1 - Určení počtu převodových jednotek absorpční kolony

Transkript

1 1 - Určení počtu převodových jednotek absorpční kolony I Základní vztahy a definice bsorpce je proces sdílení hmoty, při kterém přechází jedna nebo i více složek z fáze plynné do fáze kapalné. Využívá se např. k čištění odpadních plynů (vypíraní chloru roztokem hydroxidu sodného, oxidu siřičitého hydroxidem amonným) nebo v potravinářském průmyslu při výrobě nápojů sycených oxidem uhličitým. Při absorpci může jít o čistě fyzikální rozpouštění plynné složky v kapalině, děj však může být provázen i chemickou reakcí absorbovaného plynu s některou složkou kapalné fáze (příkladem je např. absorpce NO 2 do vody při výrobě HNO 3 ). Zařízení pro absorpci mohou být míchané probublávané nádoby, kolony se stupňovým kontaktem fází (patrové kolony) a často používané kolony se spojitým stykem fází (sprchové, probublávané nebo výplňové kolony). Společným požadavkem na všechna tato zařízení je zajištění dostatečného kontaktu mezi plynnou a kapalnou fází, což umožní dosáhnout účinnou separaci v co nejmenším absorpčním zařízení. V laboratoři procesního inženýrství se seznámíte s výplňovou absorpční kolonou, kde dochází k absorpci oxidu uhličitého do vody. Jako výplň jsou použity Raschigovy kroužky. Kolona pracuje v protiproudém kontinuálním režimu, kdy shora dolů stéká voda, směrem vzhůru proudí směs vzduchu a oxidu uhličitého a v kapalném filmu na povrchu výplně dochází k absorpci O 2 ze vzduchu do vody. Základem výpočtu absorpčních zařízení je látková bilance, rovnovážný vztah a případně vztahy popisující kinetiku sdílení hmoty. Při výpočtech bude zanedbána rozpustnost vzduchu ve vodě a odpařování vody do vzduchu. Za tohoto předpokladu bude v absorpční koloně docházet pouze k rozpouštění O 2 ve vodě. bsorpci O 2 ve vodě lze považovat za čistě fyzikální absorpci bez chemické reakce. V dalším textu bude použito značení složek: O 2, suchý vzduch, voda. Popis rovnováhy Rozpustnost O 2 ve vodě je popsána Henryho zákonem p = H x H O2 = 1, Pa (H 2 O, 20 ) (1) kde p je parciální tlak O 2, H Henryho konstanta a x rovnovážný molární zlomek O 2 v kapalné fázi. Jak je vidět z vysoké hodnoty Henryho konstanty, oxid uhličitý je ve vodě špatně rozpustný a rovnováha je popsána Henryho zákonem až do poměrně vysokých parciálních tlaků O 2 (do p = 400 kpa) [1]. Předpokládáme-li ideální chování a platnost Daltonova zákona, lze rovnovážný vztah mezi složením kapalné a plynné fáze zapsat ve tvaru: H p y = x (2) kde y je rovnovážný molární zlomek O 2 v plynné fázi a p je celkový tlak. Henryho koeficient závisí na teplotě. Za předpokladu izotermní absorpce (předpoklad je pro malé změny koncentrace O 2 oprávněný) platí H = konst. Pokles tlaku při průchodu plynu absorbérem je ve srovnání s hodnotou celkového tlaku malý, takže i hodnotu tlaku lze považovat za konstantní. Z toho plyne, že rovnovážný součinitel ψ =H /p = konst. Rovnovážný vztah (2) vyjádřený pomocí relativních zlomků má tvar: 1

