Лабораторна робота № 1 (по курсу водно-хімічні режими АЕС)

Питома електропровідність розчинів

1. Мета роботи – вивчити методику та особливості виміру питомої електропровідності,

2. Завдання по роботі:

• Знайти поправочний коефіцієнт для виміру питомої електропровідності розчину у чотирьохелектродній комірці;

• Визначити питому електропровідність невідомих розчинів ;

• Розрахувати концентрацію сполуки у розчинах, електропровідність яких виміряна.

• Виконати аналіз результатів, зробити висновки.

3. Виконання роботи.

3.1. Приготування контрольного розчину.

3.1.1. Контрольний розчин NaCl з точно відомою концентрацією в інтервалі ( 0,30 ...60 мг/л ) готується на основі концентрованого розчину цієї речовини з концетрацією 2 г/л. Для цього у стакан для виміру набирається 10 мл концентрованого розчину, який потім шляхом n - кратного розбавлення доводиться до концентрації, що вказана викладачем.

3.1.2. По таблиці 3.13 [1] по відомій концентрації розчину знаходиться питома електропровідність розчину χ_т, мкСм/см. Питома електропровідність може бути розрахована також по відповідних співідношеннях.

Математичний вираз для залежності питомої електропровідності від температури та концентрації має вигляд:

, ( 1)

де α , β – коефіцієнти, що залежать від виду домішки;

t - температура , ^оС;

- питома електропровідність розчину при 25 ^оС, тут С_μ ,λ _o , a , b – відповідно мольна концентрація, моль/л, еквівалентна електропровідність та постійні коефіцієнти конкретної речовини. Для важливих речовин вони табульовані.

Таблиця 1

Температурні коефіцієнти електропровідності водних розчинів електролітів

Електроліт	αt	βt	Електроліт	αt	βt
Чиста вода	0,040	0.00182	NaOH	0,0198	0,0163(αt-0,0174)
NaCl	0,0208	0,0163(αt-0,0174)	KOH	0,0194	0,0163(αt-0,0174)
KCl	0,0191	0,0163(αt-0,0174)	NH4OH	0,0194	0,0163(αt-0,0174)
CaCl2	0,0201	0,0163(αt-0,0174)	NaHCO3	0,0205	0,0163(αt-0,0174)
HCl	0,0151	0,0163(αt-0,0174)	H2CO3	0,0150	0,0163(αt-0,0174)
NH4Cl	0,0190	0,0163(αt-0,0174)	H2SO4	0,0154	0,0163(αt-0,0174)

Таблиця 2

Коефіцієнти для розрахунку питомої електропровідності χ_о розбавленних водних розчинів електролітів при при температурі 25 ⁰С ( С_μ = 0,001…0,1 моль/л)

Електроліт	λо	a	b	Електроліт	λо	a	b
NaCl	126,5	0,70	0,74	NaOH	246,5	0.47	0,30
KCl	149,8	0,63	0,64	KOH	271	0.45	0.40
0,5CaCl2	135,6	1,3	1,8	0,5FeCl2	137	1,34	1,05
HCl	426,0	0,37	0,38	NaHCO3	96	0.85	0,60
NH4Cl	150,5	0,63	0.49	0,5Na2CO3	124,1	1,47	1,60
HNO3	420	0,37	0.36	0,5Na2SO4	129,0	1,39	1,50

3.2. Вибирається чотирьохелектродна комірка і заповнюється розчином відомої низької концентрації (0,30…60 мг/л).

3.2.1.Знімаються геометричні дані ( діаметр комірки та відстань між електродами).

3.2.2.При заповнені слідкують за тим, щоб у комірці не було газових бульбашок.

3.2.3. Виконуються виміри напруги U на комірці та струму у електричному колі комірки I при різних значеннях доповнюючого опору із магазину опорів. Розраховуються відповідні зміни ΔU та ΔI на комірці. Результати заносяться у табл. 3.

Таблиця 3.

Дані вимірів на чотирьохелектродній комірці

№ виміру	Доб.опірМОм	Струм, І , мкА	Модуль зміни ΔІ,мкА	Напруга, U , В	Модуль зміни ΔU, В	Відношення ΔІ/ΔU, мкСм
1	1
2	3
3	5
4	7
5	5
6	3
7	1
Середнє значення ΔІ/.ΔU

3.2.4.Розрахунок середнього значення відношення зміни струму та відповідної зміни напруги.

