ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší T8OOV 03 STAOVEÍ PLYÝCH EMISÍ ORGAICKÝCH ROZPOUŠTĚDEL V ODPADÍM VZDUCHU 3.1. ÚVOD Stanovení sočívá v adsorci ar těkavých organických látek na evný sorbent, následuje desorce vhodným rozouštědlem a analýza lynovou chromatografií. Analyzovaný vzduch je rosáván trubičkou nalněnou vhodným sorbentem (aktivní uhlí, silikagel, tenax aod.). Po ukončení sorce je olutant uvolněn buď zahřátím sorbentu ( teelná desorce ) nebo extrakcí vhodným rozouštědlem. Volba sorbentu závisí na tyu stanovované látky a na vlhkosti odebíraného vzduchu. Klasická, komerčně vyráběná sorční trubička je znázorněna na obr. 1 ejčastěji je trubička tvořena dvěma vrstvami, jedna vrstva je hlavní, druhá je omocná a jsou od sebe odděleny vhodným materiálem, nezachycujícím analyzované látky. ejdříve rochází vzorek hlavní vrstvou, jejímž úkolem je analyzovanou látku zachytit. Každá vrstva se analyzuje zvlášť. Pokud koncentrace v omocné vrstvě neřesáhne 25 % obsahu vrstvy hlavní, je možné ovažovat odběr za srávný a obě hodnoty se sečtou. Pokud ne, je ředoklad, že došlo k růniku. Výsledek můžeme oužít ouze jako orientační. Pro výočet emise (emisního toku [mg.h -1 ]) je nutné změřit objemový růtok odadního vzduchu. Podmínka úlné shody odebíraného vzorku vzdušiny a vzdušiny roudící uvnitř vzduchovodu je slněna ouze v isokinetickém odběru Izokinetický odběr takový, kde odebíraný dílčí roud lynu má stejnou rychlost jako hlavní roud lynu ve vzduchovodu (i stejné granulometrické složení tuhých říměsí). Koncentrace sledovaných látek jsou zravidla dostatečně vysoké. Vzorkování ři měření emisí je často značným úskalím. Často je nutné odstranit rušivé složky, zamezit kondenzaci vzorku, zajistit telotní a tlakové odmínky odběru (nař. telota může být extrémně vysoká - komíny, salovny aod.), ředevším je však nutno zajistit izokinetický odběr. Komlikujícím faktorem (síše ro výrobce vzorkovacích zařízení) je korosivita některých škodlivin - nař. SO 2. Vylývá z toho zásada neoužívat na vzorkování emisí zařízení, která na to nejsou určena! Vlastní měřicí místo musí být umístěno na rovném úseku vzduchovodu, dostatečně vzdáleno od ohybů a kloubů! - zajištění laminárního roudění.
3.2. EXPERIMETÁLÍ ČÁST Ústav inženýrství ochrany životního rostředí FT UTB ve Zlíně ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Použité chemikálie a řístroje - odběrová aaratura (sorční trubičky SKC, čeradlo, růtokoměr, hadice, tlačka, lynoměr) - měřicí řístroj Therm 2295-2 - Prandtlova trubice, kaacitní vlhkostní snímač - lynový chromatograf Agilent HP, - adsorční trubičky SKC, aktivní uhlí (zrnění 0,8 1,2 mm) - sirouhlík CS 2 250 ml - toluen v sirouhlíku koncentrace 1 µl CS 2 v 1 ml toluenu - toluen technický 3 l - vialky uzavřené setem s teflonovým ovrchem 4 ml 50 ks - stříkačka Hamilton 10 µl 1 ks - Petriho misky velké - 3 ks, odměrný válec 250 ml 1 ks, nálevka, - kádinka 25 ml 1 ks, kádinka 800 ml 1ks Přírava sorčních trubiček Aktivní uhlí (zrnění 0,8 1,2 mm) se důkladně roere studenou destilovanou vodou. Usuší se a oté se aktivuje ři 200 C cca 2 hodiny. Uchovává se v exsikátoru. Skleněné trubičky o růměru 4 mm, oatřené z jedné strany sítkem, se nalní 3 cm aktivního