Silicagel


Silicagel

 

Einsatzgebiete

Silicagele werden für die Kühlung und Klimatisierung eingesetzt sowie um Produkte und Anlagen vor Feuchtigkeit zu schützen. Häufig werden Silicagele in Transformator-Luftentfeuchtern, Tanklufttrocknern und Hydraulikbelüftungsfiltern sowie Laboranlagen und Verpackungen von feuchtigkeitsempfindlichen Gütern eingesetzt.

GIEBEL Silicagele

Beschreibung

Silicagel ist eines der am häufigsten eingesetzten Trocknungsmittel und besteht zu 99% aus Siliziumdioxid (SiO2). 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. Adsorbiertes Wasser bildet Wasserstoffbrücken mit den Silanolgruppen aus.


Eigenschaften

Sorten

Unterschieden werden Silicagele in engporige und weitporige Sorten. Engporige Silicagele haben eine höhere Wasseraufnahme bei niedrigen Partialdrücken. Weitporige Silicagele besitzen eine kleinere innere Oberfläche, aber größere Poren. Engporige Silicagele werden in der Luftentfeuchtung wesentlich häufiger eingesetzt, da sie aufgrund der größeren spezifischen Oberfläche und der größeren Anzahl von Silanolgruppen hydrophiler sind als weitporige.

Stoff- und technische Daten

  • Chemische Bezeichnung: Amorphes Siliziumdioxid
  • Zusammensetzung: SiO2
  • CAS-Nummer: SiO2     63231-67-4

EngporigWeitporig
Aussehen und FormRunde, feste KugelnRunde, feste Kugeln
Partikelgrößemm5.005.00
Schüttdichtekg/l70.000.60
Porenvolumenml/g35.007.00
BruchfestigkeitN>200-
Spezifische Oberflächem²/g600.00300.00
Siliziumdioxid SiO2%99.0099.80
Spurenelemente%1.000.20
Wasseraufnahmekapazitätml/kg>370>70

 



Porenverteilung

Bei engporigen, mikroporösen Silicagelen liegt der Schwerpunkt der Porenradienverteilung bei 1-2 nm (10-20 Å).

Bei weitporigen, mesoporösen Silicagelen liegen die Poren bei 2-20 nm (20-200 Å).

porenverteilung
Porenverteilung engporigen und weitporigen Silicagels


Adsorptionskinetik

Entscheidend für die Verwendung von Silicagelen als Trocknungsmittel sind die Bindungsenergien und die Beladungskapazitäten. Für die 1. Molekülschicht beträgt die Bindungsenergie 5.140 kJ/kmol.

Mit zunehmender Beladung auf multimolekularer Ebene sinkt dieser Wert stark ab. Dies resultiert in einer Verlangsamung der Wasseraufnahme in einer Silicagelschüttung.

adsorptionskinetik
Verlangsamung der Adsorptionsgeschw. mit zunehmender Beladung


Gleichgewichtsbeladung

Die Kombination engporiges Silicagel-Wasser entspricht einem konvexen Isothermentyp. Die Isotherme weist einen steilen Anstieg auf. Die Monomolekularbelegung des Silicagels ist bei ca. 30% abgeschlossen, danach findet eine mehrschichtige Belegung der Adsorbensoberfläche sowie Kapillarkondensation statt. Bei einer Adsorptionskapazität von ca. 35% nimmt es ein Plateau ein und steigt nur noch leicht an.

adsorptionsisothermen
Adsorptionsisothermen engporiger und weitporiger Silicagele
isothermen
Isothermen engporiges Silicagel bei 20o C, 40o C und 60o C

Sorten

Unterschieden werden Silicagele in engporige und weitporige Sorten. Engporige Silicagele haben eine höhere Wasseraufnahme bei niedrigen Partialdrücken. Weitporige Silicagele besitzen eine kleinere innere Oberfläche, aber größere Poren. Engporige Silicagele werden in der Luftentfeuchtung wesentlich häufiger eingesetzt, da sie aufgrund der größeren spezifischen Oberfläche und der größeren Anzahl von Silanolgruppen hydrophiler sind als weitporige.

Stoff- und technische Daten

  • Chemische Bezeichnung: Amorphes Siliziumdioxid
  • Zusammensetzung: SiO2
  • CAS-Nummer: SiO2     63231-67-4


Porenverteilung

Bei engporigen, mikroporösen Silicagelen liegt der Schwerpunkt der Porenradienverteilung bei 1-2 nm (10-20 Å).

Bei weitporigen, mesoporösen Silicagelen liegen die Poren bei 2-20 nm (20-200 Å).