Його виконують використовуючи дані табл. 2 . Спочатку находять зміни струму та відповідні зміни напруги для кожної пари вимірів і іх співідношення і тільки тоді розраховують середнє значення відношення зміни струму до зміни напруги:

,

де к – кількість виміряних відношень .

При виконанні розрахунків слід брати зміну струму у мкА, а зміну напруги у В.

3.2.5.Розраховують постійну комірки за геометричними даними

, см^-1,

де - відстань між робочими електродами, см;

S – площа перерізу комірки, см².

3.2.6.Знаходять розрахункову питому електропровідність

.

Якщо виміри струму зроблені у мкА , а напруги у В , то питому електропровідність отримаємо у мкСм/см , що характерно для чистих вод(дистиляту, конденсату і т. ін.).

3.2.7.Із справочної літератури [1] по відомій концентрації домішки знаходимо очікуване значення електропровідності: χ_д .

3.2.8.Поправочний коефіцієнт до постійної комірки

С_к= χ_д/ χ_р ,

тоді дійсна постійна комірки може бути розрахована як:

.

Цей же результат можливо отримати, якщо визначити постійну комірки безпосередньо за вимірами та табличним значенням питомої

електропровідності:

.

Слід зауважити, що виміри потрібно супроводжувати виміром температури води і при необхідності розраховувати поправку на відхилення від температури, для якої наведені табличні дані.

3.3. Визначення питомої електропровідності розчинів довільних концентрацій.

Шляхом розведення довільною кількістю води приготовляють розчини хлористого натрію дуже маленької концентрації (0,20…60 мг/л).

3.3.1.Заповнюють двохелектродну комірку підготовленим розчином підвищеної концентрації і виконують вимір згідно з пунктом 3.2. Дані заносять у таблицю , яка аналогічна табл. 1.

3.3.2. Обробляють результати вимірів, знаходять Rср, потім, використовуючи калібровочні графіки для комірки, знаходять дійсну питому електропровідність розчину та концентрацію NaCl у воді.

3.3.3.Заповнюється чотирьохелектродна комірка приготовленим розчином малої концентрації і виконуються заміри відповідно до пункту 3.4.3. Дані заносяться у таблицю , яка аналогічна табл. 2 .

3.3.4.Обробляються результати вимірів та знаходиться (ΔI/ΔU)_ср.

3.3.5. Розраховується питома електропровідність розчину:

χ = К_χд (ΔI/ΔU)_ср.

3.5. Використовуючи таблицю 3.13 [1] знаходимо концентрацію NaCl у взятій пробі.

3.6. Аналіз результатів та висновки.

3.6.1. Співставляються дані вимірів на двох та чотирьохелек-

тродних комірках та величини питомої електропровідності вод різного складу.

3.6.2. Робляться висновки по роботі, оформляється протокол.

Запитання для самоконтролю

1. Дайте визначення питомої електропровідності розчину

2. Чому водний розчин проводить струм та що виступає носіями струму?

3. Як впливає температура на питому електропровідность розчину?

4. Як впливає концентрація домішок на питому електропровідность розчину?

5. Опишіть послідовність проведення вимірів.

6.Наведіть послідовність обробки даних виміру.

Література

1.Ю.М.Кострикин и др. Водоподготовка и ВР енергообъектов низ-

кого и среднего давлений . Справочник . М., Энергоатомиздат .1990.

2. Кардасевич О.А., Ковальчук В.И. и др. Методические указания

к лабораторным работам по курсу " Водный режим ТЭС и АЭС" для

студ. спец ТВТ , Одесса , ОПИ , 1991 , 37 с.

Лабораторна робота № 2 по курсу ВХР

„Вимір питомої електропровідності розчину на двохелектродній комірці”

4. Мета роботи – вивчити методику та особливості виміру питомої електропровідності,

5. Завдання по роботі:

• Знайти поправочний коефіцієнт для виміру питомої електропровідності розчину у двохелектродних комірках;

• Визначити питому електропровідність невідомого розчину ;

• Знайти концентрацію сполуки у розчинах, електропровідність яких виміряна.

