Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология Металлургия, коррозия металлов и способы защиты от нее, сырьевое и энергетическое обеспечение химических производств, химическое
.pdf
Водоподготовка, анализ воды 71
Дезодорация воды
Дезодорация воды — это удаление токсичных органических и ми-
неральных микрозагрязнений, придающих воде специфический запах.
Дезодорация воды актуальна прежде всего в случае смыва вод с сельскохозяйственных угодий и сброса недостаточно очищенных сточных вод; при
этом для разрушения токсических веществ требуется использование окислителей. При использовании окислителей необходимо учитывать как окислительно-восстановительный потенциал каждого окислителя, так и степень и характер химического загрязнения воды, ее состав и величину pH,
наличие природных соединений, таких как гуминовые кислоты и сложные
фенолы, и многое другое. В практике водоподготовки применяют такие
окислители, как озон, перманганат калия, хлор и его производные.
Кроме того, дезодорацию воды можно проводить методом сорбции,
который является более надежным по сравнению с окислительным,
так как основан не на преобразовании органических веществ, а на их
извлечении. Одним из наиболее эффективных сорбентов является активный уголь в виде порошка. Он хорошо сорбирует фенолы, полициклические ароматические углеводороды, большинство нефтепродуктов и многие другие органические соединения. К недостаткам данного
способа следует отнести трудности, связанные с приготовлением и дозированием угольной пульпы, одноразовое применение угля, необходимость иметь емкости для контакта активного угля с водой.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Определение общей жесткости комплексонометрическим методом
Реактивы:
трилон Б (0,1 Н раствор);
аммиачный буферный раствор;
индикатор — эриохром черный Т.
Выполнение анализа:
В коническую колбу емкостью 250–300 мл отбирают пипеткой 100 мл
анализируемой воды, затем прибавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, несколько кристалликов индикатора, перемешивают до полного растворения индикатора. Далее при перемешивании медленно титруют раствором
трилона Б до изменения окраски с винно-красной до голубовато-зеленой.
72 А. О. Летовальцев, Е. А. Решетникова. Химическая технология
,
Расчет:
Жесткость воды рассчитывают по формуле:
x
10
⋅
V
HO
2
мг-экв/л,
1000
⋅⋅
aK
=
где а — объем 0,1 Н раствора трилона Б, пошедшего на титрование, мл;
К — поправочный коэффициент для приведения концентрации
раствора трилона Б точно к 0,1 Н;
10 — коэффициент для пересчета количества раствора трилона Б
(из миллилитров в миллиграмм-эквиваленты);
V
= 100 мл (объем пробы).
H2O
Умягчение воды
Реактивы:
трилон Б (0,1 Н раствор);
аммиачный буферный раствор;
индикатор — эриохром черный Т;
0,1 Н раствор Na2CO3;
катионит КУ-2-8.
Ход работы:
На основе полученных результатов анализа на общую жесткость
воды рассчитывают количество 0,1 Н раствора Na
, необходимое
2CO3
для умягчения 100 мл воды.
В коническую колбу на 250 мл отбирают 100 мл анализируемой
воды и добавляют раствор карбоната натрия с небольшим избытком.
Определение общей жесткости проводят повторно для оценки остаточной жесткости.
Ионитную колонку промывают 150 мл анализируемой воды. Воду
добавляют маленькими порциями так, чтобы скорость вытекания воды
из колонки была не более 1–2 капли в секунду. Первые 20 мл умягченной воды выливают в слив, а остальную воду собирают в стакан. По
окончании умягчения из стакана отбирают 100 мл воды в коническую
колбу емкостью 250 мл и проводят оценку остаточной жесткости.
После определения остаточной жесткости ионитную колонку промывают 15 мл 0,5 Н раствора NaCl, а после этого 15 мл дистиллированной воды. Делают вывод о степени умягчения разными способами.
Водоподготовка, анализ воды 73
2
3,54 1000
Определение хлоридов в воде
Сущность метода основана на взаимодействии хлоридов с нитратом
ртути с образованием практически недиссоциирующего хлорида ртути.
Hg(NO
+ 2Cl– → 2 NO
3)2
–
+ HgCl2.
3
Конец реакции определяют по появлению фиолетово-синего окрашивания в момент добавления избытка раствора нитрата ртути к исследуемому раствору, содержащему индикатор дифенилкарбазид.
