close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

курсовой(М)

код для вставкиСкачать
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра " Хімічна технологія палива "
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни: "Технологія коксохімічного виробництва" на тему: "Дослідження складу та властивостей водобензольних емульсій, які утворюються у відділенні дистиляції сирого бензолу"
Студента групи ХТзм-13
напряму підготовки хімічна технологія спеціальності хімічна технологія палива та вуглецевих матеріалів
Соловйова О. С.
Керівник доц. каф. ХТП Крутько І. Г. Національна шкала_________________ Кількість балів:_____________________ Оцінка: ЕТСS______________________
Члени комісії ______________ _________________ (підпис) (П.І.Б)
______________ _________________ (підпис) (П.І.Б) м. Донецьк 2013 рік
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка до курсової роботи: стор., рис., табл., посилань.
Мета роботи - дослідити склад та властивості водобензольних емульсій, які утворюються у відділенні дистиляції сирого бензолу.
Розглянуто теоретичні основи утворення емульсій, їх класифікація та стійкість, умови утворення водобензольної емульсії, фізико-хімічні властивості та методи дослідження емульсій, методи аналізу органічної фази водобензольної емульсії.
Наведені технологічна схема відділення та матеріальний баланс процесу дистиляції.
Проведено дослідження водобензольної емульсії: склад та характеристика водної та органічної фази.
ДИСТИЛЯЦІЯ, ЕМУЛЬСІЯ, ДИСПЕРСНІСТЬ, СИРИЙ БЕНЗОЛ, ХРОМАТОГРАФІЯ, ДОСЛІДЖЕННЯ.
ЗМІСТ
Вступ........................................................................................4
1 Теоретичні основи утворення емульсій та їх стійкості....................5
1.1 Утворення емульсій та їх класифікація..............................6
1.2 Стійкість емульсій.......................................................7
2 Умови утворення водобензольних емульсій у відділенні дистиляції..15
2.1 Технологічна схема відділення дистиляції сирого бензолу...15
2.2 Матеріальний баланс процесу дистиляції сирого бензолу....20
3 Фізико-хімічні властивості емульсій..........................................23
3.1 Дисперсність..............................................................23
3.2 В'язкість та щільність..................................................25
4 Методи дослідження емульсій..................................................28
4.1 Седиментацій аналіз....................................................28
4.2 Мікроскопічний дисперсний аналіз..................................30
5 Дослідження фізико-хімічних властивостей водобензольних емульсій.................................................................................33
5.1 Склад та властивості водної фази...................................33
5.2 Методи аналізу органічної фази....................................35
5.3 Характеристика органічної фази....................................
Висновки..................................................................................
Перелік посилань...........................................................................
ВСТУП
Під час процесу коксування утворюється велика кількість цінних компонентів, одним із яких є сирий бензол. Сирий бензол вловляється з коксового газу абсорбційно-десорбційним методом. Поглиначем зазвичай є кам'яновугільне поглинальне масло.
Під час дистиляції сирого бензолу з поглинального масла гострою парою утворюється водобензольна суміш із домішками флегми. У дефлегматорах, розташованих після дистиляційної колони, проходить процес часткової конденсації суміші виділяються флегма та частини водної фази. Після подальшого охолодження у АПО та холодильниках бензолу водобензольна емульсія надходить у сепаратор бензолу, де проходить розділення її на сирий бензол та сепараторну воду.
Але незважаючи на те, що водобензольна емульсія добре розшаровується, а процес відстоювання проходить у декілька стадій, у сепараторній воді залишається невелика частина бензольних вуглеводнів.
Сепараторна вода, разом із залишком бензольних вуглеводнів, надходить до фенольної каналізації напряму або через цикл кінцевого охолодження. При потраплянні у воду циклу кінцевого охолодження бензольні вуглеводні ускладнюють розділення смоли та води у нафталінопромивачі у кінцевому газовому холодильнику.
З циклу кінцевого охолодження вода потрапляє до станції біохімічної очистки, вода якої використовується до тушіння коксу. При випаровуванні бензольні вуглеводні забруднюють оточуючу середу, чим негативно впливають на екологічну ситуацію, також негативно впливають на біологічний іл.
Через ці фактори гостро встала проблема покращення розділення водобензольної емульсії у сепараторах відділення дистиляції.
1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ УТВОРЕННЯ ЕМУЛЬСІЙ ТА ЇХ СТІЙКОСТІ.
Емульсії являють собою дисперсні системи двох рідин, які не розчиняються або мало розчиняються одно в одній. Одна з рідин диспергована в іншій у вигляді дрібних крапельок. Властивості емульсій близькі за властивостями до колоїдних розчинів, хоча величина диспергованих часток у них різниться.
Для того, щоб розрізняти, яка з рідин емульсії диспергована, а яка є дисперсійною середою, прийнято полярну рідину умовно називати "водою", а неполярну - "маслом". У відповідності до цього емульсії ділять на два типа: прямі - "масло у воді" (м/в) та зворотні - "вода у маслі" (в/м). Тип емульсії визначають за властивостями дисперсійної середи. Наприклад, прямі емульсії (м/в) змішуються з водою (із полярними рідинами), мають більшу електропровідність, погано змочують гідрофобну поверхню. Протилежними властивостями володіють зворотні емульсії.
За величиною дисперсної фази усі емульсії розділяють на розбавлені, концентровані та висококонцентровані. Розбавлені емульсії - це високодисперсні емульсії, які містять до 0,1 % дисперсної фази, за величиною часток вони близькі до колоїдних розчинів.
До концентрованих емульсій відносять високодисперсні системи з порівняно великим змістом дисперсної фази (до 74 % об'ємних). Вказана максимальна межа концентрації відноситься до монодисперсних емульсій та відповідає максимально можливому об'ємному вмісту недеформованих крапель незалежно від їхнього розміру. Реальні емульсії виходять зазвичай полідисперсними, та ця межа для них є умовною, так як упаковка крапель відрізняється від монодисперсних емульсій (між великими краплями можуть вміщатися значно менші). У концентрованих емульсіях крапельки добре видно під звичайним мікроскопом. Вони легко седиментують, особливо коли є велика різниця у щільностях дисперсної фази та дисперсної середи.
До висококонцентрованих емульсій відносяться дисперсні системи рідина - рідина з великим вмістом дисперсної фази (більше 74 % об'ємних). Високодисперсні емульсії володіють зовсім іншими властивостями, ніж концентровані. Внаслідок щільної упаковки крапель вони не здатні до седиментації та володіють механічними властивостями, схожими до властивостей гелів.
1.1 Утворення емульсій та їх класифікація.
Конденсаційний метод.
