Аспирационное устройство модель 822

Список литературы

1.Основы аналитической химии.Кн.2. Методы химического анализа. Учебник для вузов / Под ред.Ю.А.Золотова.-М.:Высш.шк.,2002 – 494с.

2.Контроль за выбросами в атмосферу и работой газоочистных установок на предприятиях машиностроения: Практическое руководство/Н.Г.Булгакова, Л.С.Василевская, Л.Я.Градус и др.- М., Машиностроение, 1984 - 128с.

3.Перегуд Е. А., Горелик Д. О. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы.– Л.: Химия, 1981.–384 с.

1.Общие положения

1.1. Метод абсорбции

В технике очистки газовых выбросов про­цесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одно­го или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. В случае образования химического соединения между абсорбтивом и абсорбентом процесс называют хемосорбцией. На этом основаны многие промышленные способы получения готового продукта (производства серной и соляной кислот). В отсутствие взаимодействия процесс называется физической абсорбцией. На обратимости физической абсорбции основано выделение поглощенного газа из раствора – десорбция (абсорбция ацетилена из газов крекинга, очистка топочных газов от диоксида серы). Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде (очистка коксового и нефтяного газов от сероводорода).

Движущей силой здесь является градиент концентрации на гра­нице фаз газ – жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии, т. е. в процессе проектирования абсор­беров особое внимание следует уделять организации контакта га­зового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).

Решающим условием при выборе абсорбента является раство­римость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от тем­пературы и давления. Если растворимость газов при 0°С и пар­циальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называют хорошо растворимыми . Если растворяются доли грамма вещества, то их называют плохо растворимыми .

Для удаления из технологических выбросов таких тазов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно при­менять в качестве поглотительной жидкости воду, так как раст­воримость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг . При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, так как растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных слу­чаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как сернистая кислота (для улавливания водяных па­ров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.

Организация контакта газового потока с жидким растворителем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуемого способа контакта газ – жидкость аппаратное оформление процесса различно.

1.2.Отбор проб воздуха

через поглотительные приборы

Перед отбором пробы знакомятся с технологическим процессом и устанавливают, в каком агрегатном состоянии может находиться вещество в воздухе (газ, пар, аэрозоли), какие вещества сопутст­вуют ему, кратковременно или непрерывно поступает это вещество в анализируемый воздух.

Для отбора проб используют прямые и изогнутые под прямым углом газозаборные трубки из стекла, легированной стали, меди, тефлона, полихлорвинила, полипропилена и других материалов в зависимости от агрессивности анализируемых веществ.

Отбор проб воздуха для определения содержания весьма малых концентраций вредных веществ проводят чаще всего аспирационным способом, основанным на пропускании известного объема воз­духа через какой-либо поглотительный раствор. Вещества в газо- и парообразном состоянии поглощаются из воздуха жидкими сре­дами, в которых они растворяются или химически связываются. Объемный расход воздуха через поглотительные приборы устанав­ливают заранее экспериментально для каждого метода отдельно. Для аспирации анализируемого воздуха через поглотительные приборы используют электрические или водяные аспираторы, под­робное описание которых дано в различных методических руковод­ствах. Там же даны рекомендации по применению поглотительных приборов для отбора представительных проб воздуха в зависимос­ти от условий. Наиболее широкое применение для исследования состава промышленных вентиляционных выбросов нашли поглотители, изображенные на рис.1-5.

Рис.1. Поглотительные приборы:

а – Зайцева, б – Петри, в – Полежаева

Рис.2. Поглотительные приборы:

а – модернизированный Зайцева, б – Рихтера

Рис.3. а – поглотительные приборы для зерненых сорбентов

в "кипящем " слое: 1 - стеклянная пористая пластинка N 1, 2 - перфорированный шарик, б – Поглотительный прибор Яворовской .

Рис.4. Поглотительный прибор Зайцева (видоизмененный)

для зерненных сорбентов в "кипящем" слое

Рис.5. Поглотительный прибор Гернет:

а - боковая трубка, б - нижняя трубка, в - распылитель,

г – брызгоуловитель

В процессе длительного отбора проб растворитель (поглотительный раствор) часто испаряется и объем поглотительной среды уменьшается. Для поддержания постоянного объема пробы в про­цессе отбора растворитель периодически добавляют (до началь­ного объема). Уменьшить испарение растворителя можно, поместив поглотительные приборы в охладительную смесь.

Известным достижением в области отбора проб воздуха явля­ется поглощение малых концентраций токсичных примесей ультра­тонкой пленкой химических абсорбентов, наносимых на инертный субстрат – измельченное стекло (стеклянную крупку). Достоин­ствами пленочных улавливателей (рис.6) в сравнении c жидкостными поглотителями являются большая скорость аспира­ции исследуемого воздуха и удобство применения в полевых усло­виях .

Рис.6. Пробирка с пленочным улавливателем и сетчатым дном:

1- пробка из целлофана, 2 - стеклянная крупка,

3 - целлофан с резиновым кольцом-держателем

При отборе проб в условиях пони­женных температур окружаю­щего воздуха применяют обо­греватели (рис.7).

Рис.7. Обогреватель с помещенным в него поглотителем:

1 - пластмассовый корпус, 2 - теплоизолирующий сосуд,

3 - двойное круглое отверстие, 4 - микропористая резиновая пластинка, 5 - два отверстия в пластинке, 6 поглотитель

Если выбранный метод ана­лиза позволяет ограничиться небольшим объемом воздуха, пробы отбирают в бутыли вместимостью 2—3 л или в га­зовые пипетки. При этом от­бор проб воздуха осуществля­ют несколькими способами; вы­ливают жидкость (воду или со­левой раствор), которой перед отбором пробы наполняют доверху бутыль или газовую пипетку; продувают через сосуд 10-кратным объемом анализируемого воздуха (способ обмена).

Во избежание конденсации паров исследуемого вещества на стенках сосуда применяют вакуумную продувку (с объемным рас­ходом не менее 2 л/мин). При этом используют сосуды из толстого стенного стекла, защищенные чехлом из металлической сетки. Газовую пипетку или бутыль подсоединяют к тройнику вакуумметра. Второй конец тройника подсоединяют к вакуумному насосу. Откачивают воздух из емкости до остаточного давления 1,3–3 кПа. В месте отбора пробы вакуумированный сосуд соединяют с газозаборной трубкой, вставленной в воздуховод, и на 10–20 с открывают кран для впуска исследуемого воздуха в сосуд. Сосуд выдер­живают в помещении для выравнивания температур отобранного воздуха и окружающей среды. Затем с помощью открытого ртутного манометра измеряют давление в сосуде с отобранной пробой.

1.3. Ионометрический МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

Электрохимические методы анализа основаны на использовании ионообменных или электрообменных процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном пространстве. В основе прямых потенциометрических определений лежит зависимость равновесного потенциала электрода от активности (концентрации) определяемого иона. Для измерений необходимо иметь гальванический элемент и прибор для измерения аналитического сигнала.

Гальванический элемент состоит из двух электродов: индикаторного и электрода сравнения, погруженных в один сосуд с раствором. В потенциометрии в качестве индикаторных часто используют ионоселективные электроды.

В методе применяют мембранные (ионоселективные) индикаторные электроды (ИСЭ). Важнейшей составной частью этих электродов является полупроницаемая мембрана – тонкая пленка, отделяющая внутреннюю часть электрода (внутренний раствор) от анализируемого и обладающая способностью пропускать преимущественно ионы только одного вида.

Механизм возникновения мембранного потенциала.

Способность мембраны быть проницаемой для ионов определенного знака заряда обусловлена наличием ионогенных групп. Если мембрана контактирует с двумя растворами иона с активностями (анализируемый раствор) и (внутренний раствор), то и на внешней и на внутренней сторонах мембраны происходит обмен ионами. Из-за раз­личия активностей ионов в растворе и мембране на обеих сторонах мембраны возникают граничные потенциалы и . С помощью элек­тродов сравнения, помещенных во внешний и внутренний растворы, можно измерить разность и или так называемый мембранный по­тенциал

(1)

Активность ионов A⁺ во внутреннем растворе постоянна, поэтому

(2) –

потенциал мембранного электрода линейно зависит от логарифма актив­ности иона в анализируемом растворе.

Любая мембрана в той или иной мере проницаема для всех ионов, находящихся в растворе, и поэтому необходимо учитывать влияние по­сторонних ионов, например В⁺, на потенциал электрода. Ионы B⁺ про­никают в фазу мембраны в результате реакции обмена

(3)

Константа равновесия этой реакции (константа обмена, ) зависит от природы мембраны и природы иона . Подвижности ионов и в фазе мембраны различны, поэтому возникает диффузионный потен­циал, вносящий определенный вклад в величину .

Потенциал мембранного электрода в растворе, содержащем кроме определяемого иона посторонние ионы и другие, описывается модифицированным уравнением Нернста (уравнением Никольского-Эйземана):

,(4)

где const – константа, зависящая от значений стандартных потенциалов внутреннего и внешнего электродов сравнения и от природы мембраны;

– активности и заряды основного (потенциалоопределяющего) и постороннего ионов соответственно;

- потенциометрический коэффициент селективности.

Основными характеристиками ионоселективного электрода являются электродная функция, селективность и время отклика. Электрод имеет нернстовскую электродную функцию в интервале активности (концентрации), где зависимость потенциала от линейна и имеет угловой коэффици­ент мВ (25⁰С). Протяженность этого интервала зависит от природы мембраны. При очень низких концентрациях (для хороших электро­дов порядка 10^–16 М) электрод утрачивает электродную функцию (рис.8);

Рис. 8. Интервал выполнения электродной функции и предел обнаружения ионселективного электрода

точка перегиба на графике характеризует практическую ве­личину предела обнаружения.

Селективность электрода определяется величиной . Если этоткоэффициент меньше 1, то электродселективен относительно ионов . Чем меньше величина , тем выше селективность.

Величину чаще всего определяют графически (рис.9):точка

пересечения потенциала электрода в растворах с постоянной концентрацией мешающего иона и переменной концентрацией определяемого иона . Далее рассчитывают величину , по которой определяют

Рис.9. Определение коэффициента селективности

методом смешанных растворов ( )

Время отклика (время установления стационарного потенциала) определяют по зависимости потенциала от времени с момента погружения в анализируемый раствор, оно может колебаться от нескольких секунд до нескольких минут. Время достижения постоянного потенциала зависит от методики работы и величины концентрации раствора. Данный параметр очень важен при проведении автоматизированных анализов.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ

Приборы, аппаратура, посуда

Ииономер И–500

Мешалки магнитные типа ММ-2 или аналогичные

Электрод ионоселективный “Элит–051”

Электрод вспомогательный хлорсеребряный ЭВП-1mB ГОСТ 5.1582-72, снабженный электролитическим ключом

Аспирационное устройство модель 822

Поглотительные приборы Зайцева

Колбы мерные вместимостью 50-100мл ГОСТ 1770-74

Пипетки вместимостью 10,25мл без делений с одной отметкой и вместимостью 5,10,20мл с делениями ГОСТ 20292-74

Груша резиновая вместимостью 200мл

Стаканы химические вместимостью 50 мл высокие с носиком

Цилиндры мерные вместимостью 100-250мл ГОСТ 1770-74

Пинцет

Фильтровальная бумага марки “синяя лента”

Реактивы, растворы и материалы

Аммоний хлористый ГОСТ 3773-72 х.ч. высушенный до постоянной массы при 100-105⁰С 0,1М раствор

Сульфат магния 1М раствор

Серная кислота 0,2 Н раствор

Поиск по сайту: