Схема і опис лабораторної установки.

Газооб¢ємний (волюмометричний) метод газового аналізу побудований на вимірюванні скороченної проби газу, що аналізується в результаті реакції абсорбції при контакті газу з реактивом, який вибірково взаємодіє тільки з одним компонентом суміші (чи групою однорідних компонентів). Поглинальні реактиви звичайно застосовують у вигляді розчинів. У розчинах залишаються і продукти реакції, а об¢єм газової суміші зменшується на об¢єм компонента, що прореагував.

У лабораторну установку (див.рис.13) входить джерело димових газів (на рис. не вказано) та переносний хімічний газоаналізатор КГА 2-1 (комплект для газового аналізу).

Комплект складається з футляра, що має елементи кріплення, двох поглинальних посудин контактного типу 4 і 6, бюретки 8 у захисному циліндрі 7, гребінки 2, що з¢єднує поглинальні посудини та бюретку, зрівнювальної склянки 10, триходових та серповидних кранів 1 і 5.

Скляні частини установки з¢єднані між собою еластичними гумовими трубками. Бюретка 8 використовується для вимірювання об¢ємів газу. Вона включає дві градуйовані вертикальні трубки, спаяні верхівки кінцями і один загальний капіляр з нульовою відміткою в місці спаю.

Права частина бюретки містністю 21 мл проградуйована по всій довжині (ціна поділки 0,05 мл). Ліва частина місткістю 80 мл циліндричними перетисками поділена на чотири рівні частини місткістю по 20 мл кожна. Позначки (20, 40, 60, 80) мл нанесені на перетисках, вверх та вниз від цих позначок у межах перетисків нанесені 4 позначки по 0,05 мл. Бюретка градуйована по нижньому краю меніска.

Нижні кінці бюретки 8 з¢єднані за допомогою гумових трубок, двох кранів та перехідника 9 із зрівнювальною склянкою 10, що використовується для створювання розрідження в бюретці під час набору газової суміші та при прокачуванні суміші крізь поглинальні посудини.

 

 

 

 

Рис.13

Для охолодження газової суміші до кімнатної температури та для запобігання від різких температурних впливів навколишнього середовища бюретка розміщена в скляному циліндрі 7, що закритий гумовою пробкою і заповнений водою.

З метою полегшення заміру об¢єму газу та підвищення точності вимірів задня стінка циліндра виконана матовою, при цьому меніск рідини в бюретці стає більш чітким.

Поглинальні посудини 4 та 6 для збільшення активної поверхні контакту газової суміші з реактивами заповнені тонкостінними скляними трубочками (зовнішній діаметр 4,4 мм, товщина стінки 0,45 мм). Внутрішній балон служить для прийому та поглинання реактивом газу, зовнішній – для прийому реактива, що витісняється під час набора газу.

Дерев¢яний футляр з висувними боковими кришками з каркасом для кріплення всіх інших частин приладу. Дно футляра вкрито склом, щоб запобігти псуванню дерева при використанні розчинів.

Щоб не допустити контакту реактивів з атмосферним повітрям, на вільний кінець трубки, що з¢єднує зовнішні балони поглинальних посудин, одягають гумовий мішечок. Мішечок може бути замінений гідравлічним затвором 3 (цю посудину заповнюють підкисленою водою).

На поверхню пробок триходових 1 (або серповидних) 5 кранів (діаметр прохідного отвору 2,5 мм) нанесений тонкий шар мастила (безводний ланолін, вакуумне мастило чи технічний вазелин). Роботу цих кранів показано на схемі установки. Триходовий кран дає можливість проводити три види операцій: збір газу (положення І), викид газу (положення II) та аналіз газу (положення III).

Зрівнювальна склянка 10 заповнена запірною рідиною. Як запірна рідина заслуговує на перевагу водний насичений розчин СаСl₂ (він не висихає та не залишає нальоту на деталях).