2 H = 1 p +1 + = ψ.(1 ψ ) 1+ (3) (4) Rovnovážný vztah (4) je obecně nelineární, někdy jej lze v rozmezí koncentrací na vstupu a výstupu z absorbéru považovat za lineární tj. platí: =ψ b i e (5) + Látková bilance protiproudé absorpce Látkovou bilanci zapíšeme v relativních zlomcích. Definujeme relativní molární zlomek v plynné fázi ( ) a kapalné fázi ( ) vztahem 6: = = Zavedené značení vyplývá z bilančního schématu protiproudé absorpční kolony (obrázek 1). (6) e e tok látkového množství suchého vzduchu c tok látkového množství H 2 O i relativní molární zlomek složky v kapalině na vstupu do kolony e relativní molární zlomek složky v kapalině na výstupu z kolony i relativní molární zlomek složky v plynu na vstupu do kolony e relativní molární zlomek složky v plynu na výstupu z kolony i e Obrázek 1. ilanční schéma kontinuální protiproudé absorpce Látková bilance O 2 pro celý absorbér zapsaná pomocí relativních molárních zlomků má tvar: n & + = + (7) i i e e Vzhledem k malé rozpustnosti O 2 lze zanedbat změny průtoku obou fází kolonou a platí: = konst., l g = konst. bsorpce v koloně s výplní Množství absorbovaného O 2 je přímo úměrné hybné síle procesu (koncentračnímu gradientu), celkové mezifázové ploše a nepřímo úměrné odporu vůči přenosu hmoty. Tuto skutečnost vyjadřuje rovnice prostupu hmoty zapsaná pro diferenciální úsek absorbéru: * d = K ass( ) dh = * ψ (8) 2

3 kde je tok látkového množství přecházející složky (O 2 ), K koeficient prostupu hmoty, * a s hustota smočeného povrchu výplně, S průřez vrstvy výplně, je relativní molární zlomek O 2 v plynu rovnovážný s koncentrací O 2 v kapalině v daném průřezu kolony, h výška výplně. Obdobný vztah lze zapsat pro koncentrační gradient vyjádřený pomocí koncentrací * v kapalné fázi a odpovídající koeficient prostupu hmoty označit K. Při výpočtu obvykle používáme koncentrace té fáze, v níž převládá odpor proti absorpci. V případě absorpce O 2 ve vodě je převládající odpor v plynné fázi, proto jsou v dalším použity relativní molární zlomky O 2 v plynné fázi. Odpor vůči přenosu hmoty 1/K je součtem dílčích odporů v plynné a kapalné fázi: / 1 1 ψ = + (9) K k k kde k y, k x jsou koeficienty přestupu hmoty v plynné a kapalné fázi. Pro celkovou mezifázovou plochu v celé vrstvě výplně vyplývá z rovnice (8) vyjádření: = a s S h (10) Stanovit, na jaké části povrchu náplně se skutečně vytváří stékající film kapaliny a tedy jaký je skutečný povrch styku fází, je obtížné. Proto se v praxi často používá tzv. objemový součinitel prostupu hmoty K a s, ve kterém je rychlost sdílení hmoty vztažena k objemové jednotce vrstvy výplně. Lze-li rovnováhu přibližně popsat lineárním vztahem (5), lze určit výšku vrstvy výplně h ze vztahu: h = H N (11) kde H označuje výšku převodové jednotky a N počet převodových jednotek. Pro určení výšky převodové jednotky a počtu převodových jednotek existuje několik postupů. Zde použijeme tzv. metodu střední hnací síly: H N = n = (12) K a S ( & i s e ) ls, (13) kde ( ) ls je logaritmický střed hnacích sil, který vypočteme podle vztahu: ( i i ) ( e ) ( ) ls = (14) i ln e e i e kde e je koncentrace ve vystupujícím plynu rovnovážná s koncentrací ve vstupující kapalině, kterou vypočteme z rovnovážného vztahu jako e = ψ i. nalogicky i je koncentrace ve vstupujícím plynu rovnovážná s koncentrací ve vystupující kapalině, = ψ. i e Pro výpočet objemového součinitele prostupu hmoty, jehož určení je mimo jiné cílem této úlohy, známe výšku výplně absorpční kolony h a koncentrace O 2 v obou vstupních a 3

