Voer temperatuur in Kelvin in (283.15 t/m 313.15 Kelvin):

Voer het te behandelen debiet aan water in (1 t/m 70 m3/hr): 

   m3/h                                                                                                                                                                             m3/s

Voer de luchtstroom in (0.05 t/m 1.5 m3/s):

Voer het gewenste verwijderingspercentage (0.90 t/m 0.99) in:

Selecteer type Pakking:

De x en y waarden op de Eckert kromme zijn:

Doorsnede en Diameter:

Bij het winnen van water kan er soms sprake van zijn dat er opgelost CO₂ in het grondwater zit. CO₂ vormt samen met HCO₃^- en CO₃^2- een evenwicht. Bij het zuiveren van water waarin CO₂ en HCO₃^- zijn opgelost, wordt het opgeloste HCO₃^- grotendeels door het semipermeabele membraam van het omgekeerde osmose proces verwijderd. Het HCO₃^- wordt meegevoerd met het ongewenste concentraat. Het CO₂ dat in het water is opgelost gaat grotendeels door het membraam heen. Het gevolg is dat het water dat uit het omgekeerde osmose proces is gekomen zuurder is geworden. Voordat het zure water nogmaals door een tweede omgekeerde osmose proces wordt geleid dient het opgeloste CO₂ eerst uit het water verwijderd te worden. Dit gebeurt dan via zogenaamde striptorens. Door het opgeloste CO₂ te verwijderen gaat de zuurgraad weer omlaag. Dit is onder andere nodig omdat de membramen die voor het zuiver van water worden gebruikt slecht tegen zuur water bestand zijn. Het evenwicht tussen CO₂, HCO₃^- en CO₃^2- is hieronder weergegeven.

De Eckert Drukvalkromme

De temperatuur is bepalend voor de concentratie van het CO₂ in lucht welke zich in evenwicht bevind met de concentratie van het CO₂ in water

De verhouding tussen deze twee evenwichtsconcentraties wordt de constante van Henry genoemd. De dimensieloze constante van Henry bij een bepaalde temperatuur kan gevonden worden met behulp van de hieronder gegeven formule:

Hierin is ΔでるたH de standaard enthalpieverandering voor oplossing in water in [kcal/kmol].R is de universele gasconstante, 1,987 [kcal/kmolK]. K_c is een stofafhankelijke constante. H is de dimensieloze constante van Henry bij 20 graden Celsius. T is de absolute temperatuur in Kelvin.

Voor een aantal veel voorkomende stoffen zijn deze gegevens vermeld in de onderstaande tabel

Er is een minimale verhouding tussen de lucht en waterstroom benodigd om een bepaalde gewenste eindconccentratie van de "vervuiling" in het water te bereiken.

Deze wordt gegeven door:

Lucht/water verhoudingen die kleiner zijn dan deze minimale waarde halen de gewenste eindconcentratie niet, omdat er zich dan een evenwicht heeft ingesteld voordat de gewenste uitgangsconcentratie bereikt wordt.

De minimale lucht/water verhouding veranderd dus met de temperatuur. Als de intreedconcentratie C(0) van de vervuilende stof bekend is en de gewenste uitgangsconcentratie    C(u) ook bekend is, dan kan, indien de Henry constante van de stof bekend is, de minimale lucht/water verhouding die nodig is om tot de gewenste uitgangsconcentratie bepaald worden.

Een ander concept dat gewoonlijk wordt gebruikt is de zogenaamde stripping factor, deze wordt gedefinieerd als het aantal minimale lucht/water verhoudingen die benodigd zijn om een hoog verwijderingsniveau te bereiken. Bij een hoog verwijderingsniveau is de gewenste concentratie aan de uitgang vele male kleiner dan de intredende concentratie

De minimale lucht/water verhouding kan dan geschreven worden als:

De stripping factor S is dan gedefineerd als:

Bij een stripping factor S gelijk aan 1 werkt de stripkolom bij de minimale lucht/water verhouding die benodigd is om een bepaalde gewenste concentratie aan de uitgang te bereiken. Wanneer S kleiner is dan 1 dan zal de stripkolom de als doel gestelde concentratie niet kunnen behalen omdat het evenwicht eerder bereikt wordt dan de doelconcentratie.

