2. FONAMENTS TEÒRICS

2.2 Mètodes de determinació del coeficient de transferència de matèria

Hi ha diversos mètodes per determinar el coeficient de transferència de matèria, els que s'explicaran en aquest apartat són els mètodes dinàmics que utilitzen la resposta del sistema a un canvi en la concentració d’oxigen. Es treballa en condicions no estacionàries.

S’aplica un esglaó de concentració al sistema (ja sigui d’absorció o desorció d’oxigen) i es mesura la resposta del sistema.

Figura 2.2. Descripció esquemàtica del mètode dinàmic amb absorció i desorció d’oxigen. Font: Garcia‐Ochoa i Gomez, 2009.

Aquest mètode es basa en la següent integral:

On:

C* = Concentració d'oxigen dissolt a l'aigua en equilibri (mol/m³)

C₁ = Concentració d'oxigen dissolt en l'aigua a l'instant de temps t₁ (mol/m³)

C₂ = Concentració d'oxigen dissolt en l'aigua a l'instant de temps t₂ (mol/m³)

K_La = Coeficient de transferència de massa volumètric (1/s)

t₁ = Temps inicial (s)

t₂ = Temps final (s)

El mètode que s'utilitza amb l'equip de transferència d'oxigen és el d'absorció. Es comença l’experiment amb una concentració nul∙la o molt baixa d’oxigen a la fase líquida, l’oxigen es pot eliminar mitjançant bombolleig de nitrogen o amb l’addició de sulfit. Després es posa en contacte la fase líquida amb l’aire i es mesura la concentració d’oxigen dissolt en funció del temps.

- Baylar i Ozkan del 2006 utilitzen un mètode de medició directa a la fase líquida, fan mesures a l’entrada i sortida del seu sistema, parteixen de l’equació (considerant el temps inicial (t₁ = 0)):

On:

= Concentració d'oxigen dissolt a la fase líquida en equilibri amb la fase gas (mol/m³)

C_L,in = Concentració d'oxigen dissolt en l'aigua a l'entrada (mol/m³)

C_L,out = Concentració d'oxigen dissolt en l'aigua a la sortida (mol/m³)

K_La = Coeficient de transferència de massa volumètric (1/s)

t= Temps (s)

- Cachaza et al. del 2008 realitzen els balanços de matèria considerant que el sistema queda descrit per un reactor continu de tanc agitat, RCTA. L'equació finalment queda:

On:

= Concentració d'oxigen dissolt a la fase líquida en equilibri amb la fase gas (mol/m³)

C_L0 = Concentració d'oxigen dissolt en l'instant inicial de temps, a la fase líquida (mol/m³)

C_L(t) = Concentració d'oxigen dissolt en l'instant de temps t a la fase líquida (mol/m³)

K_La = Coeficient de transferència de massa volumètric (1/s)

t = Temps (s)

= Hold-up (Addimensional)

El hold-up del gas és la relació que hi ha entre el cabal del gas i el cabal total:

On:

= Hold-up en la fase gas (Addimensional)

Q_G = Cabal en la fase gas (m³/s)

Q_L = Cabal en la fase líquida (m³/s)