Adsorptionskinetik

Entscheidend für die Verwendung von Silicagelen als Trocknungsmittel sind die Bindungsenergien und die Beladungskapazitäten. Für die 1. Molekülschicht beträgt die Bindungsenergie 5.140 kJ/kmol.

Mit zunehmender Beladung auf multimolekularer Ebene sinkt dieser Wert stark ab. Dies resultiert in einer Verlangsamung der Wasseraufnahme in einer Silicagelschüttung.


Gleichgewichtsbeladung

Die Kombination engporiges Silicagel-Wasser entspricht einem konvexen Isothermentyp. Die Isotherme weist einen steilen Anstieg auf. Die Monomolekularbelegung des Silicagels ist bei ca. 30% abgeschlossen, danach findet eine mehrschichtige Belegung der Adsorbensoberfläche sowie Kapillarkondensation statt. Bei einer Adsorptionskapazität von ca. 35% nimmt es ein Plateau ein und steigt nur noch leicht an.



Regeneration von Silicagelen

In der Praxis wird als häufigste Regenerationsmethode die Temperaturerhöhung angewendet. Bei der Desorption von Wasserdampf aus Silicagel muss die Temperatur oberhalb von 100°C liegen. Empfohlen wird eine Regenerationstemperatur zwischen 150°C bis 175°C. Jedoch ist dabei zu berücksichtigen, dass ein auf dem Silicagel aufgebrachter Farbindikator bei diesen Temperaturen beschädigt wird. Daher wird für Silicagel mit Farbindikator eine Regenerationstemperatur von 121°C angegeben und sollte 140°C nicht überschreiten.

Silicagele Regeneration



Alterung

Wird engporiges, farbloses Silicagel mit einer Temperatur von 150°C regeneriert, verringern sich die Gleichgewichtsbeladung nach 100 Zyklen um ca. 20% und der Halbwertdiffusionskoeffizient um 32%. Nach etwa 100 Zyklen erreichen die Gleichgewichtsbeladung und der Diffusionskoeffizient einen Grenzwert, der bis zu 500 Zyklen nicht mehr wesentlich unterschritten wird.

alterung
Veränd. Gleichgew.beladung und Halbwertdiffusionskoeffizienten



Adsorption weiterer Stoffe

Silicagele adsorbieren neben Wasser auch andere Stoffe. Für eine optimale Adsorbensauswahl sollten die Stoffe und deren Diffusionskoeffizienten gegenüber Silicagel bekannt sein.

GemischInertgasTemperatur [°C]Druck [bar]
Stärker
gebunden
Schwächer gebunden
COO2-0; 1001.00
CO2O2, CO-100.001.00
H2OC6H6N1 (1 bar)50.001.00
C2H4C2H4-0.003.00
C3H8C2H4, C3H8-0.001.00
C3H6C2H4, C3H8-0-40; 251.00
i-C4H10n-C4H1025.001.00
C6H6n-C6H14Luft (1 bar)70.000.00
CH3OHC6H6, H2ON2 (1 bar)50.001.00
CH3OHC6H625.001.00

Gemisch (Bindungskräfte abnehmend)InertgasTemperatur [°C]Druck [bar]
C3H6 / C3H8 / C2H4-25.001.00
CH3OH / H2O / C6H6N2 (1 bar)50.001.00



Farbindikatoren

Zur optischen Anzeige der Beladung mit Wasserdampf wird Silicagel mit einem Indikator eingefärbt.

Häufig werden pH-Indikatoren eingesetzt. Bei der Adsorption von Wasser an der Oberfläche des Silicagels, ändert sich der pH-Wert.

Diese Änderung verursacht eine Farbveränderung des Indikators. Weiterhin kommen Eisensalze und das Schwermetall Kobalt(II)chlorid zum Einsatz.

 

 

FarbindikatorFarbindikatorBedenklichkeit
Orange -> GrünpH-IndikatorUnbedenklich
Orange -> FarblospH-IndikatorBedenklich
EisensalzUnbedenklich
Blau -> RosaSchwermetallBedenklich
Orange -> RotpH-IndikatorUnbedenklich
Blau -> RotpH-IndikatorUnbedenklich
Farblos-Unbedenklich

 

Farbindikatoren



Korngrößen

Die Größe der Körnung hat einen starken Einfluss auf die Adsorption. Je größer der Partikeldurchmesser ist...