4 výstupních proudech ( i, e, i, e ), což umožňuje stanovit počet převodových jednotek podle vztahu (13) a následně výšku převodové jednotky podle vztahu (11). Objemový součinitel prostupu hmoty K a s určíme pak ze známé hodnoty H podle vztahu (12). Další z metod výpočtu výplňových absorpčních kolon využívá výšky ekvivalentní rovnovážnému stupni. Je to především v návaznosti na simulační programy (např. spen Plus, jehož licenci máme na VŠ-TUO). Tyto programy standardně charakterizují velikost separačních zařízení počtem rovnovážných stupňů. Výpočet výšky výplně h pomocí počtu rovnovážných stupňů vychází ze vztahu N h = k = 1 hek kde h ek je výška výplně ekvivalentní k-tému rovnovážnému ( = teoretickému) stupni (označovaná také HETP - Height Equivalent to the Theoretical Plate). Hodnoty h ek se odhadují z hodnot výšky převodové jednotky H k a absorpčního faktoru ζ vypočtených pro průtoky, složení fází a teploty v jednotlivých rovnovážných stupních: ζ.lnζ h ek = H k ζ 1 ζ = ψ /. V našem případě předpokládáme izotermní absorpci a konstantní toky obou fází absorbérem. bsorpční faktor (17) a výšku převodové jednotky (16) lze tedy předpokládat rovněž konstantní. Pro počet rovnovážných stupňů vyplývá ze vztahu (15): N = h h ek (15) (16) (17) (18) II íl práce 1. Provést látkovou bilanci procesu. Pro účel látkové bilance titračně stanovte obsah O 2 ve vodě na vstupu a výstupu z absorpční kolony. Koncentrace O 2 v plynné fázi změřte infračerveným analyzátorem. 2. Stanovit separační schopnost kolony vyjádřenou počtem převodových jednotek a výškou převodové jednotky a dále počtem rovnovážných pater a výškou ekvivalentní rovnovážnému patru. 3. Stanovit hodnotu objemového součinitele prostupu hmoty. 4. Graficky znázornit závislosti H, h ek a K a s na mimovrstvové rychlosti obou fází. III Popis zařízení Základem stanice absorpce (obrázek 2) je náplňová kolona s potrubními linkami pro přívod vody, vzduchu a O 2 vybavená potřebnými regulačními a měřicími prvky a kontinuální 4

5 analýzou O 2 v plynné fázi. Stanovení rozpuštěného O 2 ve vodě je prováděno diskontinuálně odměrnou analýzou. bsorpční kolona je tvořena trubkou z průmyslového skla o délce 1,5 m a vnitřním průměru 8 cm a je vyplněna skleněnými Raschigovými kroužky (8x8x1) mm. Voda ke zkrápění kolony je přes uzavírací kohout D3 odebírána z centrálního rozvodu a vedena do zásobní nádrže Z vybavené teploměrem T. Ze zásobní nádrže je kapalina čerpána na hlavu kolony, průtok vody je regulován jehlovým ventilem 1 a měřen rotametrem F1 (1-10 l min -1 ). Tlakový vzduch je odebírán z kompresoru V, přes filtry W1 a W2 (odstraňující olej a vlhkost), jeho průtok je regulován ventilem 2 a měřen rotametrem F2 (rozsah l min - 1 ). Dále do aparatury je vzduch veden přes uzavírací ventil D5. Oxid uhličitý je odebírán z tlakové láhve 1, jeho průtok je regulován jehlovým ventilem 3 a měřen rotametrem F3 (rozsah 1-15 l min -1 ). Oxid uhličitý je přes uzavírací kohout D4 přiváděn do potrubí se vzduchem, vzniklá plynná směs je pak vedena k patě absorpční kolony. Voda stéká kolonou směrem dolů, plyn proudí v opačném směru. Po průchodu vrstvou výplně je voda obsahující absorbovaný O 2 odváděna přes kohout D1 do kanalizace. Odběrná místa pro kapalné vzorky jsou umístěna na vstupu a výstupu z kolony a opatřena jehlovými ventily S4 (výstup) a S6 (vstup). Vzduch ochuzený o O 2 odchází z hlavy kolony do odpadu. V hlavě kolony je rovněž umístěno odběrové místo pro stanovení koncentrace O 2 ve vystupujícím vzduchu opatřené jehlovým ventilem S2. Pro analýzu O 2 v plynu vstupujícím do kolony slouží odběrové místo opatřené jehlovým ventilem D6. Plynný vzorek je dopravován čerpadlem vzorku přes úpravnu (odstranění vlhkosti a případného aerosolu) a trojcestnými ventily G1 a G3 do infračerveného analyzátoru O 2. Trojcestný ventil G1 umožňuje přivádět do analyzátoru buď plynný vzorek k analýze, nebo kalibrační plyny pro justování analyzátoru. Trojcestný ventil G3 umožňuje přivádět do analyzátoru přes ventil G1 buď plyn vstupující do kolony nebo z kolony vystupující. Popis postupu práce s analyzátorem O 2 je uveden v Příloze 2. IV Postup práce Příprava měření Než přistoupíme k vlastnímu měření absorpce O 2 v náplňové koloně, je třeba provést následující přípravné práce a výpočty: 1) Zapneme analyzátor O 2 a kompresorovou chladničku určenou pro sušení plynného vzorku do zásuvky (na stěně napravo vedle aparatury). nalyzátor je připraven k měření po temperaci, která trvá přibližně 20 min. 2) Ze zadané hodnoty vstupní koncentrace O 2 spočteme objemové průtoky O 2 a zapíšeme je pro jednotlivé experimenty do tabulky 2. 3) Přesvědčíme se, že kohouty 4 a D6 jsou uzavřeny a kohout D1 je otevřen. Měření absorpce O 2 v náplňové koloně Princip měření spočívá ve sledování poklesu koncentrace O 2 ve vzduchu po průchodu vrstvou zkrápěné výplně. Než se vytemperuje analyzátor O 2, připravíme stanici k experimentu při první dvojici zadaných průtoků vody a vzduchu a vypočteném průtoku O 2. 5