Для пересиченої пари будь-якої рідини характерно осадження крапель у центрах конденсації, які можуть бути у системі. Такі центри бувають природними (наприклад, частки пилу або іони) та штучними (спеціально запроваджені частки). За відсутності сторонніх часток центри конденсації можуть утворюватися мимовільно (при відносно високому пересичені) шляхом об'єднання молекул у дуже маленькі краплі близька 10-6 см у діаметрі. Пересичена пара конденсується у цих центрах, за рахунок чого краплі збільшуються у розмірах.
Дисперсійні методи.
Емульсію легко приготувати, прикладаючи зовнішню силу. Існують три метода: змішування, гомогенізація та метод колоїдного вітряка. Зазвичай апаратура для приготування емульсій цими методами характеризується широким інтервалом продуктивності - від малих лабораторних до великих промислових установок.
Змішувачі.
Змішування рідин - добре відома операція у хімічній технології. Мішалка приводить рідину в рух, поверхня рідини приймає форму, близьку до параболічної. Частки рідини отримують круговий рух по горизонталі та незначний рух по вертикалі. Рівномірного змішування можливо досягнути, встановив поблизу стінок сосуду вертикальні відбійні перегородки, які будуть відслоняти рідину доверху. При використанні мішалки пропелерного типу частки рідини отримують імпульси як у горизонтальному, так і у вертикальному напрямках, що сприяє змішуванню. Змішування ефективне, коли течія буде турбулентна за всім об'ємом апарата. Використовування турбінної мішалки дозволяє значно збільшити швидкість кругового руху. Відцентрові сили розкидають частки рідини по всьому об'єму змішувача, чим досягається більша ефективність перемішування.
Колоїдний вітряк.
У колоїдному вітряку емульгування відбувається при видавлюванні рідини у вузький зазор між ротором, який обертається з великою швидкістю, та нерухомим статором. Внаслідок великої швидкості та малого зазору виникають великі дотичні напруження, які у поєднанні з відцентровими силами обумовлюють майже миттєвий розрив рідкої струї на краплі. Рідина тече до зазору або під дією власної ваги, або під невеликим збитковим тиском.
Гомогенізатори.
Гомогенізатори - це пристрої, у яких диспергування рідини досягається пропусканням її крізь маленькі отвори під високим тиском. Гомогенізатори використовують для отримання емульсій з розмірами крапель 1 мкм і менше.
Також існують інші методи, які найчастіше використовуються для спеціальних цілей: звукові та ультразвукові методи, які можуть бути впровадженні у промислових масштабах. Електричні методи отримання емульсій частіше за все використовують у лабораторних масштабах.
1.2 Стійкість емульсій
Під стійкістю дисперсних систем розуміють постійність їх властивостей протягом часу та в першу чергу дисперсності, розподілення за обсягом часток дисперсної фази та між часткової взаємодії. Мається на увазі стійкість по відношенню до укрупнення або агрегації часток дисперсної фази та до їх осадження.
Дисперсні системи у залежності від механізму їх утворення підрозділяються на ліофільні, які отримуються при мимовільному диспергуванні однієї з фаз, и ліофобні, які були отримані у результаті диспергування та конденсації з пересиченням. Ліофобні системи за визначенням повинні мати надлишок поверхневої енергії, тому в них мимовільно проходять процеси укрупнення часток, тобто проходить зниження поверхневої енергії за рахунок зменшення питомої поверхні. Такі системи називаються агрегативно нестійкими.
Укрупнення часток може йти двома шляхами. Один з них, називається ізотермічною перегонкою, полягає у переносі речовини від маленьких часток до крупних, так як хімічний потенціал останніх менше (ефект Кельвіна). У результаті маленькі частки поступово розчиняються, а крупні - ростуть. Другий шлях, найбільш характерний та загальний для дисперсних систем, являє собою коагуляцію, яка полягає у злипанні та злиття часток. У загальному розумінні під коагуляцією розуміють втрату агрегативної стійкості дисперсною системою.
Коагуляція у розбавлених системах призводить до втрати седиментаційної стійкості та у кінцевому підсумку до розшаруванню (розділенню) фаз. У більш вузькому розумінні коагуляцією називають злипання часток, процес злиття часток отримав назву коалесценція. У концентрованих системах коагуляція може проявлятися в утворенні об'ємної структури, у якій рівномірно розподілена дисперсійна середа. Укрупнення часток призводить, наприклад, до збільшення каламутності розчину, зменшенню осмотичного тиску. Структуроутворення змінює реологічні властивості системи, наприклад, зростає в'язкість, сповільнюється її течія.
Процеси, які протікають у дисперсних системах та схема переходів дисперсних систем показана на схемі:
Стійкість емульсій в умовах далеких від критичного стану двох дотичних фаз, є принципово кінетичним поняттям, так як у термодинамічному розумінні усі дисперсні системи з вказаним обмеженням нестійкі.
Причиною нестійкості дисперсних систем є значне згущення вільної енергії у поверхневих міжфазних шарах. Тому усі мимовільні процеси у таких системах односторонні та призводять до зменшення міжфазної поверхні розділу, тобто до зменшенні дисперсності системи, що виражається у коалесценції та коагуляції.
Агрегативна стійкість дисперсних систем визначається часом їх існування (τ). Мірою стійкості емульсії є час існування її одиничного об'єму або стовпа сек, де Н - висота стовпа емульсії у см, а V - середня лінійна швидкість мимовільного руйнування (розшарування) системи у см·сек-1. Агрегативна стійкість може носити і термодинамічний характер, якщо дисперсна система не володіє надлишком поверхневої енергії. У такій системі поверхнева енергія компенсована ентропійної складовою, завдяки чому система проявляє термодинамічну агрегативну стійкість і у ній не відбувається процес коагуляції.
Розрізняють термодинамічні та кінетичні фактори агрегативної стійкості дисперсних систем. Так як рухомою силою коагуляції є надлишкова поверхнева енергія, то основними факторами, які забезпечують стійкість дисперсних систем (при збереженні розмірів поверхні), будуть ті, які знижують поверхневий натяг. Ці фактори відносять до термодинамічних. Вони зменшують ймовірність ефективних зіткнень між частками, утворюють потенційні бар'єри, які сповільнюють або навіть виключають процес коагуляції. Чим менший поверхневий натяг, тим ближче система до термодинамічно стійкої.
Кінетичні фактори, які знижують швидкість коагуляції, пов'язані із гідродинамічними властивостями середи: із сповільненням зближення часток, витікання та руйнування прошарків середи між ними.
Розрізняють наступні термодинамічні та кінетичні фактори стійкості дисперсних систем:
1. Електростатичний фактор полягає у зменшені між фазного натягу внаслідок виникнення подвійного електричного шару на поверхні часток відповідно до рівняння Ліппмана. Поява електричного потенціалу на між фазній поверхні обумовлюється поверхневою електролітичною дисоціацією або адсорбцією електролітів.
