Кафедра Теплоэнергетика и металлургия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

Инновационный ЕвразийСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Научно-образовательный комплекс

 

по теплоэнергетическим специальностям

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Инженерная экология»

 

 

по модульно-рейтинговой технологии обучения

для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика»

ПАВЛОДАР 2009 год

УТВЕРЖДЕНО

Директор Инженерной Академии

д.в.н., профессор __________ Никитин Е.Б.

“___” _______________ 2009г.

 

 

Автор: к.т.н., доцент Приходько Е.В. ________

 

 

Кафедра Теплоэнергетика и металлургия

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Инженерная экология»

 

для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика»

для всех форм обучения

 

Разработаны на основании Государственного общеобязательного стандарта высшего образования специальности 050717 «Теплоэнергетика» ГОСО РК 3.08.343-2006 и типовой учебной программы по дисциплине «Инженерная экология» Алматы 2006.

 

Рассмотрены на заседании кафедры «Теплоэнергетика и металлургия»

 

Протокол № 3 от 26 ноября 2008 г.

Зав. кафедрой «Теплоэнергетика и металлургия»

 

д.т.н., профессор ___________ Никифоров А.С.

 

Утверждены на заседании научно-методического совета Инженерной академии и рекомендовано к изданию

 

Протокол №__ от ________2008 г.

 

Председатель НМС ФОО ИА

 

к.т.н., профессор ___________ Ордабаев Е.К.

 

Согласовано:

Начальник ИМО

к.п.н., проф. ___________ Ушакова Н.М.

 

Сдано в медиатеку ИнЕУ____________________

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 4

Лабораторная работа № 1………..……………………………………...………...………...……. 5

Лабораторная работа № 2….…………….….……………….……………….……………….….. 9

Лабораторная работа № 3………………………………..…………………………..…………… 11

Лабораторная работа № 4……….………………………..…………………………..…………... 15

Лабораторная работа № 5……….….…………………..…………………………..…………….. 21

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящий сборник описаний лабораторных работ предназначен для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика». В сборник включены работы по определению основных показателей веществ, загрязняющих окружающую среду и методов их очистки. Выполнение этих работ позволяет студентам практически ознакомиться с основными методами анализа и способами очистки сред от вредных примесей, проиллюстрировать теоретические и практические вопросы курса «Инженерная экология».

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ

Студенты, впервые преступившие к работе, должны:

1. Получить инструктаж по технике безопасности.

2. Детально ознакомится со всеми вопросами, относящимися к выполняемой работе.

3. Изучить экспериментальную установку.

4. Включение установки производить под контролем преподавателя или лаборанта.

 

Результаты наблюдений предъявлять преподавателю для просмотра и подписи. В случае несоответствия результатов определенных опытов следует выявить причины, и если надо повторно провести опыты, вызвавшие сомнение.

Отчет по работе составляется индивидуально каждым студентом с указанием даты. В отчет по работе включается:

1. Формулировка решаемой задачи и методы ее решения (включая схемы, эскизы, описание установки).

2. Результаты опытов в форме протоколов, графиков. Графики выполняются в масштабе на миллиметровой бумаге.

3. Обработка опытных данных в виде необходимых расчетов.

После окончания опытов на установке вся аппаратура выключается и приводится в состояние, соответствующее первоначальному.

При утверждении отчета задаются вопросы, имеющие цель установить, что студент хорошо представляет схему экспериментальной установки, порядок выполнения работы и может анализировать физические процессы, проходящие в проводимых работах.

Все лабораторные работы проводятся в соответствии с существующими нормами и ГОСТами.

Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЦИКЛОНА

 

Цель работы – изучить принцип работы циклона и определить его коэффициент полезного действия.

Содержание лабораторной работы

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очи­щаемого газового потока в очистном аппарате. Газовый поток подается нагнетателем в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через отводящий патрубок. Частицы пыли, при этом попадают в нижний пылесборный мешок.

