Способ измерения коэффициента массопереноса

Способ измерения коэффициента массопереноса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

as>®> u»

3(5D 01 И 27/48 оооооо

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3350511/ 1 8-25 (22) 19. 10.81 (46) 30.07,83. Бюл. N 28 (72) О.С.Ксенжек, B.Г.нефедов, В.М.Серебритский, Я.В.Семенов и Ф.A.Борисенко (71) Днепропетровский ордена Трудово, го Красного Знамени химико-технологический институт им.ф.3 Дзержинского (53) 543.257(088.8) (56) 1.Cooper С,М., Fernstrom L.À., М111ег S.A, gas-Lignid Contactor

Jndustrià1 аМ Enqinering chemistry

1944, 36, и 6, р.504-509.

-2. Харитонова Э.В., Миколаев П.И., Кантера В.М., Полянский B.Ï. Экспериментальное определение коэффициентов массопередачи для систем газ-жидкость методом восстановления характеристик.- "Микробиологическая промышленность", 1974, И 4 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МАССОПЕРЕНОСА раствора в аппара. тах с мешалками с использованием электрохимических датчиков, о т л и. ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения измерения, на катод подают потенциал предельного тока электрохимически активного вещества измеряют величину его предельного тока и определяют коэффициент массопереноса как величину, пропорциональную отношению предельного тока к концснтрации этого вещества.

Ф 10324

Изобретение относится к измерению скорости перемешивания жидких сред, в частности к определению коэффициента массоперенооа для оценки интенсивности перемешивания раствора в аппаратах с мешалками(реакторах), применяемых в химической и микробиологической промышленности.

Известен способ определения коэффи.циента массопвреноса (1 для оценки 10 интенсивности перемешивания раствора в реакторах по скорости процессов хемосорбции кислорода раствором сульфита натрия, Причем коэффициент массопереноса K>G )определяют по скорости изменения концентрации сульФита натрия при перемешивании раст Вора s присутствии кислорода.

Отбирая пробу раствора из аппарата через определенные промежутки 20 времени и анализируя ее на содержание сульфита, рассчитывают коэффициент массопереноса в аппарате

/Ц

"Ь = .- р (1)

25 где И вЂ” количество прореагировавшего сульфитв; J,- обьем раствора в аппарате; с — время между отборами проб;

6P — парциальное давление кислорода в аппарате.

К недостаткам способа следует отнести сложность и длительность выполнения анализов, изменение скорости окисления сульфита в присут35 ствии ряда ионов, например Сц(Л), гогрешность возрастающую при высоких, интенсивностях перемешивания.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения коэффициента массопереноса раствора в аппаратах с мешалками с использованием электрохимически.к датчиков.

Способ осуществляется следующим образом. После предварительной от,дувки кислорода из раствора (до нулевых показаний вторичного прибора) в аппарате устанавливается необходимый режим перемешивания, включается подача кислорода и снимается кривая изменения показаний датчика во времени. Во втором этапе опыта снимается кривая изменения показа». ний прибора за счет инерционности датчика. Для этого на его мембранную часть надевается колпачок с раствором сульфита натрия (вторичный приоор фиксирует отсутствие раство02 2 ренного кислорода). Затем в аппарат заливается раствор, насыщенный кислородом при данной температуре и пар циальном давлении. Устанавливается необходимый режим перемешивания и сбрасывается колпачок с датчика. Вторичным прибором фиксируется инерционная кривая датчика при данном режиме перемешивания. Коэффициент массопереноса определяется как величина, обратная поверхности фигуры, образованной кривой изменения концентрации кислорода и инерционной кривой датчика 121.

Для определения поверхности Фигуры необходимо при помощи ЭВИ решить ряд дифференциальных уравнений третьего и четвертого порядка. Известный способ весьма сложен, дли— телен, а также предполагает свободный доступ к месту крепления датчика на внутренней поверхности аппарата и осложнен громоздкими расчетами.

Определение коэффициента массопереноса в два этапа понижает точность метода.

Цель изобретения - упрощение измерения, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента массопереноса раствора в аппаратах с мешалками с использованием электрохимических датчиков, на катод подают потенциал предельного тока электрохимически активного вещества, измеряют величину его предельного тока и определяют коэффициент массопереноса как величину, пропорциональную отношению предельного тока к концентрации этого вещества.

Измерения проводят, используя электролит, оптимальный состав которого, г/л:

CuS04 5Н О 0,01 — 0,02

Nak04 5 — 10

Na P 0 0,02 — 0,06

Na 03 5 -10

Уменьшение или увеличение концентраций вышеуказанных компонентов влияет на протяженяость плато предельного тока, уменьшая точность измеРе HN l l, При этом используется индикаторный электрод, состоящий из катода и анода, причем катод выполнен из омедненной платины диаметром

0,3-0,5 мм и длиной 5-10 мм, а анод

402

3=QHF (5) 50 где R

3 1032 н виде спирали. Соотношение катодной и анодной поверхностей составляет

1:10 — 1:20, а рабочий потенциал катода равен 1,1-1,2 В.