6 Pustíme do absorpční kolony vzduch. Připojíme kompresor do zásuvky. Ujistíme se, že ventil na kompresoru ukazující výstupní tlak je zavřený (tj. zcela vyšroubovaný ven). Vysuneme červený přepínač na kompresoru a kompresor se začne tlakovat. Po natlakování kompresoru otevřeme na přívodním potrubí vzduchu jehlový ventil 2 a uzavírací ventil D5. Ventil regulující výstupní tlak vzduchu z kompresoru pomalu otevíráme (= zašroubováním dovnitř) tak dlouho, až je možné jehlovým ventilem 2 na rotametru nastavit požadovaný průtok vzduchu. Pustíme do absorpční kolony vodu. Přesvědčíme se, že je povolen jehlový ventil regulace průtoku vody 1 a spustíme čerpadlo kapaliny vypínačem na přívodní šňůře. Nastavíme požadovaný průtok vody. Můžeme pozorovat postupné plnění výtlačného potrubí čerpadla a následné zkrápění výplně. Při otevřeném kohoutu D1 voda z kolony odtéká do odpadu. Nastavíme průtok vody z centrálního rozvodu kohoutem D3 tak, aby v zásobní nádrži byla udržována konstantní hladina. Odměrnou analýzou zjistíme obsah oxidu uhličitého ve vodě vstupující do kolony (odběrové místo S6). Měření provedeme 5x. Postup odměrné analýzy je uveden v Příloze 1. Pokud již je analyzátor O 2 vytemperován na provozní teplotu, můžeme zahájit jeho justování. Postup je uveden v Příloze 2. Po justování přepneme trojcestný ventil G2 do polohy Měření, zapneme čerpadlo plynného vzorku umístěné před vstupem do analyzátoru a nastavíme parametry snímání dat z analyzátoru dle popisu v Příloze 2. Ověříme, že jsou otevřeny ventily 3 a D4 v trase O 2 a za dozoru asistenta pustíme z tlakové láhve oxid uhličitý, po té jeho průtok nastavíme jehlovým ventilem 3 na rotametru na požadovanou hodnotu. Nejprve změříme koncentraci O 2 na vstupu do kolony. Trojcestný ventil G3 (zezadu stolku s analyzátorem) dáme do polohy KOLON-VSTUP a otevřeme jehlový ventil D6. Po s (dopravní zpoždění) se začne měnit koncentrační údaj O 2 v grafickém záznamu analýzy O 2 na P. Počkáme na ustálení a zapíšeme 5 koncentračních údajů v rozmezí cca 30 s. Koncentraci O 2 na vstupu určíme jako průměr z naměřených hodnot. Po té změříme koncentraci na výstupu z kolony. Uzavřeme jehlový ventil D6 a trojcestný ventil G3 dáme do polohy KOLON-VÝSTUP. Po ustálení hydrodynamických poměrů v koloně, které trvá 2-3 min (a je mimo jiné indikováno ustálením poloh hladin v manometru U), počkáme na ustálení signálu O 2 na analyzátoru a zapíšeme 5 koncentračních údajů v rozmezí cca 30 s. Koncentraci O 2 na výstupu určíme jako průměr z naměřených hodnot. Základní podmínkou pro dosažení ustáleného stavu je konstantnost vstupních parametrů. Dané průtoky médií je proto třeba po celou dobu měření pečlivě sledovat a udržovat! Odebereme vzorek kapaliny na výstupu z kolony (odběrné místo S4) a stanovíme odměrnou analýzou koncentraci O 2 postupem uvedeným v Příloze 1. Stanovení provedeme 5x. Tímto je ukončeno měření pro první trojici hodnot průtoků vody, vzduchu a O 2 (měření č. 1). Nastavíme další trojici hodnot průtoků vody, vzduchu a O 2 a měření opakujeme s výjimkou odměrného stanovení obsahu O 2 ve vodě na vstupu a výstupu z kolony. 6

