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TU Berlin

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Veröffentlichungen

Verbundprojekt: Verwendung von ionischen Flüssigkeiten in Absorptionskälteanlagen
Zitatschlüssel Kuehn_Schlussbericht_Evonik_2012
Autor Kühn, A and Ziegler, F and Zehnacker, O and Seiler, M
Jahr 2012
Institution Technische Universität Berlin, Evonik Industries AG
Zusammenfassung Im Verbundprojekt “Verwendung von ionischen Flüssigkeiten in Absorptions-kälteanlagen“ wurde von Oktober 2008 bis September 2011 die Einsatzfähigkeit von ionischen Flüssigkeiten (ILs) in Absorptionskälteanlagen sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Die theoretischen Vorarbeiten führten zur Ableitung eines Lastenheftes, welches wesentliche Einflussparameter und Stoffeigenschaften erfasst. Vordergründige Zielstellung war dabei die Analyse von ionischen Flüssigkeiten, welche sowohl in bestehenden Anlagen wesentliche Vorteile wie z.B. einen erweiterten Einsatzbereich ermöglichen, als auch Flüssigkeiten, welche alternative Anlagenkonzepte erlauben. Aus einem umfassenden Screening von Anion-Kation-Kombinationen wurden 59 ionische Flüssigkeiten für die experimentelle Voruntersuchung ausgewählt. Diese wurden synthetisiert und charakterisiert. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die getesteten ionischen Flüssigkeiten eine Wasserpartialdruckerniedrigung in gleicher Größenordnung wie LiBr-Lösung, in den meisten Fällen bei deutlich höheren Salzmassenanteilen, ermöglichen. Ebenfalls wurde experimentell nachgewiesen, dass sie bei Temperaturen über 20°C nicht kristallisieren und dass sie im Temperaturbereich einstufiger Absorptions¬kälteanlagen thermisch stabil sind. Aus den synthetisierten ILs konnten sieben Kandidaten als für die Anwendung aussichtsreich identifiziert werden. Diese wurden im Technikumsmaßstab hergestellt, umfassend analysiert und in einer Absorptionskälteanlage an der TU Berlin untersucht. Dabei konnte die gleiche Effizienz, allerdings nicht die gleiche Leistungsdichte wie bei Wasser/LiBr-Lösungen nachgewiesen werden. Mit zwei ionischen Flüssigkeiten wurden Kälteleistungen erreicht, die 80% der Leistung von unadditivierter LiBr-Lösung entsprechen. Die geringere Leistung wird auf eine Stoffübergangshemmung zurückgeführt. Eine Beeinflussung der Leistungsdichte auf anlagentechnischer Ebene wurde als eine weitere Verbesserungsstrategie untersucht. Hierbei wurde die adiabate Absorption als eine Möglichkeit identifiziert, den Stofftransport zu verbessern, da der Wärme- und Stoffübergang im Absorber getrennt und nacheinander und nicht wie in konventionellen Anlagen simultan abläuft. Das bietet die Möglichkeit der getrennten verfahrenstechnischen Optimierung des Wärme- und Stofftransportes. Sowohl im Labor als auch in der Anlage der TU Berlin wurden Korrosionsinhibitoren für Stahl und Kupfer getestet. Gegen Ende des Projektes wurde eine neue Klasse von ILs entwickelt, die bereits ohne Korrosionsinhibitoren eine sehr geringe Kupferkorrosion verursacht. Gegenüber Stahl sind mehrere ILs bereits ohne Inhibitoren deutlich weniger korrosiv als korrosionsinhibierte LiBr-Lösung. Weiterhin wurden Additive zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens und zur Ausbildung von Marangoni-Konvektion getestet. Gute Ergebnisse wurden insbesondere im Labor erreicht. Das Projekt konnte das Potential der ionischen Flüssigkeiten als Absorbentien für Absorptionskälteanlagen bestätigen. Insbesondere erscheint eine Verwendung von ILs in Einsatzbereichen möglich, in denen LiBr versagt. Damit wurde ein wesentlicher Fortschritt erreicht. Mehrere potentielle Kandidaten für dieses Ziel wurden ermittelt, und eine Additivierungsstrategie wurde aufgezeigt. Um die im Rahmen des Projekts entwickelten Lösungen zur Marktreife zu bringen, ist weitere Forschung notwendig. Dies betrifft insbesondere die Analyse der Wechselwirkungen der jeweiligen Stoffparameter in Bezug auf eine Steigerung der Anlagenleistungsdichten. Darüber hinaus können an die jeweiligen Stoffeigenschaften der Absorbentien angepasste Anlagenkonzepte entwickelt werden, um die Beschränkungen der bisher betrachteten ionischen Flüssigkeiten bei der Rieselfilmabsorption aufzuheben.
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