2. Адсорбційно-сольватний фактор полягає у зменшенні між фазного натягу при взаємодії часток дисперсної фази із середою (завдяки адсорбції та сольватації) відповідно до рівняння Дюпре для роботи адгезії та адсорбційним рівнянням Гіббса.
3. Ентропійний фактор, як і перші два відноситься до термодинамічних. Він доповнює перші два фактора та діє у системах, у яких частки або їх поверхневі шари беруть участь у тепловому русі. Сутність цього фактору полягає у прагненні дисперсної фази до рівномірного розподілу за об'ємом системи (як і розподіл розчиненої речовини у істинному розчині).
4. Структурно-механічний фактор є кінетичним. Його дія обумовлена тим, що на поверхні часток є плівки, які мають пружність та механічну міцність, руйнування яких потребує витрати енергії та часу. У цьому розумінні сюди можливо віднести і перші два фактори, які сприяють появі пружних поверхневий шарів.
5. Гідродинамічний фактор знижує швидкість коагуляції завдяки зміненню в'язкості середи та щільності дисперсної фази та дисперсійної середи.
6. Змішані фактори найбільш характерні для реальних систем. Зазвичай агрегативна стійкість забезпечується декількома факторами одночасно. Особливо висока стійкість спостерігається при сукупності дії термодинамічних та кінетичних факторів, коли поряд зі зниженням між фазного натягу проявляються структурно-механічні властивості між часткових прошарків.
Необхідно мати на увазі, що кожному фактору стійкості відповідає специфічний метод його нейтралізації.
Седиментацією називається вільне спливання або осад емульсованих крапель у в'язкій дисперсійній середі під дією сили тяжіння. У випадку цілком стабілізованих емульсій седиментація призводить до розшарування дисперсної системи з утворенням висококонцентрованого шару ("вершків") в шарі чистої дисперсійній середі. Седиментація краплі визначається величиною та напрямком рівнодіючої двох сил - постійної сили тяжіння f=const та протилежно спрямованої сили в'язкого опору F, яка зростає з ростом швидкості руху краплі. На самому початку руху F=0, |f | > |F| та рух краплі є прискореним. Потім |F| поступово зростає, досягаючи значення f , а прискорення краплі, пропорційне f - F, безперервно зменшується, та при f = F крапля продовжує далі рухатися із досягнутою найбільшого значення постійною швидкістю V, тобто з постійним в'язким опором |F| = |f |. Так як седиментація протікає у певній середі, то при ламінарному режимі руху виникає супротив - сила тертя, пропорційна швидкості руху частки:
Рівняння для сили тертя, яка виникає при русі сферичних часток, можливо представити у вигляді закону Стокса:
Седиментація спостерігається, наприклад, при відділенні вершків від молока. При цьому не відбувається повного руйнування емульсії, а утворюються дві емульсії, одна з яких багатша дисперсною фазою. Відомо, що крапля радіусом r та щільністю ρф буде спливати у більш тяжкій рідині із щільністю ρс та в'язкістю η зі швидкістю, яка визначається за рівнянням Стокса:
Якщо ρф > ρс, то крапля буде опускатися на дно під дією сили тяжіння. Таким чином, осадження крапель у емульсії - седиментація - є наслідком утворення більших крапель та більшої різниці у щільностях обох рідин. Для типових емульсій r ≈ 1 мкм, ρс ≈ ρф ≈ 0,2 г/см3, η ≈ 0,01 пз и v має порядок декількох сантиметрів на добу. Щоб прискорити процес, наприклад, для отримання масла, зазвичай застосовують центрифугування, де прискорення (відцентрове) більш ніж у сто разів перевищує прискорення сили тяжіння. При екстракції каучуку із латексу використовують спеціальні речовини, які сприяють злипанню часток, тим самим збільшуючи ефективний радіус.
Здібність до седиментації прийнято виражати через константу седиментації, яка визначається швидкістю седиментації:
Для сферичних часток ця константа буде рівнятися
Із рівняння слідує, що константа седиментації залежить як від розміру часток, так і від природи фаз.
Співвідношення справедливі, якщо частки дисперсної фази осідають незалежно одна від одної, що можливо лише у розбавлених системах. При осіданні у концентрованих системах відбувається зіткнення часток, у результаті яких малі частки гальмують рух більших, а більші прискорюють рух малих часток. В підсумку відбувається більш повільний колективне осідання, та, крім того, швидкість осідання часток зменшується під дією виникаючого у цьому випадку зустрічного потоку рідини з дна сосуду, у якому знаходиться дисперсна система.
Для розрахунку швидкості руху часток неправильної форми часто застосовують закон Стокса, використовуючи подання про еквівалентний радіус. Під еквівалентним радіусом мають на увазі радіус сферичної частки, яка осідає з такою самою швидкістю, що і реальна частка.
Закон Стокса може не дотримуватися при турбулентному режимі осідання часток. Зі збільшенням швидкості осідання розривається шар дисперсної середи, яка облягає частку, за рухомою часткою утворюється завихрення, що обумовлює різність тисків, яка гальмує рух. У результаті цього ламінарний режим руху частки порушується, та при критерії Рейнольдса Re > 2 залежність сили тертя від швидкості руху зростає у більшій ступені, ніж відповідно до закону Стокса. При розвиненій турбулентності (Re > 500) сила тертя пропорційна квадрату швидкості руху часток. Неправильна форма часток сприяє турбулентності їх руху за менших швидкостях. Таким чином, закон Стокса виконується, якщо швидкість осідання часток не перевищує певного значення. Зменшення швидкості досягається збільшенням дисперсності часток, в'язкості та щільності середи.
Закон Стокса передбачає наявність внутрішнього тертя, або в'язкого тертя, коли границя (поверхня) руху частки відносно середи знаходиться всередині дисперсійної середи, в'язкість якої визначає коефіцієнт тертя. Внутрішнє тертя зазвичай долається при русі рідких або твердих часток у газоподібній або рідкій середі, що обумовлене значною між фазною взаємодією. Якщо між фазна взаємодія мала, границя (поверхня) руху частки відносно середи може співпадати з поверхнею розділу фаз і тертя виявляється зовнішнім. Це призводить до виникнення ковзання, що прискорює рух часток. У реальних системах нема різкої границі переходу від тертя ковзання до в'язкого тертя; у проміжній перехідній області необхідно враховувати закономірності, характерні для в'язкого тертя та тертя ковзання. Ковзання можливо врахувати, якщо ввести додатковий множник у рівняння Стокса:
де ηс - коефіцієнт зовнішнього тертя (ковзання).
За відсутності ковзання і формула переходить у рівняння Стокса.
