Die Physik dahinter – Warum ist Silicagel wiederverwendbar?

Silicagel besteht aus einem hochporösen Siliziumdioxid-Netzwerk (SiO₂). Die Feuchtigkeit nehmen die Trockenperlen durch einen rein physikalisch Vorgang (Adsorption) auf. Die Wassermoleküle aus der Luft werden mittels van-der-Waals-Kräften an der Oberfläche der zahlreichen Poren gebunden (Kapillarkondensation). 

Da es sich um einen physikalischen und nicht um einen chemischen Prozess handelt, ist dieser auch wieder reversibel. Dafür muss dem Granulat Energie in Form von Wärme oder durch eine Druckabsenkung zugeführt werden. Die Wassermoleküle, die zuvor an der Porenoberfläche gebunden wurden, werden durch die zugeführte Energie wie ein Magnet wieder losgelöst (Desorption). Dieser Vorgang wird als Regeneration bezeichnet. 

Den richtigen Zeitpunkt für die Regeneration erkennen. 

Alle Trockenmittel haben eine fest definierte Adsorptionskapazität, die beschreibt, wie viel Wasser das Material maximal aufnehmen kann (z.B. 35% bei unserem Silicagel). Diese hängt von mehreren Faktoren, wie z.B. den spezifischen Materialeigenschaften ab, aber auch von Umgebungstemperatur und relativer Luftfeuchte. Ist diese Grenze erreicht, sind die Trockenperlen gesättigt und können keine weiter Feuchtigkeit mehr adsorbieren und müssen ausgetauscht oder regeneriert werden.  

Um den aktuellen Sättigungsstand des Silicagels zu messen gibt es verschiedene Methoden. Die Einfachste ist ein im Granulat enthaltener Farbindikator, der bereits in der Produktion eingearbeitet wird. Sobald der Feuchtigkeitsgehalt in den Perlen steigt, verändert sich deren Farbe und signalisiert klar, dass das Zyklusende erreicht wurde. Wenn kein Farbindikator enthalten ist, wird der Sättigungsstand in der Regel mit folgenden Methoden kontrolliert: 

• Feuchtigkeitsmessung: Angebrachte Sensoren messen eine ansteigende Restfeuchte, die den Austauschzeitpunkt signalisiert. 
• Gewichtsänderung: Der Sättigungsstand wird rechnerisch durch das Wiegen des Trockenmittels ermittelt. 
• Druckabfallmessung: In manchen Fällen ist ein Abfallen des Drucks im System ein Indiz auf gesättigtes Silicagel
• Zeit/Betriebszyklussteuerung: Die Trockenmittel-Füllung wird basierend auf Erfahrungswerten und zu erwartender Feuchtigkeitsbelastung zyklisch ausgetauscht. 

Einflussfaktoren.

Der wichtigste Faktor, der sich auf die Regeneration von Silicagel auswirkt ist die gewählte Temperatur. Zu niedrig (<120°C)  und die Desorption ist unvollständig und das Wasser verbleibt in den Poren der Trockenperlen. Zu hoch (>150°C) und die Poren und Struktur können beschädigt werden, aber auch die Adsorptionskapazität kann irreversibel verringert werden. Auch ein zu schnelles starkes Erhitzen kann das Silicagel in einen Schockzustand versetzen und zu Rissbildung im Material führen.  

Ein weiterer Faktor ist eine gute Belüftung und/oder die Zuhilfenahme von Gasen zur Durchspülung. Je besser das Granulat belüftet ist, umso einfacher kann das angelagerte Wasser aus den Poren an der Oberfläche austreten, da sich die Hitze gleichmäßiger verteilt und die Feuchtigkeit schnell verfliegen kann. Dünne Materialschichten und gut belüftete Silicagel-Betten beschleunigen den gesamten Regenerationsprozess erheblich. 

Eine Verunreinigung oder eine Kontamination mit Fremdstoffen sollte tunlichst vermieden werden. Staub, Öl, chemische oder organische Rückstände können die Poren verstopfen oder beim Erhitzen während dem Regenerationsvorgang sogar verkohlen und Schäden nach sich ziehen. 

Wie oft kann regeneriert werden?

Wenn die Regeneration des Silicagel unter den empfohlenen Bedingungen durchgeführt wird, kann in der Regel von mehreren hundert Regenerationszyklen ausgegangen werden, bevor das Material vollständig ausgetauscht werden sollte. Die Lebensdauer ist dabei stark abhängig von diversen Einsatzbedingungen im Betrieb: Temperatur, Druck, Gasführung, mechanische Belastung etc. Auch, wenn Silicagel ein beständiges Material ist, treten mit der Zeit auf den einen oder anderen Weg unweigerlich Beschädigungen an den Poren auf, die sich negativ auf die maximale Adsorptionskapazität der Trockenperlen auswirken. 

In einem eigenen Testversuch konnte bei einem engporigen weißen Silicagel nach 500 Regenerationszyklen ein Verlust von 700g/m² auf 340g/m² festgestellt werden. Die reine Adsorptionswirkung ist dabei nach wie vor beständig, alleine die maximal aufnehmbare Wassermenge ist gesunken. Über die 500 Zyklen hinaus konnte jedoch keine weitere signifikante Verschlechterung mehr festgestellt werden und die Adsorptionskapazität blieb nach ihrem initialen Rückgang konstant.

Erfolgreich regeneriert oder nicht?

Ob ein Regenerationsvorgang erfolgreich war und die Feuchtigkeit vollständig ausgetrieben wurde, kann im Nachhinein ganz klar festgestellt werden. 

• Restfeuchte Messung

​Durch ein genaues Wiegen der Silicagel Schüttung kann sich zeigen, ob das Material vollständig trocken ist oder nicht. Dafür muss die Probe einmal vor und einmal nach dem Regenerationsprozess genau gewogen werden. Der Gewichtsverlust spiegelt dabei die Menge des abgegebenen Wassers wider. 

• Taupunktmessung

Nach der Regeneration wird ein trockener Gasstrom durch die Adsorber Füllung geleitet und der Taupunkt des Gases wird am Auslass gemessen. Wenn das Gas den geforderten Taupunkt erreicht hat, konnte das Silicagel erfolgreich regeneriert werden. Wird der Taupunkt nicht erreicht und bleibt noch zu hoch, enthält das Silicagel nach wie vor zu viel Feuchtigkeit. 

• Indikator-Silicagel

Wenn es sich um ein Silicagel mit Farbindikator handelt, kann der Sättigungsstand ganz einfach direkt visuelle abgelesen werden. Nach einer erfolgreichen Regeneration müssen alle Trockenperlen wieder ihre Ursprungsfarbe erreicht haben.

• Vergleich mit Sollwerten

Viele Anlagen setzten auf feste Zyklenzeiten, wodurch im zeitlichen Verlauf klare standardisierte Referenzwerte gesammelt werden konnten. Nach einem gewöhnlichen Regenerationsvorgang ist demnach klar, wie hoch die Standzeit im nächsten Zyklus sein muss, wenn das Silicagel vollständig trocken ist. Wenn die Standzeit nicht erreicht werden kann, lässt dies auf eine ineffektive Regeneration schliessen. 

Wir kümmern uns um Sie & Ihre Produkte!

Mehr als 16.000 Unternehmen vertrauen auf unsere Trockenmittel

Pro Jahr schützen unsere Kunden mit über 80.000kg Silicagel & Molekularsieb ihre Maschinen und Produkte und verhindern, dass 26.400l Wasser mit empfindlichen Materialien in Kontakt kommen.