 

Порядок выполнения работы

1. Взвесить емкость с пылью 4 (m ₁).

2. Взвесить пустую ёмкость для сбора пыли 3 (m ₃).

3. Результаты взвешивания записать в таблицу 1.

4. Присоединить к трубопроводу 2 емкость с пылью 4.

5. На нижнюю часть циклона надеть пылесборный мешок 3.

6. На отводящий патрубок надеть пылесборный мешок 5.

7. При помощи тумблера включить нагнетатель в сеть и регулятором напряжения повысить мощность нагнетателя 6 до номинальной.

8. Плавно открыть заслонку 8 на емкости с пылью (поворотом заслонки на 90^о).

9. После того, как необходимое количество пыли пропущено через циклон, закрыть заслонку на емкости с пылью.

10. Отключить тумблером нагнетатель от сети.

11. Взвесить емкость для пыли с ее остаточным содержанием (m ₂).

12. Взвесить наполненный пылесборник (m ₄).

13. Результаты взвешивания записать в таблицу 1.1.

14. Взвесить согласно приведенным формулам коэффициент полезного действия установки.

15. Сделать вывод о качестве работы лабораторного циклона.

16. Произвести вычисление величин по следующим формулам:

а) Масса пыли, пропущенной через циклон, рассчитать по формуле:

 

m ¹_n = m ₁ – m ₂ (1.1)

 

б) Масса пыли, уловленной в циклоне, рассчитать по формуле:

 

m ²_n = m ₄ – m ₃ (1.2)

 

в) КПД циклона рассчитать по следующей формуле:

 

h = ×100 % (1.3)

 

Таблица 1.1 - Результаты взвешивания

№	m 1	m 2	m 3	m 4	m ^1n	m ^2n	h
1…

 

5. Контрольные вопросы:

 

1. Каково соотношение уноса и провала в промышленных котельных агрегатах и чем соотношение обусловлено?

2. Каков принцип работы циклона?

3. Каков принцип работы мокрого золоуловителя?

4. В чем принципиальное отличие простого циклона от батарейного?

5. За счет чего в лабораторной установке улавливается пыль?

Литература

1. Справочник по пыле- и золоулавливанию под обшей редакцией Русанова А.А. – М., Энергоатомиздат, 1983 г.

2. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. - М., Энергоатомиздат, 1992 г. - 240 с.

3. Рихтер Л.А. тепловые электрические станции и защита атмосферы. - М., 1975 г. - 312 с.

Лабораторная работа № 2

 

Содержание лабораторной работы

Соотношения фракций определяют методом ситового анализа. Для этого отработанную порцию золы просеивают через четыре-пять сит с постепенно убывающим размером сетки. В энергетике сито характеризуется размером его ячейки в свету, выраженным в микрометрах. По принятой методике за суммарный остаток на сите принимают общее количество частиц с размером больше, чем размер ячейки данного сита, X мкм, и выражают его в процентах от первоначальной массы навески. Этот остаток обозначают через R_x. Сюда входит как остаток золы на данном сите, так и на расположенных выше ситах с большим размером ячейки.

Для наглядности и удобства использования результаты рассева золы изображают графически в виде зерновой характеристики. Если по оси абсцисс отложить размеры ячеек сита X, а по оси ординат суммарные остатки на ситах R_x, то такая характеристика называется интегральной зерновой характеристикой.

Характеристика строится с применением стандартного набора сит и метода воздушной классификации в области мельчайших фракций.

Порядок выполнения работы

Проход золы через сито определяется путем просеивания вручную навески в количестве 25 гр на ситах с ячейками 90 и 200 мкм в следующей последовательности:

1. Взять среднюю пробу золы и взвесить 25 г на технических весах с точностью здесь и далее 0,01 г.