De doorsnede/diameter van een stripkolom kan bepaald worden met de volgende procedure.

Stap 1

Om de doorsnede van een stripkolom te bepalen zijn er vooraf een aantal belangrijke design criteria. Dit zijn:

1. De zogenaamde pakkingfactor van het type pakking waarvoor gekozen is.
2. Lucht/Water verhouding
3. Drukval van het gas , typische waarde is 50 [Pa/m]

In de onderstaande tabel zijn de gegevens vermeld van enkele veel gebruikte typen pakkingen

Stap 2

Voor het bepalen van de doorsnede/diameter van de stripkolom wordt gebruik gemaakt van de Eckert drukval kromme. De x coordinaat van de Eckert kromme is gekoppeld aan een bepaalde vergelijking. De x waarde van de Eckert kromme wordt gegeven door:

Hierin is:

• ρろー _l = De dichtheid van het water, in [kg/m³]
• ρろー _g = De dichtheid van het gas , in [kg/m³]
• G_m / L _m = massaflux verhouding gas/water

Indien de dichtheid van water en lucht bij een bepaalde temperatuur niet bekend zijn dienen deze extra stappen gevolgd te worden.

De dichtheid van een stof is afhankelijk van de temperatuur. Voor vaste stoffen en vloeistoffen kan de volumeverandering in goede mate bepaald worden met behulp van de kubische uitzettingscoefficient. De volumeverandering wordt gegeven door de onderstaande vergelijking:

Hierin is:

• ΔでるたV = volumeverandering van de stof bij temperatuur T₂ in [m³] ten opzichte van een bepaalde referentietemperatuur T₁
• βべーた = kubische uitzettingscoefficient, voor water is deze 0,21·10^-3 K^-1 bij 293 Kelvin (20 graad celsius)
• V₀ oorspronkelijke volume aan water bij referentietemperatuur van 293 K, te nemen als 1 m³
• ΔでるたT is het temperatuurverschil tussen T₂ en T ₁

De dichtheid van water kan dan berekend worden met de bekende formule voor de dichtheid: massa / volume. Het volume is hier het oude volume + de verandering in het volume.

De dichtheid van lucht bij een bepaalde temperatuur T kan bepaald worden met behulp van de ideale gaswet.
Deze luidt:

Hierin is:

• p = de heersende luchtdruk, voor atmosferische strippers is dit de buitenluchtdruk, 101 kPa
• M = molmassa van lucht , 28,97 [kg/kmol]
• R = universele gasconstante , 8314 [J/(kmol·K)]
• T = de absolute temperatuur in Kelvin.

De waarde G_m / L_mkan bepaald worden indien de lucht/water verhouding bekend is.

Hierin is:

• Q_a = De luchtflow in [m³ / s]
• Q = waterflow in [m³ / s]

Stap 3

Bij een bekende x waarde (tussen 0,02 en 3,0) kan de y waarde op de Eckert kromme grafisch worden bepaald. Met behulp van Excel kan de
y waarde worden benaderd met de onderstaande formule. Deze formule geeft de rode curve in de Eckert grafiek.

Stap 4

De massa flux van het gas per tijdseenheid kan bepaald worden met de relatie voor de y waarde op de Eckertkromme.
Deze wordt gegeven door:

De massa flux van het gas wordt dan gegeven door:

Indien de dynamische viscositeit van water bij een bepaalde temperatuur in het temperatuur gebied van 283 tot 293 K onbekend is,dan kan deze bepaald
worden met behulp van de onderstaande formule.
Het voorschrift voor deze empirische formule luidt¹:

Hierin is μみゅー_l de dynamische viscositeit van water in [kg/m·s] en T is de temperatuur in Kelvin

De massaflux van het gas G_m kan dan berekend worden.

