Визначення фізико-хімічної температурної депресії розчину.

Мета роботи – ознайомлення з процесом випарювання водного розчину та визначення фізико-хімічної температурної депресії за спрощеною методикою.

Завдання до роботи.

4. Визначення зміни концентрації розчину в процесі випарювання та залежності температури кипіння розчину від концентрації.

5. Визначення значень фізико-хімічної температурної депресії при різних концентраціях розчину.

Обладнання та матеріали.

Для виконання роботи використовується терези лабораторні, колба, скляний поверхневий конденсатор, мірний стакан, набір з’єднувальних гумових трубок, два термометри, електронагрівальний елемент.

Теоретичні вказівки.

В технологічних процесах харчової, хімічної та інш. промисловостях для отримання кінцевого продукту визначеної концентрації відбуваються процеси випарювання нелетючих речовин. В якості розчинника в них найбільш розповсюджена вода.

Процес випарювання характерний значним змінюванням фізичних констант розчину, теплоємності, теплопровідності, в’язкості. Цей факт пов’язаний з тим, що в процесі випарювання змінюється масова концентрація розчину b.

, (2.1)

де b – масова концентрація розчину, %;

W – кількість розчинника (води) у розчині, кг;

G_сух – кількість розчиненої (сухої) речовини у розчині, кг.

Окрім цього слід сказати, що процес випарки водяних розчинів у випарних апаратах принципово відрізняється від процесу кипіння чистої води у випарниках.

Тиск пари розчинника завжди нижче ніж тиск над чистим розчинником. Внаслідок цього температура кипіння розчину вище температури кипіння чистого розчинника (води) при тому ж тиску.

Зниження температури водяної пари, що утворюється із розчину порівняно з температурою кипіння розчину t_р носить назву фізико-хімічної температурної депресії і визначається за формулою:

(2.2)

де - температура водяної пари.

Фізико-хімічна температурна депресія залежить від властивостей розчиненої речовини та розчинника, вона підвищується зі зростанням концентрації розчину та тиску в апараті.

При кипінні чистої води температурний напір дорівнює різниці температури гріючого теплоносія та температурі киплячої води, яка в цьому випадку дорівнює температурі насиченої пари. При кипінні розчину температура насичення вторинної пари (при сталому тиску) не змінюється а температура кипіння розчину підвищується на величину фізико-хімічної температурної депресії. Внаслідок цього на таку ж величину фізико-хімічної температурної депресії зменшується температурний напір в апараті. Таким чином фізико-хімічна температурна депресія викликає втрату температурного напору, внаслідок чого її називають температурною втратою.

Окрім фізико-хімічної температурної депресії також існує гідростатична температурна депресія та гідравлічна температурна депресія. Гідростатична температурна депресія (Δ₂) виникає внаслідок різниці тиску по гідростатичній висоті стовпу розчину в апараті а значить і різниці між температурами кипіння по висоті апарата. Гідравлічна температурна депресія (Δ₃) пов’язана з втратами тиску по довжині та на місцеві опори у трубопроводах, по яким надходить розчин. Тому повна температурна депресія (Δ) буде дорівнювати:

(2.3)

Опис схеми лабораторної установки:

Випарювання розчину здійснюється у колбі 2 (рис. 2.1.), яка встановлена на електричній плітці 1. Температура кипіння розчину та температура утворення пари вимірюються термометрами 3. Пара відводиться з колби по паропровідній трубці 4 та конденсується у конденсаторі холодильнику 5. Конденсат збирається в мірній колбі 6.

Програма роботи та вказівки до її виконання.

1. Підготовка установки до роботи.

1.1. Підготувати протокол спостережень (табл. 2.1.)

Протокол спостережень

Таблиця 2.1.

№пп	Маса розчи-неної речо-вини, кг	Кількість випареної води, кг	Кількість води, що залиши-лась, кг	Концентрація, %	Темпе-ратура розчи-ну, ˚С	Темпе-ратура пари, ˚С	Фізико-хімічна температур-на депресія, ˚С	При-мітка

1.2. Підготувати 500 г. розчину повареної солі заданої викладачем концентрації та залити у колбу 2.

1.3. Встановити колбу 2 на електричну плитку та з‘єднати її з конденсатором 5 за допомогою паропровідної трубки 4. Термометри 3 встановити у колбі з урахуванням висоти випарювання розчину.

2. Проведення дослідів.

2.1. Відкрити подачу води на конденсатор-холодильник 5.

2.2. Ввімкнути обігрів колби.

2.3. Провести випарювання 300-350 г. води з фіксацією температур розчину та пари на початку кипіння та після випарювання 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 мл. води.

2.4. Результати дослідів занести до протоколу спостережень.

3. Обробка результатів спостережень.

3.1. Визначити концентрації частково випареного розчину за допомогою залежності (2.1)

3.2. Визначити значення фізико-хімічної температурної депресії за допомогою залежності (2.2).

3.3. За даними дослідів та розрахунковими даними побудувати залежності: , , .

3.4. Провести аналіз експериментів та скласти узагальнюючі висновки, в яких оцінити відповідність теоретичного та експериментального рішення данної задачі.

3.5. Оформити звіт по лабораторній роботі.

Звіт про лабораторну роботу

1.Короткий опис роботи.

2.Протокол вимірювань.

3.Обробка результатів вимірювань.

4.Обговорення результатів роботи.

Питання до контрольного опитування

1. Які особливості процесу випарювання водяних розчинів?

2. Внаслідок яких причин є різниця в температурах кипіння розчину та вторинної пари?

3. Які ви знаєте види температурної депресії?

4. Що таке “фізико-хімічна температурна депресія” і як вона визначається?

5. Який вплив депресія має на процес передачі тепла у випарних апаратах?

6. Як визначити концентрацію розчину?

Лабораторна робота № 3