Способ измерения коэффициента массопереноса

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 50 01 И 27 ЕТЕЙ ЕПЬСТ ооо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им,ф.Э.Дзержинского.2. Харитонова Э.В Миколаев П,ИКантера В.М Полянский В,П, 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 аппаратах с мешалками с использованиемэлектрохимических датчиков, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения измерения, на катодподают потенциал предельного токаэлектрохимически активного веществаизмеряют величину его предельноготока и определяют коэффициент массопереноса как величину, пропорциональ.ную отношению предельного тока кконцснтрации этого вещества.1032 чИзобретение относится к измерениюскорости перемешивания жидких сред,в частности к определению коэффициента массоперенооа для оценки интенсивности перемешивания раствора ваппаратах с мешалками реакторах),применяемых в химицеской и микробно.логической промышленности.Известен способ определения коэффициента массопереноса1 для оценки 10интенсивности перемешивания раствора в реакторах по скорости процессовхемосорбции кислорода растворомсульфита натрия, Причем коэффициентмассопереноса КО )определяют поскорости изменения концентрации сульФита натрия при перемешивании раст вора в присутствии кислорода,Отбирая пробу раствора из аппарата церез определенные промежутки щвремени и анализируя ее на содержание сульфита, рассчитывают коэффициентмассопереноса в аппаратеЦ"Ьд= М .-Р(1)25где И - количество прореагировавшегосульфитв;У - обьем раствора в аппарате;с - время между отборами проб;6 Р - парциальное давление кислорода в аппарате.К недостаткам способа следуетотнести сложность и длительностьвыполнения анализов, изменениескорости окисления сульфита в присут 35ствии ряда ионов, например Сц Л),гогрешность возрастающую при высоких,интенсивностях перемешивания,40Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения коэффициента массопереноса раствора в аппаратах с мешалками с использованиемэлектрохимицеских датчиков.Способ осуществляется следующимобразом, После предварительной от,дувки кислорода из растворадонулевых показаний вторичного прибора) в аппарате устанавливается необходимый режим перемешивания, включа.ется подача кислорода и снимаетсякривая изменения показаний датчикаво времени, Во втором этапе опытаснимается кривая изменения показа.,ний прибора за сцет инерционностидатчика, Для этого на его мембранную часть надевается колпачок сраствором сульфита натриявторичныйприбор фиксирует отсутствие раство 02 2ренного кислорода. Затем в аппаратзаливается раствор, насыщенный кислородом при данной температуре и парциальном давлении. Устанавливаетсянеобходимый режим перемешивания исбрасывается колпачок с датчика. Вторичным прибором фиксируется инерционная кривая датцика при данном режиме пеоемешивания. Коэф.фициент массопереноса определяется как величина, обратнаяповерхности Фигуры, образованной кривой изменения концентрациикислорода и инерционной кривой датцика 121,Для определения поверхности фигуры необходимо при помощи ЭВг 1 решить ряд дифференциальных уравненийтретьего и четвертого порядка. Известный способ весьма сложен, дли -телен, а также предполагает свободный доступ к месту крепления датчикана внутренней поверхности аппаратаи осложнен громоздкими расчетами,Определение коэффициента массопереноса в два этапа понижает точностьметода,Цель изобретения - упрощение измерения,Поставленная цель достигается тем,цто согласно способу измерения коэффициента массопереноса раствора ваппаратах с мешалками с использованием электрохимицеских датциков, накатод подают потенциал предельноготока электрохимицески активного вещества, измеряют величину его предельного тока и определяют коэффициент массопереноса как величину, пропорциональную отношению предельноготока к концентрации этого вещества.Измерения проводят, используяэлектролит, оптимальный состав кото.рого, г/л:Сц 504 5 Н 20 0,01 - О, 02 Иа 104 5 -10 ИаР 0. 