Determinarea coeficientului de transfer de masa a cuprului cementat pe o placa de fier vibratoare

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE TRANSFER DE MASA A CUPRULUI CEMENTAT PE O PLACA DE FIER VIBRATOARE

Conditii teoretice

In literatura de specialitate exista unele date despre folosirea electronilor vibratori pentru intensificarea proceselor de purificare a electrolitilor de impuritati si de cementare a cuprului pe o placuta de fier vibratoare. Acest proces de cementare a Cu cu ajutorul unei placute de fier vibratoare se realizeaza fara mare dificultate.

Vibratiile placutei se realizeaza pe o directie strict verticala cu ajutorul unui vibrator electromagnetic cuplat la reteaua de curent alternativ cu frecvente de 50Hz. Deoarece forta de atractie a electromagnetului F este proportionala cu patratul curentului:

F=Ki (1)

Curentul variaza sinusoidal conform relatiei:

i=Isin (2)

Unde:

i-valoarea instantanee a curentului [A];

I_M-valoarea maxima a curentului [A];

K-coeficient de proportionalitate.

F=KI²_msin²ω= (3)

Concentratia Cu la un moment dat in solutie se determina cu relatia:

(4)

unde:

b-coeficientul de proportionalitate;

-durata cementarii;

C si C₀-concentratiile initiala si finala ale Cu in solutie.

Densitatea Cu de concentratie se poate calcula cu relatia:

i_o=mV_mⁿ (5)

unde:

i₀-densitatea curentului de cementare [A/m²];

V_m-viteza liniara medie de deplasare a placutei [m/s];

m-constanta empirica ce se determina din conditiile specifice experientei.

Tinand cont de caracterul de difuzare al reactiei de cementare pentru concentratii mici ale ionilor care se descarca, se poate egala densitatea curentului limita, rezultand:

i₀= (6)

Unde:

K_L= reprezinta coeficientul transferului de masa [m/s];

D-coeficientul de difuziune [m/s];

-grosimea stratului de difuziune [m];

Z-numarul de electroni care participa la reactie;

F-numarul lui Faraday;

C-concentratia ionilor care se descarca;

t_k-numarul de transport al ionilor de Cu;

x-conductibilitatea electrica a CuSO₄ la o anumita concentratie a sa [];

x'-conductibilitatea electrica totala a electrolitului[^-1cm^-1];

Daca x'>>x ecuatia (6)se simplifica si devine:

i₀ = K_IYFC (7)

Din (5) si (7) se deduce:

K_L = (8)

In cazul vibratiilor armonice, valoarea medie a vitezei de deplasare a placutei pentru o semiperioada se poate calcula astfel:

V_{m =} (9)

Unde:

V_m- viteza medie;

V_M- viteza maxima.

V_M = A₀W

A₀- amplitudinea oscilatiei;

- viteza unghiulara =2πf[rad/s].

Rezulta:

V_m = (10)

De unde : K_L= (11)

APARATURA DE INVESTIGATIE

Aparatura necesara determinarii coeficientului de transfer de masa K_L a Cu in procesul de cementare pe o placuta de fier vibratoare este prezentata in figura 4.1.

Chiulasa electromagnetului

Garnitura elastica

Armatura

Placa de fier pentru cementare

Vas cu solutie

MOD DE LUCRU

Oscilatiile placutei sunt armonice si din ecuatia (3) se stabileste ca frecventa oscilatiilor este 2, adica 100 Hz. Amplitudinea oscilatiilor variaza in limitele 0-1,1 mm prin modificarea tensiunii de alimentare a infasurarii electromagnetului.

Placuta de fier, care are latimea de 40mm si grosimea de 2 mm se introduce in solutie la o adancime de 62,5 mm, ceea ce corespunde la suprafete de lucru, pe ambele fete de 50 cm². Pozitia de lucru a placutei este verticala.

Solutia care se utilizeaza are compozitia:

1g/1 Cu; 2,5g/ 1 H₂SO₄. Volumul solutiei este 500ml iar temperatura 20sC. Alegerea concentratiei Cu a fost determinata de faptul ca la concentratii de peste 5g/1 Cu cement se desprinde de pe placuta de fier, ceea ce influenteaza negativ asupra desfasurarii lucrarii.

Depozitul de Cu cement se indeparteaza la sfarsitul experimentului de pe suprafata placutei cu o solutie de perhidrol in amoniac si care se expune analizei chimice determinandu-se C.

Tabelul 4.1