Детектор по теплопроводности (ДТП)

 

Принцип действия ДТП основан на регистрации изменений температуры нагретых термочувствительных элементов в зависимости от теплопроводности окружающего газа, которая зависит от его состава.

ДТП измеряет различие в теплопроводности чистого газа-носителя и смеси газа-носителя с веществом, выходящим из хроматографической колонки.

ДТП обладает чувствительностью ко всем соединениям, теплопроводность которых отличается от теплопроводности газа-носителя. Наибольшая чувствительность может быть получена в случае, когда теплопроводность анализируемого вещества сильно отличается от теплопроводности газа-носителя.

В качестве газа-носителя обычно применяется гелий, аргон, азот.

Конструктивно ДТП представляет собой металлический блок, в цилиндрических камерах которого расположены два термочувствительных элемента – элемент сравнения и рабочий элемент (Рисунок 8). Камеры детектора через входной и выходной канал продуваются газом-носителем или смесью газа-носителя с исследуемым веществом.

Термочувствительные элементы включены в измерительный мост.

 

Рисунок 8 – Конструкция детектора ДТП

Детектор пламенно-ионизационный (ПИД)

 

Работа ПИД основана на изменении фонового тока водородного пламени при внесении в него органического вещества.

Фоновый ток самого водородного пламени чрезвычайно мал. Органические вещества, сгорая в водородном пламени, вызывают протекание тока, между коллекторным электродом и горелкой детектора, к которой приложено напряжение. Протекающий ток пропорционален количеству органического вещества, сгоревшего в пламени детектора.

ПИД обнаруживает большинство органических соединений, содержащих связь С–Н. Детектор обладает малой инерционностью и малым рабочим объемом.

Конструкция ПИД изображена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Конструкция ПИД

1 – крышка; 2 – свеча поджига; 3 – гайка; 4 – верхний изолятор; 5 – нижний изолятор; 6 – контакт; 7 – коллекторный электрод; 8 – пружина; 9 – центрирующийся электрод; 10 – трубопровод подвода воздуха, уплотняется металлической муфтой; 11 – контакт +200В; 12 – корпус; 13 – горелка; 14 – корпус; 15 – трубопровод подвода водорода; 16 – шайба; 17 – г айка

Пламенно-фотометрический детектор (ПФД)

 

Работа детектора основана на возбуждении молекул анализируемых соединений в обогащенном водородом пламени и регистрации фотонов определенной длины волны при переходе молекул в основное состояние.

Детектор является селективным к серосодержащим соединениям (394 нм) и фосфорсодержащим соединениям (526 нм).

Процессы, происходящие в детекторе, можно разделить на четыре стадии.

Для серосодержащих соединений:

· на первой стадии в горячей области водородного пламени происходит разложение исходных серосодержащих соединений с образованием атомов серы или сероводорода;

· на второй – осуществляются различные обратимые реакции в верхней части пламени с образованием соединения S₂;

· на третьей – происходит возбуждение молекул серы;

· на четвертой – возбужденные молекулы серы возвращаются в холодном внешнем конусе пламени в основное состояние, излучая свет в широком диапазоне длин волн (300-450) нм.

Для фосфорсодержащих соединений процессы аналогичны. Излучение света в узком диапазоне волн с максимумом интенсивности 526 нм.

Конструкция ПФД изображена на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Конструкция ПФД

1 – свеча поджига; 2 – диск; 3 – световод; 4 – вентилятор; 5 – крышка; 6 – камера; 7 – корпус; 8 – горелка верхняя; 9 – корпус; 10 – светофильтр; 11 – ФЭУ (датчик); 12 – горелка нижняя; 13 – корпус нижний; 14 – шайба; 15 – гайка.

Выполнение работы

 

Цель работы – определение компонентного состава сухого газа, содержащего углеводороды С₁-С₈, а также неуглеводородные компоненты (водород, азот, кислород, гелий и двуокись углерода) и определение физико-химических показателей качества природного газа: вычисление значения высшей теплоты сгорания, низшей теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе газовой смеси.

Определение состава газа осуществляется методом газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии газа с использованием детектора по теплопроводности. Углеводороды С₁-С₈ и двуокись углерода разделяют методом газожидкостной хроматографии. Неуглеводородные компоненты водород, гелий, кислород и азот разделяют методом газоадсорбционной хроматографии.

На основании расчета физико-химических показателей устанавливается соответствие природного газа ГОСТ 5542-87 «Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия» требованиям по низшей теплоте сгорания, области значений числа Воббе и допустимому отклонению числа Воббе от номинального значения.

 

ПРИНЦИП АНАЛИЗА

 

Все значимые компоненты или группы компонентов, подлежащие определению в газовой пробе, физически разделяются методом газовой хроматографии, и их молярная доля измеряется посредством сличения с данными градуировки, полученными при тех же условиях. Поэтому градуировочные газы и газовую пробу следует анализировать с помощью той же самой системы измерений и при тех же условиях.

 

ОТБОР ПРОБ

 

Пробы сухого газа отбирают из движущегося потока газа с соблюдением правил техники безопасности в резиновую камеру, снабженную тройником и зажимами. Пробоотборник подсоединяют к пробоотборному устройству и открывают входной вентиль пробоотборника. Открывают запорную арматуру пробоотборного устройства и продувают пробоотборник отбираемым газом в течение 1-2 мин 3-4 раза для удаления остаточного количества воздуха, затем закрывают вентиль и запорную арматуру пробоотборного устройства. Отсоединяют пробоотборник и его штуцер закрывают заглушками.

 

ПОДГОТОВКА ХРОМАТОГРАФА

 

1. Включить компьютер.

2. Подать газы-носители (гелий и аргон), открыв вентили баллонов и задав редуктором давление 4 атм.

3. Включить хроматограф, нажав кнопку питания на правой боковой панели.

4. Передать режим анализа на хроматограф. Для этого необходимо запустить на компьютере ярлык «Природный газ».

5. Дождаться выхода хроматографа на режим (до появления зеленого индикатора «Готовность» на передней панели прибора).

 

УСЛОВИЯ АНАЛИЗА

Компонентный состав сухого газа определяют на двух хроматографических колонках. В качестве сорбента первой колонки для разделения углеводородов С₁-С₈ и двуокиси углерода применяют Porapak Q (дивинилбензол/этилвинилбензол). Неуглеводородные компоненты (водород, гелий, кислород, азот) разделяют на второй колонке, заполненной цеолитами NaX.

Условия анализа (для хроматографа Кристалл-5000.2)

Длина колонки Porapak Q, м 2

Внутренний диаметр колонки Porapak Q, мм 2

Длина колонки NaX, м 3

Внутренний диаметр колонки NaX, мм 2

Температура термостата, °С 70

Температура испарителя, °С 120

Температура детектора 1, °С 230

Температура детектора 2, °С 250

Газ-носитель 1 гелий

Расход газа-носителя 1, мл/мин 20

Газ-носитель 2 аргон

Расход газа-носителя 2, мл/мин 20

Объем пробы, см³. 1

 

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА

 

Пробу газа из пробоотборника через термостатируемый кран-дозатор вводят в испаритель хроматографа, откуда он поступает в первую и вторую колонки. Скорость продувки визуально определяют по пузырькам газа в колбе с водой.

После продувки петли дождаться выравнивания давления в системе и нажать кнопку «Старт» на передней панели хроматографа.

В открывшемся окне паспорта хроматограммы в поле «Название» ввести номер группы и фамилию оператора.

По завершении анализа обработать полученную хроматограмму.

Обработка результатов