Контрольная на тему Контрольная работа 121227-07

Содержание


1. Идентификация вредной примеси 3
2. Расчет некоторых свойств компонента газо-воздушных выбросов 5
3. Токсикологическая характеристика n-метилформамида 6
4. Характеристика процесса адсорбции 7
5.структура адсорбентов 9
6. Ректификация 26
Список используемой литературы 40
1. Идентификация вредной примеси

Исходные данные:
m = 0,5 г
t = 47o C,
P = 22,6 кПа,
Рраб = 99 Па,
R=15,05
Вентиляционные газы очищаются от вещества А методом адсорбции при температуре t=25o C c использованием активного угля, марка которого указана в таблице 1, там же приведена максимальная t2 и минимальная t1, температуры работы адсорбера.
Таблица 1. Условия адсорбционного равновесия
№ варианта
Марка активного угля
t1, oC
t2, oC

3
АР-А
-10
32

Десорбция вещества А водяным паром позволила получить раствор с концентрацией ХН в количестве GH (таблица 2). Методом ректификации при давлении Р получены дистиллят и кубовый остаток с концентрациями ХД и ХК соответственно.
Таблица 2. – Исходные данные
№ варианта
Вещество А
XH
GH, кг
ХД
ХК
Р, Торр

3
С2Н5NO
0,1
100
0,01
0,95
500


Низкоконцентрированный раствор разбавляется другими сточными водами в 10 раз и направляется на биологическую очистку. Рассчитать кинетику процесса по данным, приведенным в таблице3.
Таблица 3. – Константа скорости разложения органических соединений при биологической очистке и изменении ее при увеличении температуры
№ варианта
К1, ч-1
К2/К1
t1, oC
t2, oC

3
0,32
2,7
17
27

 Выбор метода инженерной защиты окружающей среды во многом зависит от природы загрязняющего вещества, содержащегося в газовых выбросах или сточных водах. Физико-химические методы анализа позволяют идентифицировать практически любое вещество. Здесь представлен один из самых простых методов, основанный на термическом уравнении состояния. Затем расчеты химического обезвреживания газовоздушных выбросов рассмотрены на примере идентифицированного загрязняющего вещества (этилового спирта).
Один из физико-химических методов определения природы вещества следует из нулевого закона термодинамики:
Если две системы находятся в термическом равновесии с третьей системой, то они состоят в термическом равновесии друг с другом.
Важнейшим следствием этого закона является существование термического уравнения состояния

.
(1.

Для идеальных газов это уравнение получено Клапейроном и Менделеевым

,
(1.

где n – число молей вещества; R = 8,314 Дж/моль(К; P, V, T – параметры состояния, выраженные, соответственно, в Па, м3, К.
Выражая n через массу вещества m (г) и молекулярную массу

,
(1.

из уравнения (1.2) следует способ определения молекулярной массы вещества в виде пара или газа

.
(1.

Например, требуется идентифицировать вещество, находящееся в жидком состоянии, которое может быть переведено в газообразное состояние путем испарения. Для анализа навеску жидкого вещества m =0,5 г переводят в газовую (паровую) фазу в сосуде объемом V=1 л при заданной температуре t=47оС. Измерение давления в сосуде показало, что P=22,6 кПа. Эти данные позволяют определить (в приближении идеальных газов) молекулярную массу вещества по уравнению (0.4), в которое подставим P и V в единицах СИ:
M = (0,5·8,314·(273 + 47))/(22,6·103·1·10-3) = 58,9
Близкую молекулярную массу имеет N-метилформамид.
Уточнить структурную формулу вещества можно, измерив и рассчитав его молекулярную рефракцию. Измерения показали, что R=15,05. Методом аддитивности рассчитываем молекулярную рефракцию, очевидно, что для этих соединений она одинакова
R=2Rc+5Rн+Ro+RN=2(2,418+5(1,1+2,211+2,502=15,049
Расчет и экспериментальные определения совпадают.

2. Расчет некоторых свойств компонента газо-воздушных выбросов

Уравнение (1.2) позволяет определить некоторые свойства изучаемого вещества в составе газовоздушных выбросов (ГВВ): объем пробы при нормальных условиях: для анализа ГВВ обычно отбирают пробу газа при рабочих условиях (P, V, T), далее объем пробы необходимо привести к нормальным условиям (P0, V0, T0). Например, для условий идентификации вещества переводим систему из состояния пара, при котором его исследовали, в состояние при нормальных условиях:
P=22,6 кПа
T=(273+47) K
V=1·10-3 м3


P0=101,3 кПа
T0=273 К
V0

Рис. 1.– Переход к нормальным условиям
Запишем уравнение (1.2) для I и II состояния и разделим их друг на друга

;

плотность пара при нормальных условиях

,
проверяем расчет m=0,5 г; V0=1,90·10-4, тогда

;
расчет мольно-объемной концентрации; например, пусть задано, что в воздухе рабочей зоны парциальное давление N-метилформамида равно Рраб=99 Па. Уравнение (1.2) позволяет вычислить мольно-объемную концентрацию (С, моль/м3), например, при Т=298К:

.
В частности, для N-метилформамида ПДК в воздухе 10 мг/м3=10/59 ммоль/м3=0,169 ммоль/м3=169 мкмоль/м3; ПДК в воде 10 мг/л. Вышеприведенный расчет показал, что концентрация N-метилформамида в воздухе рабочей зоны больше ПДК, поэтому воздух необходимо очистить до допустимой концентрации.Исходные данные для выбора метода очистки воздуха: в воздухе рабочей зоны находятся пары N-метилформамида; молекулярная масса – 59; молекулярная рефракция – 15,05; концентрация С=40 ммоль/м3, Рраб=99 Па.

