Fysikaalisen kemian laboratorioharjoitusten laatiminen prosessiolosuhteita simuloivalle vesikiertopiirille
Koski, Jouni (2010)
Koski, Jouni
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2010
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201005118946
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201005118946
Tiivistelmä
Insinöörityössä oli tavoitteena kehittää ja ohjeistaa kaksi fysikaalisen kemian laboratorioharjoitusta, joissa käytetään Metropolia Ammattikorkeakoulun fysikaalisen kemian laboratorioon rakennettua vesikiertolaitteistoa. Laitteistolla voidaan tehdä johtokyky-, pH-, happipitoisuus- ja redox-potentiaalimittauksia prosessiolosuhteita simuloivassa ympäristössä. Työhön liittyi myös laitteistoa varten koululla rakennetun redox-potentiaalianturin käyttöönotto ja sen toiminnan testaaminen.
Ensimmäistä harjoitustyötä varten vesikiertoon syötettiin elektrolyyttien vesiliuoksia ja seurattiin johtokykyä ja pH:ta. Mittauskennoissa eri hetkillä vallitsevien konsentraatioiden selvittämiseksi ne esitettiin differentiaaliyhtälöryhmänä, jonka numeeriseen ratkaisemiseen tehtiin MatLab-ohjelma. Mittaustuloksia ja laskettuja konsentraatioiden arvoja käyttäen laskettiin elektrolyyttien happovakion tai molaarisen johtokyvyn arvoja, joita kirjallisuusarvoihin vertaamalla voitiin arvioida mittausten soveltuvuutta prosessien valvontaan.
Toista harjoitustyötä varten selvitettiin hapen liukoisuutta veteen ja sen riippuvuutta lämpötilasta ja hapen osapaineesta. Lämpötilariippuvuutta tutkittaessa kiertovettä lämmitettiin laitteiston lämmittimillä, paineriippuvuutta tutkittaessa taas laitteiston varastosäiliön veteen kuplitettiin vuoroin typpeä, happea ja paineilmaa. Happipitoisuuden lisäksi seurattiin kiertoveden redox-potentiaalia.
Ensimmäinen harjoitustyö kuvaa hyvin siinä tehtyjen mittausten soveltuvuutta prosessien valvontaan. Laitteiston huuhtelu mittausten välillä vaatii kuitenkin pitkähkön ajan, mikä kannattaa ottaa huomioon laboratorioharjoitusten ajankäyttöä suunniteltaessa. Toinen harjoitustyö on lämpötilariippuvuuden osalta onnistunut, mutta paineriippuvuuden osalta tämä menetelmä on opiskelijatöihin liian hidas. Redox-potentiaalianturia kokeiltiin ennen laitteistoon asentamista ja todettiin sen toimivan, mutta prosessiolosuhteissa sen toiminta muuttui epäluotettavaksi.
Ensimmäistä harjoitustyötä varten vesikiertoon syötettiin elektrolyyttien vesiliuoksia ja seurattiin johtokykyä ja pH:ta. Mittauskennoissa eri hetkillä vallitsevien konsentraatioiden selvittämiseksi ne esitettiin differentiaaliyhtälöryhmänä, jonka numeeriseen ratkaisemiseen tehtiin MatLab-ohjelma. Mittaustuloksia ja laskettuja konsentraatioiden arvoja käyttäen laskettiin elektrolyyttien happovakion tai molaarisen johtokyvyn arvoja, joita kirjallisuusarvoihin vertaamalla voitiin arvioida mittausten soveltuvuutta prosessien valvontaan.
Toista harjoitustyötä varten selvitettiin hapen liukoisuutta veteen ja sen riippuvuutta lämpötilasta ja hapen osapaineesta. Lämpötilariippuvuutta tutkittaessa kiertovettä lämmitettiin laitteiston lämmittimillä, paineriippuvuutta tutkittaessa taas laitteiston varastosäiliön veteen kuplitettiin vuoroin typpeä, happea ja paineilmaa. Happipitoisuuden lisäksi seurattiin kiertoveden redox-potentiaalia.
Ensimmäinen harjoitustyö kuvaa hyvin siinä tehtyjen mittausten soveltuvuutta prosessien valvontaan. Laitteiston huuhtelu mittausten välillä vaatii kuitenkin pitkähkön ajan, mikä kannattaa ottaa huomioon laboratorioharjoitusten ajankäyttöä suunniteltaessa. Toinen harjoitustyö on lämpötilariippuvuuden osalta onnistunut, mutta paineriippuvuuden osalta tämä menetelmä on opiskelijatöihin liian hidas. Redox-potentiaalianturia kokeiltiin ennen laitteistoon asentamista ja todettiin sen toimivan, mutta prosessiolosuhteissa sen toiminta muuttui epäluotettavaksi.