Способ определения коэффициента массопереноса

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАМАССОПЕРЕНОСА(57) Изобретение относится к способамопределения коэффициента массопереноса в химических или микробиологических аппаратах и позволяет повыситьточность определения, упростить иускорить способ, Способ определениякоэффициента массопереноса (К, г- )по скорости окисления сульфита натрия Изобретение относится к определению коэффициента массопереноса для оценки интенсивности перемешивания раствора в аппаратах различной конструкции, применяемых в химической и микробиологической промышленности.Цель изобретения - повьппение точности определения коэффициента массо- переноса, упрощение и ускорение способа.В основе способа определения коэфФициента массопереноса (К) положен процесс хемосорбциикислорода в водном, .растворе сульфита натрия в присутст-. 2в водном растворе кислородсодержащим газом в присутствии солей меди (П) в качестве катализатора включает определение начальной (Х, г/л) и конечной (Х , г/л) концентрации сульфитаКнатрия, времени окончания процесса окисления сульфита натрия (ь, ч), движущей силы процесса (С, г/л), при; этом в процессе окисления непрерывно измеряют концентрацию кислорода в растворе до достижения ее равновесного значения (С, г/л) и по точке перегиба на измеряемой зависимости фиксируют о, Х , равную 5 г/л, и стационарную концентрацию кислорода в растворе (Сс,ц г/л)Движущую силу процесса Ь С определяют, как разность концентраций между С ра вн и С , а К рассчитывают по уравнению: К = 8/63(Х ц - Х)ЬС , где 63 и 8 - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции окисления сульфита натрия кислородом. 1 ил. Феей вии в качестве катализатора солей Вай двухвалентной меди. СВСпособ включает определение на- фу чальной (Хн) и конечной (Х ) концентраций сульфита натрия в растворе, времени окончания процесса окисления сульфита натрия , движущей силы процесса (ЬС) с учетом равновесной ,концентрации кислорода в растворевам (С вц ) и расчет коэффициента массо- переноса, при этом в процессе окисления сульфита натрия непрерывно измеряют концентрацию кислорода в растворе до установления ее равновесного-С ) - движущая сила пр оцесса, г/л ,С с,нц . - равновесная концентрациякислорода в растворе, г/л,С,оц - стационарная концентрациякислорода в растворе н процессе хемосорбции, г,л;. - время окончания процессаокисления сульфита натрия,ч,8/63 - массовое соотношение кислоРода к сульфиту натРия согласно стехиометрии реакции2 ИайВО + О-ф 2 Иа 80,Способ осуществляют следующимобразом.В определенном объеме воды, залитой н массообменный аппарат, растворяют сульфит натрия н количестве Х,равном 25 г/л, но не менее 5 г/л, Кполученному раствору добавляют Раствор серно-кислой меди н количестве 450,001 - г-моль/л, используемой н качестве катализатора окисления сульфита натрия, кислородом н жидкой фазе.В аппарат вводят датчик измеренияконцентрации растворенного кислорода50(например, мембранный полярграфический датчик), соединенный с самописцем. Включают перемешивающее устройство, подачу кислородсодержащего газа (ноздуха) и одновременно произно 55дят запись на ленте самописца зависимости концентрации кислорода в растворе в процессе окисления сульфитанатрия до установления равновесной 3 15116 значения и по точке перегиба на этой занисимости фиксируют время окончания процесса окисления, конечную концентрацию сульфита натрия, равную 5 г/л, и стационарную концентрацию кислорода в растворе (С) при хемосорбции. Движущую силу процесса определяют, как разность равновесной и стационарной концентрации кислорода, а коэффициент массопереноса рассчитывают по уравнению 62концентрации кислорода в растворе,соответствующей парциальному давлению кислорода в газовой фазеТемпературу раствора сульфита натрия вовремя его окисления поддерживаютпостоянной,На чертеже представлена криваяизменения концентрации кислорода врастворе сульфита натрия во времени.Измеренная С , 3 -зависимостьимеет вид прямой, параллельной осивремени, с последующим отклонениемвниз и выходом на предельное значение, соответствующее равновесной концентрации кислорода С днНа представленной кривой наблюдается три характерных участка, Область1 до точки перегиба А характеризуетреакцию окисления сульфита натрия,катализированную ионами меди, додостижения концентрации сульфита натрия в растворе 5 г/л, протекающуюпри остаточном содержании кислорода(стационарная концентрация кислорода С н, ), отличающейся от нуля,Эта нелйчина определяет концентрациюхимически несвязанного кислорода врастворе в процессе хемосорбции кислорода, Область 11 соответствуетокислению сульфита натрия от концентрации 5 г/л до нуля и характеризуется резким падением концентрации растворенного кислорода. Область 111 свыходом на равновесную концентрациюСсоответствует процессу физической сорбции кислорода растворомсульфита натрия.