1. Аналитическая часть

• Название: 1. Аналитическая часть
• Дата: 02.06.2021
• Размер: 1.26 Mb.
• Имя файла: bibliofond.ru_606074.docx
• Тип: Документы; #213047
• страница: 5 из 12

3. Экспериментальная часть

В экспериментах по исследованию процесса деструкции резины концентрированной серной кислотой использовалась резиновая крошка автопокрышки определенного гранулометрического состава и концентрированная серная кислота марки «ч».

3.1 Кинетика процесса деструкции

Для определения температуры начала процесса деструкции была использована резиновая крошка с размером частиц 1,5-2,5 мм, которая заливалась концентрированной серной кислотой и стакан нагревался на электрической плитке, а температура определялась по опущенному в стакан термометру.

Заметное выделение SO₂, которым сопровождается процесс деструкции резины, наблюдалось при температуре около 100^оС и значительно усиливалось с ростом температуры. Таким образом, процесс деструкции целесообразно проводить при температурах несколько выше 100˚С.

Изучение кинетики процесса деструкции резины было основано на определении количества сернистого газа, выделяющегося за определенный промежуток времени, для чего использовалась реакция восстановления им перманганата калия:

2KMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄ (19)

Схема использовавшейся для этого лабораторной установки приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Схема лабораторной установки для изучения кинетики деструкции резины
В термостат (1) помещается стеклянный реактор (2), в который загружалось соответствующее количество концентрированной серной кислоты и резиновой крошки крупность 1,0-1,5 мм. Через подводную трубку (3) в реактор (2) подавался ток воздуха, который транспортировал выделяющийся сернистый газ по трубопроводу (4) в реактор (6), снабженный механической мешалкой (5).

Перед началом эксперимента в реактор (6) заливали определенный объем титрованного раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой. В реакторе (6) протекала реакция (19).

Через определенные промежутки времени из реактора (6) отбирали пробы раствора и определяли там содержание перманганата калия путем титрования им стандартного раствора щавелевой кислоты по следующей реакции:
2KMnO₄ + 5H₂C₂O₄ + 3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5CO₂ + 8H₂O (20)
Реакция (20) позволяла определить уменьшение концентрации перманганата калия во времени, а реакция (19) позволяла рассчитать количество выделившегося за это время сернистого газа.

Условия проведения эксперимента и полученные результаты приведены в таблице 9 и на рисунке 4.

Таблица 9 - Скорость выделения SO₂ при деструкции резины концентрированной серной кислотой; масса резины равна 9,6 г, масса серной кислоты составляла 25,2 г

t,°C	τ, мин	15	30	90	120
115 125 135	V(SO2), л	0,231 0,524 1,150	0,262 0,596 1,312	- 0,707 -	- 0,707 -

Используя уравнение Аррениуса:
(21)
была рассчитана величина энергии активации (E_a) процесса деструкции резины серной кислотой:
(22)
Для Т₁ = 388 К и Т₂ = 398 К Е_а = 102,9 кДж

Для Т₁ = 398 К и Т₂ = 408 К Е_а = 101,4 кДж

Средняя Е_а = 102,15 кДж.

Рассчитанная из данных таблицы 9 средняя удельная скорость образования SO₂ за первые 15 мин процесса деструкции при t=125°C составляет 9,676 л/мин·кг. Подбирая соответствующую скорость подачи воздуха (газа-носителя) можно на выходе из аппарата деструкции получать такую концентрацию сернистого газа, которая обеспечит нормальную работу контактного аппарата окисления его в серный ангидрид.


Рисунок 4 - Зависимость количества выделившегося SO₂ от времени
Как видно из рисунка 4, процесс деструкции первоначально протекает в кинетической области, а затем переходит в диффузионную, что характерно для гетерогенных процессов такого типа.

Следует подчеркнуть, что сернистый газ от деструкции резины не содержит твердых частиц и не требует очистки на электрофильтрах.