Реактивы:
нитрат ртути (0,1 Н раствор);
азотная кислота (0,1 Н раствор);
дифенилкарбазид (спиртовой раствор).
Выполнение анализа:
В коническую колбу емкостью 250–300 мл отбирают пипеткой
100 мл исследуемой воды, добавляют 10 капель раствора индикатора и
10 мл 0,1 Н раствора азотной кислоты. Титруют 0,1 Н раствором нитрата ртути до появления фиолетово-синего окрашивания.
Расчет:
где х — содержание хлоридов в воде в пересчете на Cl
aK
=
x
⋅⋅ ⋅
V
HO
мг/л,
,
–
, мг/л;
а — объем 0,1 Н раствора нитрата ртути, пошедшего на титрование, мл;
К — поправочный коэффициент для приведения концентрации
раствора нитрата ртути точно к 0,1 Н;
3,54 — количество Cl–, соответствующее 1 мл 0,1 Н раствора нитрата ртути, мг;
V
= 100 мл (объем пробы).
H2O
Определение общей щелочности воды
Реактивы:
соляная кислота 0,1 Н;
индикатор метиловый оранжевый.
Выполнение анализа:
В коническую колбу емкостью 250 мл отбирают пипеткой 100 мл
исследуемой воды, добавляют 5 капель раствора индикатора и титру-
74 А. О. Летовальцев, Е. А. Решетникова. Химическая технология
2
1000
,
ют 0,1 Н раствором соляной кислоты до перехода окраски из желтой в
розовую.
Расчет:
⋅⋅
aK
=
x
10
⋅
V
HO
мг-экв/л,
где а — объем 0,1 Н раствора соляной кислоты, пошедшего на титрование, мл;
К — поправочный коэффициент для приведения концентрации
раствора HCl точно к 0,1 Н;
10 — коэффициент для пересчета числа мл HCl в мг-экв;
V
= 100 мл (объем пробы).
H2O
Определение окисляемости воды
Определение основано на окислении перманганатом калия в кислой
среде органических веществ, содержащихся в воде.
Реактивы:
0,01 Н раствор перманганата калия;
0,01 Н раствор щавелевой кислоты;
Раствор серной кислоты (1:3).
Выполнение анализа:
В коническую колбу берут 100 мл исследуемой воды, прибавляют
5 мл раствора серной кислоты, 2–3 кипятильных камешка или капилляра и нагревают до начала кипения.
К горячей жидкости прибавляют из бюретки 10 мл раствора перманганата калия, накрывают колбу воронкой и кипятят 10 мин с момента
закипания.
Если жидкость во время кипения обесцветится, что может случиться при значительном содержании органических веществ в воде,
определение повторяют, разбавляя исследуемую воду дистиллированной водой, подбирая разбавление таким образом, чтобы при
10-минутном кипячении с перманганатом калия обесцвечивания
не происходило. После кипячения колбу снимают и приливают из
бюретки 10 мл 0,01 Н щавелевой кислоты, которая реагирует с избытком перманганата, что приводит к обесцвечиванию жидкости.
Обесцвеченную жидкость дотитровывают на белом фоне раствором
перманганата калия до бледно-розового оттенка. В этой же воде, не
Водоподготовка, анализ воды 75
2
) 0,08 1000
успевшей остыть ниже 70 °C, производят установку титра раствора
перманганата калия. Для этого снова приливают 10 мл 0,01 Н раствора щавелевой кислоты и титруют 0,01 Н раствором перманганата до
бледно-розового оттенка.
Расчет:
( −⋅⋅ ⋅
anK
=
x
V
HO
,
мг (O2)/л,
где а — общее количество прибавленного перманганата калия, мл;
n — объем перманганата калия, пошедший на взаимодействие с
10 мл щавелевой кислоты, мл;
К — поправочный коэффициент для приведения концентрации
раствора перманганата точно к 0,01 Н;
0,08 — количество кислорода, эквивалентное 1 мл 0,01 раствора
KMnO
V
, мг;
4
= 100 мл (объем пробы).
H2O
Определение кислорода, растворенного в воде
Свежеосажденный гидроксид Mn (II) в щелочной среде легко окисляется молекулярным кислородом, растворенным в воде, до гидроксида марганца (IV). После добавления йодида калия и подкисления
пробы Mn+4 восстанавливается до Mn+2 , причем выделяется йод в количестве, эквивалентном количеству прореагировавшего кислорода.
Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия:
Mn(OH)
+ 2KI + 4HCl → MnCl2 + I2 +2KCl + 4H2O;
4
I
+ 2Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI.
2
Реактивы:
сульфат марганца, раствор;
йодид калия, щелочной раствор;
серная кислота 25 %;
раствор тиосульфат натрия, 0,02 Н раствор;
Индикатор — крахмал.
Выполнение анализа:
Пробу отбирают в склянку с притертой пробкой емкостью 150–
200 мл. Для отбора пробы склянку помещают в большой сосуд и опускают в нее пробоотборную стеклянную трубку, по которой поступа-
76 А. О. Летовальцев, Е. А. Решетникова. Химическая технология
ет вода (так, чтобы она доходила до дна склянки). После наполнения
склянки дают воде переливаться через край в течение некоторого времени. Следят за тем, чтобы во время отбора пробы в склянку не попадали пузырьки воздуха. При их наличии отбор пробы повторяют. После
наполнения склянки водой закрывают ее пробкой. Затем вводят пипеткой, опуская ее под поверхность воды примерно до половины высоты
склянки, 2 мл раствора сульфата марганца и 2 мл щелочного раствора
йодида калия. Закрывают склянку пробкой. Содержимое склянки тщательно перемешивают и оставляют ее до полного отстаивания осадка,
после чего осадок растворяют в 5 мл 25-процентного раствора серной
кислоты. Склянку оставляют в темноте на 5 мин. Затем раствор из нее
переносят в коническую колбу емкостью 250 мл. После этого титруют
пробу раствором тиосульфата натрия: сначала титруют до перехода коричневой окраски раствора в светло-желтую, затем прибавляют 2–4 мл
раствора крахмала и титруют до исчезновения синего окрашивания.
Расчет:
0,02 8 1000
⋅ ⋅ ⋅⋅
aK
=
x
−
V
HO
2
,
4
мг/л,
где a — объем 0,02 Н раствора тиосульфата натрия, пошедшего на
титрование, мл;
K — поправочный коэффициент для приведения концентрации
раствора тиосульфата натрия точно к 0,02;
0,02 — нормальность тиосульфата натрия;
8 — эквивалент кислорода;
V
— реальный объем пробы, указанный на используемой емкости;
H2O
4 — объем воды, вытесненной из склянки при введении реактивов.
Контрольные вопросы
1. Понятие водоемкости химического производства. Приведите примеры самых водоемких производств.
2. Типология природной воды по происхождению. Основные примеси в природных водах разных типов.
3. Функции воды в химической промышленности и требования к ее
чистоте.
Водоподготовка, анализ воды 77
4. В данной работе оценивается чистота воды всего лишь по пяти конкретным показателям. Для какого применения воды такая оценка
достаточна?
5. Физические, химические и физико-химические способы очистки
воды. Примеры, достоинства и недостатки, возможности, ограничения. Лабораторные и промышленные методы.
6. Частные случаи водоподготовки — осветление, умягчение, обезжелезивание, обессоливание, удаление органических примесей.
7. Понятие о жесткости воды, разновидности жесткости, единицы
выражения.
8. Почему дистиллированная вода, полученная из водопроводной,
имеет слабокислую реакцию и непригодна для приготовления растворов окислителей и восстановителей точной концентрации?
9. Какие способы применяются в основном для подготовки воды как
сырья и какие — для очистки сточных вод химических предприятий?
10. Предложите последовательность операций для получения из речной воды — воды с чистотой, близкой к химической. Операции не
должны повторяться; их число должно быть минимальным.
АНАЛИЗ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
Топливом называют горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств тепловой энергии. По способу получения различают
природные (натуральные) и искусственные виды топлива (см. табл. 2).
Таблица 2
Виды топлива
Топливо Агрегатное состояние
Твердое Жидкое Газообразное
Природное Дрова, торф, бурые
и каменные угли,
антрацит, горючие
сланцы
Искусственное Древесный
уголь, полукокс,
кокс, угольные и
торфяные брикеты
Твердое топливо — горючие вещества, основной составной частью
которых является углерод. К твердому топливу относят торф и древесину, каменный и бурые угли, горючие сланцы. Свойства топлива в
значительной степени определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы (табл. 3).
Древесина является природным сырьем, которое используется как
твердое топливо, как сырье для химической переработки и как материал для различных конструкций. С физической точки зрения древесина
представляет собой растительную ткань, состоящую из плотно упакованных клеток. Оболочка клетки содержит целлюлозу. Вторым по значимости компонентом древесины после целлюлозы является лигнин.