Stap 5

De massaflux per tijdseenheid van het water L_m kan dan berekend worden uit:

De doorsnede van de stripkolom kan dan bepaald worden uit:

De massaoverdracht van het CO₂ dat vanuit het water naar de lucht wordt overgedragen vindt plaats door diffusie. De drijvende kracht voor diffusie is het concentratieverschil van het CO₂ in het water met de concentratie in van het CO₂ in de lucht. De mate waarin een stof diffundeert is afhankelijk van de temperatuur. Bij een stripkolom zijn er steeds twee fasen met elkaar in contact. Er vindt dan diffusie in de vloeistof en diffusie in het gas plaats. Voor de berekening van de diffusiecoefficient van het CO₂ in het water wordt gebruik gemaakt van de empirische Hayduk-Laudie relatie, het voorschrift hiervan wordt gegeven door:

Hierin is:

• D_L de diffusiecoefficient van het CO₂ in water, in [cm²/s]
• μみゅー_w is de dynamische viscositeit van water in {cP], [1 kg/(m·s] = 1000 cP]
• V_b is het molaire volume van CO₂ bij het standaard kookpunt (de dampdruk is dan gelijk aan 1 atm), uitgedrukt in {liter/mol]

De diffusiviteit van een bepaalde stof in een gas kan bepaald worden door gebruik te maken van de Wilke-Lee modificatie van de empirische Hirschfelder-Bird-Spotz relatie. Het voorschrift hiervan wordt gegeven door:

Hierin is:

• D_g = diffusiecoefficient van CO₂ in het stilstaande gas (hier is dat lucht), in [cm²/s]
• T = de temperatuur in [Kelvin]
• M_A = molecuulgewicht van CO₂ in [g/mol]
• M_B = molecuulgewicht van lucht in [g/mol]
• P_l = luchtdruk in [Pa]
• r_AB = gemiddelde afstand tussen twee moleculen die tegen elkaar botsen, gelijk aan ( r_A + r_B ) / 2 , uitgedrukt in [nm]
• r_A = de gemiddelde afstand bij botsing tussen de CO₂S , in [nm]
• r_B = de gemiddelde afstand bij botsing tussen de lucht "moleculen" , in [nm]
• εいぷしろん_AB = moleculaire aantrekkingsenergie gelijk aan √(εいぷしろん_A·εいぷしろん_B) in ergs (1 erg = 10^-7 J)
• εいぷしろん_A = de moleculaire aantrekkings energie voor CO₂ in [ergs] ( 1 erg = 10^-7 J )
• εいぷしろん_B = de moleculaire aantrekkings energie voor lucht in [ergs] ( 1 erg = 10^-7 J )
• k = de constante van Boltzmann, (1,38·10^-16 [g·cm² / s²·K ]
• f(k·T/εいぷしろん_AB) = botsingsfunctie

De waarden van r_A en εいぷしろん_A kunnen worden geschat met behulp van de volgende relaties:

Hierin is:

• r_A = de gemiddelde afstand tussen de botsende CO₂ moleculen in [nm]
• T_b,A = temperatuur van het kookpunt van CO₂ waarbij de dampdruk gelijk is aan 1 atm, uitgedrukt in [Kelvin]
• V_b,A = het molaire volume van CO₂ dat bij het kookpunt T_b,A hoort uitgedrukt in [liter/mol]

Voor CO₂ ligt het kookpunt bij 194,6 Kelvin en het molaire volume bij deze temperatuur is 0,0340 [liter/mol]

De diffusiviteit van een bepaalde stof ( hier CO₂ ) kan bepaald worden door aan te nemen dat lucht zich als een enkele stof gedraagt met betrekking tot moleculaire botsingen.
De vereiste parameters voor lucht zijn:

• r_B = 0,3711 [nm]
• εいぷしろん_B / k = 78,6

Zodat:

De botsingsfunctie kan bepaald worden door:

Waarbij ee gegeven wordt door:

Hierme kunnen de diffusiecoefficienten van CO₂ in water en CO₂ in lucht bepaald worden.

Bij stripping processen worden de massabalansen op de vloeistofzijde betrokken.De totale massaoverdrachtsconstante kan met behulp van de onderstaande vergelijking worden bepaald.

