Kemosorptsioon (1)

Tallinna Tehnikaülikool
Keemiatehnika Instituut
Laboratoorne töö õppeaines
Keemiatehnika
KEMOSORPTSIOON
Üliõpilased:
Õppejõud:
Tallinn 2014
Töö ülesanne
Töö eesmärk on absorptsiooni kiirenemise teguri määramine hapniku absorptsioonil õhust naatriumsulfiti lahusesse katalüsaatori juuresolekul (kemosorptsioon). Pärast kogu sulfiti reageerimist lahustunud hapnikuga järgneb tekkinud naatriumsulfaadi lahuse edasine küllastumine hapnikuga (füüsikaline absorptsioon ).
Katseseadme skeem
1 – segamisanum (D=210 mm), 2 – segisti, 3 – võll, 4 – peegeldi, 5 – mootoriblokk koos regulaatori ja mõõteriistadega, 6 – mõõteriist võimsuse, energia jt elektriliste suuruste mõõtmiseks, 7, 8 – andur ja mõõteriist vastavalt töö eesmärgile, 9 – ventiil , 10 – rotameeter .
Katses kasutatavad reaktiivid

Naatriumsulfiti vesilahus : 10-12 l Na2SO3 lahust kontsentratsiooniga 20-25 g/l.

Naatriumtiosulfaadi lahus: Na2S2O3 - 0,1 N.

Joodi lahus: J2 + KJ, 0,1 N.

Tärklise 0,5 %-line lahus.

CuSO4 1 M lahus.
Töö käik

Valmistasime naatriumsulfiti vesilahust

Määrasime jodomeetriliselt Na2SO3 kontsentratsiooni lahuses. Selleks 250 ml mahuga koonilisse kolbi pipeteerisime 25 ml 0,1 N J2 + KJ lahust ja lisasime joodilahusesse, vältides analüüsitava lahuse kokkupuudet õhuga, 10 ml proovi reaktorist. Proovi tiitrisime tärklise lahuse juuresolekul (tärklis lisasime lahusele kui selle värvus muutus helekollaseks) 0,1 N naatriumtiosulfaadi lahusega sinise värvuse tekkeni

Naatriumsulfiti kontsentratsioon lahuses arvutasime [1]. ja [2]. valemite järgi

Käivitasime segisti ja reguleerides segaja pöörlemissagedus

Käivitasime õhupuhur reguleerides õhu kulu

Lisasime katalüsaatori lahus ja käivitasime stopper

Iga 5 min järel võtsime proove ning määrasime neis eespool kirjeldatud viisil Na2SO3 sisaldust. Tiitrimistulemuste põhjal esitasime graafiliselt sõltuvus (joonis 1)

O2 kontsentratsiooni määramiseks lahuses kasutasime hapnikuelektroodi, registreerides väärtusi iga 5 sekundi järel. Lahustunud hapniku kontsentratsiooni muutus esitasime graafiliselt sõltuvusena (joonis 2)
Katseandmed
Lahuse maht reaktoris VL = 10 l
Segisti pöörlemissagedus n = 300 p/min
Õhu mahtkulu vG = 13,2 l/min
Lahuse temperatuur Tl = 21°C
Õhu temperatuur Tõ = 24,5°C
Tabel 1. Jodomeetriline Na2SO3 kontsentratsiooni määramine
№
V(Na2S2O3), ml
t, min
N(Na2SO3), g-ekv/l
c(Na2SO3), mol/l
0
9,7
0
0,028
0,056
1
9,9
5
0,026
0,052
2
11,5
10
0,01
0,02
3
12,2
15
0,003
0,006
Tabel 2. O2 kontsentratsiooni määramine
O2
 
 
mg/l
t,s
t,min
0
0
0
1
10
0,166666667
2
20
0,333333333
3
27
0,45
4
35
0,583333333
5
46
0,766666667
6
70
1,166666667
6,9
140
2,333333333
6,9
440
7,333333333
O2 kontsentratsiooni muutus ajas
c(alg)=0 mg/l,c(lõpp)=6,8mg/l
siit c(kesk)=3,4mg/l
Na2SO3 kontsentratsiooni muutus ajas
Siit reaktsiooni aeg on t=16,6min
Arvutused
Esiteks arvutame naatriumsulfiti kontsentratsioon lahuses:
[1]
g-ekv/l
[2]
mol/l
Samamoodi on arvutatud teised väärtused, mis on kantud tabelisse 1.
I. Kemosorptsiooni arvutus
1) Arvutame neeldunud hapniku kontsentratsioon: [3], kus =
molO2/l => [4]
Siis
molO2/min
ja
molO2/l
2) Arvutame kemosorptsiooni mahuline massiläbikandetegur:
[5] , kus [6] , kus [7]
ja [8] .
Esiteks aga leiame faasidevaheline tasakaalukonstant [9] , kus KG = 0,08; K+ = 0,16; K- = 0,20; mO2 väärtus võtame tabelist 1 interpoleerimise teel saame (Lisa) 21°C juures => (21-22)/(20-21)*(30,67-29,83)+29,83=30,67 ja c = 0,014 mol/l – alg soola kontsentratsioon lahuses.
Siis
molO2/l,
hapniku tasakaalne kontsentratsioon lahuses õhu aparaati sisenemisel on
molO2/l
ja aparaadist väljumisel on
molO2/l
molO2/l
min-1
II. Absorptsiooni arvutus
1) Kasutades joonist 2 määrame naatriumsulfaadi lahuses 1 minuti jooksul absorbeerunud O2 kulu:
[10] , kus Δτ - joonisel 2 sirglõigule vastav ajavahemik, 1,06 min
Siis
molO2/min
2) Arvutame keskmine liikumapanev jõud vaadeldavale ajavahemikule:
Liikumapanevad jõud õhu absorberisse sisenemisel on [11]
ja absorberist väljumisel on [12] , kus = 3,4 mg/l = 0,00010625 mol/l - hapniku keskmine kontsentratsioon lahuses vaadeldaval ajavahemikul
Δcsisse = 0,000275 – 0,00010625 = 0,0001687 mol/l
Δcvälja = 0,0002659 – 0,00010625 = 0,0001596 mol/l
mol/l
min-1
III. Kiirendusteguri χ arvutus
Lisa
Tabel 1. Hapniku tasakaaluline sisaldus destilleeritud vees
t, ˚C
10 12 14 16 18 20 22 24 25
mO2
25,27 26,18 27,03 27,95 28,95 29,83 30,67 31,46 31,85
Järeldus
Selle töö eesmärgiks oli absorptsiooni kiirenemise teguri määramine, mis me leidsime , aga selle väärtus erineb literatuursetest andmetest (tegelikult χ = 1). Erinevust võib põhjustada ebatäpne näidu registreerumine .
Tiitrimistulemuste põhjal esitasime graafiliselt sõltuvus
ja lahustunud hapniku kontsentratsiooni muutus esitasime graafiliselt sõltuvusena .