Застосовність закону Стокса обмежується також дисперсністю часток. Великі частки (>100 мкм) можуть рухатися прискорено. Крім того, швидкий рух великих часток може викликати турбулентний режим потоку, при якому закон Стокса не дотримується. Дуже малі частки - ультрамікрогетерогенні (<0,1 мкм) осідають настільки повільно, що слідкувати за такою седиментацією практично неможливо. Крім того, при оцінці седиментації малих часток необхідно враховувати вплив на процес осідання механічних, теплових та інших зовнішніх впливів. На седиментацію малих часток у рідких середах впливає їх сольватація, її необхідно враховувати, якщо товщина сольватних шарів порівнянна з розміром часток. Зазвичай товщина шарів становить соті долі мікрометра, тому її враховують для часток розміром <1 мкм. Також треба приймати до уваги як товщину соль ватного шару, так і його щільність.
Осідання часток призводить до зменшення їх часткової концентрації v у верхніх шарах та збільшення у нижніх шарах, тобто до виникнення градієнта концентрації dv/dx. Відповідно до першого закону Фіка градієнт концентрації викликає дифузійний потік (знизу вгору), який з урахуванням рівняння Ейнштейна можливо записати так:
Седиментаційний потік спрямований зверху донизу
Швидкість руху частки при седиментації приймається постійною для встановленого потоку при досягненні рівноваги між силою седиментації та силою тертя. Кількісне відношення між потоками дифузії та седиментації можливо отримати розділив iдиф на iсед:
Із цього співвідношення слідує, що характер поведінки часток у дисперсних системах визначається їх розміром та різницею щільності частки та середи. Чим більша ця різниця, тим значніший вплив седиментації. Крім того, зі збільшенням розмірів часток швидко зростає потік седиментації та знижується дифузійний потік. У емульсіях через деякий час осідання часток може настати момент, коли дифузійний потік стане рівним седиментаційному iдиф = iсед, тобто настане дифузійно-седиментаційна рівновага. Так як така рівновага наступає при певному градієнті концентрацій, у системі повинно встановитися відповідний розподіл дисперсної фаза за висотою.
Якщо порівняти седиментацію за наявності дифузії та без неї, то звертає на себе увагу відмінність факторів, які забезпечують стійкість дисперсних систем до осідання - седиментаційну стійкість. Ці фактори дозволяють розрізняти кінетичну седиментаційну стійкість (КСС) та термодинамічну седиментаційну стійкість (ТСС). Для ТСС характерна термодинамічна рівновага, якої не може бути при КСС. Мірою кінетичної седиментаційної стійкості є величина, зворотня константі седиментації:
Ця стійкість забезпечується гідродинамічними факторами: в'язкістю та щільністю середи, щільністю та розміром часток.
Термодинамічна седиментаційна стійкість обумовлена статистичними законами дифузії та безпосередньо пов'язана з дифузіїно-седиментаційною рівновагою. Мірою ТСС є гіпсометрична висота. Її зручно визначати як висоту he, на протязі якої концентрація дисперсної фази змінюється у е разів.
Формула показує, що гіпсометрична висота та відповідно термодинамічна седиментаційна стійкість тим більша, чим менший розмір часток та різниця між щільностями часток та середи. В'язкість не впливає на ТСС, у той самий час підвищення температури сприяє стійкості, так як посилюється тепловий рух. Кінетична седиментаційна стійкість із підвищенням температури зазвичай знижується у зв'язку зі зменшенням в'язкості середи.
2 УМОВИ УТВОРЕННЯ ВОДОБЕНЗОЛЬНИХ ЕМУЛЬСІЙ У ВІДДІЛЕННІ ДИСТИЛЯЦІЇ
Вловлювання бензольних вуглеводнів із коксового газу здійснюється шляхом абсорбції їх поглинальним маслом. Виділення бензольних вуглеводнів з поглинального масла здійснюється дистиляцією. Воно засновано на різниці температур кипіння бензольних вуглеводнів, які википають до 180 °С, та масла, яке кипить за більш високої температури. Дистиляція ведеться гострою парою. Під час цього процесу утворюється водобензольна парова суміш із домішками флегми, при конденсації та охолоджені якої утворюється водобензольна суміш та сепараторні води бензольного відділення.
2.1 Технологічна схема відділення дистиляції сирого бензолу.
У бензольному відділенні використовується огневий метод регенерації поглинального масла. Цей метод оснований на нагріванні масла не у парових підігрівачах, а у трубчатій печі, що обігрівається коксовим газом. При цьому масло має більш високу температуру та легко обезбензолюється, що різко знижує витрати пари на дистиляційну колону. Це дає можливість зменшити розміри дистиляційної колони.
Масло, насичене бензольними вуглеводнями, після скруберів подається насосами до дефлегматора 2, де нагрівається до 50 - 60оС парами, що виходять із дистиляційної колони. Після дефлегматора масло подається у теплообмінники 16, де нагрівається обезбензоленим маслом до температури 130 - 140оС, після чого поступає до трубчатої печі 10. Тут масло нагрівається до температури 180оС, при цьому утворюється двофазна система з рідких продуктів та пароподібних, що випарилися з масла, яка поступає до дистиляційної колони 1. Пара бензольних вуглеводнів, води та масла з дистиляційної колони поступає до дефлегматора 2. Легка флегма з першого дефлегматора та важка флегма з другого дефлегматора стікають до відповідних сепараторів 11 та 12, де відстоюються від води та поступають до загального збірника 20. З нього насосом флегма подається у верхню частину дистиляційної колони 1, у якості рефлюксу. Після дефлегматорів пари бензольних вуглеводнів надходять до АПО (апарат повітряного охолодження) 4, де пари конденсуються. Сконденсований сирий бензол та сепараторна вода надходять для остаточного охолодження до холодильника бензолу 5 і далі до сепаратору бензолу 13. Сирий бензол із сепаратору перетікає до мірника сирого бензолу 14, звідки відкачується до сховищ бензолу або до цистерни.
Обезбензолене масло з дистиляційної колони забирається насосом та подається для охолодження у теплообмінники 16, а далі у кожухотрубні теплообмінники 7 та 8, що охолоджуються технічною водою, після чого направляються до скруберів для уловлювання бензольних вуглеводнів.
Вода із сепараторів флегми та сепаратору бензолу надходить до збірника сепараторних вод 23, звідки після відстоювання та віджиму важких компонентів масла перекачується до контрольного відстійника для оновлення води циклу кінцевого охолодження газу.
Важливим фактором, який суттєво впливає на процес дистиляції бензольних вуглеводнів з насиченого поглинального масла, є тиск у низу колони. Якщо у процесі абсорбції підвищення тиску у скрубері є позитивним фактором, то при десорбції підвищення тиску у колоні є негативним фактором, який перешкоджає переходу бензольних вуглеводнів із рідкої фази у парову. Тому тиск не повинен перевищувати граничний робочий тиск, на який колона розрахована за проектом.
Пари води, масла та бензольних вуглеводнів поступають у дефлегматор. Так як із всієї цієї суміші найбільш висококиплячими є пари масла, то саме з нього починається процес конденсації.
