch enthält die zu adsorbierenden Atome oder Moleküle. Diese werden mit dem Begriff „Adsorptiv“ bezeichnet, siehe Abbildung. Die Oberfläche, an welcher sich das Adsorptiv anlagert, ist das „Adsorbens“. 

GIEBEL_Begriffe der Adsorption_DE

Grundlagen zum Silicagel

Silicagel oder Kieselgel ist ein poröses Granulat, welches größtenteils aus amorphem Siliziumdioxid besteht. Je nach Hersteller sind hygroskopische Salze oder sogenannte Feuchtigkeitsindikatoren weitere Bestandteile. Das Siliziumdioxid ist in Form von Tetraedern angeordnet. An der Oberfläche besitzt es Silanolgruppen (R-Si-OH), welche die Ausbildung von Wasserstoffbrücken ermöglichen.

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Farbskalen für Silicagele

Die verschiedenen Farbwechsel, der am häufigsten eingesetzten Silicagel, bestimmt über das Wartungsintervall eines Silicagelfilters. Da die Wasseraufnahmekapazität bei allen Silicagelen annähernd gleich ist, ist die Auswahl des richtigen Farbindikators nicht nur eine Frage von Geschmack. Es hat vielmehr einen wesentlichen Einfluss auf die Trocknungseffizienz und das Wartungsintervall.

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Regeneration verschiedener Trockenmittel

Trockenmittel streben stets den Ausgleich mit ihrer Umgebung an. Wenn sich also ein unbeladenes Adsorbens in einer Atmosphäre mit hoher relativer Luftfeuchte befindet, nimmt es auf Grund der unterschiedlichen Partialdrücke des Wasserdampfes Feuchtigkeit aus der Luft auf und wird so gesättigt. Wurde ein Maximum an Wasser adsorbiert, kann dementsprechend keine weitere Trocknung mehr stattfinden. Um in einer Anwendung also weiterhin den Eintrag von Feuchtigkeit zu verhindern, muss entweder die Trockenmittelschüttung ausgetauscht oder regeneriert werden.


Regeneration von ölbeladenem Silicagel

Der negative Einfluss von Öl auf Silicagel ist weitestgehend unbekannt, beziehungsweise gibt es zu dieser Fragestellung noch keine vergleichbaren Versuche, die relevante Daten liefern. Wir machten ein Vorversuch, um einen groben Einblick in dieses Thema zu erlangen.


Einfluss von Öl auf die Durchbruchskurve des Silicagels

Der Einfluss von Öl auf die Restfeuchte ist in der nachfolgenden Abbildung gut zu erkennen. Ist die Restfeuchte am Austritt gering so spricht das für eine gute Adsorption. Bei der absoluten Restfeuchte der Referenzmessung (ohne Öl) liegt sie optimal da kein Öl im System ist.


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