Durchbruchkurve

Durchbruchkurve bezeichnet in der Prozess- und Umwelttechnik die zeitliche Entwicklung der Konzentration eines gelösten Stoffs im Ausfluss eines gefüllten Festbetts, typischerweise in Adsorptions- oder Chromatcolumns. Als Messeinheit wird oft das Verhältnis Ce/C0 verwendet, wobei Ce die Konzentration im Ausfluss und C0 die Eingangskonzentration ist. Die Kurve lässt sich gegen die verstrichene Zeit oder gegen das durchströmt gewonnene Bettvolumen (Durchfluss) darstellen.

Interpretation und Kennwerte: Eine Durchbruchkurve zeigt, wann der Adsorber oder das Chromatgefäß beginnt, den Stoff durchzulassen (Durchbruch). Der sogenannte Durchbruchzeitpunkt tb ist erreicht, wenn Ce/C0 einen festgelegten Schwellenwert erreicht, häufig 0,05 bis 0,1. Die Sättigungszeit te kennzeichnet den Zeitpunkt, an dem Ce/C0 nahezu 1 annimmt und der Bed-Adsorber seine maximale Kapazität erreicht hat. Zwischen tb und te verläuft die Kurve typischerweise von nahezu Null hin zu 1. Aus der Fläche unter der Durchbruchkurve bis tb lässt sich die dynamische Adsorptionskapazität des Betts abschätzen.

Anwendungen und Nutzung: Durchbruchkurven werden verwendet, um die Leistungsfähigkeit von Festbettprozessen zu bewerten, etwa bei Wasser- und Abwasserreinigung (Entfernung organischer Substanzen, Ionen), Gastrennungen und der chromatographischen Trennung. Sie dienen der Dimensionierung von Columnen, der Bestimmung von Betriebsparametern (Flussrate, Temperatur) sowie der Bewertung von Massentransferprozessen, Kinetik und Dispersion.

Modellierung und Berechnung: Zur Beschreibung der Kurve kommen empirische Modelle oder physikalische Diffusions- und Massentransfermodelle zum Einsatz. Die dynamische Kapazität qd kann aus der zeitlichen Entwicklung der Verluste oder aus der Fläche unter der Kurve bis tb abgeleitet werden.