Емульсія вода-бензольні вуглеводні утворюється із парів сирого бензолу під час охолодження у дефлегматорах та холодильниках. Частково відстоюється у сепараторах та у збірнику сепараторних вод. Позначення на рис.1 - Технологічна схема відділення дистиляції:
1. Колона бензольна
2. Масляний дефлегматор
3. Водяний дефлегматор
4. Повітряний холодильник по бензолу (АПО)
5. Кожухотрубний холодильник
6. Пастка парів бензолу
7. Холодильник масло-вода
8. Холодильник масло-вода
9. Регенератор поглинального масла
10. Безполум'яний підігрівач
11. Сепаратор важкої флегми
12. Сепаратор легкої флегми
13. Сепаратор сирого бензолу
14. Збірник сирого бензолу
15. Повітряний холодильник масла "дебензине"
16. Теплообмінник масло-масло
17. Насос подачі масла "дебензине" після теплообмінників
18. Збірник полімерів
19. Насос перекачки полімерів із збірника
20. Збірник флегми
21. Насос перекачки флегми із збірника
22. Насос перекачування сирого бензолу
23. Збірник сепараторних вод
24. Насос перекачки води із збірника сепараторних вод
25. Паровий підігрівач масла "бензине"
2.2 Матеріальний баланс процесу дистиляції сирого бензолу.
Процес дистиляції здійснюється у апаратах колонного типу. Насичене бензолом масло стікає по тарілках зверху донизу, а гостра пара, піднімаючись знизу догори, барботує крізь шар рідини на тарілках та захоплює із собою пару бензольних вуглеводнів. Ввід гострої пари знижує температуру кипіння суміші до 125-140 °С. температура кипіння суміші залежить від кількості гострої пари, що вводиться: чим більше його кількість, тим нижча температура кипіння суміші. Витрата гострої пари при дистиляції речовини у тоці водяної пари визначається за формулою:
де GП - кількість водяної пари, кг;
Gб - кількість переганяємої речовини (бензолу), кг;
ρП та ρб - парціальні тиски водяної пари та переганяємої речовини (відповідно), мм рт. ст.;
МП та Мб - молекулярна вага водяної пари та переганяємої речовини (відповідно);
φ - коефіцієнт насичення водяної пари, який коливається від 0,5 до 0,7.
Вихідні дані:
На колону поступає масло, яке підігріте до 130 °С. Вміст бензольних вуглеводнів у насиченому маслі 2,4 %, у обезбензоленому - 0,4 %. Середня молекулярна вага масла - 170, сирого бензолу ( відгін до 180°) - 85. Коефіцієнт насичення водяної пари у колоні - 0,6. Кількість масла, яке поступає на колону, 120 м3/год. Загальний тиск у колоні 950 мм рт. ст. Пружність парів сирого бензолу при 130 °С - 2200 мм рт. ст.
1. Молярна концентрація бензольних вуглеводнів у насиченому маслі:
2. Пружність парів бензольних вуглеводнів над маслом:
2200 · 0,0468 = 102,96 мм рт. ст.
3. Необхідна кількість гострої пари, яку потрібно подати у колону:
кг/кг бензольних вуглеводнів.
4. Одночасно з відгоном бензольних вуглеводнів відганяється легкокиплячі частини поглинального масла. Пружність поглинального масла при 130 °С - 10 мм рт. ст. Кількість поглинального масла, яку відганяється у колоні, на 1 кг сирого бензолу до 180°:
5. Кількість одержуваного сирого бензолу:
6. Кількість масла, яке відганяється одночасно з сирим бензолом:
7. Кількість гострої пари, яка подається у колону:
8. Кількість обезбензоленого масла, яке стікає із колони:
Таблиця 2.1 - Матеріальний баланс дистиляції насиченого бензолом масла
Надходить у колонуВиділяється із колонинайменуваннякг%найменуваннякг%1. Поглинальне масло
2. Водяна пара.........
3. Бензольні вуглеводні у маслі.....
Разом.......120000
6960
2880
12984092,4
5,4
2,2
1001. Поглинальне масло
2. Бензольні вуглеводні у маслі...............
3. Бензольні вуглеводні у парі..................
4. Водяна пара..........
5. Пари поглинального масла................
Разом........119534,4
480
2400
6960
465,6
12984092,06
0,37
1,85
5,36
0,36
100 При конденсації парів після бензольної колони утворюється висококонцентрована емульсія, неполярна у полярному. Відсотковий склад якої: 25,65 % сирого бензолу та 74,35 % води.
3 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЕМУЛЬСІЙ
Для дослідження емульсій необхідно добре розуміти їх фізико-хімічні властивості, найважливішими з яких є дисперсність, в'язкість та щільність. Розуміння цих властивостей допомагає як при утворенні емульсій, так і при їх руйнуванні.
3.1 Дисперсність
Під дисперсністю емульсії розуміють ступінь роздробленості дисперсної фази у дисперсійній середі. Для емульсій, як і для інших дисперсних систем, дисперсність є основною характеристикою, що визначає їх властивості. Дисперсність емульсії вимірюється величиною діаметра емульсованих часток d, або виражається зворотній їй величиною D = 1/d, яку зазвичай називають дисперсністю, або виражається питомою міжфазною поверхнею, яка доводиться на одиницю об'єму дисперсної фази.
Діаметр диспергованих часток у емульсіях зазвичай складає 0,1-10 мк (10-5-10-3 см). Дисперсні системи дуже рідко складаються із часток однакового розміру, їх можливо приготувати лише штучно - такі системи називаються монодисперсними.
Більшість емульсій, суспензій, пін, колоїдних розчинів є полідисперсними системами, тобто складаються із часток різних розмірів. Питома поверхня будь-якої дисперсної системи Sуд рівняється загальній поверхні між фазами S, поділеної на об'єм дисперсної фази. Питому поверхню емульсій, яка містить сферичні частки радіусом r, можна порахувати за рівнянням:
тобто питома поверхня зворотно пропорційна розміру часток.
Дисперсність (або питома поверхня) є самостійним термодинамічним параметром стану системи, зміна якого викликає зміну інших рівноважних властивостей системи. Таку залежність можливо пояснити збільшенням із ростом дисперсності долі речовини, яка знаходиться у поверхневому шарі. Відбувається перехід речовини з одного стану до іншого, або з однієї модифікації у іншу.
У якості приклада візьмемо трьохкомпонентну гетерогенну систему, у якій змінення дисперсності (питомої поверхні) призводить до змінення рівноважного склад фаз. Явимо двофазну систему вода-бензол, у якій розподілено ПАР, значна частина якого концентрується на поверхні розділу фаз. Якщо ця система знаходиться у високому вузькому циліндрі, то міжфазна поверхня буде невелика, і кількість адсорбованого на ній ПАР буде також невелике. Якщо вміст циліндру перелити до кювети, міжфазна поверхня значно зросте. Загальна кількість ПАР на поверхні зросте, а концентрація його у об'ємі фаз відповідно зменшиться. Така зміна стану системи відбувається при сталості об'єму, маси, температури, тиску, числа компонентів та фаз. Рівновага у системі зміниться лише внаслідок зміни дисперсності (питомої поверхні). Якщо систему знову помістити до циліндр, то вона прийде до первинного стан.
