Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология нефть и способы ее переработки, пиролиз древесины, косвенные способы измерения физических величин в технологии, анализ газовых с
.pdf
91
где Vщ – объем щелочи (0,1 н NaOH), пошедший на титрование
аликвоты, мл;
V1 – объем аликвотной пробы, взятой для титрования, мл;
Vо – общее количество отогнанного водного конденсата, мл;
0,006 – титр 0,1 н раствора NaOH по уксусной кислоте, г/мл.
Рассчитывают количество 1 н раствора NaOH, требуемое для
нейтрализации уксусной кислоты, содержащейся в конденсате,
переносят конденсат в круглодонную колбу и нейтрализуют.
Производят повторную перегонку конденсата в той же установке, но при температуре в дефлегматоре не выше 95 °С. После
окончания перегонки измеряют объем конденсата и определяют
в нем содержание метанола по бихроматному методу.
Метанол окисляется дихроматом калия в кислой среде:
CH3OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + 6H2O
Избыток дихромата калия вводят во взаимодействие с йодидом калия, в результате чего выделяется эквивалентное количество свободного йода:
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O + 3I2
Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата
натрия:
Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI
Для выполнения анализа отбирают пипеткой из полученного
конденсата 5 мл (если получено меньшее количество, то берут
весь конденсат) и переносят в мерную колбу объемом 250 мл.
В колбу предварительно вливают 40 мл 45%-ного раствора серной кислоты, затем медленно, по каплям (примерно в течение
10 минут) из бюретки добавляют 25 мл 1 н раствора дихромата
калия. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и хорошо перемешивают.
Одновременно в другой мерной колбе проводят анализ «холостой пробы», беря вместо конденсата 10 мл дистиллированной
воды и аналогично проводя все вышеуказанные операции.
92
Растворы в мерных колбах неплотно прикрывают пробками и
подогревают на водяной бане при 60 °С в течение 30 минут. Затем
растворам дают остыть до комнатной температуры, следя, чтобы
колбы не были плотно закрыты пробками, после чего из каждой
колбы берут пипеткой по 10 мл растворов, переносят их в конические колбы объемом 250 мл, разбавляют небольшим количеством
дистиллированной воды и добавляют по 10 мл 12%-ного раствора
йодида калия. Выделившийся йод оттитровывают 0,1 н раствором
тиосульфата натрия до слабожелтого окрашивания, затем добавляют 1 мл раствора крахмала и титруют окончательно до исчезновения синей окраски.
Содержание метанола в конденсате mс (в г) рассчитывают по
формуле:
где Vx и Vp – объемы 0,1 н раствора тиосульфата натрия, пошедшие
на титрование холостой и рабочей проб соответственно, мл;
Vo – общий объем водного конденсата, полученного при первой отгонке, мл;
V1 – объем конденсата, взятого для анализа, мл;
0,00053 – титр 0,1 н раствора тиосульфата по метанолу, г/мл;
25 – коэффициент, учитывающий разбавление (1/25) пробы
при анализе.
На основе результатов анализов рассчитывают состав жидких
продуктов пиролиза в массовых процентах. За 100 % берут значение общей массы конденсата за вычетом массы аналитической
влаги (она не является продуктом пиролиза, но в конденсате присутствует). Долю пиролитической воды рассчитывают по остатку.
Контрольные вопросы
1. Составные части древесины.
2. Химические процессы, проходящие при пиролизе древесины.
93
3. Продукты пиролиза древесины.
4. Зависимость выхода отдельных продуктов от температу-
ры пиролиза.
5. Перспективы развития пиролитических методов перера-
ботки древесины.
6. Для чего нейтрализуют полученную уксусную кислоту?
7. Почему при определении метанола необходимо делать хо-
лостую пробу?
8. Почему пикнометр с газом легче пикнометра с воздухом?
9. Для чего в лабораторной установке поддерживается атмо-
сферное давление?
10. Почему процессы, проведенные в первой части работы,
описываются материальным балансом, а проведенные во второй – нет?
11. Рассчитайте необходимую массу древесины для получения
1 т древесного угля, если выход угля из сухой древесины составляет 35 %, а влажность используемой древесины – 7 %.
94
5. КОСВЕННЫЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ТЕХНОЛОГИИ
Каждый производственный процесс характеризуется целым
рядом параметров. Для поддержания определенного рабочего
режима и обеспечения требуемого качества продукции эти параметры должны изменяться только в заданных пределах. Для
контроля и управления параметрами они должны измеряться
непрерывно или периодически.
Измерение температуры, давления, расхода и уровня – это теплофизические и механические измерения. Измерения химического
состава и физико-химических свойств – это физико-химические
измерения. Электрические величины относятся к электрическим
измерениям. Измерения давления, температуры, уровня, расхода и
количества вещества составляют от 75 до 86 % от всех измерений,
от 14 до 25 % измерений – это измерения химического состава,
физико-химических свойств, электрические измерения.
Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для оценки критических параметров производственных процессов и параметров продукции, но и для аварийной сигнализации, организации производства, учета и составления материальных и энергетических балансов.
Прямые измерения – это такие измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно путем сравнения с мерой этой величины. Например,
прямым является измерение длины рулеткой или линейкой.
Прямые измерения основаны на наблюдении и записи значений физической величины с помощью измерительных приборов.
Прямым измерениям подвергаются очень немногочисленные
параметры. К ним можно отнести длину, угол, время, массу (и то
если она измеряется с помощью равноплечих весов).
Косвенные измерения – измерения, при которых значение
величины находится на основании известной зависимости
95
между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым
измерениям.
Примером простейшего косвенного измерения может быть
определение площади круга. Мы не можем просто измерить его
площадь с помощью какого-либо инструмента или эталона. Вместо этого мы можем измерить радиус или диаметр с помощью
линейки, а затем использовать формулу для расчета площади
круга. Абсолютное большинство технологических измерений
являются косвенными. При этом необходимо учитывать, что в
современном производстве измеряемые величины (независимо
от способа измерения), как правило, преобразуются в электрические величины, что связано с удобством их индикации, запоминания и автоматизации управления процессами.
Важно понимать, что косвенные измерения могут иметь некоторую степень неопределенности или погрешности, поскольку они
включают несколько этапов или расчетов. Эти погрешности могут
происходить как из-за неточности самого измерения, неточности
измерительных преобразователей, так и из-за ограничений физических законов и моделей, которые используются для расчетов.
Наиболее распространенными технологическими параметрами, подлежащими измерению, являются: температура, давление,
разность давлений, вакуум, скорость, ускорение, перемещение,
сила, положение, количество вещества (масса), концентрация,
рН, электропроводность, диэлектрическая проницаемость, влажность, интенсивность ионизирующих излучений, уровень жидкостей и сыпучих тел, расход и другие параметры движения
жидких и газообразных веществ.
Термин «расход» обозначает перемещение подвижной среды –
как правило, жидкости или газа.
Массовый расход представляет собой массу вещества, протекающего в единицу времени, кг/с (совпадает с понятием «поток
массы»). Объемный расход равен объему вещества, протекающего в единицу времени, м3/с.
96
В большинстве измерений речь идет об объемном расходе, а
массовый расход может быть определен путем вычисления, хотя
при этом следует учитывать изменения давления, плотности,
температуры и др. (особенно при измерениях расхода газа).
Расход относится к величинам, не подлежащим прямым измерениям с помощью электрических методов. Все методы измерения
расхода являются косвенными и основаны на измерении какихлибо параметров потока вещества, которые могут нести информацию о его интенсивности (развиваемое усилие, перепад давлений,
скорость потока, частота завихрений и др.). Наиболее распространенные методы измерения расхода можно разделить на кинематические (скоростные) и гидродинамические (силовые).
Кинематические методы относятся к неконтактным, для них
характерно незначительное взаимодействие средства измерения с веществом потока, они основаны на измерении скорости
потока, пропорциональной объемному расходу. Примерами являются метод введения меток, ультразвуковой, индукционный,
тепловой, интерферометрический, с использованием эффекта
Допплера и др.
Динамические методы являются контактными, основаны на
явлениях, возникающих при силовом взаимодействии потока
жидкости или газа с помещенным в него твердым телом (возникновение вихрей, колебаний, тормозящих или ускоряющих
сил, поступательного или вращательного движения, местного
перепада давления). В качестве примеров гидродинамических
методов можно привести методы постоянного и переменного
перепада давлений, вихревой, генераторный, вибрационный и
др. На некоторых наиболее распространенных методах остановимся подробнее.
Механические средства измерения расхода. Простейшими
являются методы с использованием механических чувствительных элементов, в которых поток перемещает или вращает твердое тело. Величина перемещения или скорость вращения оказы-
97
ваются пропорциональными расходу. В частности, чувствительным элементом может служить подпружиненная лопасть (заслонка), отклоняемая проходящим потоком. Чем больше расход,
тем больше угол отклонения лопасти. Другим вариантом механического преобразователя является турбинный расходомер с
вращающимся пропеллером (турбинкой). Величина расхода
оценивается по скорости вращения пропеллера, которая считывается с помощью индукционного датчика. Однако электромагнитный чувствительный элемент, отбирая некоторую энергию,
создает эффект торможения, что может сказаться при низких
скоростях потока. Поэтому при измерении малых расходов применяют другие конструкции датчиков вращения, например
электрооптические.
Измерение расхода на основе термальных явлений. Термальные расходомеры работают на принципе пропорциональности количества теплоты, переносимого веществом от одной точки к другой, массовому расходу этого вещества. В расходомерах
такого типа два датчика температуры измеряют температуру
вещества до и после нагревания, которое производится нагревательным элементом, расположенным между этими датчиками.
