20

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний політехнічний університет

Інститут енергетики та комп'ютерно-інтегрованих систем управління

Кафедра технології води та палива

Методичні вказівки

до практичних занять з курсу

“Теоретичні основи хіміко-технологічних процесів”

Теорія сорбційних процесів та іонного обміну

Укладач: доцент кафедри ТВП

Ольга Анатоліївна Дорож

Одеса 2017

Практичні заняття з ТОХТП

Введення до практичних занять. Теми та проведення практичних занять.

На кожному ПЗ обговорюється тема – кожний студент письмово оформляє вирішення свого варіанту.

6 варіантів завдань

Практичне заняття №1 Розрахунок та обробка результатів досліджень сорбційних процесів 2

Практичне заняття № 2 Розрахунки технологічних характеристик сорбційних апаратів 8

Практичне заняття № 3 Розрахунок структурних та гідравлічних характеристик зернистого шару сорбенту 10

Практичне заняття №4 Розрахунок ізотерми сорбції, отриманої статичним методом 14

Практичне заняття №5 Розрахунок швидкості іонного обміну між іонітом та розчином 18

Практичне заняття №1 Розрахунок та обробка результатів досліджень сорбційних процесів Завдання до практичного заняття

1 Основні поняття, одиниці вимірювань, взаємний перерахунок

2 Обробка результатів дослідів. Інтерполяція, екстраполяція, диференціювання та інтегрування.

3 Метод найменших квадратів.

4 Калібрування реометру та рН-метру

1. Основні поняття, одиниці вимірювань, обробка результатів

• Система одиниць СІ: м, кг, с, К, моль.

Хімічні символи: О,С,Н,Са,К, молекули Н₂,О₂

Хімічні сполуки: кислоти (HCl,H₂SO₄), основи (луги) (NaOH,KOH), солі (NaCl,CaCl₂), вода (Н₂О), іоніт (RH,ROH)

• Концентрація – відносна кількість компоненту в розчині.

Об'ємні проценти, масові проценти – відношення об'єму (маси) компоненту до об'єму (маси) системи. Н-д, 5мл/100мл*100%=5% об'ємних

Молярність (молярна концентрація) – число молей розчиненої речовини в 1 л розчину. Моль – одиниця кількості речовини – стільки ж структурних одиниць, скільки міститься атомів в 0,012 кг С. Молярна маса(кг/моль).

1моль/л HCl - 36,5 г HCl розчинено в 1 л воді

Нормальність (еквівалента концентрація) – кількість розчиненої в 1 л воді речовини в г, яка дорівнює еквівалентній масі.

1N=1Н=1г-екв/л, похідні мг-екв/л, г-екв/м³

Екв.маса: кислоти = ; основи = ; солі =

г-екв - число грамів речовини = його еквіваленту

• Якщо об'єми розчинів V1V2, а їх концентрації відповідно С1С2, справедлива пропорція: V1*C1=V2*C2 (рівняння балансу)

• Об'ємний аналіз, титрування, приготування розбавлених розчинів, визначення концентрації за результатами титрування: С=а*N*1000/Vпр

• Індикатори – метилоранж(рН=3,2-4,4), фенолфталеїн (рН=8,2-10), хром темно-синій або еріохром чорний (заг. жорсткість), індикатор на хлор, мурексид (кальц. жорсткість).

• Результати – з однаковою кількістю знаків після коми Похибки вимірювань: середньо арифметичне, відносна похибка %

• Об'ємна витрата м³/год, лінійна швидкість м/год

• Обробка результатів досліджень

Побудова графіків: х – незалежна перемінна (горизонтальна вісь), y – залежна перемінна (вертикальна вісь). Відкладають експериментальні точки.

Поняття та терміни фізичної хімії, що стосуються сорбційних процесів

Іонообмінники, іонообмінні матеріали та іоніти – синоніми; іонообмінні смоли

Іони – електрично заряджені частки речовини, які утворені з молекул або атомів внаслідок втрати або приєднання електронів. + та -. Властивості іонів визначаються знаком та величиною заряду, розмірами та властивостями електронної оболонки. Є хімічно активними частками, які вступають в реакції.

Хімічні реакції – перетворення одного або декількох вихідних речовин (реагентів) у відмінні від них за хімічним складом та будові речовини (продукти реакції). Хім. реакції відображують за допомогою хімічних рівнянь, які стехіометрично (кількісно) визначають співвідношення між реагентами та продуктами: _aA+_bB=_cC+_dD – стехіометричне рівняння

Основні типи хім. реакцій: заміщення, приєднання, розділення та видалення, обміну.

Електроліти та неелектроліти. Речовини поділяють на електроліти (утворюють в розчині іони, які незалежно переміщуються. Розчини електролітів хімічно активні, іони легко вступають у взаємодію, н-д, моря, океани (концентрація солі 0,5Н) та неелектроліти. Головна відзнака – розчини електролітів пропускають електричний струм, здатні до дисоціації у воді.

Електролітична дисоціація – повний або частковий розпад розчиненої речовини на іони. За здатністю до дисоціації в холодній воді електроліти поділяють на сильні та слабкі. Сильні – в розчинах будь-яких концентрацій містяться практично у вигляді іонів. При підвищенні параметрів води більшість типових сильних електролітів стають слабкими.

Сильні електроліти (кислоти, основи, деякі солі) при t=15…25 ^оС повністю іонізовані і ЗДМ до них не можна застосовувати.

В розчинах слабких електролітів встановлення рівноваги між іонами та молекулами регулюється константою дисоціації або константою рівноваги.

Для реакції В₂А2В⁺+А^2- Кд= , де С_В,С_А,См – відповідно концентрації іонів та недисоційованих молекул електроліту.

Ступінь дисоціації – дорівнює відношенню кількості дисоційованих молекул до загальної кількості молекул

Система – тіло або група тіл, що взаємодіють.

Фаза – фізично однорідне тіло (тотожне за хімічним складом, т/д властивостями) або сукупність таких тіл.

Система, яка складається з однієї фази без поверхней розділу наз. гомогенною (гомеофазною), з декількох, min2 – гетерогенною (гетерофазною). Н-д, вода утворює зі льодом та парою 3-х фазну систему.

Між різнорідними частинами, фазами гетерогенної системи існують поверхні – межі розділу фаз. Кожна фаза в кожний окремий момент часу характеризується певним т/д станом, тобто складом, Т, р, V. Розчин – CVT, газ - рVT

Гетерогенна фаза може знаходитись в рівноважному або нерівноважному стані. При рівноважному стані її склад та т/д параметри в часі залишаються постійними. Процес хімічної взаємодії фаз гетерогенної системи закінчується встановленням певного рівноважного розподілення речовин: w_прям=w_звор.

Фази можуть обмінюватись компонентами – речовинами, які здатні існувати ізольовано.

Протікання реакцій в часі описується законами хімічної кінетики: швидкість, залежність від температури.

Всі органічні сполуки поділяють на класи, які визначаються наявністю в їх складі функціональних груп. Ф.г – група атомів, яка зумовлює характерні хімічні властивості даного класу сполук. До ф.г. належать: -ОН, -СНО, -СООН, -NO₂, -NH₂ тощо.

Вуглеводні не мають ф.г.

Група атомів органічної сполуки, яка може переходити в молекулу продукту не змінюючись, називається радикалом R, наприклад, метильний радикал –СН₃.

Карбонові кислоти містять ф.г. СООН: мурашина, оцтова, валеріанова, щавлева.