Inżynieria chemiczna i procesowa –

-

wymiana masy

Katarzyna Szramowiat

Metody określania
powierzchni międzyfazowej.

Metody określania powierzchni

międzyfazowej:



Metody stosowane do aparatów ze znaną

ustaloną powierzchnią geometryczną

wypełnienia:

◦

Metoda zabarwiania zwilżonej części powierzchni

elementów wypełnień;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas

sublimacji naftalenu z powierzchni suchego i

zraszanego wypełnienia;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas

odparowania z powierzchni całkowicie

zroszonego wodą wypełnienia i absorpcji dobrze

rozpuszczalnego gazu;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas
sublimacji naftalenu z powierzchni suchego
wypełnienia i absorpcji dobrze rozpuszczalnego
gazu przy użyciu tego samego wypełnienia i dla
takich samych prędkości gazu;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas
absorpcji tego samego gazu w kolumnie
wypełnionej i na całkowicie zwilżonym
pojedynczym elemencie wypełnienia;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas absorpcji
tego samego gazu w kolumnie wypełnionej i
kolumnie kulkowej.

Metody…



Metody fizyczne stosowane w przypadku
aparatów barbotażowych, pianowych:

◦

Metoda fotografowania warstwy piany, a następnie
analiza statystyczna otrzymanych fotografii;

◦

Metoda pomiaru natężenia światła rozproszonego
przez warstwę piany i porównania go z natężeniem
światła zmierzonym przed utworzeniem piany;

◦

Metoda pomiaru natężenia światła odbitego od
warstwy piany lub cieczy z pęcherzykami gazu;

Metody…



Metody chemiczne (najbardziej uniwersalne
i stosowane w przypadku dowolnego typu
absorbera):

◦

Metody reakcji pseudopierwszorzędowej
Danckwertsa;



do wyznaczania powierzchni międzyfazowej w
absorberach typu mieszalnikowego, półkowego oraz
aparatów z ruchomym wypełnieniem.

◦

Metody szybkiej reakcji pseudopierwszorzędowej.

Zgodnie z metodą reakcji pseudopierwszorzędowej:

A  składnik (substrat) A fazy gazowej, kmol,
B  składnik (substrat) B fazy ciekłej, kmol,
b  liczba kilomoli substratu B reagujących z 1 kilomolem

substratu A,

R  produkt reakcji, kmol,
k

2

 stała szybkości nieodwracalnej reakcji chemicznej

drugiego rzędu, m3/kmol⋅s.

Szybkość tej reakcji opisuje równanie
kinetyczne:

r

A

=k

2

c

B

c

A

Jeżeli stężenie składnika B jest duże, to:

r

A

=k

1

c

A

k

1

 współczynnik szybkości reakcji

pierwszego rzędu, [s

-1

].

Zgodnie z modelem Danckwertsa średnią szybkość
absorpcji składnika A w objętości absorbera wyraża
zależność:

n

A

- strumień molowy absorbowanego składnika A, [kmol/s],

V – objętość czynna absorbera, [m

3

],

a – powierzchnia międzyfazowa rozwijana w jednostce objętości

aparatu, [m

2

/m

3

],

c

Az

– stężenie składnika A na powierzchni międzyfazowej po stronie

fazy ciekłej, [kmol/m

3

],

D

A

– współczynnik dyfuzji składnika A w cieczy, [m

2

/s],

β

c

– współczynnik wnikania masy po stronie fazy ciekłej, [m/s].

Równanie to można przekształcić do postaci:

W ten sposób otrzymano równanie linii

prostej:

Jeżeli:

To reakcję uważa się za szybką  metoda

szybkiej reakcji.
Wartość powierzchni wylicza się z równania:

Powierzchnia wypełnienia

Ogólne równanie przenikania:

G

A

 strumień masy składnika absorbowanego;

k  współczynnik przenikania masy;
(∆π

Aog

)

śr

 średni moduł przenikania masy.

Powierzchnia teoretyczna:

Współczynnik użyteczności powierzchni:

Powierzchnia „geometryczna” wypełnienia:

Stąd objętość wypełnienia:

I wysokość warstwy wypełnienia:

Gdzie: a  jednostkowa powierzchnia

wypełnienia, [m

2

/m

3

];

f  przekrój skrubera, [m

2

].

Powierzchnia jednostkowa dla pierścieni
ceramicznych:

d  zewnętrzna średnica pierścienia.

Przekrój jednej

rusztowiny:

f

i

=(s+t)l

i

,[m

2

]

Całkowity przekrój

skrubera:

f = ∑f

i

= (s+t)∑l

i

= (s+t)L

i

Stąd:

Liczba warstw skrubera n:

Sumaryczną długość łat określa wzór:

V  pusta objętość skrubera o wysokości

zajętej przez wypełnienie.

Powierzchnia warstwy wypełnienia:

Gdzie:

Jest powierzchnią jednostkową wypełnienia.