1.4. Понятие о концентрации растворов и суспензий, приборы

для их измерения

Концентра­цией раствора называют содержание растворенного вещества в единице объема или массы раствора.

Природная вода, особенно доставляемая из скважин, пред­ставляет собой раствор различных солей. Ее можно использо­вать для питья и технологических нужд, если концентрация со­лей находится в определенных пределах. Так, использование воды с большой концентрацией соли в котлах теплоэнергетиче­ских установок при-

ведет к быстрому образованию накипи на стенках, что снижает экономичность котла, а также может быть причиной аварии.

Суспензией называют взвесь, состоящую из двух фаз — твердой и жидкой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости. Суспензией, например, является жидкий корм для свиней, состоящий из комбикорма, разбавленного водой в со­отношении 1:3. Влажность его, то есть соотношение массы жидкости к массе сухого материала, составляет 75-78%. Процессы соковыделения и пищеварения животных в значи­тельной степени зависят от влажности корма. Измерять кон­центрацию растворов и влажность суспензий нужно для того, чтобы обеспечить правильное протекание технологических про­цессов на комплексах.

В настоящее время влажность кормов контролируют в ос­новном термографическим методом, то есть высушивают пробу и определяют массу высушенной навески. Влажность корма определяют, вычитая массу навески из массы образца.Этот метод обеспечивает высокую точность, но на него за­трачивается много времени.

Имеется ряд методов, когда влаж­ность определяют по физическим свойствам или величинам, функционально связанным с влажностью. К ним относятся электрофизические методы, основанные на таких свойствах материалов, как диэлектрическая проницае­мость, электропроводность и т. п.

При утилизации навозных стоков необходимо измерять со­держание кислорода и показатель рН, характеризующий кон­центрацию ионов водорода в растворах и суспензиях.

Состав и свойства жидких сред определяют специальными приборами: солемерами, концентратомерами, рH-метрами, кислородомерами и др.

1.5. Солемеры. Их действие основано на зависимости электропро­водности измеряемой среды от концентрации солей в растворе. Солесодержание определяют кондуктометрическим способом, замеряя сопротивление электролитической ячейки, заполненной контролируемым раствором. Ячейка включается в плечо равно­весного моста переменного тока. В комплект солемера С-12 входит один или несколько ПИП, вторичный прибор МПР, корпус с переключателем.

Концентрацию поваренной соли в корме определяют с по­мощью концентратомера (солемера) КСМ-01. В комплект при­бора входит ПИП, вторичный преобразователь и блок пита­ния. ПИП выполнен в виде стержня из нержавеющей стали с пластмассовым наконечником, в который вмонтированы два цилиндрических электрода (чувствительные элементы) с терморезистором, который обеспечива­ет температурную компенсацию и позволяет измерять темпера­туру корма.

1.6. Потенциометрические анализаторы (рН-метры). При производстве молочно-кислых продуктов или хранении молока важным показателем является кислотность.

При подготовке воды, поступающей в теплоэнергетические установки, необходимо измерять не только концентрацию со­лей, но и кислотность или щелочность. Кислотность или ще­лочность растворов измеряют специальными приборами рH-метрами. Кислотность раствора обычно выражают через концентрацию водородных ионов, обозначая эту величину рН. Водородный показатель рН для химически чистой воды при температуре 22° С равен 7. Увеличение рН означает повыше­ние щелочности раствора. Если рН становится меньше 7, то это означает, что кислотность раствора возрастает.

Первичные измерительные преобразователи рН-метров (рис. 5.4) представляют собой специальные электроды, в кото­рых создается электродвижущая сила, пропорциональная актив­ности ионов водорода в растворах. Э.д.с. измеряется приборами и по ее зна­чению определяют рН.