  • desto länger die Adsorptionszeiten im durchströmten Adsorber
  • desto geringer der Druckverlust beim Durchströmen des Adsorbensbetts
  • desto größer der Hohlraumanteil des Adsorbensbetts
  • desto größer der Effekt der Randgängigkeit im Adsorbensbett
  • desto größer der hydraulische Durchmesser des Adsorbensbetts
  • desto ungleichmäßiger das radiale Geschwindigkeitsprofil im Adsorber

Für durchströmte Silicagelschüttungen werden Kugeln mit einem Durchmesser von 3-5 mm empfohlen.



Regeneration von Silicagelen

In der Praxis wird als häufigste Regenerationsmethode die Temperaturerhöhung angewendet. Bei der Desorption von Wasserdampf aus Silicagel muss die Temperatur oberhalb von 100°C liegen. Empfohlen wird eine Regenerationstemperatur zwischen 150°C bis 175°C. Jedoch ist dabei zu berücksichtigen, dass ein auf dem Silicagel aufgebrachter Farbindikator bei diesen Temperaturen beschädigt wird. Daher wird für Silicagel mit Farbindikator eine Regenerationstemperatur von 121°C angegeben und sollte 140°C nicht überschreiten.

Silicagel Regeneration



Alterung

Wird engporiges, farbloses Silicagel mit einer Temperatur von 150°C regeneriert, verringern sich die Gleichgewichtsbeladung nach 100 Zyklen um ca. 20% und der Halbwertdiffusionskoeffizient um 32%. Nach etwa 100 Zyklen erreichen die Gleichgewichtsbeladung und der Diffusionskoeffizient einen Grenzwert, der bis zu 500 Zyklen nicht mehr wesentlich unterschritten wird.



Adsorption weiterer Stoffe

Silicagele adsorbieren neben Wasser auch andere Stoffe. Für eine optimale Adsorbensauswahl sollten die Stoffe und deren Diffusionskoeffizienten gegenüber Silicagel bekannt sein.



Farbindikatoren

Zur optischen Anzeige der Beladung mit Wasserdampf wird Silicagel mit einem Indikator eingefärbt.

Häufig werden pH-Indikatoren eingesetzt. Bei der Adsorption von Wasser an der Oberfläche des Silicagels, ändert sich der pH-Wert.

Diese Änderung verursacht eine Farbveränderung des Indikators. Weiterhin kommen Eisensalze und das Schwermetall Kobalt(II)chlorid zum Einsatz.

 

Farbindikatoren



Korngrößen

Die Größe der Körnung hat einen starken Einfluss auf die Adsorption. Je größer der Partikeldurchmesser ist...

  • desto länger die Adsorptionszeiten im durchströmten Adsorber
  • desto geringer der Druckverlust beim Durchströmen des Adsorbensbetts
  • desto größer der Hohlraumanteil des Adsorbensbetts
  • desto größer der Effekt der Randgängigkeit im Adsorbensbett
  • desto größer der hydraulische Durchmesser des Adsorbensbetts
  • desto ungleichmäßiger das radiale Geschwindigkeitsprofil im Adsorber

Für durchströmte Silicagelschüttungen werden Kugeln mit einem Durchmesser von 3-5 mm empfohlen.


Angebotene Silicagele

Standard

  • 2,0 l Kunststoff-Flasche
  • 4,0 l Kunststoff-Flasche
  • 30,0 l Kunststoff-Fass
  • 60,0 l Kunststoff-Fass


Optional

  • 1,0 kg Beutel
  • 25,0 kg Sack
  • Aluminiumverbundbeutel
  • Andere Verpackungen auf Anfrage


Lieferung

  • Standard Silicagele sind bis 1.000 kg ab Lager lieferbar
  • Weitere Sorten und größere Mengen auf Anfrage.

Silicagel Gebinde

SilicageleFarblosOrange-GrünOrange-FarblosBlau-RosaBlau-RotOrange-RotWeitporiges Silicagel
Körnungen3-5 mm3-5 mm3-5 mm3-5 mm3-5 mm3-5 mm1,4-2,8 mm
0,5-1 mm
1-3 mm

 


Standard

  • 2,0 l Kunststoff-Flasche
  • 4,0 l Kunststoff-Flasche
  • 30,0 l Kunststoff-Fass
  • 60,0 l Kunststoff-Fass


Optional

  • 1,0 kg Beutel
  • 25,0 kg Sack
  • Aluminiumverbundbeutel
  • Andere Verpackungen auf Anfrage


Lieferung

  • Standard Silicagele sind bis 1.000 kg ab Lager lieferbar
  • Weitere Sorten und größere Mengen auf Anfrage.

Silicagel Gebinde

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Carl-Zeiss-Str. 5 / 74626 Bretzfeld-Schwabbach
Tel. +49 (0) 7946 944401 - 0 / info@giebel-adsorber.de