• Виконати аналіз результатів, зробити висновки.

6. Виконання роботи.

3.1. Приготування контрольного розчину.

3.1.1. Контрольний розчин NaCl з точно відомою концентрацією в інтервалі ( 300 ... 800 мг/л ) готується на основі концентрованого розчину цієї речовини з концетрацією 2 г/л. Для цього у стакан для виміру набирається 100 мл концентрованого розчину, який потім шляхом n - кратного розбавлення доводиться до концентрації, що вказана викладачем.

3.1.2. По таблиці 3.13 [1] по відомій концентрації розчину знаходиться питома електропровідність розчину χ_т, мкСм/см. Питома електропровідність може бути розрахована також по відповідних співідношеннях.

Математичний вираз для залежності питомої електропровідності від температури та концентрації має вигляд:

, ( 1)

де α , β – коефіцієнти, що залежать від виду домішки;

t - температура , ^оС;

- питома електропровідність розчину при 25 ^оС, тут С_μ ,λ _o , a , b – відповідно мольна концентрація, моль/л, еквівалентна електропровідність та постійні коефіцієнти конкретної речовини. Для важливих речовин вони табульовані.

Таблиця 1

Температурні коефіцієнти електропровідності водних розчинів електролітів

Електроліт	αt	βt	Електроліт	αt	βt
Чиста вода	0,040	0.00182	NaOH	0,0198	0,0163(αt-0,0174)
NaCl	0,0208	0,0163(αt-0,0174)	KOH	0,0194	0,0163(αt-0,0174)
KCl	0,0191	0,0163(αt-0,0174)	NH4OH	0,0194	0,0163(αt-0,0174)
CaCl2	0,0201	0,0163(αt-0,0174)	NaHCO3	0,0205	0,0163(αt-0,0174)
HCl	0,0151	0,0163(αt-0,0174)	H2CO3	0,0150	0,0163(αt-0,0174)
NH4Cl	0,0190	0,0163(αt-0,0174)	H2SO4	0,0154	0,0163(αt-0,0174)

Таблиця 2

Коефіцієнти для розрахунку питомої електропровідності χ_о розбавленних водних розчинів електролітів при при температурі 25 ⁰С ( С_μ = 0,001…0,1 моль/л)

Електроліт	λо	a	b	Електроліт	λо	a	b
NaCl	126,5	0,70	0,74	NaOH	246,5	0.47	0,30
KCl	149,8	0,63	0,64	KOH	271	0.45	0.40
0,5CaCl2	135,6	1,3	1,8	0,5FeCl2	137	1,34	1,05
HCl	426,0	0,37	0,38	NaHCO3	96	0.85	0,60
NH4Cl	150,5	0,63	0.49	0,5Na2CO3	124,1	1,47	1,60
HNO3	420	0,37	0.36	0,5Na2SO4	129,0	1,39	1,50

3.2.Вибирається двохелектродна комірка вимірюється відстань між електродами та внутрішній діаметр комірки.

3.2.1. Комірка заповнюється приготовленим розчином відомої підвищеної концентрації (300...800 мг/л). Важливо, щоб обидва електроди були цілком занурені у розчин.

3.2.3. За допомогою мегометра, забезпечуючи ручкою мегометра стійкі обороти та стабільність вказуючої стрілки приладу, заміряється опір R . Дані вимірів заносять у табл. 3. Виконується не менше ніж 3 виміри при кожному заповнені комірки. Число заповнень теж не менше ніж три.

Таблиця 3.

Дані виміру опору проби

Номер спроби	Величина опору, кОм	Температура , оС
1
2
3
Середнє значення

4. Обробляються дані табл. 3, знаходяться середні значення вимірів та середнє значення опору за всіма вимірами:

,

де n - кількість вимірів.

3.2.5.Визначається розрахункова питома електропровідність

,

де - відстань між електродами , см :

R - заміряний опір , кОм (МОм);

S - площа поперечного перерізу комірки , см².

При відхилені температури розчину від 25 оС, перераховується питома електропровідність згідно рівняння (1).

3.3. Розраховується поправочний коефіцієнт двохелектродної комірки .

С1 =χ_т /χ_р,

де χ_т - табличне значення питомої електропровідності розчину(підрозд.3.1.2).