7 Ukončení měření Po skončení měření zavřeme tlakovou láhev s O 2 a uzavřeme jehlový ventil 3 a uzavírací ventil D4. Vypneme čerpadlo plynného vzorku. Zastavíme přítok vody do stanice, vypneme čerpadlo vody a vypustíme zbylou vodu z nádrže. Uzavřeme kohout D1. Vypneme kompresor a uzavřeme jehlový ventil 2 a uzavírací ventil D5. Vypneme nejdříve P a pak analyzátor O 2 a kompresorové sušení. V ezpečnostní opatření 1. Spuštění kompresoru vzduchu je možné provést pouze v přítomnosti asistenta. 2. Manipulaci s redukčními ventily tlakových lahví provádí asistent. 3. Před vpuštěním O 2, vzduchu a vody do aparatury vždy zkontrolujte, že tekutiny mají kam téci tzn., že jsou otevřeny jehlové ventily 1, 2, 3 na rotametrech a uzavírací ventily D4, D5. V opačném případě hrozí PRSKNUTÍ SKLENĚNÝH TRUI ROTMETRŮ! 4. V průběhu měření vizuálně kontrolujte případný únik vody, který ihned ohlaste. VI Zpracování naměřených hodnot Naměřené hodnoty se zapisují průběžně do tabulky 2 a použijí se ke zpracování následujících úkolů: 1. Sestavení látkové bilance procesu pro první měřenou trojici hodnot průtoků vody, vzduchu a O 2 (měření č. 1). Naměřenou koncentraci O 2 ve vodě vystupující z kolony ( e ) porovnáme s koncentrací O 2 vypočtenou z látkové bilance. Výsledky výpočtu zaznamenejte do tabulky 3, příklad výpočtu uveďte v tabulce Určení rovnovážného součinitele ψ v rozmezí koncentrací i e graficky lineární regresí. 3. Pro absorpci O 2 při dalších zadaných hodnotách průtoků vody, vzduchu a O 2, stanovte: Separační schopnost kolony vyjádřenou počtem převodových jednotek a výškou převodové jednotky. Separační schopnost kolony vyjádřenou počtem rovnovážných pater a výškou ekvivalentní rovnovážnému patru. Hodnotu objemového součinitele prostupu hmoty. 4. Při těchto výpočtech použijte hodnotu koncentrace O 2 ve vodě na vstupu do kolony ( i ) stanovenou odměrnou analýzou na začátku měření. Koncentraci O 2 v plynu na vstupu ( i ) a výstupu z absorpční kolony ( e ) určete z naměřených údajů analyzátoru O 2. Koncentraci O 2 ve vodě na výstupu ( e ) dopočtěte z látkové bilance a porovnejte s hodnotou určenou pomocí odměrné analýzy. Výsledky výpočtu zaznamenejte do tabulky Závislosti H, h ek a K a s na mimovrstvové rychlosti vzduchu a vody znázorněte graficky. Vyhodnoťte vliv změny průtoku obou fází na separační schopnost absorpční kolony. 7

