- •Введение
- •1. Порядок выполнения и оформления лабораторных работ
- •2. Водоподготовка
- •2.1. Общие положения
- •Качество воды и требования к ней
- •2.2. Промышленная водоподготовка
- •2.3. Методика выполнения работ
- •2.3.1. Порядок выполнения работы по умягчению воды Известково-содовый метод
- •2.3.2. Порядок выполнения работы по обессоливанию воды
- •2.3.3. Порядок проведения работы по коагуляции воды
- •2.3.4. Методы анализа Определение общей жесткости воды
- •Качественное определение в воде анионов
- •Качественный анализ анионов
- •Построение калибровочной кривой
- •2.3.5. Задание к лабораторной работе
- •3. Гетерогенные процессы в системах
- •3.1. Восстановление диоксида углерода
- •3.1.1. Основные положения
- •3.1.2. Описание лабораторной установки и порядок
- •3.1.3. Расчет показателей процесса восстановления диоксида
- •3.1.4. Задание к лабораторной работе по восстановлению
- •3.2. Разложение карбонатов и синтез силикатов
- •3.2.1. Общие положения
- •3.2.2. Описание лабораторной установки и порядок
- •3.2.3. Методы анализа
- •3.2.4. Расчет показателей процесса разложения карбонатов
- •Степень разложения карбоната рассчитывают по формуле
- •Выход со2 определяют по формуле
- •Скорость разложения карбонатов находим по формуле
- •3.2.5. Задание к лабораторной работе
- •3.3. Обжиг сульфидных руд
- •3.3.1. Общие положения
- •3.3.2. Описание лабораторной установки и порядок
- •3.3.3. Расчет показателей процесса обжига сульфидных руд
- •3.3.4. Задание к лабораторной работе
- •3.4. Система твердое - твердое
- •3.4.1. Спекание соды с оксидом железа. Общие положения
- •3.4.2. Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Методы анализа
- •3.4.5. Задание к лабораторной работе
- •4. Гетерогенные процессы в системе газ - жидкость
- •4.1. Общие положения
- •4.2. Абсорбция диоксида серы
- •Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы
- •4.2.3. Расчет показателей процесса абсорбции диоксида серы
- •4.2.4. Задание к лабораторной работе
- •5. Гетерогенно-каталитические процессы
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Каталитическое окисление диоксида серы
- •5.2.1. Описание лабораторной установки и порядок
- •5.2.2. Методика определения содержания so2 в газовой смеси
- •5.2.3. Расчет показателей процесса каталитического окисления
- •Условное время контактирования определяют по формуле
- •5.2.4. Задание к лабораторной работе
- •6. Химические реакторы
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Периодический реактор идеального смешения
- •Описание лабораторной установки и порядок выполнения
- •Порядок выполнения работы
- •6.2.2. Расчет показателей процесса омыления эфира в периодическом реакторе
- •6.2.3. Задание к лабораторной работе
- •Кордиков Василий Дмитриевич Редактор
- •Тираж ______ экз. Заказ
- •220050. Минск, Свердлова, 13а. Лицензия лв № 276 от 15.04.03.
3. Гетерогенные процессы в системах
ГАЗ – ТВЕРДОЕ, ТВЕРДОЕ - ТВЕРДОЕ
3.1. Восстановление диоксида углерода
Цель работы – исследовать влияние различных технологических параметров (температура, скорость газового потока) на технологические показатели процесса восстановления (степень превращения, выход, скорость взаимодействия).
3.1.1. Основные положения
Реакция восстановления диоксида углерода является одной из стадий газификации твердого топлива и заключается во взаимодействии угля с кислородом или водяным паром. Это обратимая эндотермическая реакция, которая протекает с заметной скоростью при высоких температурах:
С (Т) + СО2 (Г) 2СО (Г); Н298 = 172,58 кДж.
Согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции смещается в сторону образования оксида углерода при повышении температуры и при снижении давления. Константа равновесия реакции определяется уравнением
КР = Р 2СО / РСО2, (16)
где Р СО – парциальное давление СО, атм; РСО2 – парциальное давление СО2, атм.
