Массоперенос из газовой фазы в жидкую

Перенос кислорода через границу раздела фаз можно представить следующей схемой (Рис.16):

где Р - парциальное давление кислорода в газе; С - концентрация кислорода в жидкости; P_i и C_i - парциальное давление и концентрация О₂ на границе раздела фаз (ГРФ).

Интенсивность массового потока через поверхность раздела определяется выражением:

J = К_г*(Р-Р_i) =K_ж*(C_i-C),

где К_г и K_ж - коэффициенты массопереноса по газовой и жидкой фазе.

Но величины С и Р на ГРФ точно определить затруднительно и поэтому вместо них используют значения равновесных концентраций: С* и Р*.

С*- концентрация О₂ в жидкости, находящейся в равновесии с газовой фазой, в которой парциальное давление равно Р. Р* - парциальное давление О₂ в газовой фазе, находящейся в равновесии с жидкостью, концентрация растворенного О₂ в которой равна С.

Для слаборастворимых газов, к которым относится кислород, величина С* очень близка к значению граничной концентрации С_i и уравнение массопереноса может быть записано:

М = К_L*F*(C*-C),

где М - количество кислорода, передаваемое через межфазную поверхность F, в единицу времени, (кг/c или кг/ч).

Площадь межфазной поверхности в барботажных аппаратах с механическим перемешиванием определить практически невозможно, поэтому ее представляют как произведение удельной межфазной поверхности “а”, определяемой известными эмпирическими методами, на объем аэрируемой жидкости V:

M = К_L*а*(C*-C)*V_р,

Произведение К_L*a также определяется экспериментально и называется объемным коэффициентом массопередачи (К_V, ч^-1). И уравнение массопередачи:

M = К_об*(C*-C)*V_р.

Таким образом, основными факторами, которые мы можем изменять и, тем самым влиять на процесс абсорбции, будут межфазная поверхность и коэффициент массопередачи. Соответственно при помощи диспергирования и перемешивания в аппаратах решается задача одновременного увеличения МФП и интенсивности межфазного переноса.

Приведенное уравнение описывает лишь одну из стадий переноса О₂. Для полного описания необходимо учитывать не только абсорбцию О₂, но и его потребление микроорганизмами.

Простейшая модель такого типа имеет вид:

dc/dt = F*K_L*(C*-C) - r*X,

где r - дыхательная активность или удельная скорость потребления О₂ на единицу биомассы в единицу времени (кг О₂/кг биомассы в час); X - концентрация биомассы в жидкости.

Если dc/dt >0, т.е. К_L*F*(C*-C) > r*X, то аэрация достаточна для осуществления процесса культивирования.

Комплексный коэффициент К_LF называют эффективностью процесса аэрации. О н определяется экспериментально в отсутствии биомассы по кинетике насыщения жидкости кислородом. 20

Дата добавления: 2014-01-14