2. Поместить навеску со средней пробой в сито с размером отверстий 90 мкм, закрыть его крышкой и дном. Просев вести перекидыванием сита с одной руки на другую с частотой около 120 ударов/мин. Раза 3 – 4 в минуту поворачивать сито на 90^о от горизонтальной плоскости и после каждого поворачивания ударять ладонью по обечайке сита. Через каждые 2 – 3 минуты сито отчищать снизу мягкой щеткой. Просевку вести в течение 20 минут. Для момента окончания просевки на ситах каждого из номеров необходимо произвести дополнительную просевку над листом белой бумаги. Просевка считается оконченной, если на листе лишь изредка появляются отдельные зерна золы.

3. После окончания рассева обстучать сито, остаток высыпать на чашу весов и взвешать. Взвесить также проход через сито, собранный на дне.

4. После окончания взвешивания остаток на сите с размером ячеек 90 мкм пересыпать на сито с ячейками 200 мкм и произвести просевку в течение 5 минут. По окончании рассева произвести взвешивание.

5. Построить интегральную зерновую характеристику, отложив размеры ячеек сита X по оси абсцисс, а по оси ординат суммарные остатки на ситах R_x.

Результаты показателей по рассеву угольной пыли сводятся в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1 - Результаты анализа по рассеву золы

№ сита	Размер отверстия сита, мм	Вес фракции, гр	Вес полного остатка, гр	Полный остаток на сите, %
Дно

5. Контрольные вопросы:

1. Что такое полный остаток на сите?

2. Как зависит степень улавливания золы в циклоне от её размеров?

3. Какова методика определения зернового состава золы?

Литература

1. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций. - М., 1981 г. - 291 с.

2. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю. - М., Энергоатомиздат, 1983 г. - 312 с.

Лабораторная работа № 3

 

Содержание лабораторной работы

Сборка и зарядка прибора

Перед сборкой газоанализатора тщательно промыть и просушить все его стеклянные части. Для очистки измерительной бюретки она сначала промывается растворителем жира (ацетоном, эфиром или четыреххлористым углеродом), а затем дистиллятом.

В компенсационную трубку ввести через отросток 2-3 капли воды для увлажнения заключенного в трубке воздуха. При этом нужно следить, чтобы вода не застряла в отростке трубы. Далее в U-образную трубку манометра компенсатора залить подкисленную и подкрашенную метилоранжем воду так, чтобы мениск ее был на 7-8 мм ниже капиллярного отростка манометра.

Бюретку с компенсатором осторожно установить на место, для чего нижние концы ее ввести в отверстия в подставке и присоединить к вилке. Затем произвести подключение капилляра бюретки к трехходовому крану 18, а капилляра компенсационной трубки – к манометру.

Далее, к левому отростку трехходового крана 30 присоединить трехходовой кран 12, а к нему поглотительный сосуд 1, который при помощи опорной чашки установить на такой высоте, чтобы краны 12 и 30 находились на одном уровне. Опорную чашку закрепить под сосудом на деревянном мостике. Аналогичным образом производится последовательное присоединение к прибору поглотительных сосудов 2-6.

После установки сосудов к отросткам одноходовых кранов 20 и 21 присоединить петлю 25, предварительно заполненную окисью меди (CuO). Заполнение трубки CuO ведут через оба конца петли, слегка постукивая последней по твердому предмету. Глубина загрузки трубки определяется концом гибкой проволоки. Для предохранения CuO от высыпания при перевертывании петли и выдувания в процессе анализа газа в оба конца ее заложить небольшие асбестовые пробки или спирали из медной проволоки.

Сборка газоанализатора производится так, чтобы его вредное пространство было минимальным, а все детали, соединены встык при помощи коротких отрезков резиновой трубки, были прочно закреплены на подставках и держателях.

После сборки прибора заполнить через воронку дистиллированной водой стеклянный сосуд 8 и запирающей жидкостью бюретку и напорный сосуд 10. Соединить бюретку кранами 18 и 19 с атмосферой, а кранами 28 и 29 – с напорным сосудом 10, заполнить бюретку водой из напорного сосуда, после чего, закрыв краны 28 и 29, соединить ее с гребенкой краном 18.