Зависимость равновесной степени превращения (Х*) от КР выводится следующим образом. Пусть исходная смесь состоит из 100 молей СО2 и в момент равновесия достигнута степень превращения, равная Х*, %. Тогда состав смеси в момент равновесия следующий: 100 – Х* молей СО2; 2Х молей СО; всего = 100 + Х молей. Парциальные давления компонентов:
Р СО = 2Х РО / (100 + Х); (17)
РСО2 = (100 – Х) РО / (100 + Х); (18)
где РО – общее давление, атм.
Подставив уравнения (17) и (18) в уравнение (16), получим
КР = [2Х / (100 + Х)]2 РО2 / [(100 – Х) РО / (100 + Х)] =
= 4Х2 РО2 / (1002 – Х2), (19)
отсюда ____________________ ____________________
Х = 10000 КР / ( 4 РО КР) = 10000 / [( 4 РО / КР)+ 1]. (20)
В свою очередь, зависимость КР от температуры выражается следующим образом:
lg КР = - 8948 / Т + 2,467 lg Т + 2,772. (21)
Как вытекает из анализа уравнений (20) и (21), степень превращения будет повышаться при повышении температуры и понижении давления. Зависимость состава смеси от температуры в случае восстановления чистого СО2 при РО = 1 атм приведена в таблице 2.
Таблица 2 – Зависимость равновесного состава смеси от
температуры
-
Температура, К
Состав смеси, об. доля, %
СО2
СО
723
97,8
2,2
933
60,2
39,8
1023
24,1
65,1
1123
5,9
97,1
1173
2,9
98,8
1273
0,9
99,1
3.1.2. Описание лабораторной установки и порядок
выполнения работы
Схема установки по исследованию процесса восстановления СО2 приведена на рисунке 3. Процесс протекает в реакторе, который представляет собой кварцевую трубку, наполненную необходимым количеством угля. Реактор находится в вертикальной печи (9). Контроль и регулирование температуры в печи (9) осуществляется термопарой и регулирующим потенциометром (4). Наличие газа-носителя в линиях детектора контролируется манометрами. Концентрация СО2 в газовой смеси определяется с помощью хроматографа (10) и фиксируется самописцем потенциометра КСП-4. Расход газов (азот и диоксид углерода) регулируется вентилями, находящимися на соответствующих баллонах (1, 2). Расход СО2 контролируется ротаметром РС-3 (5) согласно калибровочным данным (6), находящимся на стенде.
1 – баллон с азотом; 2 – баллон с диоксидом углерода; 3 – блок управления хроматографом; 4 – регулирующий потенциометр; 5 – реометр; 6 – калибровочный график; 7 – потенциометр; 8 – блок управления печью; 9 – печь с реактором; 10 – хроматограф; 11 – дозатор; 12 – блок управления хроматографом; 13 – склянка Дрекселя.
Рисунок 3 – Схема лабораторной установки
ВНИМАНИЕ!! Не допускается попадание продуктов реакции в атмосферу лаборатории, т.к. оксид углерода (угарный газ) весьма опасен для здоровья.
Герметичность реактора контролируется с помощью поглотительной склянки Дрекселя (13). Загрузка реактора углям должна проводится при безопасно низких температурах (< 200 С).
Порядок выполнения работы
1) Вначале следует подать газ-носитель (азот) на детектор хроматографа. Для этого открывают вентиль на баллоне с азотом (1) и включают хроматограф (10).
2) После 30 мин прогревания хроматографа устанавливают на шкале потенциометра (4) заданную температуру и включают печь (9). По достижении заданной температуры открывают вентиль на баллоне с СО2 (2). Расход СО2 контролируется ротаметром (5). Включают самописец потенциометра.
3) После достижения заданной температуры ручками «грубо» и «точно», находящимися на передней панели хроматографа, устанавливают «ноль» на шкале потенциометра КСП-4, после чего берут контрольную пробу газа. Для этого ручку дозатора (11) нажимают до упора, удерживают ее в этом положении 5-7 с и возвращают в исходное состояние.
4) Опыт повторяют при другой температуре и расходе СО2.
5) После окончания работы следует выключить нагрев реактора (рукоятка блока нагрева переводится в положение «выключено»), затем следует выключить самописец потенциометра и хроматограф. Перекрыть подачу газа-носителя на хроматограф (закрыть вентиль на баллоне (1)). После охлаждения печи до 473-573 К выключить регулирующий блок потенциометра и прекратить подачу СО2. Обесточить установку.