uhlí, utěsní skelnou vatou a uzavřou uzávěry. Volba růřezu měření a stanovení očtu bodů měření Volba růřezu měření vzduchovodu stejně jako očet bodů měření se řídí ČS 124070. Počet bodů měření se určuje v závislosti na ekvivalentním růměru De a délce rovného úseku vzduchovodu L (Tabulka 1). Ekvivalentní růměr se vyočte odle vzorce D e = 2 A B / (A + B) Plocha růřezu vzduchovodu s obdélníkovým nebo čtvercovým růřezem se dělí na geometricky shodné rovnoloché dílčí růřezy odle obr. 2 Body měření leží v těžištích těchto dílčích růřezů, jejichž ravoúhlé souřadnice se vyočtou ze vzorců A i = 2. ia 1 A 2. n A B i 2. ib 1 = B 2. n B
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Tab. 1 Obr. 2
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Měření rychlosti roudění vzdušiny a výočet objemového růtoku vzdušiny Rychlost roudění zjistíme změřením dynamického di a následným výočtem. Dynamický tlak se měří řístrojem Therm 2295-2 s řiojením Prandtlové trubice a rovná se rozdílu mezi celkovým a statickým tlakem (obr.3). Měření dynamického tlaku di. ejrve se řístroj Therm 2295-2 zane řeínačem na levé straně řístroje. Po zanutí řístroje robíhá automaticky test segmentů a samokalibrace (trvá asi 20 sekund). V růběhu této automatické kalibrace tlakového senzoru musí být tlaková diference na řiojovacích hrdlech nulová (hadice jsou odojeny). Po roběhnutí kalibrace (nulování) se řístroj nachází v režimu měření tlaku. Prandtlova trubice se řiojí k hrdlům tlakových říojek řístroje Therm 2295-2 omocí dvou hadic. Pravé hrdlo slouží k řiojení statického tlaku, levé hrdlo slouží ro řiojení celkového tlaku. Prandtlova trubice se zasune do otrubí tak, aby řední zahnutá část sondy byla rovnoběžná se směrem roudění vzdušiny, otvor je namířen roti roudění (obr.3) Změřte hodnotu dynamického tlaku v jednotlivých bodech měření. Měření tlakového rozdílu Změřte tlakový rozdíl, který řestavuje rozdíl mezi tlakem atmosférickým a a statickým tlakem v otrubí. Vývod ro měření statického tlaku se řiojí na levé hrdlo řístroje, vývod ro celkový tlak směřuje do atmosféry. Prandtlova trubice se umístí stejně jako v ředchozím říadě do vzduchovodu, zaznamená se hodnota tlakového rozdílu. Měření relativní vlhkosti a teloty Změřte relativní vlhkost ve vzduchovodu.
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší K měření se oužije kaacitní vlhkostní snímač se zabudovaným telotním čidlem. Sonda se řiojí k měřicímu řístroji Therm 2295-2. Měření vlhkosti se aktivuje stlačením tlačítka V/H a otočením kódového řeínače v bateriovém rostoru na ozici 7. a disleji se objeví měřená hodnota v % rh. Měření teloty se aktivuje tlačítkem T [ C]. K měření teloty se oužije stejná sonda jako ro měření vlhkosti. Výočet rychlosti roudění a objemového růtoku vzdušiny V Pro výočet rychlosti roudění existuje vztah: 2 v = σ di di dynamický tlak [Pa], měřený Prandtlovou trubicí σ - hustota vzduchu [kg/m 3 ] za odmínek měření σ = σ 273,15 T σ - hustota vlhké vzdušiny za normálních odmínek [kg/m3] statický tlak uvnitř vzduchovodu [Pa] = a + a atmosférický tlak [Pa], tlakový rozdíl [Pa], měří se Prandtlovou trubicí T telota ve vzduchovodu [K] normální tlak (101 325 Pa) = σ + σ S 1 σ P σ S hustota suché vzdušiny (1,2929 kg/m3) σ P teoretická hustota vodních ar za normálních odmínek (0,7683 kg/m3) arciální tlak vodní áry ve vzdušině [Pa] Φ = 100 v Φ - relativní vlhkost [%] v tlak nasycené áry ři dané telotě [Pa] Střední rychlost roudění se vyočte odle vztahu: 1 v = n 2 σ di
