Inżynieria chemiczna i procesowa – 

-

 wymiana masy

Katarzyna Szramowiat 

Metody określania 
powierzchni międzyfazowej.

Metody określania powierzchni 

międzyfazowej:



Metody stosowane do aparatów ze znaną 

ustaloną powierzchnią geometryczną 

wypełnienia:

◦

Metoda zabarwiania zwilżonej części powierzchni 

elementów wypełnień;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas 

sublimacji naftalenu z powierzchni suchego i 

zraszanego wypełnienia;

◦

Metoda badania wnikania masy  podczas 

odparowania z powierzchni  całkowicie 

zroszonego wodą wypełnienia i absorpcji dobrze 

rozpuszczalnego gazu;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas 
sublimacji naftalenu z powierzchni suchego 
wypełnienia i absorpcji dobrze rozpuszczalnego 
gazu przy użyciu tego samego wypełnienia i dla 
takich samych prędkości gazu;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas 
absorpcji tego samego gazu w kolumnie 
wypełnionej i na całkowicie zwilżonym 
pojedynczym elemencie wypełnienia;

◦

Metoda badania wnikania masy podczas absorpcji 
 tego  samego  gazu  w  kolumnie  wypełnionej  i  
kolumnie  kulkowej.

Metody…



Metody fizyczne stosowane w przypadku 
aparatów barbotażowych, pianowych:

◦

Metoda fotografowania warstwy piany, a następnie 
analiza statystyczna otrzymanych fotografii;

◦

Metoda pomiaru natężenia światła rozproszonego 
przez warstwę piany i porównania go z natężeniem 
światła zmierzonym przed utworzeniem piany;

◦

Metoda pomiaru natężenia światła odbitego od 
warstwy piany lub cieczy z pęcherzykami gazu;

Metody…



Metody chemiczne (najbardziej uniwersalne 
i stosowane w przypadku dowolnego typu 
absorbera):

◦

Metody reakcji pseudopierwszorzędowej 
Danckwertsa;



do wyznaczania powierzchni międzyfazowej w 
absorberach typu mieszalnikowego, półkowego oraz 
aparatów z ruchomym wypełnieniem.

◦

Metody szybkiej reakcji pseudopierwszorzędowej. 

Zgodnie z metodą reakcji pseudopierwszorzędowej:

A  składnik (substrat) A fazy gazowej, kmol,
B  składnik (substrat) B fazy ciekłej, kmol,
b  liczba kilomoli substratu B reagujących z 1 kilomolem 

substratu A,

R   produkt reakcji, kmol,
k

2

   stała szybkości nieodwracalnej reakcji chemicznej 

drugiego rzędu, m3/kmol⋅s.

 

Szybkość tej reakcji opisuje równanie 
kinetyczne:

r

A

=k

2

c

B

c

A

Jeżeli stężenie składnika B jest duże, to:

r

A

=k

1

c

A

k

1

  współczynnik  szybkości  reakcji  

pierwszego  rzędu, [s

-1

].

Zgodnie z modelem Danckwertsa średnią  szybkość 
absorpcji składnika A w objętości  absorbera wyraża 
zależność:

n

A

 - strumień molowy absorbowanego składnika A, [kmol/s], 

V – objętość czynna absorbera, [m

3

], 

a – powierzchnia międzyfazowa rozwijana w jednostce objętości 

aparatu, [m

2

/m

3

], 

c

Az

 – stężenie składnika A na powierzchni międzyfazowej po stronie 

fazy ciekłej, [kmol/m

3

], 

D

A

 – współczynnik dyfuzji składnika A w cieczy, [m

2

/s], 

β

c

 – współczynnik wnikania masy po stronie fazy ciekłej, [m/s].

Równanie to można przekształcić do postaci:

W ten sposób otrzymano równanie linii 

prostej:

Jeżeli:

To reakcję uważa się za szybką  metoda 

szybkiej reakcji.
Wartość powierzchni wylicza się z równania:

Powierzchnia wypełnienia

Ogólne równanie przenikania:

G

A 

 strumień masy składnika absorbowanego;

k  współczynnik przenikania masy;
(∆π

Aog

)

śr

  średni moduł przenikania masy.

Powierzchnia teoretyczna:

Współczynnik użyteczności powierzchni:

Powierzchnia „geometryczna” wypełnienia:

Stąd objętość wypełnienia:

I wysokość warstwy wypełnienia:

Gdzie: a  jednostkowa powierzchnia 

wypełnienia, [m

2

/m

3

];

f  przekrój skrubera, [m

2

].

Powierzchnia jednostkowa dla pierścieni 
ceramicznych:

d  zewnętrzna średnica pierścienia.

Przekrój jednej 

rusztowiny:

f

i

=(s+t)l

i

 ,[m

2

]

Całkowity przekrój 

skrubera:

f = ∑f

i

 = (s+t)∑l

i

 = (s+t)L

i

 

Stąd:

Liczba warstw skrubera n:

Sumaryczną długość łat określa wzór:

V  pusta objętość skrubera o wysokości 

zajętej przez wypełnienie.

Powierzchnia warstwy wypełnienia:

Gdzie:

Jest powierzchnią jednostkową wypełnienia.