Залить через воронку в поглотительные сосуды реактивы, причем сначала ввести во внешнюю (приемную) полость очередного сосуда половину приготовленного для него реактива и трехходовым краном соединить сосуд с бюреткой. Затем открыть кран 29 и опуская, напорный сосуд, засасывать реактив из внешней полости поглотительного сосуда во внутреннюю. После этого повернуть краны в прежнее положение и вылить в приемную полость сосуда остальную часть реактива, производя повторное засасывание раствора до отметки на отростке крана сосуда. По окончании заливки приемного сосуда высота уровня раствора в нем должна быть равна примерно 40 мм.

Поглотительный сосуд 1, служащий для поглощения RO₂ заполнить водным раствором едкого кали, а сосуд 2, предназначенный для поглощения С_nH_m, водным раствором бромистого калия, насыщенного бромом. Для предохранения персонала от вредного действия паров брома к тубусу поглотительного сосуда 2 присоединить стеклянную трубку, заполненную аскаритом (асбест, обработанный едким натром и измельченный). Трубка с аскаритом присоединяется к тубусу сосуда встык при помощи обрезка резиновой трубки. По мере расходования аскарита, который контролируется по изменению его цвета из светло-коричневого в белый, стеклянную трубку с ним периодически заменяют.

Поглотительные сосуды 3 и 4, служащие для поглощения О₂ и СО, заполнить соответственно щелочным раствором пирогаллоловой кислоты и сернокислым раствором монооксида меди с бета-нафтолом.

Поглотительный сосуд 5 заполнить водным раствором едкого кали. Сосуд 6, предназначенный для приема пробы при сжигании Н₂ и СН₄ наполнить 10%-ным водным раствором серной кислоты.

 

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство газоанализатора.

2. Осуществить сборку и зарядку газоанализатора согласно п. 3.

5. Контрольные вопросы:

1. Методы газового анализа.

2. Какие поглотители используется в газоанализаторе ВТИ-2?

3. Каким образом определяется содержание Н₂ и СН₄ в продуктах горения?

4. Для чего нужен напорный сосуд в схеме газоанализатора ВТИ-2?

Литература

1. Теория и техника теплофизического эксперимента: Учебное пособие для вузов. Под ред. В.К. Щукина. – М.: Энергоатомиздат. 1985. – 360 с.

2. Коростелев П.П. Лабораторные приборы технического анализа. – М.: Металлургия. 1987. – 288 с.

Лабораторная работа № 4

 

Содержание лабораторной работы

Для проведения анализа газа необходимо выполнение следующих требований:

1. Рекомендуется брать на анализ ровно 100 см³ исследуемого газа (с учетом вредного объема измерительной бюретки). В этом случае каждое уменьшение объема газа в результате взаимодействия его с соответствующим поглотительным раствором равняется процентному содержанию в смеси поглощенного компонента;

2. Измерение объема газа в бюретке следует производить всегда при одинаковых условиях. Для этого уровень реактива в поглотительном сосуде следует точно проводить до отметки на капилляре, а отсчет объема газа в бюретке производить только после стекания запирающей жидкости с ее стенок. С целью получения точных результатов измерения время, отводимое на стекание жидкости со стенок бюретки, всегда должно быть постоянным и равным не менее 2 мин.

3. При отсчете объема газа бюретка должна сообщаться с соединительной гребенкой. Отключение последней может привести к ошибке измерения за счет появления разности давлений в бюретке и гребенке, получаемой при перемещении газа из поглотительного сосуда в бюретку.

4. Перемещение газа из бюретки в поглотительный сосуд и обратно следует производить постепенно, не допуская попадания реактива в запирающий кран и гребенку. При попадании поглотительного раствора в соединительную систему анализ газа прекращают и приводят прибор в порядок.

5. Для устранения ошибок измерения за счет растворения газов в поглотительных растворах данные, полученные при первом анализе газа, выполненном со свежими реактивами, следует исключить.

