亚硫酸盐法测量体积溶氧系数

亚硫酸盐氧化法测量体积溶氧系数％•a一、实验目的1、了解Na2SO3法测定KL-a的原理，并用该法测定摇瓶的KL•a；2、了解摇瓶的转速(振幅，频率)对体积溶氧系数KL-a的影响。二、实验原理由双膜理论导出的体积溶氧传递方程：Nv=Kl•a(C*-CL)⑴是在研究通气液体中传氧速率的基本方程之一，该方程指出：就氧的物理传递过程而言，溶氧系数KL・a的数值，一般是起着决定性作用的因素。所以，求出Kl•a作为某种反应器或某一反应条件下传氧性能的标度，对于衡量反应器的性能，控制发酵过程，有着重要的意义。在有Cu2+存在下，O2与SO3快速反应生成so4。Cu2+2Na2SO3+O2——2Na2SO4并且在20〜45°C下，相当宽的SO3浓度范围(0.035〜0.9N)内，O2与SO3的反应速度和SO3浓度无关。利用这一反应特性，可以从单位时间内被氧化的SO3量求出传递速率。当反应(2)达稳态时，用过量的I2与剩余的Na2SO3作用。NaSO+1+HO=NaSO+2HI232224(4)然后再用标定的Na2S2O3滴定剩余的碘:(4)2NaSO+1=NaSO+2NaI2232246由反应(2)、(3)、(4)可知，每消耗4molNa2SO3相当于1molO2被吸收，故可由Na2SO3的量来求出单位时间内氧吸收量。N=AV•N/(m•At•4•1000)(mol/ml•min)在实验条件下，P=1atm，C*=0.21mmol/L，Cl=0mmol/L据方程(1)有：Kl•a=NV/C*(1/min)使用的符号：Nv：体积溶氧传递速率；(mol/ml•min)Kl•a：体积溶氧系数；(1/min)C*：气相主体中含氧量；(mmol/L)CL：液相主体中含氧量；(mmol/L)

△t:取样间隔时间；（min）△V：At内消耗的Na2SO3ml数；（ml）m：取样量；（ml）N：Na2SO3标准液的当量数；（N）三、实验器材1、摇瓶机；2、三角瓶：500ml一只，250ml两只；移液管：2ml，5ml各一只；碱式滴定管：一只；四、化学试剂1、2、3、4、1、2、3、4、5、1%可溶性淀粉指式剂：准确称取1克可溶性淀粉，加少量水调匀、倾入80毫升沸水中，继续煮沸至透明，冷却后用水定容至100毫升。（需现配）0.2mol/L碘液：144克KI，溶于100ml水中，加入50.764克I2，逐渐溶解，用水定容至1000毫升，储存于棕色瓶中。0.8mol/LNa2SO3溶液：称取100.832克无水亚硫酸钠，加水溶解，定容至1000ml。0.025mol/LNa2S2O3标准液：称取6.25克硫代硫酸钠（Na2S2O3・5H2O），0.05克碳酸钠，溶于1000毫升新鲜煮沸并冷却后的水中，储存于棕色瓶中。10-7MCu2+溶液。五、实验方法1、将100ml0.8M的Na2SO3溶液装入500ml的三角瓶中。滴入数滴Cu2+溶液,取样m1=2ml移入。2、然后将500ml三角瓶上摇瓶机持续摇瓶150min后，再取样m2=2ml移入另外一只装有8ml0.2mol/L碘液的250ml三角瓶中。3、用0.025mol/L硫代硫酸钠标准液滴定，在样品液颜色由深蓝色变成浅蓝色时，加入1%淀粉指示剂，继续滴定至蓝色褪去即为终点。六、实验数据记录及处理操作条件：20〜30°C取样时间：t=150min=2.5h（8：45-11：45）表1溶氧系数测定实验数据表记录项目反应前反应后Na2S2O3终读数(ml)8.7636.40Na2S2O3初读数(ml)08.76VNa2S2O3(ml)8.7627.64△V(ml)18.88Nv(molO2/L•h)0.024KTa(1/h)112.38数据处理:AVxN一，.…/mol、AVxN‘mol、N=()=()AVxNVmxAt(min)x4x1000ml•minmxAt(h)x4L•h18.88x0.025==0.024mol/(L•h)2x2.5x4叱_N_0.024(mol/L•h)_0.024一』l"一甘一0.21(mmol/L)—0.21x10-3—.」七、讨论1、影响实验结果的操作因素：1）从样品液移取2ml进入碘液时，应注意将移液管的下端置于离开碘液液面不超过1cm的位置处，以防止溶液进一步氧化。2）配制的硫代硫酸钠标准液没有标定，所以用0.025代入计算会引起误差。3）实验使用的亚硫酸钠溶液因为提前配制，溶液水体中溶解了一部分O2，使气相主体含氧量与液相主体含氧量的差值减小，降低了液体中的传氧速率。4）实验的关键点是滴定终点的掌握。滴定时，先用硫代硫酸钠滴定至溶液呈浅蓝色，再加淀粉指示剂使溶液变蓝，然后滴定至无色，即为终点。同时置于摇床上的时间必须准确记录，体积溶氧系数的大小与氧化时间有着密切的关系。2、影响KL・a的因素：空气中氧向水体中转移，根据Leuis和Whitman的双膜理论，由于气膜中存在氧的分压梯度和在液膜中存在氧的浓度梯度，并以后者为主，因此由氧的转移速率可见，氧的总传质系数Kl-a和饱和溶解氧C*是影响氧转移速率NV的2个主要参数［1］。而影响这2个参数的因素也必然是影响氧转移速率的因素。1）压力对KL・a的影响：在一定温度下，压力与体积传质系数有关，KL・a值随压力的增加而增加。这是由于压力增加时，气体溶解度增加，降低了液体的表面张力，使气体在液体中易于形成小气泡，增大了气泡在液体内的表面积，即a值增加；况且在高压下，随着溶解气体的增加，液体黏度将降低，由于L反比于黏度，所以使KL-a值随压力增加而增加⑵。温度对KL・a的影响：在一定压力下KL・a值随温度的升高而增加，这是因为温度升高，增加了气体的分子扩散系数和降低了液体的黏度，导致气体进入液体有较高的扩散速率，使kl值增大。但温度升高又促使小气泡凝聚成大气泡，使气泡在液体内的表面积减小，即a值降低，因此温度对KL・a的影响具有两重性，但在剧烈的搅拌下，小气泡凝聚受到一定的限制，即a值变化不大，所以温度上升kLa值增加⑵。温度对C*的影响：水温的增减将使水的物理性质发生变化，亦使KL・a值和C*值发生变化。当水温升高时，KL・a值虽然增高，但Cs值降低；反之，则KL・a值降低而Cs值升高。它们二者随温度的变化是互相反向的，对氧转移速率的影响有相互抵消的作用。因此，认真研究二者与温度之间的关系在工程实践中是非常重要的［3］。参考文献：［1］秦麟源.废水生物处理［M］.上海:同济大学出版社,1989:158〜167.［2］陈小