STANOVENÍ VLASTNOSTÍ AERAČNÍCH ZAŘÍZENÍ

Transkript

1 STANOVENÍ VLASTNOSTÍ AERAČNÍCH ZAŘÍZENÍ Zadání: 1. Stanovte oxygenační kapacitu a procento využití kyslíku v čisté vodě pro provzdušňovací porézní element instalovaný v plexi válci následujících rozměrů: Průměr válce d = 0,25m Výška vodního sloupce = 3,4 m Průtok vzduchu Q vz Q vz = 15 l/min Q vz = 30 l/min Vypočtěte množství siřičitanu sodného nutného pro odkysličení vody v experimentálním plexi válci Zjištěnou oxygenační kapacitu přepočtěte na standartní podmínky. 2. Stanovte koeficient přestupu hmoty K L na základě vztahu mezi vzestupnou rychlostí bublin vzduchu a jejich průměrem. Postup práce: 1. Stanovení oxygenační kapacity v čisté vodě Chemikálie: siřičitan sodný bezvodý, m.hm. Dusičňan kobaltnatý Pomůcky a zařízení: Plexi válec s instalovaným provzdušňovacím elementem Tlakový vzduch Kyslíková sonda Rotametr pro měření průtoku vzduchu Teploměr Metr Stopky Formuláře Postup stanovení. Do plexi válce s instalovaným testovaným provzdušňovacím elementem a výškou vodního sloupce 3,4 m ponořte kyslíkovou sondu tak, aby koncentrace rozpuštěného kyslíku byla měřena zhruba v polovině vodního sloupce. Vypočtené množství siřičitanu sodného a dusičnan kobaltnatý (katalyzátor) vlijte do válce a promíchejte vzduchem. Jakmile sonda začne ukazovat klesající koncentraci kyslíku vypněte vzduch a dále měřte koncentraci kyslíku až se ustálí na minimální hodnotě, c 0, kterou zapíšete do formuláře. Změřte teplotu, označte výšku hladiny Zapněte tlakový vzduch, nastavte na rotametru požadovaný průtok vzduchu. Stanovte závislost koncentrace kyslíku na čase dokud se koncentrace neustálí na max. hodnotě 3 opakovaná měření za sebou. (V časových intervalech cca 30 sec. Zapisujte do formuláře koncentraci kyslíku) - 1 -

2 Při zapnutém tlakovém vzduchu změřte zádrž vzduchu ve válci ( rozdíl mezi výškou hladiny vody s provzdušňování a bez provzdušňování) Vypněte vzduch a okamžitě změřte vzestupnou rychlost bublin vzduchu. Vyhodnocení: 1a). Oxygenační kapacita Oxygenační kapacita definovaná vztahem (OC) = K L a.c s (1) představuje množství kyslíku v g/m3, které je zařízení schopno dodávat za časovou jednotku ( hod) do jednotkového objemu vody (m3) s nulovou koncentrací kyslíku při teplotě 20 o C a tlaku 760 mm Hg (0,1 MPa). Při výpočtu oxygenační kapacity se vychází z rovnice: dc dt = K a( c c) (2) L s kde K L je koeficient přestupu hmoty ( m/h) a plocha fázového rozhraní (m2) c s koncentrace rozpuštěného kyslíku za daných podmínek ( T, p ) ( g/m3) c aktuální koncentrace kyslíku (g/m3) t čas (h) Integrací rovnice (2) dostaneme vztah: -ln(c s c) = K L a t + konst (3) Z počátečních podmínek t =0 a c = c 0 dostaneme hodnotu integrační konstanty konst. = -ln (c s - c 0 ) (4) Po dosazení do rovnice (2) a, upravě a převedení na dekadické logaritmy : (cs - c0 ) 2,3 log = K Lat (5) cs c ze kterého zjistíme hodnotu K L a ze směrnice přímky o souřadnicích V souřadnicích y = log [(c s - c 0 )/ (c s c)] a x = t je rovnice (4) rovnicí přímky o směrnici k = K L a/2,3. (6) Hledané K L a se pak rovna: K L a = k*2,3 (7) Zjištěnou oxygenační kapacitu ( pak získáme dosazení do vztahu (1). (POZOR NA ROZMĚRY) - 2 -

3 Přepočet na standartní podmínky ( T= 20 0 C, p = 101,3 kpa ) Teplota 20 0 C : OC 20 = f 20 * OC T Tlak : ( c s ) k = c s ( p a +0,5p h )/p 0 Kde ( c s ) k korigovaná rozpustnost kyslíku p a atmosferický tlak. ( Norm. tlak u hladiny moře = 101,325 kpa. Na každých 100m nadmořské výšky se tlak zmenšuje o cca 1,3 kpa. Laboratoř uvažujte v místě 240 m n.m. 1b) Procento využití kyslíku ze vzduchu Procentualitu využití kyslíku vypočtěte ze vztahu: (OC) = 3 κ I v. (8) I v množství vzduchu přiváděného na 1 m3 nádrže (válce) za standartních podmínek k procentualita využití kyslíku ze vzduchu (hmotnost 1m3 vzduchu za standartních podmínek 1,293 kg a obsahuje 23% hmotnostních kyslíku, tj. cca 300 g) 2. Stanovení součinitele přestupu hmoty K L Výpočet vychází ze stanoveného sumárního součinitele K L a. Plochu fázového rozhraní lze určit na základě počtu bublin vzduchu o známem průměru. Počet bublin získáte z příslušného objemu vzduchu ve válci při průtoku vzduchu Qvz ( zádrž vzduchu ve válci ). Průměr bublin pak získáte z grafu závislosti průměru bublin na jejich vzestupné rychlosti. K L = K L a / a (9) Tabulky a grafy: - 3 -

4 - 4 -

5 STANOVENÍ OXYGNAČNÍ KAPACITY t min c c s -c (c s c 0 )/(c s -c) log[(c s c 0 )/(c s -c)] g/m 3 g/m 3 c s c 0 c rozpustnost kyslíku za daných podmínek počáteční koncentrace kyslíku aktuální koncentrace kyslíku v čase t - 5 -