Измерение скорости стесненного оседания суспензии кристалликов CaSO3. Определение b – объемной доли жидкой фазы в суспензии по объему осадка

Величины и b суспензии используются для расчетов отстойников. В частности, эти величины для суспензии CaSO₃ вы будете использовать в домашней работе по курсу ТЗОС в весеннем семестре. Для начальной ориентировки в табл. 1 приведены величины для типичных видов природных суспензий.

Таблица 1

Скорость стесненного оседания типичных природных суспензий в воде, Т = 20 ⁰С, конвекция отсутствует

Материал примеси	Размер частиц, мм	, м/с
Гравий	101
Песок	100	10-1
Песок	10-1	8,3·10-3
Глина	10-2	1,3·10-4
Бактерии	10-3	1,4·10-6

Даны исходные водные растворы: 0.2М Na₂SO₃ (например, после абсорбции SO₂ из воздуха в абсорбционной колонне) и 0.2М CaCl₂ (осадительный реагент). При сливании этих растворов образуется суспензия кристалликов слаборастворимого сульфита кальция CaSO₃.

Примечание. Раствор Na₂SO₃ должен быть свежим. Для работы приготовьте 50 мл 0,2М раствора сульфита натрия, используя навеску соли m (Na₂SO ₃ ) = 1.26 г (допустимая погрешность взвешивания 0,005 г), М (Na₂SO₃) = 126 г/моль.

1. Приготовление исходной суспензии

Мерным цилиндром на 100 мл отбирается 20 мл раствора Na₂SO₃ и переливается в стаканчик на 50 мл. Затем в этот же стаканчик с помощью мерного цилиндра при помешивании вливается 20 мл раствора CaCl₂. Образуется суспензия, осесть которой мешает легкое помешивание вручную:

Na₂SO₃ + CaCl₂ = 2NaCl + CaSO₃↓.

Объемная доля жидкой фазы b₁ в суспензии пока неизвестна.

Через 2–3 минуты выдержки (при помешивании) для созревания кристаллов перемешивание прекращают и включают секундомер. Раствор быстро успокаивается (5–10 с), и начинается оседание суспензии. Достаточно четкая граница между осветленной жидкостью и суспензией медленно опускается.

Примечание. Не всегда граница между оседающей суспензией и осветленным раствором бывает четкой. Иногда она размывается и становится почти неразличимой. На четкость границы влияют конвективные потоки в стаканчике, а также, по-видимому, свежесть приготовленных исходных растворов, метеорологические условия, активность Солнца. Может быть, что- то еще?

Ниже на рисунке изображена схема эксперимента. При измерениях найдите наилучшие условия освещения раствора естественным или искусственным источником света, подберите подходящий фон (черный, светлый), на котором и плохая граница достаточно различима.

2. Измерение скорости оседания исходной суспензии

Проведите измерения Dh и Dt, заполните таблицу 2, постройте график зависимости Dh от Dt, вычислите .

Таблица 2

Первая серия измерений при b₁

t ч, мин, с	Dt, мин	Dh, мм
11:30:30
11:31:30
11:32:30
…	…	…
= … м/с