χ_р - розрахункове ( за вимірами) значення питомої електропровідності розчину, мкСм/см.

3.4. Визначення питомої електропровідності розчинів довільних концентрацій.

Шляхом розведення довільною кількістю води приготовляють розчини хлористого натрію високої концентрації ( 200…300 мг/л).

3.4.1.Заповнюють двохелектродну комірку підготовленим розчином підвищеної концентрації і виконують вимір згідно з пунктом 3.2. Дані заносять у таблицю , яка аналогічна табл. 3.

3.4.2. Обробляють результати вимірів, знаходять Rср, потім, розраховують питому електропровідність, як у пункті 3.2.5. та, користуючись знайденим поправочним коефіцієнтом С1, розраховують дійсну електропровідність проби.

3.4.3. По таблиці 3.13 [1] по відомій питомій електропровідності знаходиться концентрація NaCl у розчині, мг/л .

3.5. Аналіз результатів та висновки.

3.5.1. Співставляються дані вимірів на двох електродній комірці та величини питомої електропровідності вод різного складу.

3.5.2. Робляться висновки по роботі, оформляється протокол.

Література

1.Ю.М.Кострикин и др. Водоподготовка и ВР енергообъектов низ-

кого и среднего давлений . Справочник . М., Энергоатомиздат .1990.

. Лабораторна робота № 3

Коефіцієнт розподілу домішок між парою та водою

3.1. Мета роботи – вивчити особливості переносу домішок із води у пару у процесах фазового переходу, отримати дані необхідні для вирахування коефіцієнтів розподілу та виносу.

У результаті виконання роботи студент повинен:

• знати фізико-хімічні основи перенесення забруднень води у пару, математичні співідношення, що описують цей процес у стаціонарних умовах.

• уміти визначати експериментально та аналітично коефіцієнти розподілу та виносу, реальний (дійсний) коефіцієнт розподілу.

3.2. Завдання по роботі:

У плині роботи належить:

• визначити дослідним шляхом коефіцієнти розподілу та виносу;

• порівняти ці величини з літературними та розрахунковими даними;

• проаналізувати результати та скласти звіт.

3.3. Теоретичні передумови до роботи

У енергоблоках ТЕС та АЕС та комунальних і промислових котельних робоче тіло (вода) безперервно зазанає якісних змін не тільки внаслідок зміни температури і тиску, а також і концентрацій домішок. У випадку однофазного середовища концентрація окремих домішок змінюються у звязку з їх відкладеннями на поверхнях нагріву чи навпаки у зв'язку з їх переходом з повер хні металу у Н₂О. Якщо фазового переходу немає ( конденсатно-живильний тракт з боку конденсату та живильної води, котел та проточна частина турбіни до лінії Вільсона на блоках НКП; конденсатно-живильний тракт з боку конденсату та живильної води і економайзер котла блоків докритичних параметрів), то на цих дільницях поведінка домішок характеризується монотонними закономірностями. Інакше виглядає процес у випадку фазового переходу, коли має місце розподіл газової і рідинної фаз. Наприклад у барабанах та екранах котлів, випарниках і т.і.. Тут має місце значна скачкоподібна зміна концентрацій між рідиною та парою, причому різниця у концентраціях може досягати декількох порядків. Разом з тим концентрації домішок у насиченій рідині та парі жорстко пов'язані одна з другою. Цей зв'язок визначається декількома факторами. Перш за все відомим із курсу ТОХТП законом розподілу Шілова-Нернста, у основі якого лежить рівність хімічних потенціалів компонентів фаз, що находяться у термодинамічній рівновазі при t=сonst. Із цього закону випливає, що співідношення між концентраціями (точніше- активностями) компонентів у рідинній та газоподібній фазах в умовах рівноваги є постійною величиною, яка не залежить від кількості речовини, що розчинена у окремих фазах. Ця константа рівноваги отримала назву коефіцієнта розподілу:

К_с = С_іп/С_ів , (1.1)

де С_іп і С_ів – відповідно концентрації домішок у парі та рідині (воді).