3. Токсикологическая характеристика n-метилформамида

(Метиламид муравьиной кислоты, формилметиламин). Описан случай острого отравления человека при приеме внутрь 50 мл М. Преимущественно действие яда сказалось на печени. Клиническая картина выражалась в расстройстве пищеворения, болях и желтухе (Васильева, Сухаревская). Выявлено эмбриотоксическое действие в опытах на крысах. Доза 1 г/кг, введенная на 7 день беременности, губила 90% плодов; доза 0,4 г/кг в те же сроки беременности также вызвала частичную гибель плодов и развитие злокачественных опухолей у выжевшего потомства (Заева и др.).

4. Характеристика процесса адсорбции

Адсорбцией называют концентрирование веществ на поверхности раздела фаз или в объеме пор твердого тела. Различают физическую адсорбцию, основанную на силах межмолекулярного взаимодействия поверхности адсорбента и поглощаемого вещества, и хемосорбцию – поглощение, сопровождаемое химической реакцией на поверхности адсорбента. В процессе адсорбции участвуют, как минимум два агента: тело, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества (адсорбент), и поглощаемое вещество. Последнее, если оно находится в газовой или жидкой объемной фазе, т.е. в неадсорбированном состоянии называется адсорбтивом, а после того как оно перешло в адсорбированное состояние – адсорбатом. Любое твердое вещество обладает поверхностью и, следовательно, потенциально является адсорбентом. Однако в технике используют твердые адсорбенты с сильно развитой внутренней поверхностью (объемом пор).
В зависимости от агрегатного состояния смежных фаз, которое придает определенную специфику явлению адсорбции, различают адсорбцию газов на твердых адсорбентах, адсорбцию растворенных веществ на границах твердое тело – жидкость и жидкость – жидкость, а также адсорбцию на границе жидкий раствор – газ. По типу сил, обусловливающих адсорбцию все адсорбционные явления можно разбить на две основные группы: физическую адсорбцию, и сорбцию, основанную на силах химического взаимодействия, или хемосорбцию. Физическая адсорбция вызывается силами молекулярного взаимодействия. Универсальными силами молекулярного взаимодействия являются дисперсионные силы. При сближении молекул адсорбтива с атомами или молекулами адсорбента движение флуктуирующих диполей приобретает упорядоченный характер, обусловливающий возникновение притяжения между ними. Дисперсионные силы не зависят от характера распределения электронной плотности в молекулах адсорбтива и адсорбента и поэтому взаимодействие, вызываемое ими, носит неспецифический характер. В некоторых случаях специфическое взаимодействие может усиливаться в результате образования водородной связи между адсорбированной молекулой и молекулами адсорбента. Характерным примером адсорбции с образованием водородной связи является поглощение воды и спиртов на силикагеле, поверхность которого покрыта гидроксильными группами.
Адсорбция является процессом самопроизвольным и экзотермическим, т.е. ее протекание сопровождается с выделением тепла. В отличие от физической адсорбции при хемосорбции не сохраняется индивидуальность адсорбтива и адсорбента. При сближении молекул адсорбтива с поверхностью происходит перераспределение электронов взаимодействующих компонентов с образованием химической связи. Если физическую адсорбцию можно сравнить с конденсацией, то хемосорбционный процесс должен рассматриваться как химическая реакция, протекающая на поверхности раздела фаз.
Физическую и химическую адсорбцию можно различить по теплоте адсорбции. Теплота физической адсорбции соизмерима с теплотой конденсации веществ и не превышает 80 – 120 кДж/моль. Теплота хемосорбции 1 моль вещества достигает нескольких сотен килоджоулей. В отличие от физической адсорбции, при хемосорбции поглотительная способность может возрастать в определенном температурном интервале. Это явление связано с небольшой скоростью хемосорбции при низких температурах. При хемосорбции адсорбированные молекулы не могут, перемещаться по поверхности адсорбента, их положение фиксировано, и такая адсорбция называется локализованной. Физическая адсорбция может быть как локализованной так и не локализованной. Обычно с повышение м температуры молекулы приобретают подвижность, и характер процесса изменяется: локализованная адсорбция переходит в нелокализованную. Физическая адсорбция газов и паров происходит по одним и тем же закономерностям, причем переход адсорбтива из области пара (T<Ткр) в область газа (T>Ткр) не сопровождается резким изменением адсорбируемости.

5.Структура адсорбентов

Тверды сорбенты, как правило, отличаются «ажурной» внутренней структурой, включающей поры разного размера. В зависимости от размеров поры подразделяют на три типа: микро-, мезо-, и макропоры.
Наиболее мелкие поры – микропоры – имеют размеры, соизмеримые с адсорбируемыми молекулами.