8 Součásti protokolu: tabulky 2, 3 a 4, grafy - rovnováha = fce ( ) pro i e, H = fce (v g ), H = fce (v l ), h ek = fce (v l ), h ek = fce (v g ), K a s = fce(v g ), K a s = fce (v l ), závěr. VII Symboly celková mezifázová plocha (m 2 ) a s hustota smočeného povrchu (m -1 ) b konstanta lineární rovnováhy (-) h výška absorbéru (m) h ek výška výplně ekvivalentní k-tému rovnovážnému stupni (m) H, H výška převodové jednotky prostupu hmoty (m) H Henryho konstanta (Pa) k, k koeficient přestupu hmoty (mol.m -2.s -1 ) K, K koeficient prostupu hmoty (mol.m -2.s -1 ) tok látkového množství O 2 (mol.s -1 ) tok látkového množství vzduchu (mol.s -1 ) tok látkového množství H 2 O (mol.s -1 ) c, g l celkový tok látkového množství plynu a kapaliny (mol.s -1 ) N počet teoretických (rovnovážných) pater (-) N, N počet převodových jednotek prostupu hmoty (-) p atmosférický tlak (Pa) p parciální tlak složky (Pa) S průřez kolony (vrstvy výplně) (m 2 ) t teplota ( ) V &, V &, V & objemový průtok O 2, vzduchu a vody (m 3.s -1 ) x molární zlomek složky v kapalině (-) relativní molární zlomek složky v kapalině (-) i relativní molární zlomek složky v kapalině na vstupu do kolony (-) e relativní molární zlomek složky v kapalině na výstupu z kolony (-) y molární zlomek složky v plynu (-) relativní molární zlomek složky v plynu (-) * relativní molární zlomek v plynu rovnovážný s koncentrací v kapalině (-) i relativní molární zlomek složky v plynu na vstupu do kolony (-) e relativní molární zlomek složky v plynu na výstupu z kolony (-) ψ rovnovážný koeficient pro rovnováhu vyjádřenou v relativních zlomcích (-) ψ rovnovážný koeficient pro lineární rovnováhu vyjádřenou v relat. zlomcích (-) ζ, ζ absorpční faktor (-) Dolní indexy O 2 vzduch H 2 O e výstup g plyn i vstup k vztaženo ke k-tému rovnovážnému stupni l kapalina vztaženo ke kapalné fázi, jejíž složení je vyjádřeno relativním molárním zlomkem složky vztaženo k plynné fázi, jejíž složení je vyjádřeno relativním molárním zlomkem složky 8

9 VIII Použitá literatura [1] Holeček O. hemicko-inženýrské tabulky, VŠHT, on-line: [2] Míka, V. a kol. Příklady a úlohy z chemického inženýrství I. a II. díl, VŠHT Praha, [3] Danckwerts, P. V. Reakce v soustavě plyn-kapalina, New ork: McGraw-Hill, I Kontrolní otázky 1) Ukažte, kudy v aparatuře teče voda a plyn. 2) Ukažte kulové kohouty a jehlové ventily, které musí být otevřeny než zapneme čerpadlo skrápěcí kapaliny (vody), kompresor a než otevřeme tlakovou láhev s O 2. 3) Jaký je cíl práce? 4) Definujte teoretické patro, HETP, převodovou jednotku. 9

10 odpad vzduch voda D3 D4 D5 D6 4 S4 G3 G1 G2 odpad voda Obrázek 2. Schéma stanice absorpce 1 - tlaková láhev s O tlaková láhev se vzduchem 3 - tlaková láhev s kalibračním plynem G1, G2, G3 trojcestný ventil F 1 - rotametr pro měření průtoku vody F2 - rotametr pro měření průtoku vzduchu F3 - rotametr pro měření průtoku čistého O 2 1, 2, 3 jehlové ventily pro regulaci průtoku vody, vzduchu a O 2 (mohou být součástí rotametrů) 4 jehlový ventil S2 jehlový ventil pro odběr plynných vzorků na výstupu z kolony S4 jehlový ventil pro odběr kapalných vzorků na výstupu z kolony S6 jehlový ventil pro odběr kapalných vzorků na vstupu do kolony T teploměr D1 uzavírací kohout s teflonovou kuželkou pro odtok vody D2 uzavírací kohout s teflonovou kuželkou pro vypouštění nádrže D3 uzavírací kohout s teflonovou kuželkou pro přívod vody D4, D5 kovový uzavírací kohout pro O 2 a vzduch D6 jehlový ventil pro odběr plynných vzorků na vstupu do kolony Z zásobník na vodu K skleněná kolona V kompresor pro vzduch W1, W2 filtry na vzduch Č čerpadlo pro vodu U manometr analyzátor O 2 úpravna vzorku plynu před analýzou O 2 10