Розчин підкислюють Н₂SO₄ та додають метилоранжевий барвник, внаслідок чого запірна рідина набуває рожевого кольору. Із забарвленою рідиною зручніше проводити всі відліки та виміри, а по кольору рідини ведуть контроль за збереженням кислотності. У разі випадкового потраплення лужного розчину з поглинальних посудин у бюретку колір запірної рідини стає жовтим. Така рідина буде поглинати СО₂, що викривить результати аналізу. При втраті кислотності запорною рідиною її треба замінити. Переведення газу в поглинальну посудину та назад треба проводити обережно, не допускаючи попадання поглинальних розчинів у крани та у з¢єднувальну систему.

Розміщення поглинальних посудин від вимірювальної бюретки вліво повинно відповідати порядку визначення окремих компонентів газу.

Для поглинання триатомних газів RО₂ близька до бюретки поглинальна посудина 6 заповнена прозорим водним розчином КОН. Наступна посудина 4 використовується для поглинання О₂. Вона заповнена темним розчином пірогалолу С₆Н₃ (ОН) ₃ в КОН. У футлярі газоаналізатора є місце ще для двох посудин. Іноді використовують третю поглинальну посудину з аміачним розчином хлориду одновалентної міді СuСl або ж з β -нафтолом для поглинання СО.

Реактиви на СО швидко насичуються, і їх застосування не забезпечує достатню надійність вимірювань. Крім того, лужний розчин пірогалолу може виділяти СО, що при малих концентраціях СО завищує його справжній вміст у пробі. Тому часто вміст СО визначають шляхом розрахунку.

Якщо q₃ <2%, припускають, що вона визначається лише одним компонентом СО, який має низьку здатність до окислення. Це припущення неприйняте при неповному згорянні природного газу, де в димових газах є вуглеводні, що не згоріли, та продукти їх розкладання.

Розрахунковим шляхом вміст СО знаходять за формулою:

СО = [21 – О₂ - RО₂ (1 + β)]/ (0,605 + b), (6.3)

де b – безрозмірна хімічна характеристика палива.

b = 0,005 + 2,37 (Н^р – 0,126 О^р) / (С^р + 0,375 S^p_л) (6.4)

Приклади значень β для різних палив: дрова – 0,038; торф – 0,073; вугілля Т – 0,104; вугілля АРШ – 0,041; мазут – 0,320; природний газ – 0,336.

Розрахункове визначення СО надійне при незначній неповноті згоряння, коли помітної кількості Н₂ та СН₄ у димових газах не буває.У випадку значної неповноти згоряння (r_CO > 0,01) необхідно проводити повний хімічний аналіз димових газів. Зниження вмісту СО₂ у димових газах може бути викликане, як збільшенням подачі повітря, так і зниженням a, яке супроводжується зростанням СО і великими значеннями q₃.

Порядок виконання роботи.

4.1. Перевірка приладу на герметичність. Перш ніж почати аналіз, треба довести рівні реактивів у поглинальних посудинах 4 і 6 до позначок, які знаходяться на капілярах над посудинами, під кранами 5.

Посудину, в якій треба підняти рівень реактиву, поворотом відповідного крана 5 (при закритих інших кранах) з¢єднують з бюреткою 8 (положення крана II). Бюретку піднімають приблизно до середини висоти штативу і відкривають обидва крани над перехідником 9. Опускаючи зрівнювальну склянку 10, створюють розрідження в обох частинах бюретки, в результаті рівень рідини у поглинальній посудині 6 почне підніматися. Повільно доводять рівень реактиву до позначки, після чого кран 5 закривають (положення крана I).

Коли всі поглинальні посудини підготовлені, поворотом крана 1 з¢єднують бюретку з атмосферою. Піднімаючи зрівнювальну склянку 10, доводять рівень запірної рідини в обох частинах бюретки до яких-небудь позначок у верхній її частині. Триходовий кран 1 ставлять в положення III, зрівнювальну склянку опускають якомога нижче і спостерігають за положенням рівня 8 в поглинальних посудинах та вимірювальній бюретці. Якщо рівні рідин впродовж 5 хвилин залишаться незміними, прилад можна вважати герметичним. У разі негерметичності для виявлення місця нещільності газоаналізатор випробовують по частинах і ліквідують нещільність.

4.2. Продувка розподільної гребінки. Слід виключити потраплення в аналізовану суміш повітря чи іншого газу, що раніше знаходився в приладі. Ставлячи кран 1 в положення I, далі з¢єднують бюретку 6 з газозабірною лінією та заповнюють бюретку газом. Потім з¢єднують бюретку з атмосферою (положення крана II) і викидають набрану порцію газу з приладу. Цю операцію повторюють тричі.

