Messung von Stoffübergangskoeffizienten an dünnen verdunstenden Flüssigkeitsfilmen unter Einsatz der pyrometrischen Temperaturmeßtechnik

Zusammenfassung Werden in Lösungsmitteln suspendierte Feststoffe in Form dünner Schichten auf ebenen Oberflächen aufgetragen, so kann der verdunstende Massenstrom des Lösungsmittels im Fall bekannter Stoffübergangskoeffizienten berechnet werden. Da es sich auf der Gasseite in Oberflächennähe um einen nicht-äquimolaren Stofftransport der diffundierenden Komponenten handelt, ist es notwendig, die gasseitige Lösungsmittelkonzentration über der Oberfläche der trocknenden Suspension zu kennen. Hierfür muß die Oberflächentemperatur bekannt sein, um mit ihrer Hilfe aus der Oberflächenkonzentration des suspendierten Films die gasseitige Oberflächenkonzentration zu berechnen. Hierbei wird von thermodynamischem Gleichgewicht beiderseits der Filmoberfläche ausgegangen. Zum Messen der Oberflächentemperatur wurde ein pyrometrisches Verfahren entwickelt, welches es gestattet, die Oberflächentemperatur von dünnen Flüssigkeitsfilmen berührungslos und rückwirkungsfrei mit einer Genauigkeit von ±0.1 K im Bereich der Umgebungstemperatur zu messen.Die Messungen werden an ebenen, unbewegten und zu Beginn 1 mm dicken Flüssigkeitsfilmen durchgeführt. Als Flüssigkeiten werden die industriell häufig verwendeten, leichtflüchtigen Lösungsmittel Dichlormethan, Methylethanat und Ethanol eingesetzt. Der Stofftransportvorgang bleibt während der gesamten Verdunstungsdauer instationär. Trotzdem können die aus den Messungen ermittelten momentanen Stoffübergangskoeffizienten mit einer Genauigkeit von ±2,5% reproduzierbar gemessen werden.

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Measurement of masstransfer coefficients of thin evaporating liquid films

The evaporation of liquid films on horizontal plates not subject to movement and 1 mm in thickness are experimentally investigated. Dichloromethane and ethanol are used as evaporating liquids. The surface temperatures are measured in a non-contact way using pyrometry. The concentrations in the gaseous phase at the liquid surface are calculated from the thermodynamic equilibrium according to the surface temperature and the concentration in the liquid phase. The mass transfer coefficients are calculated from the liquid film mass change, the concentrations in the bulk of the gas flow and the equilibrium concentrations at the surface of the films. Even the flows of heat- and mass remain instationary, the transfer coefficients remain reproducible by less than 3%.

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Prof. Dr.-Ing. Franz Mayinger zum 60. Geburtstag gewidmet