11 Příloha 1 Stanovení koncentrace O 2 ve vodě odměrnou analýzou Stanovení rozpuštěného oxidu uhličitého ve vodě se provádí titrací vzorku vody roztokem NaOH o přesné koncentraci. Jako indikátor se používá fenolftalein, který se při titraci obarví do růžova. Přesná koncentrace odměrného činidla NaOH je uvedena na zásobní láhvi. Pro výpočet koncentrace O 2 ve vodě se vychází z reakce: O 2 + H 2 O + NaOH NaHO 3 + H 2 O Pro přesnost analýzy je důležité pečlivé provedení titrace. Titrujeme za neustálého míchání, louh připouštíme z byrety pokud možno pomalu až do okamžiku, kdy se celý objem roztoku zbarví růžově. Před bodem ekvivalence kapka, která padne do roztoku, vytvoří růžový obláček a při zamíchání roztoku zmizí, v bodě ekvivalence se jednou kapkou zbarví růžově celý roztok. Růžové zbarvení vydrží cca 5 s a pak zmizí, neboť roztok absorbuje vzdušný O 2. Pokud připouštíme louh pomalu, je nebezpečí, že se v titrovaném roztoku bude absorbovat vzdušný O 2 a spotřeba louhu je pak značně vyšší než odpovídá skutečnosti. Je tedy nutné, abyste titraci prováděli okamžitě po odběru vzorků. 11

12 Příloha 2 nalýza O 2 v plynné fázi infračerveným analyzátorem ULTRMT 23 Pro měření koncentrace O 2 ve vzduchu se používá jednosložkový analyzátor Ultramat 23 se software pro snímání a zobrazení naměřených dat Siprom G. nalýza je založená na absorpci nerozptýleného infračerveného záření. Zeslabení záření, které závisí na vlnové délce, je mírou příslušné koncentrace plynu. Displej analyzátoru je uveden na obrázku P - 1. Při měření se na pravé straně displeje mohou objevit symboly, jejichž význam je vysvětlen v tabulce P - 1. nalyzátor je nastaven na rozsah 0-10 mol% O 2. Optimální průtok plynného vzorku do analyzátoru je 1 l/min. Klávesa MES k okamžitému návratu do měřícího módu Klávesa PUMP k zapínání a vypínání vnitřního čerpadla NEPOUŽÍVT!! Průtokoměr Klávesy pro pohyb v menu, zvyšování, snižování číselných hodnot Klávesa L k justování nulového bodu vzduchem Klávesa ENTER k vyvolání hlavního menu nebo k uložení vložených hodnot Klávesa ES pro posuv zpátky v menu Obrázek P - 1. Displej analyzátoru O 2 Ultramat 23 Tabulka P - 1. Význam symbolů na displeji analyzátoru Ultramat 23 Symbol Význam symbolu M Požadavek na údržbu F Porucha, chyba L Překročení mezní hodnoty! Zápis poruchy, která se již nevyskytuje R Provoz přes počítač Kontrolní funkce autokalibrace P Čerpadlo běží U Nezakódováno 12

