ΑΣΚΗΣΗ 2 η Αερισµός του νερού Θεωρητικό υπόβαθρο Με το πείραµα αυτό προσδιορίζονται δύο βασικές παραµέτρους που χαρακτηρίζουν ένα σύστηµα αερισµού δηλαδή: Η ικανότητα οξυγόνωσης του συστήµατος που αντιπροσωπεύει την παρεχόµενη ποσότητα στη µάζα του υγρού ανά µονάδα χρόνου, Ο συντελεστής οξυγόνωσης που εξαρτάται από διάφορες φυσικές παραµέτρους και χαρακτηρίζει ένα σύστηµα αερισµού. Συγκέντρωση κορεσµού του οξυγόνου στο νερό: Η µέγιστη συγκέντρωση διαλυµένου οξυγόνου ευρισκόµενη σε ισορροπία µε την περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο. Εξαρτάται από: τη θερµοκρασία και αλατότητα του νερού την ατµοσφαιρική πίεση. Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό είναι γενικά µικρή της τάξης των 9,2 mg/lt για καθαρό νερό σε 20 o C και πίεση 1 Atm.
Έλλειµµα (διαλυµένου οξυγόνου Ο): Η διαφορά µεταξύ της συγκέντρωσης κορεσµού και της πραγµατικής συγκέντρωσης δηλαδή: Ο ελ = Ο κορ - Ο πρ Ο ρυθµός µε τον οποίο το οξυγόνο διαλύεται στο νερό είναι ανάλογος του ελλείµµατος του διαλυµένου οξυγόνου, δηλαδή: d( Ο) dt = Kla ( Ο όπου Kla ο συντελεστής οξυγόνωσης (h -1 ) κορ Οπρ ) Ο συντελεστής οξυγόνωσης εξαρτάται κυρίως από: Τη θερµοκρασία Κla(T)=Kla( 10 ) x 1,02 (T-10) Τον όγκο του νερού (αντιστρόφως ανάλογα) Την επιφάνεια επαφής µεταξύ υγρού και φυσαλίδων αέρα (ανάλογα µε την παρεχόµενη ποσότητα αέρα ή το βαθµό ανάδευσης) Η ικανότητα οξυγόνωσης ενός συστήµατος αερισµού ορίζεται σαν το ρυθµό απορρόφησης οξυγόνου κατά τον αερισµό ενός πλήρως αποοξυγονωµένου υγρού σε θερµοκρασία 10 o C. R (10) = Kla (10) x V x Οκορ (10) (mgr/min)
ιαδικασία Το πείραµα αυτό περιλαµβάνει τα επόµενα τρία στάδια: 1. Αποοξυγόνωση του υγρού µε χρήση χηµικών που δεσµεύουν το Ο του νερού. 2. Αναοξυγόνωση του υγρού θέτοντας σε λειτουργία το σύστηµα αερισµού και ταυτόχρονη συλλογή µετρήσεων Ο σε τακτά διαστήµατα. 3. Υπολογισµοί, για τον προσδιορισµό του συντελεστή οξυγόνωσης και της ικανότητας οξυγόνωσης του συστήµατος.
Α. Αποοξυγόνωση του νερού. Γεµίζουµε το δοχείο µε πόσιµο νερό όγκου 20 Lt µέχρι την ένδειξη των 300 mm. Θέτουµε σε λειτουργία το σύστηµα αερισµού και τον αναδευτήρα σε µέση ταχύτητα. Εγκατάσταση του ηλεκτροδίου του φορητού οξυγονόµετρου µέσα στη δεξαµενή. Μέτρηση της θερµοκρασίας του υγρού και υπολογισµός της συγκέντρωσης κορεσµού από πίνακα ή προσεγγιστικά από τη σχέση: Οκορ (Τ) = Οκορ (10) x (1,024) (10-Τ) όπου Οκορ (10) = 11,3 mg/lt Λειτουργία του συστήµατος αερισµού µέχρι περίπου του σηµείου κορεσµού Ο. Προσθήκη διαλύµατος περιεκτικότητας 1% σε χλωριούχο κοβάλτιο (CoCl 2 6Η 2 Ο) σε ποσότητα που να αντιστοιχεί σε 0,5 mg/lt Co ++ που να παίζει ρόλο καταλύτη στην αντίδραση αποοξυγόνωσης.
Υπολογισµός της απαιτούµενης δόσης θειώδους νατρίου (Na 2 SO 3 ) για την αποοξυγόνωση του νερού που γίνεται µε βάση την αντίδραση: 2Na 2 SO 3 + O 2 2Na 2 SO 4 2x126=252gr + 32gr δηλαδή απαιτούνται 252/32 = 7,87 gr Na 2 SO 3 για 1 gr οξυγόνου Παρασκευή διαλύµατος 10% Na 2 SO 3 µε διάλυση 10 gr της ουσίας σε αποσταγµένο νερό και αραίωση σε 100 ml διαλύµατος. Προσθήκη διαλύµατος 10% Na 2 SO 3 Lt έτσι ώστε να υπάρχει περίσσεια χηµικού περίπου 10%. Β. Αναοξυγόνωση υγρού Θέτουµε σε λειτουργία τον αερισµό και µειώνουµε την ανάδευση. Από τη στιγµή που αρχίζει η Ο να αυξάνει, λαµβάνουµε µετρήσεις της συγκέντρωσης Ο σε τακτά χρονικά διαστήµατα (π.χ. ανά 15 ή 30 sec αρχικά και ανά λεπτό αργότερα), µέχρι η συγκέντρωση να φθάσει το 80%-90% του κορεσµού.
Γ. Υπολογισµοί ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Θερµοκρασία υγρού = ο C Συγκέντρωση κορεσµού =. mg/lt Χρόνος (min) Ο (mg/lt) Οκορ- Ο (mg/lt) ln( Οκορ- Ο)
Οι τιµές της τέταρτης στήλης τοποθετούνται σε διάγραµµα συναρτήσει του χρόνου. Τα διάφορα σηµεία πρέπει θεωρητικά να διαγράφουν ευθεία γραµµή. ιάγραµµα προσδιορισµού συντελεστού οξυγόνωσης Kla ln( Οκορ- Ο) 0 Χρόνος (min)
Ο συντελεστής οξυγόνωσης δίνεται από την κλίση της παραγόµενης ευθείας ως εξής. Λαµβάνουµε µόνο τα σηµεία που βρίσκονται επί ευθείας, αποκόπτοντας τυχόν τµήµα από την αρχή ή το τέλος που καµπυλώνει αισθητά και εκτελούµε τον υπολογισµό ως ακολούθως. Kla Ο ln Ο κορ Ο Ο αρχ κορ τελ (ΤΤ= (min -1 ) tτελ tαρχ όπου t αρχ, t τελ είναι ο αρχικός και τελικός χρόνος της ευθείας που επιλέγει. Η ικανότητα οξυγόνωσης (R) δίνεται από τη σχέση: R (Τ) = Kla (Τ) x V x Οκορ (Τ) (mg O 2 /min) όπου V ο όγκος του υγρού σε lt.