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Objemový růtok V [m 3 /s] určovaný rostřednictvím střední rychlosti vzduchu se vyočte: S růřez vzduchovodu (m 2 ) V = v S Objemový růtok vzdušiny ři normálních odmínkách V : V T = V V objemový růtok za normálních odmínek ( ) T Měření emise organických rozouštědel Odběr vzorku vzdušiny 1. Do vybraného bodu měření odadního otrubí z digestoře se zavede sonda (skleněná trubice o světlosti cca 5 mm). Sonda musí být umístěna tak, aby byl zaručen izokinetický odběr. K sondě se řiojí zkušební adsorční trubička SKC, oříadě dvě trubičky vyrobené dle ostuu řírava adsorčních trubiček, čeradlo, regulační ventil a lynoměr (aaratura dle obr. 4). Zane se čeradlo a regulačním ventilem se nastaví růtok na 250 400 ml/min. 1- sonda, 2- sorční trubičky, 3 růtokoměr, 4- regulační ventil 5-čeradlo, 6 - lynoměr 2. Po nastavení růtoku se vyne čeradlo, odečte stav lynoměru, vymění trubička zkušební za novou absorční trubičku SKC, a o zanutí digestoře v laboratoři 436 se zahájí odběr vzorku vzdušiny zanutím čeradla do sítě. 3. Do digestoře v laboratoři č. 436 umístěte jednu, oříadě dvě Petriho misky, na které nadávkujte celkem 300 ml těkavého organického rozouštědla (toluen aod.). Zaněte digestoř a současně zaněte čeradlo odběrové aaratury. Zaznamenejte čas zahájení a ukončení odběru. Odebere se 15 25 l vzduchu. Trubičku o odběru ihned utěsněte uzávěry.
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší 4. Zaznamenejte atmosférický tlak a telotu. 5. Po ukončení odběru změřte množství toluenu, který se během odběru v digestoři neodařil, zbytek navraťte ho do láhve. Proveďte extrakci toluenu samostatně z hlavní i ojistné adsorční vrstvy trubičky do sirouhlíku. Analýza odebraného vzorku. Trubičky s odebraným vzorkem (hlavní a ojistná) se analyzují samostatně. Hlavní i vedlejší sorční vrstva se vysye (samostatně) do ředem řiravené dobře těsnící nádobky (vialky). Přidá se 1 ml CS 2 a obsah se důkladně rotřee. Extrakci sirouhlíkem (jed!) rovádějte zásadně v digestoři. Po důkladném rotřeání (30 min. řerušované ruční třeání) se sorbent nechá usadit a o ustavení rovnováhy se extrakt analyzuje metodou lynové chromatografie. Při oužití statické desorce je nutno výslednou hodnotu hmotnostní koncentrace analyzované látky korigovat o desorční účinnost (Du). Stanovení desorční účinnosti je uvedeno v říloze A. Výočet hmotnostní koncentrace analyzované látky m x [mg/m 3 ] m x c. 1000. σ. V = V. Du R c koncentrace analyzované látky ρ hustota analyzované látky V R objem rozouštědla, oužitého k extrakci V objem odebraného vzduchu korigovaný na normální odmínky Du desorční účinnost (ro trubičky SKC očítejte s 99%) V = V Vz T T kde: V Vz objem odebraného vzduchu [l] a atmosférický tlak [Pa] T telota odebíraného vzduchu [ K] normální tlak (101 325 Pa) [Pa] a [µl/ml] [g/ml] [ml] [l] Emise znečišťující látky v odadním vzduchu se vyočítá odle vztahu: E = m V E x emise