Abstract
The effects of inorganic electrolytes (NaCl, MgCl2, CaCl2) in aqueous solutions on oxygen transfer in a bubble column were studied. Electrolyte concentrations (c) below and above the critical concentrations for bubble coalescence (ctc), and six superficial gas velocities (vsg), were evaluated. The volumetric mass transfer (kLa) and the mass transfer (kL) coefficients were experimentally determined. It was found that the concentration of electrolytes reduced the kL, but the interfacial area (a) increased enough to result in a net increase of kLa. Using as independent variable a normalizing variable (cr = c/ctc), and maintaining fixed vsg, similar values of kLa were observed regardless the kind of electrolyte; the same happened for kL. This suggests that cr quantifies the structural effects that these solutes exert on mass transfer. Also, once cr = 1 was reached, no significant variations were found in kLa and kL for constant vsg. It is concluded that the gradual inhibition of bubble coalescence (cr < 1) governs the significant changes in hydrodynamics and mass transfer via the reduction of bubble size and the consequent increment of a and gas holdup (ɛg). Finally, regarding the effects of vsg on mass transfer, transition behaviors between those expected for isolated bubbles and bubble swarms were observed
چکیده
اثر الکترولیت های غیر آلی ( Nacl, Mg,CaCl2) در محلول های آبی بر انتقال اکسیژن در یک ستون حباب مطالعه شده است. غلظت های الکترولیت (C) پایین تر و بالاتر از غلظت های بحرانی برای بهم آمیختگی حباب و شش سرعت ظاهری گاز ارزیابی شده است. ضرایب انتقال جرم حجمی و انتقال جرم بصورت تجربی تعیین شده اند. یافت شد که غلظت الکترولیت ها kL را کاهش اما سطح مشترک (a) را به اندازه کافی افزایش می دهد تا افزایش kLa را حاصل کند. با استفاده از یک متغیر مستقل نرمال شده و ثابت نگه داشتن vsg، مقادیر مشابه kLa بدون درنظر گرفتن نوع الکترولیت مشاهده شد. همین اتفاق برای kL رخ داد. این امر نشان می دهد که cr اثرات ساختاری را بصورت کمی بیان می کند. هنگامی که به cr = 1 می رسیم تغییرات قابل توجهی در kLa و kL برای vsg ثابت یافت می شود. نتیجه گرفته می شود که بازدارندگی تدریجی بهم آمیختگی حباب بر تغییرات قابل توجه در هیدرودینامیک و انتقال جرم از طریق کاهش اندازه حباب و به دنبال آن افزایش a و هلدآپ گاز احاطه دارد. در نهایت با درنظرگرفتن اثرات بر انتقال جرم، رفتار گذرا بین مقادیر موردانتظار برای حباب های ایزوله شده و دسته های حباب مشاهده شد.
1-مقدمه
مطالعه پدیده انتقال جرم از طریق سطح مشترک گاز-مایع، پایه ای برای درک رفتار فرآیندهای شیمیایی و بیوشیمیایی است. برای مثال رشد و بقای میکروارگانیسم ها در سیستم های بیولوژیکی هوازی نیازمند انتقال اکسیژن از طریق سطح مشترک هوا- آب است. از این رو انتقال اکسیژن یکی از مسایل اساسی در طراحی بیوراکتورها به علت حلالیت پایین اکسیژن در محلول های آبی است. انتقال جرم در سطح مشترک گاز- مایع یک پدیده پیچیده است، از آن جا که به خواص انتقال در سطح مشترک حباب متحرک، خواص فیزیکی- شیمیایی فاز مایع، میدان های سرعت موضعی و هندسه سطح مشترک بستگی دارد. در عمل این اثرات ترکیبی شامل ضرایب انتقال جرم حجمی می شوند به طوری که اثرات قابل توجهی به منظور تعیین روابط کمی و کیفی برای مقادیر مرتبط ایجاد شده است....