4.3. Відбір проби газу. За допомогою склянки 10 в обидві частини бюретки набирають 100 см³ газу (80 см³ + 20 см³). Проба газу приводиться до барометричного тиску. Для цього зрівнювальну склянку ставлять у таке положення, щоб рівень води в ній і у вимірювальній бюретці був однаковим. Кран 1 ставлять у положення а, III.

4.4. Аналіз димових газів. Аналіз газу починають з визначення RО₂. Для цього піднімають склянку 10, відкривають кран 5 над поглинальною посудиною 6 (положення крана II) і повільно перегоняють газ у посудину з розчином КОН. Зробивши п¢ять прокачувань, закривають кран під розширеною лівою частиною бюретки, набирають повну праву вимірювальну частину бюретки на 21 мл і закривають кран під нею. Рівень рідини в розширеній лівій частині бюретки доводять до позначки 80 (при роботі з останніми по ходу вимірювань посудинами іноді до позначки 60) і кран під нею закривають.Відкривають кран під правою частиною бюретки і за допомогою склянки 10 доводять реактив у поглинальній посудині до контрольної позначки. Кран 5 над поглинальною посудиною закривають (положення крана I). Остачу проби газу приводять до барометричного тиску. Роблять відділ за шкалою вимірювальної бюретки.

Виконують три контрольні прокачування і повторний відлік за шкалою вимірювальної бюретки. Остаточний результат записують у графу RО₂ табл.1. Аналогічним чином визначають і записують у таблицю вміст RО₂ + О₂. Кількість прокачувань для поглинальної посудини 4 в два рази більша, ніж для посудини 6. Різниця (RО₂ + О₂ ) - RО₂ – це вміст кисню у димових газах.

Тривалість визначення RО₂ та О₂ у пробі димових газів звичайно не перевищує 10 хвилин.

5. Обробка дослідних даних.

5.1. Розрахунок коефіцієнта надлишку повітря.

5.1.1. За даними про склад палива знаходять за формулою (6.4) його характеристику b.

5.1.2. За формулою (6.3) розраховують вміст СО у димових газах.

5.1.3. За формулою (6.2) знаходять вміст N₂.

5.1.4. За формулою (6.1) визначають a. Результати розрахунків заносять у табл.1.

5.2. Розрахунок параметрів димових газів як газової суміші. Без суттєвої похибки приймають, що RО₂ = СО₂.

5.2.1. На основі результатів газового аналізу знаходимо об¢ємні частки компонентів димових газів.

r _CO2 = СО₂ / 100; r _O2 = О₂ / 100; r _CO = СО / 100;

Дані за r записуємо в табл. 11.

5.2.2. Маса кіломоля суміші, що відповідає складу димових газів

μ_см = , кг / кмоль

5.2.3. Питома газова стала суміші

R _см = 8314 / μ_см, Дж / (кг·К)

5.2.4. Густина газової суміші за нормальних умов

ρ_см.н = μ_см / 22,4, кг /м³_н

5.2.5. Густина димових газів за заданим барометричним тиском р_б (кПа) і температурою відхідних газів t_в (°С)

ρ_см. = 273 р_б ρ_см.н / [101,3 (t_в + 273)], кг / м³

5.2.6. Масові частини компонентів газової суміші

g_і = r_iμ_i / μ_см.

5.2.7. Парціальні тиски компонентів при тиску димових газів, що дорівнює барометричному

р_і = р_б r_i, кПа

Результати розрахунків за пунктами 5.2.2...5.2.7 виносимо у табл.12.

 

Табл. 11

№ пп

RО2, %; r RO2

RО2 + О2, %; r(RO2+ O2)

О2, %; r O2

β;

СО, %; r CO2

N2, %; r N2

a

Табл.12

μсм., кг / кмоль

R см, Дж/(кгК)

ρсм.н, кг / м^3н

ρсм., кг / м^3

g CO2

g O2

рСО2, кПа

рО2, кПа

 

Контрольний приклад. У складі робочої маси вугілля О^р =59,3%; Н^р =2,0%; S^p_л = 2,0 %; О^р = 4,7 %; звідки β = 0,10.

