69194

Анализ состава газов

Лекция

Физика

Но водород обладает с точки зрения использования его для охлаждения одним отрицательным свойством он взрывоопасен в смеси с воздухом от 25 до 95. Шкалы газоанализаторов градируются в процентах объемного содержания отдельных компонентов газовой смеси г м3 мг л.

Русский

2014-10-01

88 KB

11 чел.

Анализ состава газов.

1 общие сведения .

Основными агрегатами участвующими в выработке электрической энергии на тепловых и атомных станциях является реактор. В процессе круглосуточной работе генератора, в нем выделяется громадное количество тепловой энергии, следовательно, происходит нагрев ротора и обмоток статора генератора, что приводит к необходимости его охлаждения.

Охлаждение обмоток статора - водяное и производится дистиллированной водой, электрическая проводимость которой контролируется соленоидом.

Охлаждать постоянно вращающийся ротор дистиллированной водой, дорого. Это обстоятельство и приводит к тому, что охлаждать ротор генератора проще и экономически выгоднее производить газом.

Встает вопрос: каким газом ?

Как известно воздух (атмосфера) составляет в себе совокупность газов:

N2(азот)≈79%, О2(кислород)≈21%, остальные газы, такие как - Н2(водород), углеводы (СН4, С2, Н2); Н2S(сероводород) и т.д. составляют порядок 0,1%.

Из всех перечисленных газов самым большим коэффициентом теплопроводности обладает водород Н2.

Коэффициент его теплопроводности примерно в 7 раз выше коэффициента теплопроводности воздуха. Вот почему для охлаждения генераторов используют водород. Чем большей чистоты (100% Н2), тем лучше. Водорода для охлаждения по объему нужно в 7 раз меньше, чем воздуха, что выгоднее с экономической точки зрения (меньше затрат электроэнергии на его перекачку).

Но водород обладает (с точки зрения использования его для охлаждения) одним отрицательным свойством - он взрывоопасен в смеси с воздухом от 2,5% до 95%.

Это обстоятельство приводит к тому, что необходимо производить контроль чистоты водорода. Получают водород в специальных установках, называемых электролизерами.

В них под действием электрического  тока, происходит разложение воды на водород и кислород.

2H2O=2H2+O2

 Кислород, после электролизеров, сбрасывается в атмосферу, а водород по трубопроводам к генераторам.

Контроль чистоты и наличие водорода производится газоанализатором.

Следовательно на АЭС газоанализаторы применяются в системах обеспечивающие безопасное функционирование технологических процессов: измерение концентрации водорода в системе охлаждения турбогенераторов, в газах сдувок аппаратов с радиоактивным теплоносителем и т.д. В промышленности на основе непрерывного контроля состава газов осуществляется управлением химико-технологическими процессами в газовой промышленности, при нефтепереработке , в металлургии и т.д.

Средства измерения (приборы) для количественного анализа газов называется газоанализаторами.

Классификация газоанализаторов

 

Ручные

Автоматические

Служат для контрольных и лабораторных измерений, для наладки и проверки других газоанализаторов.

Служат для непрерывного анализа газов в промышленных устройствах.

По принципу действия применяемые на электростанциях газоанализаторам делятся на: химические, магнитные, электрические, хроматографические и т.д.

Шкалы газоанализаторов градируются в процентах объемного содержания отдельных компонентов газовой смеси г/м3, мг/л.

Анализ состава газов.

В большинстве случаев задача анализа газового состава заключается в измерении концентрации какого-либо  одного компонента сложной газовой смеси. Соответственно и газоанализаторы предназначены для измерения концентрации одного компонента в смеси газов. Такой анализ возможен, если подлежащий определению газ отличается от остальных газов каким-либо физико-химического параметра контролируемого газа, по которому его отличие от других газов смеси выражено в наибольшей степени.

Газоанализаторы предназначенные для анализа многокомпонентных газовых смесей, применяются, главным образом,. При условиях лабораторных измерений.

Объемные газоанализаторы.