С д соответствует парциальномудавлению кислорода н газовой фазеаппарата,Представленная зависимость характеризует специфику процесса хемосорбции, катализированного ионами меди,заключаюцуюся в разном изменении характера протекания процесса и появлении точки перегиба А при достижении концентрации сульфита натрия5 г/лПри этом экспериментально установлено, что эта конечная концентрация сульфита натрия Х , равнаяк5 г/л, не зависит от начальной концентрации сульфита натрия, по крайней мере в интервале 5Х= 25 г/л,По точке перегиба А на кривой, знаяскорость движения диаграммной ленты,одновременно фиксируют время окончания процесса окисления, конечную концентрацию сульфита натрия662 6где 31 см /л атм - растворимость кис 5лорода в воде при- 20 С и,парци-,оальном давлении1 атм,1,429 10 г/см - удельный вес кислорода;0,16 атм - парциальное давление кислорода вгазовой фазеИмея все необходимые величины, найденные в предлагаемом способе спомощью измеренной С,-кривой, определяют коэффициент массопереноса Ф тпо представленной зависимости, т.е. 5 15115 г/л и стационарную концентрацию -кислоРода в растворе,Движущую силу процесса С определяют по разнице равновесной и стационарной концентраций кислорода в раст 5воре АС = С рс,вц СстццНачальную концентрацию сульфитанатрия в растворе определяют, какотношение количества безводного суль Офита натрия к объему воды, в которомон растворен, Зная начальную и конечную концентрации сульфита натрия,. время изменения концентрации от начальной до конечной и движущую силупроцесса по приведенному уравнению,рассчитывают коэффициент массопереноса.П р и м е р. В Ферментер залы аютэ1 м воды, В.этом объеме воды раство Оряют 25 кг сульфита натрия и 160 гсульфата меди. В рабочем объеме ферментера устанавливают датчик растворенного кислорода, показания которого записывают на ленту самописца,движущуюся со скоростью 1200 мм/ч.Движение ленты самописца начинаетсяодновременно с включением подачи воздуха и перемешиванием.Температуру раствора во время все- ЗОого опыта поддерживают равной 20 С.Парциальное давление кислорода в га-.зовой фазе ферментера составляет0,16 атм. Длина диаграммной ленты отначала опыта до начала уменьшенияпарциального давления кислорода вжидкой фазе (точка перегибы А) равна345 мм, что соответствует о =0,29 ч.При этом концентрация сульфата натрия равна 5 г/л. 1371 ч Равновесную концентрацию кислоро-,да в раор рную С г,в 7 095010 г/л, определяют на измеряемойл, С, ь - кривой. Эта величина соответствует парцйальному давлению кисло рода в газовой фазе ферментера.Срцвн можно определить так же, как и в прототипе, расчетным путем: Способ определения коэффициентамассопереноса в биореакторах по ско рости окисления сульфита натрия вводном растворе кислородсодержащим газом в присутствии в качестве каталйзатора солей меди (11), включающий определение начальной и конечной Стационарная концентрация кислорода в растворе, характеризующая остаточное содержание кислорода или концентрацию химически несвязанного в процессе хемосорооции кислорода, сос-тавляет 0,7 10 з г/л,С равд = 31 1,429 10 ф 0,16- 7.09 10 г/л,8 (25-5)63 0,29 (7,09-0,7) 10 При определении коэффициента массопереноса по способу-прототипу, кроме времени на подготовку ферментера,растворение сульфита натрия и непосредственно на окисление сульфитанатрия, требуется около часа на приготовление растворов иода, тиосульФита натрия и крахмала, а также время на проведение титрования и анализа 6-7 проб по 10 мин на каждуюпробу,Точность определения коэффициента массопереноса повышается также засчет корректировки движущей силыпроцесса на величину Скотораяна основании установленного в работеэкспериментального факта являетсяотличнои от нуля.Предлагаемый способ позволяет сократить время получения результатовболее, чем на 23 ч, упростить методику определения и расчета коэффициента массопереноса, исключить применение дефицитных материалов, необ-,ходимых для выполнения анализов,сократить число операций и уменьшитьвероятность ошибки от некачественно выполненных анализов,Формула изобретения15 11662 8 Хя - Хк63 ЬС где К Хк 10 С рс,15Сц 8/63 л хн =259 л01 оставитель В,Вилинска актор М.Келемеш Т рес Корректор Л,Пата ехред И.Ве Подписноетениям и открытиям скал наб., д. 4/5 ГКНТ ССС венно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,1 оизво концентраций сульфита натрия, времени окончания процесса окисления сульфита натрия, определение движущей силы процесса по равновесной концентрации кислорода в растворе, расчеткоэффициента массопереноса, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности определения коэффициента массопереноса, упрощения и.ускорения способа, в,процессе окисления сульфита натрия непрерывно измеряют концентрацию кислорода в растворе до достижения ею равновесногозначения и по точке перегиба на измеряемой зависимости фиксируют времяокончания процесса окисления, конечную концентрацию сульфита натрия,равную 5 г/л, и стационарную концентрацию кислорода в растворе, приэтом движущую силу процесса определяют, как разность равновесной исТационарной концентраций кислорода,а коэффициент массопереноса К рассчитывают по уравнению Заказ 5896/47 Тираж 789ВНИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш коэффициент массопереноса,чФ- начальная концентрация сульфита натрия, г/л;= 5 г/л - конечная концентрациясульфита натрия при 5Хн =- 25:С ровн С стац - движущая сила процесса, г/л,- равновесная концентрация кислорода в растворе, г/л;- стационарная концентрациякислорода в растворе, г/л;- время окончания процессаокисления сульфита натрия,ч,- массовое соотношение кислорода к сульфиту натрия с аглае ностехиометрии реакции окисления сульфита натрия.