Hierin is:

• K_L·a = totale massaoverdrachtsconstante per [s^-1]
• k_l = de lokale massaverdrachtscoefficient van het CO₂ in het water in [m/s]
• k_g = de lokale massaoverdrachtscoefficient van het CO₂ in de lucht in [m/s]
• a_w = het bevochtigde oppervlak van de pakking in [m² / m³]
• H = de dimensieloze constante van Henry

De lokale massaoverdachtscoefficienten k_l en k_g en het bevochtigde oppervlak van de pakking a_w kunnen gevonden worden met behulp van de Onda correlaties.

Het bevochtigde oppervlak van de pakking a_w wordt gegeven door:

Hierin is:

• σしぐま = de oppervlaktespanning van het water in [kg/s²]
• σしぐま_c = de kritieke oppervlaktespanning van de pakking in [kg/s²]
• a_t is de speciefieke oppervlakte van de gebruikte pakking in [m² / m³]
• Re = het dimensieloze Reynoldsgetal
• Fr = het dimensieloze Froude getal
• We = het dimensieloze Webergetal

Deze dimensieloze kengetallen worden gegeven door:

Hierin is:

• L_m = massaflux van het water in [kg/m²s].
• a_t = specifieke oppervlakte van de pakking in [m²/m³]
• μみゅー_l = de dynamische viscositeit van het water in [kg/m·s]
• ρろー_l = dichtheid water in [kg/m³]
• g = zwaartekrachtsversnelling , 9,81 [m/s²

De lokale massaoverdrachtscoefficient k_l van het CO₂ in water kan gevonden worden door:

• L_m = massaflux van het water in [kg/m²s].
• D_l = Diffusiecoefficient van het CO₂ in water in [m²/s]
• d_p = nominale diameter van het gebruikte type pakking in [m]

De lokale massaoverdrachtscoefficient van het CO₂ in lucht kan worden bepaald met:

Hierin is:

• G_m = de massaflux van de lucht in [kg/m²·s]
• D_g = de diffusie coefficient van het CO₂ in lucht in [m²/s]
• μみゅー_g = de dynamische viscositeit van lucht in [kg/m·s]
• ρろー_g = dichtheid van lucht in [kg/m³]

De dynamische viscositeit μみゅー_g van lucht is afhankelijk van de temperatuur, indien deze niet bekend is kan deze worden bepaald met de onderstaande betrekking.

Hierin is:

• m = 4,79·10^-26 [kg], de massa van een "lucht molecuul"
• δでるた = 3,7·10^-10 [m] diameter van een "lucht molecuul"
• P_L = de luchtdruk in [Pa]

k

= de constante van boltzmann , 1,38·10

^-23

[J/K]

Voor het gebruik van de Onda relaties gelden er een aantal voorwaarden:

• De nominale diameter van de pakking dient kleiner te zijn dan 0,0508 [m]
• De massaflux L_m van het water dient tussen de 0,8 en 43 [kg/m²s] te liggen.
• De massaflux G_m van de lucht dient tussen de 0,014 en 1,7 [kg/m²s] te liggen.

Bij het gebruik van pakkingen die 2 inch ( 0,0508 m ) of groter zijn wordt de K_L·a waarde die verkregen wordt met behulp van de Onda relaties vermenigvuldigt met een veiligheidsfactor van 0,75.

De hoogte L van de stripkolom kan nu bepaald worden met behulp van de onderstaande formule:

Hierin is S de zogenaamde stripping factor, deze is afhankelijk van de lucht en waterdebieten en de temperatuur waarbij er behandeld gaat worden. Verder is C₀ de inkomende concentratie van de te verwijderen stof
(hier CO₂), voor deze berekening is deze op 100% gesteld.

De uitgaande concentratie C_u is de gewenste concentratie die men aan de vervuilende stof in het water wenst te bereiken en deze wordt
met de formule (1 - verwijderingspercentage).

Q is het te behandelen waterdebiet en A is de doorsnede van de stripkolom. De K_L·a waarde dienen uit de Onde relaties verkregen te worden.