Якщо знехтувати наявністю міжфазної поверхні, з правила Гіббса слідує, що для розглядаємої системи при вказаних умовах (К=3, Ф=2, Т та р=const) число ступенів свободи буде рівнятися одиниці (F=1). Це означає, що довільно можливо змінювати тільки кількість ПАР системі, решта властивостей будуть приймати відповідні значення. При постійному вмісті ПАР стан системи фіксовано, що відповідає F=0. Однак з наведеного прикладу слідує, що при збільшенні питомої поверхні розподіл ПАР у системі змінюється, а це означає, що система має додаткову ступінь свободи.
Таким чином, питома поверхня, або дисперсність, виступає як інтенсивна ознака системи. Цю величину можливо порівняти з концентрацією, тобто з кількістю поверхні, яка приходиться на одиницю об'єму системи. Отже, поверхня виступає у ролі окремого компоненту. З ростом дисперсності речовини зростає його розчинність, тому можливо провести аналогію з впливом температури або тиску.
Дисперсність є самостійним термодинамічним параметром системи, а для дисперсних систем правило фаз Гіббса приймає наступний вигляд:
Ступінь дисперсності емульсій можна визначити різноманітними методами. Найбільш простим та надійним методом є седиментаційний аналіз, заснований на залежності на швидкості осідання чи спливання диспергованих часток від їх величини.
3.2 В'язкість та щільність.
Відмінність течії колоїдних розчинів від течії звичайних індивідуальних рідин та істинних розчинів обумовлюється тим. Що у перших присутні у зваженому стані колоїдні частки, розміри яких значно перевищують розмір молекул. Наявність таких часток змінює шляхи окремих молекул текучої рідини та сприяє перемішуванню окремих шарів. Саме через це у дисперсних систем спостерігається рання турбулентність. Крім того, колоїдні частки звужують простір, який зайнятий самою рідиною у потоці, збільшують таким чином градієнт швидкості у напрямку, який перпендикулярний течії рідини. Внаслідок цього в'язкість золя завжди трохи вище в'язкості дисперсійній середи.
Індивідуальні рідини та істині розчини у своїй більшості підкорюються закону в'язкої течії Ньютона. Емульсії не підкорюються закону Ньютона, вона називаються аномальними, або неньютоновськими рідинами. Вирахувана в'язкість має перемінне значення та є функцією градієнта швидкості. Тобто, в'язкість багатьох дисперсних систем не є характеристикою системи, а залежить від умов її визначення, наприклад від швидкості течії рідини у віскозиметрі, від типу та розмірів прибору. Причиною аномалії в'язкості емульсій є деформація диспергованих часток зі збільшенням прикладеного тиску. Зі зростанням прикладеної сили крапельки емульгованної рідини подовжуються, перетворюються із кульок у еліпсоїди, що полегшує течію та призводить до зниження ефективної в'язкості рідини.
В'язкість емульсії визначається різними методами, зазвичай прийнятих для в'язких рідин. Дослідженням в'язкості дисперсних систем та емульсій займалися багато вчених, якими було запропоновано декілька рівнянь для розрахунку в'язкості систем з різним вмістом диспергованої речовини.
Першим та основним є рівняння Ейнштейна, при виведені якого передбачалось, що дисперговані частки знаходяться у вигляді пружних кульок, діаметр яких малий по зрівнянню із відстанню між ними, але великий у зрівнянні із розмірами молекули. Рівняння Ейнштейна:
де η' - в'язкість дисперсної системи;
η - в'язкість дисперсійної середи;
φ - відношення об'єму диспергованої речовини до загального об'єму системи.
Так як рівняння Ейнштейна не дає достатньо правильних результатів при розрахунку в'язкості емульсій, Тейлор запропонував наступне рівняння:
де η′ ̶ в'язкість емульсії;
ηi ̶ в'язкість внутрішньої фази;
ηe ̶ в'язкість зовнішньої фази.
Гатчек та Сібрі прийшли до висновку, що вище певного градієнту швидкості в'язкість емульсії стає постійною. У області постійної в'язкості рівняння Гатчека має наступний вигляд:
Для визначення в'язкості емульсій запропоновано багато рівнянь, але жодне з них не є універсальним. Це можна пояснити великим різноманіттям емульсій, властивості яких залежать від багатьох факторів.
Щільність емульсії визначається існуючими методами, які загальноприйняті для рідин. Її легко підрахувати за законом адитивності, знаючи щільності рідин, які утворюють емульсію, та їх відсотковий склад.
4 МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕМУЛЬСІЙ
Дослідження емульсій може проводитися багатьма методами аналізу. Найбільше поширення отримали седиментаційний аналіз та мікроскопічний дисперсний аналіз, кожний з яких дозволяє різними шляхами визначити дисперсність системи, розміри часток, питому поверхню часток, тощо.
4.1 Седиментаційний аналіз.
Принцип седиментаційного методу аналізу дисперсності полягає у вимірі швидкості осадження часток, зазвичай у рідкий середі. За швидкістю осадження за допомогою відповідних рівнянь розраховують розміри часток. Метод дозволяє визначити розподіл часток за розмірами та відповідно підрахувати їх питому поверхню. Седиментаційний метод аналізу дисперсності у гравітаційному полі можливо застосовувати для аналізу мікрогетерогенних та деяких грубо дисперсних систем. Він дозволяє визначати розміри часток у інтервалі від 10-5 до 10-2 см, якому відповідають суспензії, емульсії, порошки - дисперсні системи, найбільш розповсюджені та важливі у різноманітних галузях промисловості.
Розмір частки дисперсної фази зазвичай характеризують радіусом частки, рідше об'ємом або площею її поверхні. Радіус однозначно визначається тільки для часток сферичної форми. Для часток неправильної форми радіус - умовно величина та її значення залежить від експериментального методу виміру. Щоб рівняння седиментації однієї частки були застосовні для усієї сукупності часток дисперсної системи, повинна виконуватися умова незалежності руху кожної частки. Така умова досягається у розчиненій системі, а інколи при введені спеціального стабілізатору, який запобігає злипання часток.
