где 
- эффективная динамическая вязкость суспензии; 
- динамическая вязкость водной фазы без добавки дисперсных частиц; 
- коэффициент, зависящий от формы частиц дисперсной фазы (для сферических частиц =2.5, для частиц несферической формы коэффициент , как правило, больше 2.5); 
- объёмная доля дисперсной фазы.
Заключение
Детальный теоретический анализ «челночного» механизма усиления массопереноса кислорода в системе газ (воздух) – жидкость (вода) под действием частиц АУ позволил выделить в нём ряд отдельных стадий и провести их описание. Выявлены физико-химические характеристики частиц АУ, которые в соответствии с механизмом могут оказывать влияние на скорость отдельных стадий и в целом массопереноса. Показано, что способность частиц АУ ускорять массоперенос кислорода определяется, в основном, такими их физико-химических характеристиками как удельный объёма макропор, смачиваемость поверхности и дисперсность. Полученные данные дают основу для целенаправленного выбора образцов АУ с максимальной газотранспортной способностью, а также для оптимизации этой способности АУ за счёт повышения удельного объёма макропор, снижения смачиваемости поверхности и уменьшения размера частиц. Такая оптимизация может быть проведена либо за счёт модифицирования структурных и поверхностных свойств образцов АУ существующих марок, либо за счёт разработки новых типов АУ.
Можно предполагать, что помимо «челночного» механизма усиления массопереноса О2 в присутствии диспергированных частиц, который, по-видимому, в случае АУ имеет основное значение, также может реализовываться дополнительный механизм повышения скорости межфазного транспорта, основанный на способности диспергированных частиц повышать турбулизацию пограничного слоя жидкости. Однако выявление вклада данного механизма в общее усиление массопереноса требует дополнительных исследований.
Полученные результаты позволяют определить оптимальные в отношении усиления массопереноса О2 значения концентрации частиц АУ в вовлечённой в процесс жидкой фазе и скорости перемешивания суспензии. Установлено, что максимальное усиление массопереноса кислорода достигается в присутствии частиц АУ марки БАУ-А в концентрации 125 мг/л при скорости перемешивания 200 об/мин.
На основе результатов исследования могут быть определены пути интенсификации гетерогенных реакций, лимитируемых абсорбцией малорастворимых газов в водные среды.
Выводы
1. Проведён детальный теоретический анализ отдельных стадий «челночного» механизма усиления массопереноса кислорода в системе газ (воздух) – жидкость (вода) под действием частиц АУ. Выявлены факторы, которые могут оказывать влияние на скорость отдельных стадий массопереноса по «челночному» механизму: текстурные характеристики и размер частиц АУ, смачиваемость их поверхности, концентрация частиц в основном объёме жидкой фазы, а также гидродинамические условия проведения массообменного процесса.
2. Выполнено экспериментальное исследование массопереноса кислорода в системе газ-жидкость в присутствии частиц нескольких образцов АУ с различными физико-химическими характеристиками. Показано, что способность частиц АУ ускорять массоперенос кислорода возрастает с увеличением удельного объёма макропор, уменьшением смачиваемости поверхности и размера частиц. Установлено, что зависимости коэффициента усиления массопереноса О2 от концентрации частиц АУ в суспензии и скорости перемешивания имеют вид кривых с максимумом. Показано, что полученные экспериментальные данные согласуются с приведёнными теоретическими представлениями.
3. Установлено, что оптимальными физико-химическими характеристиками в отношении усиления массопереноса О2 обладает активированный уголь марки БАУ-А. Показано, что максимальное усиление массопереноса кислорода (Е=3.7) достигается в присутствии частиц АУ данной марки в концентрации 125 мг/л при скорости перемешивания 200 об/мин.
Литература
[1] Rosu M., Schumpe A. Oxidation of glucose in suspensions of moderately hydrophobized palladium catalysts. Chemical Engineering Science. 2010. Vol. 65. No. 1. P. 220-225.
[2] Guillermo Q. Determining the effect of solid and liquid vectors on the gaseous interfacial area and oxygen transfer rates in two-phase partitioning bioreactors. Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 175. No. 1-3. P. 1085-1089.
[3] Nagy E., Feczko T., Koroknai B. Enhancement of oxygen mass transfer rate in the presence of nanosized particles. Chemical Engineering Science. 2007. Vo. 62. No. 24. P. 7391-7398.
[4] Kluytmans J. H.J., van Wachem B. G.M., Kuster B. F.M., Schouten J. C Mass transfer in sparged and stirred reactors: influence of carbon particles and electrolyte. Chemical Engineering Science. 2003. Vol. 58. No. 20.P. 4719-4728.
[5] Ruthiya K. C., van der Schaaf J., Kuster B. F.M., Schouten J. C. Model to describe mass-transfer enhancement by catalyst particles adhering to a gas−liquid interface. Ind. Eng. Chem. Res. 2005. Vol. 44. No. 16. P. 6123-6140.
[6] Faria P. C.C., Orfao J. J.M., Pereira M. F.R. Activated carbon catalytic ozonation of oxamic and oxalic acids. Applied Catalysis B: Environmental. 2008. Vol. 79, No. 3. P. 237-243.
[7] Chiang Y.-C., Chiang P.-C., Chang prehensive approach to determining the physical properties of granular activated carbons. Chemosphere. 1998. Vol. 37. No. 2.P. 237-247.
[8] ГОСТ 17219-71. Угли активные. Метод определения суммарного объема пор по воде.
[9] Blanch H. W., Clark D. S. Biochemical engineering. New York: Marcel Dekker, Inc. 1997. 702 p.
[10] Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Альянс». 2004. 753 с.
[11] М. Абсорбция газов. М.: Химия. 1976. 640 с.
[12] Lu S., Ma Y., Zhu Ch., Shen Sh. The enhancement of CO2 chemical absorption by K2CO3 aqueous solution in the presence of activated carbon particles. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007. Vol. 15. No. 6. P. 842-846.
[13] Demmink J. F., Mehra A., Beenackers A. A. Gas absorption in the presence of particles showing interfacial affinity: case of fine sulfur precipitates. Chemical Engineering Science. 1998. Vol. 53. No. 16. P. 2885-2902.
[14] Omota F., Dimian A. C., Bliek A. Adhesion of solid particles to gas bubbles. Part 1: Modelling Chemical Engineering Science. 2006. Vol. 61. No. 2. P. 823-834.
[15] Matsis V. M., Grigoropoulou H. P. Kinetics and equilibrium of dissolved oxygen adsorption on activated carbon. Chemical Engineering Science. 2008. Vol. 63. No. 3. P. 609-621.
[16] Г. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: «Альянс». 2004. 464с.
The influence of dispersed activated carbon particles of industrial brands with different physicochemical characteristics on the intensity of oxygen mass transfer in gas-liquid system
© Kazakov Dmitriy Alexandrovich +, Vol’khin Vladimir Vasil’evich*,
Borovkova Irina Sergeevna, Plotnikova Natalya Petrovna
Chemistry and Biotechnology Department. Perm National Research Polytechnic University.
Komsomolskiy ave., 29. Perm, 614990. Permskiy krai. Russia.
Tel./fax: +7(342) 239-15-11. E-mail: *****@***ru
Keywords: Gas-liquid system, activated carbon, mass transfer, oxygen.
Abstract
A detailed theoretical analysis of the mechanism of oxygen mass transfer enhancement in gas (air) - liquid (water) system under the influence of dispersed activated carbon (AC) particles based on the selection and description of the individual stages of the process was conducted. Physicochemical characteristics of AC particles which may influence on the rate of particular stages of the mechanism were identified. An experimental study of oxygen mass transfer in the gas-liquid system in the presence of particles of several samples of AC with different physicochemical properties was carried out. It was shown that the ability of the AC particles to enhance oxygen mass transfer increased with rise of specific volume of macropores and decreasing of surface wettability and particle size. The optimal value of the AC particles concentration in the liquid phase and stirring speed of suspension were determined. It was shown that the experimental data corresponded to theoretical predictions.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)