znečišťující látky [mg/hod] m x hmotnostní koncentrace analyzované látky [mg/m 3 ] V objemový růtok vzdušiny ři normálních odmínkách [m 3 /s] x 3.3 Závěr Do rotokolu uveďte: Stručně rinci stanovení Veškeré výočty. Porovnání vyočtené rychlosti roudění vzdušiny s hodnotou rychlosti roudění naměřenou omocí Prandtlovy trubice Hmotnostní koncentraci analyzované látky. Bilanci emisí toluenu. Vyočtenou hodnotu emise toluenu v odadním vzduchu E x orovnejte s množstvím toluenu odařeného v digestoři. x
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Příloha A Stanovení desorční účinnosti Du Stanovení desorční účinnosti D u se stanovuje ouze v říadě, že ro adsorci toluenu se využijí trubičky zhotovené v laboratoři (viz kaitola Přírava adsorčních trubiček). V říadě využití komerčně dodávaných adsorčních trubiček od firmy SKC, očítáme s desorční účinností 99 %, tak jak uvádí výrobce. Desorční účinnost (Du) je definována jako zětný zisk látek o desorci ze slouce aktivního uhlí. Při statické desorci, která je technicky méně náročná a tudíž i častěji oužívaná, se ustaví adsorční rovnováha zachycené látky mezi fází kaalnou (CS 2 ) a evnou (aktivní uhlí). Poloha rovnováhy je závislá na říslušných rozdělovacích koeficientech. Tyto jsou funkcí koncentrace, složení roztoku a teloty. Postu : Do vialky uzavřené setem s teflonovým ovrchem vysyeme z neoužité trubičky aktivní uhlí. K aktivnímu uhlí se řidá 3 μl analyzované látky (toluen). Vialka se dobře uzavře, rotřee a nechá se robíhat adsorce nejlée řes noc. Ve cvičeních se tato oerace rovede ihned na začátku cvičení, o říravě adsorčních trubiček. K aktivnímu uhlí se řidá extrakční činidlo (3 ml sirouhlíku), dobře se rotřee (30 minut řerušované třeání v ruce) a extrakt se analyzuje metodou lynové chromatografie. Odezvu detektoru u takto řioraveného extraktu označíme Ai, odezvu detektoru na kalibrační roztok (1 μl toluenu v l ml sirouhlíku) A st. Desorční účinnost se vyočte ze vztahu: Ai Du = *100 Ast
ávody na laboratorní cvičení z ředmětu T8OOV Ochrana ovzduší Tlak nasycených ar vody a absolutní vlhkost t [ C] [kpa] Fmax [g/m3] t [ C] [kpa] Fmax [g/m3] -10 0,26 2,14 20 2,34 17,291-9 0,28 2,33 21 2,49 18,330-8 0,31 2,54 22 2,64 19,422-7 0,34 2,76 23 2,81 20,570-6 0,37 2,99 24 2,98 21,776-5 0,40 3,24 25 3,17 23,042-5 0,40 3,24 26 3,36 24,372-4 0,44 3,51 27 3,56 25,766-3 0,48 3,81 28 3,78 27,229-2 0,52 4,13 29 4,00 28,762-1 0,56 4,47 30 4,24 30,368 0 0,61 4,847 31 4,49 32,052 1 0,66 5,192 32 4,75 33,816 2 0,71 5,558 33 5,03 35,661 3 0,76 5,947 34 5,32 37,591 4 0,81 6,359 35 5,62 39,610 5 0,87 6,795 36 5,94 41,722 6 0,93 7,259 37 6,27 43,929 7 1,00 7,748 38 6,62 46,234 8 1,07 8,268 39 6,99 48,643 9 1,15 8,817 40 7,37 51,156 10 1,23 9,397 41 7,78 53,781 11 1,31 10,010 42 8,20 56,516 12 1,40 10,658 43 8,64 59,372 13 1,50 11,342 44 9,10 62,348 14 1,60 12,064 45 9,58 65,454 15 1,70 12,825 46 10,09 68,686 16 1,82 13,647 47 10,61 72,051 17 1,94 14,475 48 11,16 75,552 18 2,06 15,366 49 11,74 79,202 19 2,20 16,302 50 12,34 83,001 řeočtená tabulka 4.4 Horák Z., Kruka., Šindelář V.: Technická fysika, STL Praha 1960 řeočtená tabulka 2.4.2. Cakl J., Źáková A., Hemer J. Příručka k chemicko inženýrským výočtům, VŠCHT Pardubice 1988