6. Рекомендуется на одном и том же приборе анализировать газы, близкие по своему составу. В противном случае результаты каждого первого анализа газа следует исключить.

7. Для устранения погрешности измерения за счет уменьшения поглотительной способности реактива необходимо своевременно производить его замену. Поглотительная способность реактива уменьшается по мере увеличения количества поглощенного им газа.

8. Для уменьшения ошибок измерения, происходящих вследствие растворения газа в запирающей жидкости, необходимо в качестве последней применять насыщенный раствор поваренной соли NaCl, подкисленный серной кислотой.

9. Сжигание в петлеобразной трубке горючих газов следует производить весьма осторожно, не допуская попадания в трубку реактивов, так как они могут испортить находящийся в ней оксид меди.

10. После проведения двух-трех анализов газа оксид меди в петлеобразной трубке в результате действия на него Н₂ и СН₄ восстанавливается в медь (принимает красноватую окраску). Для окисления образовавшейся меди через нагретую до температуры 400-600 °С петлеобразную трубку необходимо периодически пропускать в течение 15-20 мин чистый воздух или кислород.

При определении прибором содержания в газовой смеси RO₂, О₂, С_nH_m расхождение между параллельными анализами достигает ±0,05 % (по объему), а в случае невыполнения указанных выше требований или при недостаточной квалификации выполняющего анализ персонала ±(0,1-0,2)%. Расхождения между параллельными анализами при определении содержания Н₂ и СН₄ составляют ± 0,05 %, что при анализе продуктов сгорания обычно соизмеримо с содержанием этих компонентов в газовой смеси. Содержание СО по результатам анализа часто получается завышенным на величину до 0,3 % в связи с дополнительным выделением ее раствором пирогаллоловой кислоты при поглощении им кислорода.

 

Порядок выполнения работы

1. Подготовить прибор к работе.

При подготовке прибора к проведению анализа газа произвести определение вредного объема измерительной бюретки, настроить компенсатора, проверить плотность прибора и продуть его азотом.

Для определения вредного объема бюретки, состоящего из пространства от крана 18 до нулевой отметки шкалы, через отросток 23 заполнить пространство до крана 18 водой, после чего поднять напорным сосудом уровень жидкости в левой части бюретки до нулевой отметки и через 2 мин, необходимые для стекания воды со стенок бюретки, отсчитать высоту уровня жидкости в правой части бюретки, занимающего любое промежуточное положение. Постепенно открывая кран 18, осторожно заполнить вредный объем бюретки водой из отростка 23, вытесняя при этом воздух в правую часть бюретки, и через 2 мин снова отсчитать положение в ней уровня жидкости. Полученная разность показаний равняется вредному объему бюретки, учитываемому при анализе газа. Определение вредного объема измерительной бюретки следует повторять до получения совпадающих результатов измерения.

Для обеспечения правильной работы компенсатора необходимо, чтобы при настройке прибора все его части имели одинаковую температуру. С этой целью необходимо оставить прибор на 2 ч в помещении с постоянной температурой, сообщив предварительно компенсатор краном 22 с атмосферой. Лучше всего оставить прибор в таком положении на ночь, а утром закрыть кран 22, который затем все время остается закрытым. Рабочая жидкость в обеих трубках манометра должна находится на одном уровне.

Для проверки прибора на плотность соединить бюретку краном 18 с гребенкой и затем поочередно поднять уровень реактива в каждом из поглотительных сосудов до отметки на его капилляре, расположенной ниже запирающего крана. Подъем реактива произвести при открытом кране поглотительного сосуда путем постепенного опускания уровня воды в бюретке при помощи напорного сосуда.

Подняв уровни реактивов во всех поглотительных сосудах, соединить бюретку кранами 18 и 19 с атмосферой, заполнить ее водой из напорного сосуда и снова соединить краном 18 с гребенкой. Опустив напорный сосуд, оставить прибор в таком положении на 5-10 мин. Положение уровня жидкости в бюретке будет указывать на недостаточную герметичность прибора: в этом случае необходимо промыть и смазать краны, а затем снова проверить плотность прибора.

