Durchbruchverfahren

Durchbruchverfahren bezeichnet in der Verfahrenstechnik eine Gruppe dynamischer Trennprozesse, bei denen ein Gas- oder Flüssigkeitsgemisch durch ein festbettiertes sorptives Medium strömt. Im Bett werden Bestandteile aufgrund unterschiedlicher Adsorptions- oder Ionenaustauschkapazitäten unterschiedlich stark zurückgehalten. Zunächst passieren schwächer adsorbierte Komponenten den Bed, während stärker gebundene Substanzen im Bett verbleiben. Mit fortschreitender Betriebsdauer verschlechtert sich die Abscheideleistung und es entfaltet sich eine charakteristische Durchbruchkurve, die den Anstieg der Konzentration des durchgelassenen Zielbestandteils im Ausfluss beschreibt.

Die Durchbruchkurve wird üblicherweise als Verhältnis C_out/C_in gegen Zeit oder gegen die durchflussbezogene Verweilzeit dargestellt. Typischerweise beginnt der Ausfluss nahe null, steigt dann langsam an und erreicht schließlich einen Schwellenwert, der den Durchbruch markiert. Wängt sich der Betrieb weiter fort, nähert sich die Ausflusskonzentration dem Eingangsniveau. Wichtige Kennzahlen sind die Durchbruchzeit t_b, die Sättigungszeit und der Gesamtnutzen des Sorptionsprozesses. Diese Größen hängen von Bettentiefe, Fließrate, Temperatur, Druck, Sorbensmaterial und der Zusammensetzung des Bindemittels ab.

Typische Ablaufsequenzen umfassen Beladung (Adsorption), Regeneration bzw. Desorption und Wiederverwendung des Sorbens. In vielen Anwendungen werden Zyklen oder kontinuierliche Konzepte wie das Simulated Moving Bed (SMB) eingesetzt, um durchgehend getrennte Produkte zu erzielen. Anwendungen finden sich in der Gasreinigung, Wasser- und Luftaufbereitung, der Entfernung von Feuchtigkeit oder organischen Verunreinigungen aus Flüssigkeiten und in der Lebensmittel- bzw. Pharmaindustrie.

Vorteile sind hohe Selektivität und Wiederverwendbarkeit der Sorbensstoffe; Herausforderungen bestehen in der Vorhersage der Durchbruchzeiten, der Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und dem Energie- bzw. Regenerationsbedarf.