Активный электрод 2 рН-метра имеет шарик 1 из специаль­ного стекла, заполненный раствором, рН которого известна. При погружении электрода в испытуемый раствор между поверхностью стекла и раствором происходит обмен ионами, что при­водит к возникновению потенциала, величина которого определяется активной концентрацией ионов во­дорода. Второй электрод 4 представляет собой электролитический ключ — трубку 5, заполненную насыщен­ным раствором хлористого калия, который непрерывно протекает через пористую перегородку 6 (10-30 мл/сут). При этом создается четкая граница между контролируемым раствором и раствором хлористого калия.

И змерительный ток на своем пути должен проходить через стенки стеклянного преобразователя, его сила чрезвычайно ма­ла. Э.д.с. электрода в выходной сигнал преобразуется с по­мощью миллиамперметра, шкала которого проградуирована в рН. Например, рН-метр марки рН-222.1 для контроля кис­лотности молока и кисло-молочных продуктов имеет предел измерений 0-8 рН, а прибор рН-201 для контроля воды в котельных — 4-14 рН.

Рис. 5.4. Первичный преобразователь для измерения рН:

1 — электродный шарик; 2 — активный элект­род; 3 — контактный электрод; 4 — электрод сравнения; 5 - электролитический ключ; 6 — пористая перегородка.

1.7. Измерения плотности. Одним из основных показателей качества жидких продуктов и исполь­зуемых в народном хозяйстве жидкостей является их плотность. Под плот­ностью вещества р понимается физическая величина, определяемая отно­шением массы вещества к его объему, то есть ρ = т/V, (кг/м³). Диапазон значений плотности жидкостей применяемых в народном хозяйстве, составляет 650-2000 кг/м³.

Плотность вещества существенно зависит от температуры и давления окружающей среды. С увеличением температуры плотность вещества, как правило, уменьшается. Это явление объясняется увеличение объема тела вследствие теплового расширения. Исключение составляет вода. Ее плот­ность имеет максимум при t = 3,98°С и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.

Зависимость плотности от температуры при постоянном давлении в общем случае имеет вид:

ρ₂ = ρ₁[1 – β(t₂ – t₁)], (5.1)

где ρ₁ и ρ₂ — плотность вещества при температурах соответственно t₁ и t₂; β — средний коэффициент объемного теплового расширения.

Применяются методы измерений плотности: ареометрический, циклометрический и метод гидростатического взвеши­вания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические и др. Автоматические плотномеры используются в качестве рабочих средств изме­рений и применяются преимущественно в технологических процессах.

Наиболее распространенными средствами измерений плотности являют­ся ареометры (рис. 5.5), так как они просты и удобны в обращении.

С овременные ареометры выпускаются по ГОСТ 18481-81 „Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия", регламентирующий их фор­му (колба 3), типы, основные параметры и размеры. Арео­метры изготовляются из стекла марки 360. На поверхности стекла, где рас­положена шкала 4, не допускаются дефекты, затрудняющие отсчет по шкале.

П

Рис. 5.5. Ареометр

ри первичной поверке ареометров, при выпуске их из производства необходимо следить за состоянием груза 1 и связующего вещества — смолки 2. От их положения может смещаться центр тяжести ареометра, вследствие че­го свободно плавающий ареометр может отклоняться от вертикального по­ложения Допустимое ГОСТ 18481-81 отклонение ареометра от вертикали не должно вызывать разности показаний при отсчетах по концам одной и той же отметки по отношению к уровню жидкости более 0,1 цены деле­ния шкалы 4. Наличие в ареометрах незакрепленного балласта или связующе­го вещества, а также разрывов между ними, приводит к появлению погреш­ности показаний.

2. Содержание работы. Изучить назначение, устройство и эксплуатацию приборов для измерения состава, влажности и плотности газов, концентрации растворов и суспензии.

3. Порядок выполнения работы: ознакомиться с п. 1; используя формулу (5.1) по нач. условиям (табл. 5.1 и 5.2) определить плотность вещества для t₂, составить отчёт.