После достижения необходимой герметичности газоанализатора все его краны, отростки, гребенки и петлеобразная трубка продуть азотом. Для продувки прибора использовать азот, оставшийся от анализа предыдущей пробы газа или полученный из воздуха посредством поглощения содержащегося в нем кислорода в сосуде 3, заполненном щелочным раствором пирогаллоловой кислоты. В последнем случае, для получения чистого азота, газ после поглощения кислорода несколько раз прокачивается в поглотительный сосуд 4 с сернокислым раствором монооксида меди с бета-нафтолом для поглощения оксида углерода, выделившего из раствора пирогаллоловой кислоты при поглощении им кислорода.

Краны и отростки поглотительных сосудов продуть азотом поочередно при помощи бюретки и напорного сосуда. После продувки крана и отростка поглотительного сосуда 2 с раствором бромистого калия, азот 3-4 раза прокачать через сосуд 1 с щелочным раствором едкого кали для удаления из газа паров брома.

После продувки давление азота в приборе уравнять с атмосферным. Для этого кранами 18, 20 и 21 соединить бюретку с гребенкой и трубкой 25, совместить посредством напорного сосуда уровни жидкости в нем и бюретке, отключить гребенку и трубку 25 от бюретки и вытеснить из бюретки водой остаток азота в атмосферу.

2. Отобрать пробу продуктов горения из муфельной печи и поместить в газоанализатор.

3. Провести анализ.

Пипетку (газометр и т.п.) с отобранной пробой газа присоединить резиновой трубкой к правому концу гребенки и произвести продувку газом соединительного участка от пипетки до крана 18. Затем произвести набор пробы газа для анализа. Объем газа, взятого на анализ, складывается из объемов газа в обоих коленах бюретки и объема вредного пространства. Проба газа забирается следующим образом: открыв левый кран вилки 29, заполняют широкое колено бюретки до отметки «80». Затем кран 29 перекрывают и заполняют правое колено немного ниже отметки 20. Через 2 мин (время, необходимое для стекания жидкости со стенок бюретки, при каждом очередном измерении объема должно быть строго постоянным) путем сжатия газа в бюретке устанавливают объем отобранной пробы точно100 см³, закрывают краны 29 и 28 и быстрым поворотом крана 18 (при открытом на атмосферу кране 19) выпускают избыток газа в атмосферу; если объем газа в бюретке окажется больше 100 см³, операцию повторяют.

Все измерения бюреткой объема пробы газа производятся при включенном компенсаторе. Для этого манометр 11 соединить с краном 30 с бюреткой и, прижав правую руку с напорным сосудом к опорной раме для обеспечения более плавного его перемещения по высоте, совместить уровни рабочей жидкости в обеих трубках манометра. После этого быстро закрыть сначала кран 28, а затем кран 30, и произвести отсчет объема пробы газа в бюретке.

Анализ пробы газа произвести вначале методом поглощения, а затем методом дожигания горючих компонентов.

Анализ газа методом поглощения производится в строгой последовательности, при которой каждый применяемый реактив используется для поглощения только одного компонента газовой смеси (или суммы однородных компонентов).

Анализ начать с перемещения пробы газа в поглотительный сосуд 1, в котором поглощается RO₂. Перемещение газа произвести 4-5 раз, после чего остаток его перевести в бюретку. Если объем остатка газа больше 80 см³, то уровень жидкости в левой части бюретки, устанавить на отметке 80 см³, и если меньше, то соответственно на отметках 60, 40 или 20 см³. Остаток газа засосать в правую часть бюретки, совместить в ней уровень жидкости с уровнем в напорном сосуде и, закрыв кран 28, подождать 2 мин окончания стекания жидкости со стенок, затем кран 28 открыть и произвести измерение объема остатка газа. Вслед за этим дополнительно переместить газ 2-3 раза в поглотительный сосуд 1. Если после повторного перемещения объем газа не изменится, поглощение RO₂ на этом закончить; в противном же случае его продолжить до получения постоянного объема остатка газа.