За результатами газового аналізу: RО₂ =13,9 і О₂ = 5,0 %; р_б = 100 кПа; t_в =

50 °С.

Результати розрахунків: СО = 1,0%; N₂ = 80,1 %; α = 1,27; r _O2 = 0,05; r _CO = 0,01; r _N2 = 0,801; μ_см. = 30,42 кг / кмоль; R _см = 273,3 Дж / (кг﹒К); ρ_см.н = 1,358 кг /м³_н; ρ_см.= 0,865 кг / м³; q_СО2 = 0,201; q_О2 = 0,053; р_СО2 = 13,9 кПа; р_О2 = 5 кПа.

6. Контрольні питання.

1. Напишіть склад робочої маси твердого чи рідкого палива.

2. Напишіть реакції горіння для горючих компонентів палива.

3. Що таке повне і завершене згоряння палива?

4. Чому при згорянні палива недостатньо теоретичної витрати повітря?

5. Що називають коефіцієнтом надлишку повітря? Як його знаходять?

6. В яких межах змінюється коефіцієнт надлишку повітря при горінні різних видів палива?

7. Чому при горінні твердого палива в шарі надлишок повітря повинен бути більшим, ніж при горінні його в пиловидному стані?

8. Що впливає на величину ККД котлоагрегату?

9. Втрати теплоти в котлоагрегаті та їх залежність від коефіцієнта надлишку повітря.

10. Принцип роботи хімічного газоаналізатора.

11. Які реактиви застосовують під час аналізу в газах СО₂, SО₂, О₂ та СО?

12. Як захищають реактиви від впливу атмосферного повітря?

13. Призначення зрівнювальної склянки.

14. Як перевірити газоаналізатор на герметичність?

15. Що впливає на величину характеристики хімічного складу палива?

16. Як знаходять вміст СО у димових газах?

17. Як знаходять уявну масу кіломоля суміші та питому газову сталу для димових газів?

18. Як знайти густину димових газів за нормальних та за реальних умов?

19. Як визначаються об¢ємні та масові частки компонентів газової суміші?

20. Як знайти парціальний тиск компонентів газової суміші?

21. Визначити теоретично необхідний об¢єм повітря для спалювання 8 кг сірки.

22. Визначити теоретично необхідний об¢єм повітря для спалювання 2 м³_н метана.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка.- К., Техніка, 2001.- с.36 - 43, 62, 166.

2. Теплотехніка: Підручник /О.Ф.Буляндра, Б.Х.Драганов, В.Г.Федорів і ін. – К.: Вища шк., 1998. – с. 192-195, 198-201.

3. Теплотехника / Под ред. И.Н. Сушкина. - М.: Металлургия, 1973. – 480 с.

4. Трембовая В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – с. 263-271.

5. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высш.шк., 1980. - С.210-217.

6. Швець І.Т. Теплотехніка. – К.: Вища шк., 1969. – 520 с.

7. Теплотехника / И.Т.Швец, В.И. Толубинский, Алабовский и др. - К.: Вища шк., 1976. -С.68-72.

8. Техническая термодинамика / В.А.Кириллин, В.В.Сычев, А.Е.Шейдлин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С.371-382.

9. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.А. Теплотехника. - К.: Вища школа, 1986. – 256 с.

10. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

11. Михеев М. А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977. – 344 с.

12. Ривкин С.Л., Александров А.А.Термодинамические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия, 1975. – 80 с.

13. Иванова Г.М., Кузнецова Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

 

Навчальне видання

Теплотехніка. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни для студентів усіх спеціальностей заочної та денної форм навчання. С.М.Василенко, В.О.Карась, Д.Є.Сінат-Радченко, Л.П.Ткач, В.О.Виноградов-Салтиков, В.С.Маловічко, В.П.Агафонов, І.М.Ямпольська, В.В.Іващенко, З.П.Мельник, В.І.Бондар.

 

Редактор

Комп`ютерна верстка

Підписано до друку 00.00.05р. Наклад. 500 прим.

Вид № Зам. №

РВЦ УДУХТ