13 Tento průtok je měřen rotametrem umístěným na čelním panelu přístroje. Vzorek plynu pro analýzu musí být suchý, proto před zapnutím vzorkovacího čerpadla vždy zkontrolujte, že je zapnuto kompresorové chlazení vzorku. JINK HROZÍ POŠKOZENÍ NLZÁTORU. Pro správnou komunikaci analyzátoru s P je nutnou zapnout vždy nejdříve analyzátor, pak P. Před zahájením měření je potřeba analyzátor vždy justovat. Jedná se o nastavení přístroje tak, aby správně měřil v potřebném rozsahu v prostředí, kde má měření probíhat. V našem případě provádíme justování nulové hodnoty koncentrace a koncentrace cca 7 mol% O 2 pomocí čistého vzduchu a certifikovaného kalibračního plynu o známé koncentraci O 2. Přesná koncentrace O 2 v certifikovaném kalibračním plynu je uvedena na tlakové láhvi. Postup justování analyzátoru O 2 1. Pokud není analyzátor zapnut, zapneme do sítě a vyčkáme, až se analyzátor nahřeje na pracovní teplotu (30 45 min). 2. Po nahřátí se na displeji objeví UTOL a požadavek na puštění plynu pro justování: Flow? 3. Trojcestný ventil G2 dáme do polohy Justování (obrázek P - 2). O 2 / N 2 Justování G1 G2 Vzduch Měření Obrázek P - 2. Nastavení trojcestných ventilů G1 a G2 při justování nulového bodu Nejprve provedeme justování nulového bodu. 4. Trojcestný ventil G1 přepneme do polohy Vzduch (obrázek P - 2). 5. Otevřeme hlavní uzávěr na tlakové láhvi se vzduchem a výstupní přetlak nastavíme redukčním ventilem těsně nad nulu. Jehlovým ventilem nastavíme průtok vzduchu z tlakové láhve na 1 l/min podle rotametru na čelní straně analyzátoru. 13

14 6. nalyzátor zaznamená průtok plynu a začne automatická kalibrace. Na displeji se objeví UTOL a automatické odpočítávání času do konce kalibrace Time left 7. Po té, co se objeví na displeji 0 % O 2, je justování nulového bodu dokončeno. Nyní provedeme justování kalibračním plynem o známé koncentraci O 2 v N Trojcestný ventil G1 přepneme do polohy O 2 /N Otevřeme hlavní uzávěr na tlakové láhvi se směsí O 2 /N 2 a výstupní přetlak nastavíme redukčním ventilem těsně nad nulu. Jehlovým ventilem nastavíme průtok vzduchu z tlakové láhve na 1 l/min podle rotametru na čelní straně analyzátoru. 10. Na klávesnici přístroje vstoupíme do MENU přes klávesu ENTER. 11. V rozbalovacích nabídkách postupně vybereme: alibration, potvrdíme klávesou ENTER, Odkódujeme analyzátor: zadáme kód 111 a potvrdíme klávesou ENTER, alibration IR-hanels, potvrdíme klávesou ENTER, alibration O2 Start calibration MR1 +2, M1 potvrdíme klávesou ENTER. 12. Pokud je hodnota koncentrace O 2 stabilní, stiskneme ENTER, čímž je justovaní hotovo. 13. Tlačítkem MES se vrátíme do režimu měření, uložíme kalibraci výběrem ES a potvrdíme klávesou ENTER. 14. Zakódujeme přístroj tak, že stiskneme 2x MES. nalyzátor je připraven k měření. 15. Přesvědčíme se, že jsou uzavřeny tlakové láhve se vzduchem a kalibrační směsí. Nastavení parametrů snímání dat a analýza O 2 1. Zapneme P a otevřeme program Siprom G V Z nabídky ccess uthorization vybereme Maintance. 2. V rozbalovacím menu Display zvolíme záložku Protocol Parameters, kde zadáme název souboru (např. číslo měření) a frekvenci snímání dat (2000 ms), zaškrtneme Start protokol a potvrdíme tlačítkem Ok. 3. Pro zobrazení měřených dat na P ve formě grafu přepneme v rozbalovacím menu Display na záložku urve View a zvolíme záložku urve. V tomto okamžiku začne grafické zobrazení snímaných dat, data se současně ukládají do zvoleného souboru typu.txt (na ploše P). 4. Po skončení měření při první trojici hodnot průtoků ukončíte snímání dat do zvoleného souboru zavřením okna s grafem naměřených dat. 5. Pro další trojici hodnot zvolíme nový soubor podle bodu 2. POZOR, NOVÝ SOUOR MUSÍ MÍT JINÝ NÁZEV, JINK DOJDE K PŘEPISU DT. 14