У теоретичних розрахунках виділяють ДІЙСНІ коефіцієнти, що відносяться окремо до іонних та молекулярних форм, у яких можуть перебувати домішки, та ЗРИМІ, які враховують сумарні концентрації домішки як у іонній так і у молекулярній формах. Останні коефіцієнти більш значущі для практики, тому у частіше за все під коефіцієнтом розподілу розуміють його значення якраз у сумарній формі. Якраз цю обставину характеризує підстроковий індекс «с».

Результати дослідів оброблені у вигляді показникової функції

, (1.2.)

де ρ˝ і ρ΄ - відповідні густини парової тв рідинної фаз, кг/м³,

n і K - постійні для конкретної домішки величини ( табл.1.1).

У цьому рівнянні величину степеня n - також називають координаційним (гідратаційним) числом маючи на увазі, що як у парі, так і у розчині кожну молекулу розчиненої домішки оточує одне і те ж число молекул води.

К = 1 для усіх твердих речовин, тому що для них тиск газу над твердим тілом дорівнює 0, величина К_с завжди для них менше ніж 1;

Чим сильніший електроліт, тим більше n, серед електролітів n зростає із зростанням валентності;

Гази принципово відрізняються закономірністю розподілу між парою та рідиною від твердих речовин. По-перше, для них розчинність у парі вища, ніж у рідині ( показник від′ємний), по- друге, К_с більше одиниці. Такі відмінності можливо пояснити способом розчинення газів. На відміну від твердих речовин, гази немов би встроюються в пустоти між молекулами води, не вступаючи з ними у взаємодію, як із диполями .

У логарифмічній формі (1.2) має вигляд:

. (1.3)

Якщо зобразити це рівняння у логарифмічних координатах то для різних сполук ми отримаємо серію прямих ліній, тому графіки за (1.3) для різних речовин здобули назву ПРОМЕНЕВОЇ ДІАГРАМИ.

Таблиця 1.1

Дані для розрахунків коефіцієнтау розподілу деяких речовин

Речовина	Fe3O4	SiO2	NaCl	KCl	CaCl2	Na2SO4 CaSO4	NaOH	CuO
n	0,64	1,90	4,4	2,4	5,5	8,4	4,1	1,18
K	1	1	1	1	1	1	1	1
Речовина	Н2	O2	Не	N2	CO2	NH3
n	-1,32	-1,32	-1,32	-1,37	-1,17	-0,633
K	5,0	5,0	5,0	7,94	1,78	1,36

Слід зауважити також, що відомий закон Генрі є поодиноким випадком закону розподілу.

У практичних умовах концентрація домішок у паровій фазі виявляється більш високою, ніж це випливає із (1.2). Це відбувається внаслідок того, що кипіння протікає у динамічній рівновазі та із обов'язковою течією пари, яка захоплює краплини рідини та заносить із ними у пару домішки. Утворенню бризок та краплин сприяє розрив поверхневої плівки парових бульбашок у момент їхнього виходу із поверхні рідини.

Таким чином, винос вологи в пару веде до зросту концентрації домішок у ній "механічним" шляхом, без будь якого способу розчинення цих домішок. Вони просто транспортуються із краплинами парою і рухаються разом із нею. У багатьох випадках забруднення пари за рахунок цього виносу домішок більш вагоме, ніж внаслідок їхньої розчинності.Тому на практиці використовують ще одне поняття: ПРАКТИЧНОГО або реального коефіцієнта розподілу:

, ( 1.4)

де - загальна концентрація домішок у рідині, з урахуванням суспензії, шламу та інших форм присутності твердих домішок ( );

-загальна концентрація у парі з урахуванням домішок, які виносяться із вологою ( ).Тут ω - коефіцієнт виносу або вологість пари. Після перетворень:

. (1.5)

Тут φ ≤ 1 - коефіцієнт, котрий ураховує долю істинно розчинних домішок у рідині по відношенню до загальної кількості домішок, у тому числі і у вигляді суспензії та ін. Цей коефіцієнт залежить від середовища, особливо для слабких електролітів. Наприклад, у парі та рідині присутні мідь, залізо (окисли) у вигляді ГДД, колоїдів. Те ж саме відбувається із силікатами. Якщо змінювати , наприклад, підкислювати, то такі домішки переходять у іонну форму, тобто розчиняються. Такий перехід можливий і при протилежній зміні .