0,02 - 0,06 Ма О5 -10Уменьшение или увеличение концентраций вышеуказанных компонентов влияет на протяженяость плато предельного тока, уменьшая точность измерений,При этом используется индикаторный электрод, сосгоящий из катода и анода, причем катод выполнен из омедненной платины диаметром 0,3-0,5 мм и длиной 5-10 мм, а анод402 10 Э=ЯМЕ (Я оК 10 (С-Со ) ) 50 где В 3 1032в виде спирали, Соотношение катоднойи анодной поверхностей составляет1:10 - 1:20, а рабочий потенциалкатода равен 1,1-1,2 В.Медь в раствор вводят в виде сульФатной соли. Для предотвращения цементации меди на стальных деталях аппаратов в раствор вводят комплексо"образователь - 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. 15На Фиг.1 представлен индикаторный электрод, на Фиг,2 - вольт-амперная кривая восстановления Сц(П) при скорости перемешивания электролита 3500 об/мин; на фиг.3 - электрицес кая схема подключения индикаторного электрода; на фиг,4 - кривые для определения коэффициентов массопереноса сульфитным(С 1) и предлагаемым . способами в установках различно го 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 возложность вводить их в любую точку реактооа для определения в ней интенсивности перемешивания. Электрод при 4 О этом не вносит существенных искажений в общую картину потоков в реак" торе.В основе предлагаемого электрохимицеского способа оценки массопере носа лежит подобие законов, описывающих скорость растворения или хемосорб. ции кислорода и скорость восстановления вещества на предельном токе скорость растворения кисло рода в единице обьема жидкости; 55константа, эквивалентная коэффициенту диффузии;поверхность раздела фаэ;(С-С 7 концентрация кислорода;и - толщина диффузной пленки награнице газ-раствор.Величины а и и определитЬ неьоэможно и их обьединяют с К 1 в выражении ьа Й, которое обычно записывается как:Кс- Ъ)Со Со35(Со С)(4) где 0 - скорость восстановлениявещества;0 - коэффициент диФФузии5 - поверхность электрода;концентрация вещества всобьеме электролита;С - концентрация вещества наповерхности электрода;Ктолщина диффузионного слоя.Из сравнения уравнений (3) и (4)видно подобие величинКьай н Ъ 5 КВеличина тока, протекающего вэлектрохимической системе, связанасо скоростью восстановления вещест.ва соотношением Иэ уравнений (4) и (5) следуетвыражение- (635(Со-Со) й Гб/ос,олу 5(С, С,) и Г в УРавне нии (6) постоянны, то изменение тока зависит от соотношения)Ц, величина которого определяется только режимом перемешивания. Это дает возможность по величине 3 судить об интенсивности перемешивания в аппарате,Для определения массопереноса предлагаемым способом необходимо установить рабочий потенциал электрода р -, отвечающий площадке предельного тока на поляриэационной кривой разряда вещества ( фиг,2 ). При этом скорость электрохимицеской реакции и велицина тока, текущего через электрохимицескую систему, будут определяться только скоростью доставки вещества к электроду, т.е. интенсивностью перемешивания раствора. Для измерения интенсивности перемешивания используют электрическую103202 схему ( Фиг.3 без использования потенциостатирующих приборов.П р и м е р, . Для определения интенсивности перемешивания в реакторах различных. типов используют электролит состава, г/л:СОЯОф 5 М О 0,01аРО 0,02йа БО 5йа О 5Катод электрода имеет диаметр " 0,5 мм и длину 7 мм,рабочий потенциал катода составляет 12 В. КривыеФиг,1 ) изменения тока получены в реакторе с радиально-поточным перемешивающим устройством и в реакторе проточного типа, а кривые изменения, коэФФициента массопереноса получены известным способом в этих же реакторах. Аналогичный характер измекения кривых дает экспериментальное подтверждение возможности применения способа индикаторного электрода для оценки интенсивности перемешивания.5 Предлагаемый способ прост и доступен в эксплуатации, не требует дли.тельных анализов или расчетов, измеряемые величины не изменяются во вре мени, а также обеспечивает возможность измерения интенсивности перемешивания в любой точке аппарата, в которую можно поместить индикаторный электрод. Это дает возможность 15 интенсиФицировать процесс массопереноса за счет выявления зон с низкой интенсивностью перемешивания. Отсутствие в предлагаемом способе аналитических определений способствует 20 повышению его точности.1032402 10 ВНИИП каз 5395/щщ а щщ ещеща вщ щщфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. ПроектнаяУО Ю/ Вт/ 873 Подписно