Принцип седиментаційного аналізу зручно розглянути на прикладі монодисперсних систем, які служать доброю найпростішою моделлю для вивчення седиментації. У монодисперсній системі усі частки осідають з однаковою швидкістю. У відповідності до цього таку швидкість переміщення має границя освітлення, концентрація часток по зменшуваною висотою стовпа емульсії зберігається постійною і також з постійною швидкістю збільшується маса осілих часток. Якщо Q - загальна маса дисперсної фази, H - початкова висота стовпа емульсії, наприклад, у циліндрі, то Q/H - маса дисперсної фази у об'ємі, який приходиться на одиницю висоти стовпа. При швидкості осідання часток u на протязі часу τ речовина осяде із стовпа висотою uτ, і маса речовини, що осіла, складе
Це рівняння описує кінетику седиментації у монодисперсній системі. Так як величини Q, H та u постійні, то маса часток, що осіли із монодисперсної системи, пропорційна часу седиментації. Якщо прийняти, що частки мають сферичну форму та при їх осіданні дотримується закон Стокса, то отримуємо: Звідки радіус частки буде рівнятися
Таким чином, визначаючи експериментально залежність масу осаду від часу, можливо розрахувати розмір часток.
На відміну від поведінки часток у монодисперсних системах частки у полідисперсних системах осідають з різними швидкостями, адже вони мають неоднаковий розмір. До основи дисперсійного седиментаційного аналізу полідисперсних систем покладено уявлення про те, що системи складаються із декількох фракцій, які можливо розглядати як окремі монодисперсні системи. Очевидно, чим на більше число фракцій розподілена полідисперсна система, тим у більшій ступені ці фракції будуть відповідати монодисперсним системам і тим з більшою підставою для них можуть бути використані вище наведені відношення.
При седиментаційному аналізі дисперсності полідисперсних систем визначають час осідання часток окремих фракцій, за рівняннями розраховують швидкості їх осідання та відповідні їм розміри часток. Для цього спочатку вимірюють залежність маси осаду від часу, будують графік цієї залежності, який називається кривою седиментації, за яким визначають усі необхідні характеристики дисперсної системи.
4.2 Мікроскопічний дисперсний аналіз.
За допомогою мікроскопа можливо визначити розміри окремих часток, застосовуючи спеціальні вимірювані прилади, наприклад, окулярний мікрометр. За допомогою цього методу аналізу можливо визначити середній розмір часток дисперсної фази, а також долі часток у заданих інтервалах радіусів від їх загальної кількості, тобто можна знайти функцію розподілу часток за їхнім розміром.
Мікроскопічний дисперсний аналіз можна проводити безпосередньо вимірюючи краплі під мікроскопом, у окуляр якого вставлена мікрометрична сітка. Кожне ділення сітки відповідає певній довжині х об'єкта, який можна побачити під мікроскопом. Користуючись мікрометричною сіткою підраховують число крапель одного розміру у полі зору. Практично неможливо, а у наслідок обмеженої точності оптичних вимірювань ще й марно безмежно зменшувати інтервал розмірів крапель ∆r. Тому зазвичай усі краплі, діаметр яких відповідає одному й тому ж числу цілих ділень сітки, рахуються краплями однакового розміру, тобто
Предметне скло поміщають під об'єктив мікроскопу, за спеціальними таблицями визначають ціну ділення шкали мікрометричної сітки (у мкм), яка потрібна для визначення розмірів крапель. Для підрахунку обирають поле зору, у якому знаходиться не більш 20-30 крапель, інакше підрахунок буде утруднений.
Мікрометрична шкала розбиває поле зору на 100 квадратів зі стороною у 5 ділень. Так як зазвичай мілких крапель значно більше, ніж крупних, то доцільно рахувати крупні краплі у всьому полі зору (у 100 квадратів), а мілкі - тільки у певній частині поля зору. Наприклад, краплі із діаметром меншим за одне ділення можна рахувати у 16 центральних квадратах зі стороною у 5 ділень, тобто на 16/100 поля зору, потім краплі від 1 до2 ділень (діаметр менш 2 ділень) та від 2 до 3 ділень ( діаметр менш 3 ділень) рахують у 36 центральних квадратах, тобто у 36/100 поля зору. Загальне число мілких крапель ц всьому полі зору визначається перерахунком на усі 100 квадратів (помножуючи знайдене число відповідно на 100/16 або на 100/36 і т.д.).
Треба пам'ятати, що краплю рахують у тому квадраті, де знаходиться її центр. Якщо центр краплі лежить за межами сітки, її взагалі не рахують.
Після того як підрахунок крапель у даному полі зору закінчено, довільним поворотом переміщують препарат, та підраховують краплі у новому полі зору. Результати підрахунків записують у таблицю. Для отримання достовірного результату аналізу, у кожному полі зору повинно бути не менш 15-20 крапель, а число полів повинно бути достатньо великим.
Експериментальні дані піддаються математичній обробці та будують за її результатами інтегральну та диференційну криві розподілу. У основу розрахунку та побудови може бути покладено або число крапель даного розміру, або об'єм крапель дисперсної фази, відповідний часткам даного розміру, або їх маса, або поверхня розділу фаз. Однак за цим методом неможливо отримати точних результатів, так як фактично виміру піддається лише незначна частина наявних у емульсії часток. Крім того, при мікроскопічному аналізі не можна запобігти помилок, яки отримуються внаслідок випару рідини у тонкому шарі, а також деформації часток покривним склом. Тому мікроскопічний дисперсійний аналіз менш надійний і його можна використовувати, головним чином, для якісної характеристики емульсії.
5 ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОДОБЕНЗОЛЬНОЇ ЕМУЛЬСІЇ.
При дистиляції бензольних вуглеводнів у бензольному відділенні утворюється водобензольна емульсія прямого типу, яка розділяється у декілька ступенів під час її конденсації, охолодження та відстоювання у сепараторах. Ця емульсія складається з водної фази - сепараторної води, та органічної фази - сирого бензолу. У залежності від ступені розділення органічну фази може представляти як безпосередньо сирий бензол, так і його залишки.
5.1 Склад та властивості водної фази.
Сепараторні води бензольного відділення є одним з основних джерел стічних вод коксохімічного заводу.
Пари бензольних вуглеводнів, поглинального масла та води після дистиляційної колони надходять до між трубного простору дефлегматорів. Конденсат (вода із флегмою), який утворився при охолодженні парів, із дефлегматорів відводиться до сепараторів. Флегма надходить до збірника флегми звідки насосом подається до колони у якості рефлексу. Вода, після додаткового відстоювання у збірнику сепараторних вод, відводиться у каналізацію фенольних вод. Після дефлегматорів пари бензольних вуглеводнів надходять до АПО (апарат повітряного охолодження), де пари конденсуються. Сконденсований сирий бензол та сепараторна вода надходять для остаточного охолодження до холодильника бензолу і далі до сепаратору бензолу. Із сепаратору бензолу вода відводиться до збірника сепараторних вод на додаткове відстоювання.
Сепараторна вода бензольного відділення містить:
феноли.......................200-300 мг/л
аміак......................... 30-50 мг/л
ціаніди....................... до 20 мг/л
Методика аналізу сепараторної води.