Далее, для определения содержания åС_nH_m остаток пробы газа переместить в поглотительный сосуд 2, в котором оставить газ на 1-2 мин, после чего переместить газ еще 1-2 раза в сосуд 2 и затем в сосуд 1 для поглощения захваченных газом из сосуда 2 паров брома. Перемещение пробы в сосуд 1 производят до получения в бюретке постоянного объема газа. При перемещении газа в сосуд 2 запирающая жидкость в напорном сосуде обесцвечивается, поэтому ее периодически следует подкрашивать.

Для определения содержания О₂ и СО остаток пробы газа переместить соответственно в поглотительные сосуды 3 и 4 до получения постоянного объема. После поглощения СО остаток пробы прокачать несколько раз через сосуд 5 с едким кали для поглощения паров серной кислоты, после чего произвести измерение оставшегося объема. На этом анализ пробы газа методом поглощения закончить и перейти к анализу ее методом дожигания.

Сначала дожигают содержащийся в пробе Н₂, для чего электрическую печь, предварительно нагретую до температуры 270 °С, надеть на дожигательную петлеобразную трубку и установить в печь термометр. Перекрыть краном 15 гребенку и оставить его в таком положении до конца анализа. Соеденить кранами 20 и 21 гребенку с дожигательной трубкой и медленно прокачать через последнюю газ из бюретки в сосуд 6 и обратно до получения постоянного объема. При дожигании допускаемое отклонение температуры печи от установленной величины 270°С не должно превышать ±10°С.

После достижения постоянного объема газа вынуть термометр из печи и нагреть печь до температуры 850°С. Дожигательную трубку охладить до комнатной температуры (при открытом кране 28), после чего прокачать через нее несколько раз остаток несгоревшего газа. Затем для поглощения О₂, образовавшегося в результате термической диссоциации оксида меди, газ переместить в сосуд 3 и после этого измерить объем оставшейся части после дожигания Н₂.

Далее, нагретую до температуры 850°С, электрическую печь снова надеть на дожигательную трубку и приступить к дожиганию в ней предельных углеводородов (СН₄ и др.), прокачивая через трубку пробу газа из бюретки в сосуд 5 и обратно до получения постоянного объема газа. В остальном анализ остатка газа производится так же, как и при определении Н₂. На этом анализ пробы газа заканчить.

4. Определить состав продуктов горения по формулам:

- содержание RO₂, О₂, С_nH_m и СО

 

(4.3)

и т.д.,

где V₁ и V₂ – объемы газа до и после поглощения искомого компонента, см³;

V - объем пробы газа взятой для анализа, см³.

 

- содержание Н₂

 

(4.4)

где V₃ – объем газа после поглощения СО, см³;

V₄ - объем газа после дожигания Н₂, см³.

 

- содержание СН₄

 

(4.5)

где V₅ – объем газа после дожигания Н₂, см³;

V₆ - объем газа после дожигания СН₄ и последующего поглощения СО₂, см³.

 

- содержание N₂

 

(4.6)

 

Запись всех показаний при анализе газа необходимо производить в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 - Результаты полного анализа газа

Определяемый компонент	Химическая формула	Количество газа, см^3	Температура газа t, °С	Объемный состав газа, %	Примечание
взято	осталось
Взято на анализ	-
Трехатомные газы	(RO2)
Непредельные углеводороды	(CnHm)
Кислород	(O2)
Моноксид углерода	(CO)
Водород	(H2)
Метан	(CH4)
Азот	(N2)

 

5. Контрольные вопросы:

1. Какие функции выполняет поглотительный сосуд?

2. Какова погрешность измерения компонентов продуктов горения?

3. Почему для анализа необходимо взять 100 см³ газа?

4. Какую жидкость используют в качестве запирающей и почему?