В России древесина непосредственно является видом твердого топли-
Нефть Природный газ
Мазут, керосин,
бензин, соляровое
масло, газойль,
печное топливо
Газы нефтяной, коксо
вый, генераторный,
доменный, газ подзем
ной газификации
Анализ твердого топлива 79
ва. В Европе же собственно древесина в качестве сжигаемого топлива
не используется, топливом считаются в основном только отходы лесной и лесопильной промышленности, обычно в виде древесной стружки или древесных опилок.
Таблица 3
Средний состав твердого топлива
Вид топлива Теплотворная
способность
органической
массы, ккал/кг
Дрова 4800 50 6,2 43,8 0 0,5–1 15–25
Торф 6200 56,5 6 34,5 3 2–30 20–45
Бурый уголь 6500 68 5,5 25,4 1–5 2–40 10–30
Каменный уголь 8000 83 5 12 0,2–5 2–40 3–12
Антрацит 8100 94,8 2,4 2,8 0,2–5 2,6 0,5–2
Сланцы 8500 73 9 14 1,5–3 20–70 2–30
Кокс 8500 85 2 5 1,5 8–13 0,5–10
Древесный уголь 7500 85 3 12 0 1–2 0,5–10
Средний состав
органической массы, %
С Н O+N S
Зола, %Влага в
воздуш-
но-сухом
топливе, %
Торф — полезное ископаемое, которое образуется в результате раз-
ложения остатков микроорганизмов и растений (по большей части
болотных) в условиях недостатка кислорода и высокой влажности.
Сырьем для формирования торфа являются листья и ветви деревьев,
корни кустарников, мох, кора. Образование торфогенного слоя в почве основывается на сложных биохимических процессах — разложении
остатков растений. В их разложении принимают участие микроорганизмы (грибки, бактерии), деятельность которых при разложении
весьма интенсивна: именно благодаря им возможен быстрый распад
структуры растения и выщелачивание фитомассы. Самая активная
фаза разложения остатков растений осуществляется весной и летом,
хотя скорость разложения также во многом зависит от состава самих
растений и кислотно-щелочной среды, в которой происходит данный
процесс. Около 30 % изначальной массы растений становится чистым
торфом, остальная часть преобразуется в минеральные вещества, они
впоследствии вытекают с потоками внутренних вод или испаряются в
атмосферу. Кроме того, большое количество этого материала находится на дне болот. Дело в том, что болота могут быть покрыты мхом —
сфагнумом, который является одним из многих элементов «сырья».
80 А. О. Летовальцев, Е. А. Решетникова. Химическая технология
Торф образуется из сфагнума в результате отмирания и оседания последнего на дно. Растения, находящиеся в воде, отмирают, падают и
тоже оседают на дно. В результате там скапливается большое количество остатков растений. Учитывая, что кислорода в воде очень мало, то
и процесс разложения происходит долго. Средний срок возобновления
объема добытого торфа порядка 300 лет. Раньше торф использовался на
тепловых и электростанциях, однако открытие больших месторождений угля и газа отодвинуло на второй план данный вид твердого топлива. Сегодня он активно применяется в сельском хозяйстве для создания
эффективных удобрений и стимуляторов роста, изготовления таблеток
для рассады, создания плодородных грунтов, покрывного материала на
зиму. В отличие от различных видов углей, образование древесины и
торфа происходит и в настоящее время, т. е. эти виды топлива являются
возобновляемыми.
Бурый уголь представляет собой продукт метаморфизма торфа, в
стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с каменным
углем, бурый уголь как вид твердого топлива менее популярен, тем не
менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных
видов топлива. Материалом для формирования бурого угля служат кустарники, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха под пластами смеси глины
и песка, а также под водой. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Таким образом, бурый уголь —
это следующая стадия метаморфизма (минерализации) после торфа.
Дальнейшие стадии — каменный уголь, антрацит, графит. Чем дольше
по времени протекает процесс, тем ближе состояние к чистому углероду. Путем сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для
деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности,
креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он
перерабатывается в жидкое углеводородное топливо (так как в буром
угле содержится достаточно много неминерализованной органической
массы). Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Каменный уголь, как уже было сказано ранее, — это следующая стадия метаморфизма после бурого угля. Появился каменный уголь на
земле примерно 350 млн лет назад. Установлено, что метаморфизм
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]