Медь в раствор вводят в ниде сульфатной соли. Для предотвращения цементации меди на стальных деталях аппаратов в раствор вводят комплексообразователь - пирофосфат натрия.

Одновременно с медью на катоде может восстанавливаться растворенный кислород, внося погрешность в результаты измерений. Поэтому для восстановления растворенного кислорода в раствор добавляют сульфит натрия. 1

На фиг.1 представлен индикаторный электрод;. на фиг.2 — вольт-амперная кривая восстановления Си{П) при скорости перемешивания электролита

3500 об/мин; на фиг.3 — электричес- ро кая схема подключения индикаторного электрода; на фиг.4 — кривые для определения коэффициентов массопереноса сульфитным(г1) и предлагаемым .(3 ) способами в установках различно- 2s

ro типа.

Индикаторный электрод представляет собой стеклянную трубку диаметром

3-5 мм произвольной длины и формы, в торец которой вплавлены катод 2 и анод 3. Применение в качестве катода омедненной пластины позволяет перед каждой новой серией опытов сравнивать старый осадок и осаждать новый без из; менения поверхности электрода.

Использование электродов произвольной длины и формы дает возможность вводить их в любую точку реактооа для определения B ней интенсивности перемешивания. Электрод при 40 этом не вносит существенных искажений в общую картину потоков в реак" торе.

В основе предлагаемого электрохимического способа оценки массопере- 4> носа лежит подобие законов, описывающих скорость растворения или хемосорбции кислорода и скорость восстановления вещества на предельном токе скорость растворения кисло. рода н единице обьема жидкости; 55 константа, эквивалентная коэффициенту диффузии; поверхность раздела фаэ; (Са-С 7 концентрация кислорода; толщина диффузной пленки на границе газ-раствор.

Величины а и h определитЬ неьоэможно и их обьединяют с К 1 в выражении k,ьа/Й, которое обычно записывается как:

R, \ъ)

Со

35(Со С ) (4) где Q — скорость восстановления вещества;

0 — коэффициент диффузии;

S — поверхность электрода;

С вЂ” концентрация вещества в с обьеме электролита;

С вЂ” концентрация вещества на поверхности электрода;

Ктолщина диффузионного слоя.

Из сравнения уравнений (3) и (4) видно подобие величин

Кьа и н D5/ К.

Величина тока, протекающего в электрохимической системе, связана со скоростью восстановления вещест-. ва соотношением

Иэ уравнений (4) и (5) следует выражение — (6

35(со -co) b F б

Поскольку S(C С ) п.Г в уравнении (6) постоянны, то изменение тока зависит от соотношения о1, величина которого определяется только режимом перемешинания. Это дает возможность по величине 3 судить об интенсивности перемешинания н аппарате.

Для определения массопереноса предлагаемым способом необходимо установить рабочи"; потенциал электрода р г.-, отвечающий площадке предельного тока на поляриэационной кри-. вой разряда вещества (фиг.2 ). При этом скорость электрохимической реакции и величина тока, текущего через электрохимическую систему, будут определяться только скоростью доставки вещества к электроду, т.е. интенсивностью перемешинания раствора.

Для измерения интенсивности перемешинания используют электрическую

1032402 схему (Фиг.3) без использования потенциостатирующих приборов.

Пример, . Для определения интенсивности перемешивания в реакторах различных. типов используют электролит состава, г/л:

CuSO@ ° 5 М 0 0,0I

Nay P 0 0,02

Na

Na 0 5

Катод электрода имеет диаметр "

0,5 мм и длину 7 мм,рабочий потенциал катода составляет 1„2 В. Кривые (Фиг.h) изменения тока получены в реакторе с, радиально-поточным перемешиваюйим устройством и в реакторе проточного типа, а кривые изменения, коэФФициента массопереноса получены известным способом в з гих же реакторах. Аналогичный характер измекения кривых дает экспериментальное подтверждение возможности применения способа индикаторного электрода для оценки интенсивности перемешивания.

Предлагаемый способ прост и доступен в эксплуатации, не требует длительных анализов или расчетов, измеряемые величины не изменяются во вре10 мени, а также обеспечивает возможность измерения интенсивности перемешивания в любой точке аппарат-, в которую можно поместить индикаторный электрод. Это дает возможность

f5 интенсиФицировать процесс массопереноса за счет выявления зон с низкой интенсивностью перемешивания. Отсутствие в предлагаемом способе аналитических определений способствует

20 повышению его точности.

1032402

ВНИИПО Заказ 5395/50 Тираж 873 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

g0 ЯО W/Ê Bm/ë

Рид. Ф

10 20 30 Wj ; 9mô