5. Почему меняет цвет оксид меди при дожигании продуктов горения?

Литература

1. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. Учебник для вузов. (Арсентьев П.П. и др.-М.: Металлургия. 1988. – 511 с.

2. Измерения в промышленности: Справ.изд. в 3-х книгах. Способы измерения и аппаратура. Пер. с нем. /Под ред. Профоса П. – М.: Металлургия. 1990. -344 с.

Лабораторная работа № 5

Содержание лабораторной работы

Электролитами называются вещества, которые в расплавленном или растворённом состоянии проводят электрический ток. Электролитами являются водные растворы солей, кислот и оснований, молекулы которых под действием растворителя диссоциируют на ионы:

 

(5.1)

Количественно процесс диссоциации характеризуется некоторыми величинами, например степенью электрической диссоциации α и константой электролитической диссоциации, К.

Число показывающее, какая часть растворённого электролита находится в растворе в виде ионов, называется степенью электролитической диссоциации и выражается в процентах.

Электролит считается сильным, если значение α > 30 %, и слабым, если α < 30 %.

Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. В растворах слабых электролитов имеются и молекулы и ионы растворённого вещества. Следовательно, диссоциация слабых электролитов представляет обратимый процесс, в результате которого устанавливается равновесие, подчиняющееся закону действующих масс.

Константа равновесия в таких случаях называется константой электролитической диссоциации. Эта величина есть отношение произведения концентрации ионов к концентрации недиссоциированных молекул. Чем больше способность электролита к диссоциации, тем больше значение константы.

Растворы электролитов являются проводниками второго рода, перенос электричества у них осуществляется за счёт ионов. Способность электролита пропускать электрический ток можно характеризовать его электропроводностью. Электропроводность рассматривается как величина обратная сопротивлению. За единицу электропроводности в системе СИ принят сименс (См = 1/Ом).

Электропроводность растворов электролита определяется количеством ионов, которые перейдут через площадь поперечного сечения раствора в единицу времени. Это количество в основном зависит от числа ионов, находящихся в растворе в единице объёма (от концентрации), скорости их перемещения, заряда ионов, температуры раствора.

Так с увеличением концентрации раствора электролита электропроводность его растёт и достигает при некоторой концентрации максимального значения, а затем начинает падать. Такая зависимость объясняется тем, что при малых концентрациях растворов электролитов число ионов в единице объёма раствора мало и, т. к. ток переносится ионами, мала электропроводность раствора. По мере увеличения концентрации раствора растёт число ионов в единице объёма раствора и соответственно растёт и электропроводность. Однако, при достижении определённой концентрации раствора электропроводность начинает падать, потому что у сильного электролита возникает влияние межионнных сил, в результате чего усиливается торможение ионов, а у слабых – уменьшается степень диссоциации.

 

Порядок выполнения работы

1. В исследуемые растворы поместить угольные электроды.

2. Установить переключатель «Растворы» в положение 1 и к клеммам электродов подключить мультиметр.

3. Включить стенд в работу и снять показания прибора (в качестве амперметра и вольтметра).

4. Посредством последовательного установления переключателя «Растворы» от положения 1 до положения 6 произвести измерение параметров электрической цепи на клеммах электродов всех растворов.

5. Произвести расчет электропроводности по формуле:

 

(5.2)

 

6. По полученным значениям электропроводности определить солесодержание раствора по рисунку 5.1.

 

 

 

5. Контрольные вопросы:

1. Что такое электролиты?
2. Что такое степень электрической диссоциации и константа электролитической диссоциации?
3. Опишите процесс электропроводности в жидкостях.

Литература

1. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под общей редакцией Григорьева Г.А. и Зорина В.М. – М., Энергоиздат, 1982 г.

2. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. - М., Энергоатомиздат, 1992 г. - 240 с.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

Инновационный ЕвразийСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Научно-образовательный комплекс

 

по теплоэнергетическим специальностям

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Инженерная экология»