Термоанемометры измеряют расход вещества с помощью
одиночного нагревательного элемента, расположенного в потоке. Протекающий поток вызывает охлаждение нагревательного
элемента, которое оценивается по изменению его электрического сопротивления. С помощью термоанемометров, в которых в
качестве нагревательного элемента используется тонкая металлическая пленка малой массы, удается измерять чрезвычайно
быстрые изменения расхода.
Электромагнитные методы измерения расхода. Если электропроводящая жидкость протекает через переменное магнитное поле, то между помещенными в жидкость электродами
возникает электродвижущая сила, пропорциональная скорости потока.
98
Индукционные расходомеры применяются в химической промышленности для контроля расхода не только агрессивных кислот
и других электролитов, но и суспензий. Они также используются
для контроля процессов обогащения (измерения расхода пульпы –
смеси руда/вода, уголь/вода, песок/вода), расхода сточных вод.
Вихревые методы измерения расхода. Любое препятствие в
трубопроводе создает завихрение в потоке вещества, пропорциональное объемному расходу. В преобразователях используются
два способа генерации завихрений: вынужденные колебания,
когда поток, проходя через специальную форсунку, начинает
вращаться вдоль оси трубопровода в виде некоторой спирали, и
естественные колебания, возникающие при обтекании препятствия в виде устойчивых периодических структур, состоящих из
вращающихся в разные стороны вихрей («вихревая дорожка фон
Кармана»). Для определения числа и силы колебаний, проходящих через определенную точку трубопровода, обычно используют пьезоэлектрические преобразователи.
Ультразвуковые методы измерения расхода. Наиболее широко применяемые методы с использованием ультразвука – измерение времени, затрачиваемого на прохождение коротким
ультразвуковым импульсом определенного расстояния в потоке
(метод ультразвуковой метки), и использование эффекта Допплера, при котором частота колебаний на входе приемника ультразвукового излучения изменяется в зависимости от скорости
жидкости или газа [1].
Измерение расхода на основе перепада давлений. Недостаток рассматриваемого метода состоит в том, что связь между
перепадом давления и скоростью потока оказывается существенно нелинейной.
Самыми простыми устройствами для измерения скорости газовых потоков и их расхода являются реометры, ротаметры и
газовые счетчики («газовые часы»). Реометры и ротаметры дают
возможность определять объемную (л/мин) скорость газового
99
потока в любой момент времени. При постоянной скорости по их
показанию можно рассчитать расход газа за известный промежуток времени. Газовые счетчики измеряют общее количество
(объем) прошедшего через них газа, но не дают показаний мгновенной скорости. Возможность применения реометров и ротаметров в качестве средств косвенного измерения скорости газовых потоков основывается на теоретической зависимости между
скоростью течения вязкой среды в узком канале и падением
давления вдоль длины этого канала.
Связь между этими величинами при определенных допуще-
ниях может быть выражена уравнением Гагена–Пуазейля:
При стационарном течении вязкой среды через трубу (капилляр) круглого сечения объемный расход среды прямо пропорционален падению давления на единицу длины трубы и четвертой
степени диаметра и обратно пропорционален коэффициенту
динамической вязкости среды:
где Q – объемный расход текучей среды, м³/с;
∆p – перепад давления на концах трубы, Па;
d – диаметр трубы, м;
μ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с;
L – длина трубы, м.
В полной мере это уравнение справедливо для ламинарного течения несжимаемой жидкости, причем труба должна быть цилиндрической, а ее длина должна многократно превышать ее диаметр.
К тому же вязкость среды является функцией температуры. Понятно, что для газов, обладающих значительной сжимаемостью и легкой турбулизуемостью, это уравнение весьма приблизительно, а
реальная зависимость более сложна. Но само наличие этой зависимости дает возможность косвенного определения объемной скорости газового потока путем измерения перепада давления газа при
вынужденном прохождении им канала с небольшим сечением.
100
Реометры (от греч. ρέος – течение, поток) представляют собой
стеклянную трубку с впаянным в нее капилляром. До и после капилляра к трубке присоединены колена дифференциального манометра. Правое колено манометра присоединяют в месте, где
капилляр заканчивается. В этом месте газовый поток имеет
наибольшую линейную скорость и – в соответствии с законом
Бернулли – наименьшее давление вплоть до разрежения (эффект
Вентури). За счет этого перепад давления возрастает, что в конечном счете повышает чувствительность реометра. В качестве
манометрической жидкости используют жидкость, инертную по
отношению к рабочему газу и имеющую плотность, соответствующую ожидаемому перепаду давления (масло, подкрашенная вода, серная кислота, раствор йодистого олова, ртуть и т. д.). Колена
манометра снабжены накопительными (улавливающими) емкостями, не допускающими попадания манометрической жидкости
в газовую трубку при случайных экстремальных значениях скорости (рис. 7).
Рис. 7. Реометр типа РДС
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]