При аналізуванні сепараторної води бензольного відділення визначається масова концентрація аміаку летючого прямим титруванням проби води розчином сірчаної кислоти у присутності індикатору метилового помаранчевого за рівнянням реакції
2NH2OH + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2H2O
10-25 мл води, що аналізують, відібраної за допомогою піпетки, вводять у конічну колбу, у яку попередньо вливають близько 50 мл дистильованої води. До вмісту колби додають 2-3 краплі розчину індикатору метилового помаранчевого та титрують розчином сірчаної кислоти при перемішуванні до переходу помаранчево-жовтого забарвлення у рожеве. При вмісті аміаку летючого до 2 г/л (як у випадку сепараторної води бензольного відділення) при титруванні використовують розчин сірчаної кислоти молярної концентрації (1/2 H2SO4) = 0,1 моль/л.
Масову концентрацію аміаку летючого (х) у г/л визначають за формулою
де К - коефіцієнт поправки до молярної концентрації розчину сірчаної кислоти;
V - об'єм розчину сірчаної кислоти, витраченої на титрування, мл;
0,0017 - кількість аміаку, яка відповідає 1 мл сірчаної кислоти молярної концентрації С [1/2 H2SO4] = 0,1 моль/л;
V1 - об'єм проби, що аналізують.
За результат аналізу приймають середнє арифметичне значення двох паралельних визначень.
5.2 Методи аналізу органічної фази.
Сирий бензол - це продукт, який отримують у бензольному відділенні коксохімічного заводу при відгоні його з поглинача до температури 180 °С. Горить сирий бензол сильно коптячим полум'ям, його пари вибухонебезпечні. Концентрація бензолу у повітрі вище 24 мг/л небезпечна для життя людини, концентрація 64 мг/л смертельна навіть при впливі на протязі 5 хвилин.
За складом сирий бензол представляє собою суміш хімічних з'єднань, яка містить у середньому 90 % бензольних вуглеводнів (65 % бензолу, 15 % толуолу, 10 % ксилолів та триметилбензолів) та 10 % різноманітних речовин, у тому числі: циклопентадієн, кумарон, інден, стирол, циклогексан, феноли, тіофен, сірковуглець, насичені циклічні вуглеводні та вуглеводні жирного ряду (циклопентан, гептан, гексан та ін.), полі циклічні з'єднання (нафталін, аценафтен та ін.).
Склад сирого бензолу залежить від властивостей шихти та умов коксування. У якійсь мірі він залежить також від умов та режиму охолодження газу, уловлювання бензольних вуглеводнів та умов їх виділення із поглиначів. Значна кількість ненасичених вуглеводнів, які містяться у газі, вимиваються із нього смолою у первинних газових холодильниках при охолодженні газу.
Сирий бензол змішується із більшістю органічних розчинників у необмеженій кількості, у воді розчиняється слабко: розчинність бензолу у воді - 0,073 % по масі (при 25 °С), розчинність толуолу у воді - 0,014 % по масі (при 20 °С).
Дослідження органічної фази.
Аналіз органічної фази проводимо у два кроки. Спочатку екстрагуємо гексаном органічну фазу із сепараторної води, а потім проводимо хроматографічний аналіз отриманого екстракту.
Екстракція.
Вміст бензольних вуглеводнів у сепараторній воді визначається методом екстракції. Суть методу полягає в екстракції бензольних вуглеводнів за допомогою гексану та хроматографічного аналізу екстракту.
Пробу сепараторної води виливають в ділильну воронку і невеликими порціями (по 5-10мл) додають 25 мл гексану. Потім воронку протягом 1-1,5 хв. енергійно струшують. Після чого залишають стояти до розшарування фаз. Отриманий екстракт зливають в окрему ємність, попередньо насипавши туди Na2SO4 (для осушення). Далі проводиться хроматографічний аналіз екстракту, на основі якого визначають склад органічної фази сепараторної води.
Визначення масової долі бензолу та смолоутворюючих речовин.
Метод визначення - газорідинна хроматографія.
Методика поширюється на вимірювання масової долі компонентів, що визначаються у сирому бензолі у діапазонах: для бензолу - від 50 % до 90 %, для смолоутворюючих речовин - від 1 % до 25 %.
Продукт, що аналізуємо, попередньо сушать у колбі водо поглинальною речовиною на протязі 20 хвилин, потім фільтрують.
Проба набирається у мікрошприц та вводиться у підготовлений до роботи хроматограф. Об'єм проби підбирається експериментально у залежності від хроматографа.
Таблиця 5.1 - Умови хроматографічного аналізу.
ПараметриЗначенняТемпература термостату колонок, °С
початкова
кінцева
50
180-200Швидкість підйому температури термостату колонок, °С/хв6Температура термостату детекторів, °С180-200Температура випарника, °С180Швидкість руху діаграмної стрічки самописця, мм/год600Довжина хроматографічної колонки, м3Внутрішній діаметр хроматографічної колонки, мм3Кількість хроматографічних колонок, шт.2Насадка хроматографічних колонок: нерухома рідка фаза - поліетіленглікольадипінат (ПЕГА) - 15-25 % від маси твердого носіяТвердий носій: дінохром N класу крупності, мм0,25-0,315Об'єм проби, що вводять, мм31-4,5Газ-носій: гелійОб'ємна витрата газу-носія, см3/хв50-60 Включення програмованого підйому температури термостату колонок проводиться після виходу піки циклопентадієну. Визначення проводиться при максимальній чутливості для кожної піки, що з'являється.
Порядок виходу ідентифікованих компонентів сирого бензолу:
1 - сірководень;
2 - циклопентадієн;
3 - бензол;
4 - тіофен;
5 - толуол;
6-7 - (мета + пара)-ксилоли;
8 - орто-ксилол;
9-10 - стирол + мезитилен;
11 - псевдокумол;
12 - інде;
13 - нафталін.
Тривалість визначення близько 55 хвилин.
Обчислення результатів виміру.
Розрахунок хроматограм проводиться за методом нормалізації.
Площа кожної з пік, що з'явилися, визначається за формулою:
де S - площа піки, мм2;
k - коефіцієнт відклику детектора (для умов даного аналізу дорівнює 1);
h - висота піки, мм;
b - ширина піки, виміряна на половині його висоти, мм;
M - масштаб запису сигналу.
Обчислення масової долі кожного компоненту (Xi), у відсотках, проводять за формулою
де Xi - масова доля визначаємого компонента, %;
Si - площа піки, яка відповідає визначаємого компонента, мм2;
ΣSi - сума площ усіх проявлених на хроматограмі пік, мм2.
Масова доля смолоутворюючих речовин визначається як сума масової долі стиролу з мезитиленом та індену. 2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
214
Размер файла
814 Кб
Теги
курсовой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа