Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Кафедра хімічної технології неорганічних речовин
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
З курсу: “Технологія очистки та рекуперації відходів”
на тему: “ Абсорбція оксидів азоту ”.
|
Перевірив: асистент Вязовик В.М. ______________ |
2005
ТЕМА: АБСОРБЦІЙНЕ ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ ВІД ОКСИДУ АЗОТУ
Мета роботи: практично вивчити процес лужного поглинання оксидів азоту в пінному апараті.
1. Теоретичні відомості
Лужним поглиначем найчастіше служить розчин соди, а в результаті реакції одержують NaNO2 і NaNO3. Іх утворення проходить дві стадії: взаємодія оксидів азоту з водою і нейтралізація утворених кислот:
(1)
(2)
(3)
(4)
Під час взаємодії еквімолекулярної суміші NO і NO2 з розчином соди відбуваються такі реакції:
(5)
(6)
(7)
Швидкість лужного поглинання визначається швидкістю реакції взаємодії оксидів азоту з водою і залежить від співвідношення між NO і NO2. Максимальна швидкість поглинання спостерігається для еквімолекулярної суміші оксидів NO і NO2 .
Коефіцієнт швидкості абсорбції (коефіцієнт абсорбції) оксидів азоту рівномірно зростає з підвищенням концентрації оксидів азоту в газі. Зі зростанням концентрації Na2CO3 у поглиначі коефіцієнт абсорбції падає; максимальна швидкість поглинання спостерігається в середовищі, близькому до нейтрального.
Лужну абсорбцію оксидів азоту можна проводити в абсорбційних апаратах різних типів, баштах з насадкою, механічних скруберах, пінних апаратах тощо.
2. Обладнання і хімічні реактиви
● пінний апарат:
● ротаметри для заміру витрат повітря і рідини;
● піч трубчаста СУОЛ-0.5;
● колба круглодонна з термічно стійкого скла (місткістю 4000 см3), ГОСТ 25336-82Г
● колби мірні ( місткістю 100 см3), ГОСТ 1770-74Е;
● фарфорові чашки, ГОСТ 9147-80Е;
● перекис водню (3 %-й розчин), ГОСТ 10929-76;
● гідроксид натрію (0,1Н розчин та 30 %-й розчин), ГОСТ 4328-77;
● кислота саліцилова (10 %-й спиртовий розчин), ГОСТ 624-70;
● кислота сірчана (концентрована ρ = 1,84 г/см3 ), ГОСТ 4204-77;
● кислота сірчана (0,1 Н розчин), ГОСТ 4204-66;
● метиловий оранжевий (0,1 %-й розчин), ГОСТ 10816-64;
● розчин Na2CO3 (10 %-й), ГОСТ 1302-73.
3. Порядок виконання роботи і проведення розрахунків
3.1. Опис лабораторної установки
Суміш NO+NO2 отримують за методикою, описаною в лабораторній роботі № 6. Нітрозні гази змішуються з киснем і проходять через об'єм окиснення 2 для отримання еквімолекулярної суміші NO і NO2. У разі отримання еквімолекулярної суміші на стадії окислення аміаку вищезгадана стадія може бути відсутня. Далі суміш направляється у вхідний канал пінного апарата 3 під решітку. Суміш повинна вміщувати приблизно 1% оксидів азоту. Нітрозні гази проходять через решітку ( на яку подається розчин Na2CO3 з ємності 5 через штуцер для подання розчину) і, контактуючи на ній з розчином соди, поглинаються Na2CO3 у шарі утвореної піни. Відходячи, гази проходять через вихідний штуцер пінного апарата, бризковловлювач 7 і направляються в атмосферу Надлишок утвореної піни в апараті проходить через посудину для руйнування піни 4, а утворений з піни розчин збирається в резервуарі 8, звідки насосом 10 перекачується в ємність 5. Крани 11 служать для відбору проб газу на вході і виході з пінного апарата. У верхній і нижній частині апарата є штуцери для заміру тиску в апараті за допомогою манометрів 9 ( рисунок 1).
3.2 Порядок виконання роботи
Перед початком роботи перевірити герметичність установки, відсутність підсмоктування повітря. Перевірку проводять за результатом аналізу газу на загальний вміст оксидів азоту. Для цього проби газу відбирають на вході в апарат і виході з нього (через кран 11) і визначають в пробах загальний вміст оксидів азоту (результати аналізів мають збігатися). Методика визначення оксидів азоту в нітрозних газах описана в лабораторній роботі № 6.
Потім за завданням викладача встановлюють необхідну швидкість подачі нітрозних газів. Після цього на решітку подають 2-10 %-й розчин Na2CO3. Через 3-5 хв, які необхідні для створення стійкого режиму, відбирають проби газу на аналіз до та після апарата.
Завданням дослідів є визначення коефіцієнта швидкості абсорбції та ККД полиці апарата при різних швидкостях газу (задаються викладачем).
Для кожного режиму проводять по два паралельні досліди, а при необхідності їх повторюють кілька разів, доки не отримають добре відтворювані результати.
Для контролю за процесом під час виконання роботи фіксують та вимірюють:
- витрати нітрозного газу;
- витрати газу на виході з установки;
- витрати розчину Na2CO3;
- концентрацію оксидів азоту в газі на вході та виході з апарата;
- тиск у частинах апарата під і над решіткою;
- висоту шару піни.
1 - балон із киснем; 2 - об'єм для окиснення: 3 - вхідний канал пінного апарата; 4 - посудина для руйнування піни; 5 - ємність з поминальним розчином; 6 - ротаметри. 7 - бризкоуловлювач; 8 - резервуар; 9 - манометри; 10 - насос; 11 - триходові крани; 12 - пінний апарат
Рисунок 1 - Схема установки для поглинання газів у пінному апараті
3.3 Оцінка роботи апарату
Оцінку роботи пінного апарата (однієї полиці-решітки) та порівняння ефективності його роботи при різних режимах проводять за кількома показниками. Коефіцієнт корисної дії, що характеризує повноту абсорбції оксидів азоту, розраховують за формулою:
(8)
де Xn і Хк - концентрація оксидів азоту в газі на вході і виході з апарата, кг/м3 інертного газу.
Хсер.рівн. - концентрація компонента, який поглинається, рівноважна із середньою концентрацією його в розчині на полиці апарата (в даному випадку Хсер.рівн. ~ 0).
Для розбавленого газу вагові концентрації «X» можуть бути замінені об'ємними «С», оскільки в процесі абсорбції загальний об'єм газу майже не змінюється, тобто можна записати:
(9)
де Свх. і Свих. - концентрації, які отримані при аналізі, % об.
Коефіцієнт абсорбції для однієї полки пінного апарата можна розрахувати за рівнянням швидкості абсорбції при перехресному потоці, яке відкрив Позін М.Е.:
(10)
де параметр Δ розраховують за формулою:
(11)
де G – маса речовини, що поглинається за певний проміжок часу, кг;
К – загальний коефіцієнт абсорбції для рушійної сили, виражений в
одиницях концентрації газової фази, м/год, або кг/м3 · год · кг/м3);
S – площа решітки, м2;
Х п.ріХк.р- концентрації компонента, що поглинається у газі, рівноважні з початковою і кінцевою концентрацією рідини, кг/м3.
При необоротній абсорбції (наприклад, для системи N2O3 – Na2CО3) загальний коефіцієнт абсорбції К розраховують з використанням залежності К від К.К.Д. полиці η, що виражений в частках одиниць:
(12)
де ω - швидкість газу в апараті, м/год.
Висоту піни, яка є важливим показником роботи пінного апарата, фіксують безпосереднім вимірюванням, а гідравлічний опір полиці розраховують за різницею абсолютних тисків у частинах пінного апарата над і під решіткою.
4 Обробка результатів
4.1 Вихідні дані
абсорбент – 2-х %-ний розчин соди;
показ ротаметра – 30;
атмосферний тиск – 102,5·103 Па;
температура в приміщенні – 20,5 ˚С;
параметри вимірювання оптичної густини: λ=540 нм; l=50; чутливість –3
проба на вході в абсорбер:
а) початковий вакуум – 0,8 Па;
б) кінцевий вакуум – 0,1 Па;
в) оптична густина проби – D=0,065;
проба на виході з абсорберу:
а) початковий вакуум – 0,8 Па;
б) кінцевий вакуум – 0,1 Па;
в) оптична густина проби – D=0,0109;
4.2 Розрахунок
За величинами оптичної густини визначаємо концентрацію оксидів азоту в газі на вході та на його виході, відповідно 0,225 та 0,115.
Об’ємну частку оксидів азоту в газах в розрахунку на NO2 визначаємо за формулою:
(13)
(14)
де а – вага діоксиду азоту в об’ємі, що визначається за градуювальним графіком, мг/см3;
50 – об’єм залитого в колбу розчину H2O2 , см3;
0,487 - об’єм NOx, еквівалентний 1-му мг NO2, зведений до н.у.;
n - об’єм проби, що взяли з пробовідбірної колби, см3;
V0 - об’єм газу, що аналізується, відібраного в колбу, см3;
V – місткість пробовідбірної колби, см3;
p1 – розрідження в колбі перед відбором проби газу, МПа;
p2 – розрідження в колбі після відбору проби газу, Па;
t – температура повітря в приміщенні, ˚С.
Визначаємо ступінь очищення данного методу за формулою:
тоді:
Висновок: В даній роботі було досліджено очищення газової суміші від оксидів азоту абсорбцією 2-х %-ним розчином соди. Ступінь очищення становить 48,889 %.