Принцип их работы заключается в том, что о содержании определяемого компонента судят по изменению объема газовой смеси в результате следующих действий: избирательного поглощения, сорбцией их соответствующими химическими реактивами, окисления или сжигания определяемого компонента. Для избирательного удаления или выделения определяемых компонентов используют химические реакции, поэтому приборы часто называют объемными химическими газоанализаторами. Они по своему назначению разделяются на газоанализаторы сокращенного и полного (объема) анализа газа. Рис.

На рисунке 1 показана схема газоанализатора ГХП-2, предназначенного для измерения двух компонентов газовой смеси: CO2, O2.

Прибор содержащий измерительную бюретку соединенную с гребенкой 2, к которой подключены два поглотительных сосуда 3 и 4. Сосуд 3 заполнен раствором едкого калия и предназначенного для поглощения CO. Сосуд содержащий щелочной раствор пирогаллола для поглощения O2. Внутри бюретки 1 находятся сообщающиеся с атмосферой трубка 5, которая используется для контроля давления пробы газа  после поглощения определяемого компонента. Отбор пробы газа через прибор осуществляется резиновой грушей 6. При этом напорный сосуд 7 опущен и газ через трубку 5 (нижний конец ее не в жидкости) выталкивается в атмосферу. При подъеме напорного сосуда  запирающаяся жидкость достигает нижнего конца трубки 5 и отсекает пробу газа от атмосферы. При покачивании газа через кран 8 находятся в среднем положении, показанном на рисунке. Газ проходит через оба поглотительных сосуда 3 и 4. В двух других положения крана 8 проба газа в мерной бюретке 1 сообщается с сосудами 3 и 4. Фильтр 10 служит для очистки газа. В качестве заполняющей жидкости используют жидкость не поглощающая анализируемые газы. Часть применяются растворы поваренной соли или хлористого кальция.

Последовательность операций при анализе:

  1.  Открывается кран 9,
  2.  Опускается сосуд 7,
  3.  Открывается нижний конец трубки, грушей 6 газ прокачивается через мерную бюретку в атмосферу,
  4.  Затем кран 9 закрывается,
  5.  Поднимается запорный сосуд 6 при таком положении крана 8, чтобы проба газа при подъеме сосуда 7 была вытеснена в сосуд3,
  6.  В сосуде 3 CO2 поглощается и объем газа пробы уменьшается на эту величину,
  7.  Для измерения остаточного объема газа пробу газа возвращают из сосуда 3 в мерную бюретку 1, спуская напорный сосуд 7. Когда уровень жидкости в бюретке 1 совпадает с уровнем во внутренней трубке 5, это означает, что давление пробы газа равно атмосферному.

Нижняя часть мерной трубки градуируется непосредственно в процентах содержания определенного газа.

В процессе измерения нельзя допускать, чтобы жидкость опускалась ниже мерной трубки, т.к. проба вытесняется в атмосферу. После измерения одержания CO2 в пробе газа проводится вытеснения пробы в сосуд 4 для измерения содержания О2.

Недостатки данных газоанализаторов:

  •  Громоздкость приборов,
  •  Сложность создания автоматических приборов,
  •  Сравнительно низкая точность (0,1-0,2% общего объема пробы).

Тепловые газоанализаторы

Принцип работы заключается в том, что измерения концентрации газа производятся путем измерения тепловых свойств газовой смеси, зависящих от концентрации определяемого компонента. Чаще всего определяются теплопроводность смеси и теплота, выделяющаяся при термических реакциях. На основе этих методов строятся автоматические приборы, с помощью которых проводят непрерывный анализ смесей.

Принцип работы газоанализатора на основе теплопроводности заключается в том, что с ростом температуры теплопроводность газов изменяется в разной степени у различных газов.

Так, например, при изменении температуры газа от 100 0С до 5000С относительная теплопроводность воздуха, азота, водорода, окиси углерода, аргона, гелия практически не изменяется в то время как у метана возрастает от 1,45 до 2,13. Таким образом измеряя теплопроводность смеси, содержащий метан, можно судить о концентрации метана в этой смеси.

Если в контролируемой смеси присутствует дополнительно контролируемый газ, то теплопроводность которого тоже изменяется, его предельно удаляют. Для измерения теплопроводности используют направленный  током проводник, помещенный в камеру, заполненную анализируемой смесью.

Рис.

На рисунке 2 изображена конструктивная схема чувствительного элемента, выполненного в виде платиновой спирали 3, подключенной к токопроводам 2, которая помещена в стеклянный корпус 1.

Температура стенок определяется  температурой окружающей среды и ее можно принять постоянной. Тогда количество отдаваемой проводником теплоты будет зависеть от теплопроводности газовой среды в камере:

Q=2πlλ(tпл-tст)/e(D/d)

Где: Q - количество теплоты отдаваемое проводником в секунду

       λ - теплопроводность смеси газов

       l - длинна проводника

       tпл - температура проводника

       tст -  температура стенок камеры

       D - диаметр камеры

       d - диаметр проводника

Из выражения видно, что при постоянстве температуры оттенок камеры и постоянство отдаваемой проводником теплоты, переменными величинами является теплопроводность и температура проводника. Таким образом температура проводника однозначно зависит от теплопроводности газов, а следовательно его сопротивления также однозначно зависит от теплопроводности газов.

На рис.3 показано простейшая электрическая схема включения чувствительных элементов газоанализатора в виде моста, питаемого постоянным током.

Рис.

Резистор Rt миллиамперметр предназначен для регулирования тока питания.

 R0 - реостат предназначен для установки сопротивления моста при отсутствии входного сигнала.

Выходной сигнал снимается с вольтметра.

К термокондуктометрическим газоанализаторам относятся приборы, основанные на измерении теплопроводности определяемого компонента газовой смеси, могущего быть мерой концентрации. Они применяются для определения объемного содержания одного какого-нибудь компонента,: двуокиси углерода (СО2), водорода (Н2) и других газов, имеющих по сравнению с другими компонентами смеси. Анализ многокомпонентной газовой смеси можно производить при условии, что все компоненты, кроме определяемого имеют близкие по значению теплопроводности.

В уран-графитовых реакторах присутствие кислорода в газу, вентилирующим графитовую кладку, вызывает ее окисление, что в сочетании с высокими температурами, имеющими в кладке, может привести к разрушению графита. Важно знать концентрацию образующихся в результате процесса окисления СО и СО2 и других газов, чтобы не допустить разрушения (выгорания графита).

           Рассмотрим в качестве примера изображенною на рис.3 принципиальную схему газоанализатора на СО2.

Первичный преобразователя газоанализатора образуется двумя неуравновешенными мостами:

  1.  рабочим (РМ);
  2.  сравнительным (СМ)

Плечи обоих мостов изготовлены из тонкой платиновой проволоки и нагреваются переменным током.

Плечи моста РМ R5 и R8 ( платиновая проволока) являются рабочими чувствительными элементами и помещены в измерительные камеры, через которые показывает анализируемая газовая смеси. Два других плеча R6  и R6 выполнены также из платиновой проволоки и представляют собой чувствительные элементы, помещенные в герметически закрытые камеры, заполненные сравнительным газом. В газоанализатор для определения СО2 в газовой смеси, сравнительным газом является воздух.

в→R1 и R4 - смесь для верхнего предела изменений

в→R6, R7, R2, R3 -смесь соответствующая нижнему пределу изменений.

Для уменьшения влияния колебаний температуры среды, окружающей первичный преобразователь газоанализатора, необходимо соблюдение с высокой точностью равенства сопротивлений, чувствительных элементов мостов РМ- (R5=R6=R7=R8) и СМ-(R1=R2=R3=R4) при наполнении всех камер сухим воздухом.

При протекании через измерительные камеры воздуха, мост РМ может быть электрически уравновешен, а указатель вторичного показывающего прибора находится на делении шкалы, соответствующей начальному (нулевому) значению измеряемой величины.

При омывании чувствительных элементов R5 и R6 газовой смесью содержащей CO2, изменяются условия теплоотдачи от чувствительных элементов к стенкам камер в следствии того, что теплопроводность анализируемой смеси становиться меньше, чем сравнительного газа  - воздуха. В силу этого температура чувствительных элементов R5 и R8 возрастает, а следовательно, увеличивается их сопротивление.

 При этом из-за нарушения электрического равновесия схемы между точками "f" и "d" моста РМ появится напряжение и указатель вторичного прибора сместится с начального положения на деление шкалы, пропорциональное изменению напряжения. Это напряжение является функцией сопротивления чувствительных элементов R5 и R6 или, иначе говоря, функцией объемного содержания в СО2 в анализируемой газовой смеси.

В качестве вторичного прибора в газоанализаторах этого типа используется электронный прибор, выполняющий на базе автоматического уравновешенного моста типа КМС2, снабженный реохордом Rp. 

Реохордом вторичного прибора включен в измерительную диагональ моста 2 между точками "а" и "б", между точкой "d" моста РМ и подвижным контактом реохорда 1 подключен вход электронного усилителя.

В условиях равновесия измерительной схемы преобразователя, напряжения в точках "f2 и "d" рабочего моста уравновешивается частью напряжения, снимаемого с реохорда выше подвижного частью напряжение на входе усилителя равно нулю. При изменении концентрации СО2 в газовой смеси напряжение изменяется и на выходе усилителя появляется напряжение разбаланса, которое усиливается и приводит в движение реверсивный двигатель РД. Последний. Через систему кинематической передачи, перемещает движок реохорда в таком направлении и настолько, чтобы напряжение на верхнем участке реохорда уравновесило напряжение между точками "f" и "d" моста РМ.

    Одновременно реверсивным двигателем перемещается каретка с указателем и пером, регистрирующим значение измеряемой величины концентрации СО2 в анализируемой газовой смеси на ленточной диаграмме, приводимой в движение синхронным двигателем СД.

Чувствительные элементы сравнительного моста CMR1 и R4 находятся в закрытых камерах, заполненных газовой смесью, состоящей из воздуха, содержащего СО2 в концентрации, соответствующей верхнему пределу измерения газоанализатора. Два других элемента сравнительного моста R2 и R3 находятся также в закрытых камерах, заполненных воздухом.

При подаче на мост СМ питающего напряжения между точками "а" и "б" создается постоянное по значению напряжение равное напряжению "f" и "d" моста РМ и условии, что через его рабочие камеры протекает газовая смесь с концентрацией равной предельной. Это напряжение подключено к сопротивлению R н.р. нормирующего расхода.

Назначение моста СМ состоит в том, чтобы снизить погрешности, возникающие в следствии колебания напряжения и колебания температуры воздуха, окружающего преобразователь.

Газоанализаторы с другими диапазонами измерении отличаются от описанного прибора только процентным содержанием газовой смеси в закрытых камерах рабочего и сравнительного мостов.

На основе схемы, приведенной выше строятся газоанализаторы типа ТГК-4, ТГК-5. Их погрешность 3-5% и автоматические приборы типа АНК. Их погрешность 2,5-3%.

В термохимических газоанализаторах концентрация анализируемого компонента измеряется по количеству теплоты, выделившийся при реакции каталитического окисления. Реакция окисления происходит на поверхности нагретой платиновой нити ( либо в камере с платиновой нитью). Температура платиновой нити и, соответственно, ее сопротивление зависят от количества  теплоты, выделавшийся при окислении определенного компонента. Платиновая нить включает в цепь измерительного моста.

Термохимические газоанализаторы являются более информационными. Время установление показаний достигает 5 мин. Их погрешность составляет 5-7%

Магнитные газоанализаторы

Принцип их работы основан на измерении параметров, связанных с магнитными свойствами анализируемых газов. При этом магнитные свойства определенного компонента должны различаться с магнитными свойствами остальных компонентов среды.

Газы по их магнитной восприимчивости делятся на парамагнитные втягиваемое в магнитное поле, диамагнитные, выталкиваемые из него.

Наибольшей магнитной восприимчивостью обладает кислород, который относится к парамагнитным газам.

Кислород в отличие от большинства других газов обладает парамагнитными свойствами, т.е. его молекулы при наличии внешнего магнитного поля стремятся перемещаться в область поля с большей напряженностью. При нагревании парамагнитные свойства кислорода быстро теряются. Это позволяет вызвать термомагнитный конвекционный поток газа, если в области магнитного поля будет создана неравномерность.

     На рис. показан чувствительный элемент, выполненный из платиновой проволоки 1, намотанной на стеклянный капилляр 2. С внешней стороны он остеклован слоем 3. Концы спирали подпаяны к токопроводам 4. Сопротивление платиновой проволоки составляет 40Ом.

      На рис.  чувствительный элемент помещается между полюсами магнита, причем резистор R2, подобный резистору чувствительного элемента R1 помещается между полюсами немагнитного блока, но имеющего ту же конфигурацию (ложного магнита). Этим обеспечивается компенсация по температуре.

      Газоанализатор работает следующим образом:

Кислородосодержащий газ пропускают по трубке 7. При этом кислород втягивается в магнитное поле и нагревается от резистора R1. При нагревании его магнитная восприимчивость уменьшается и нагретый газ выталкивается, создавая поток конвенции, охлаждающий резистор R1, степень охлаждения резистора и, соответственно, его сопротивление зависит от интенсивности конвенции, которая определяется величиной концентрации кислорода в анализируемой газовой смеси.

Измерение сопротивления чувствительных элементов измеряется с помощью мостовых схем рис. , где содержится два моста: рабочий - І и сравнительный - ІІ. Чувствительные элементы моста ІІ омываются воздухом. Рабочий мост содержит R1 в магнитном поле, а R2 - между полюсами ложного магнита, R3 и R4 - выполнены из манганиновой проволоки постоянные резисторы.

   Такую схему имеют кислородомеры типа ММ-5106. Его пределы измерения 0-10% О2,а погрешность ±0,25%.

    При больших пределах измерения погрешность увеличивается до 10%. Время установления выходного сигнала 0,5-1,5мин.

Основной узел преобразователя газоанализатора на О2 схематически изображен на рис. 6. Он состоит из кольцевой камеры с горизонтальной трубкой, помещенной между полюсами постоянного магнита, так что магнитное поле находится на одной стороне трубки.

На стеклянной перемычке навита двухсекционная нагревательная спираль платиновой проволоки. Секции спирали являются плечами R1 и R2 неравномерного моста R1,R2,R3,R4 и служат измерительными элементами.

При наличии в газовой смеси кислорода часть потока ответвляется в трубку, где образуется течение газа в направлении слева направо - от поля с большей напряженностью к меньшей.

Образующийся конвектионный поток газа переносит тепло от секции спирали R1 и R2, в следствии чего температура их изменяется (R1-охлаждается, а R2 - нагревается).

Разность сопротивлений функционально связана с концентрацией кислорода в исследуемой газовой смеси.

     Равновесие моста нарушается, что вызывает отклонение стрелки измерительного прибора.

  

Оптические газоанализаторы.

  Принцип их работы основан на зависимости оптических свойств газовой смеси от концентрации определяемого компонента: показателей преломления, спектрального поглощения, спектральной плотности и др.

  Применяются три группы оптических газоанализаторов:

  1.  инфракрасного и ультрафиолетового поглощения;
  2.  спектрофотометрические;
  3.  фотоколориметрические.

    Рассмотрим принцип работы газоанализатора, работающего на принципе поглощения.

    Каждый газ имеет свой определенный спектр поглощения. Для применения данного метода необходимо, чтобы спектр поглощения анализируемого компонента существенно отличался от спектров поглощения компонентов этой смеси.

     На рис. показана схема оптико-акустического газоанализатора. Источник 1 создает инфракрасное излучение, которое с помощью обтюратора 2 и светофильтра 3 преобразуется в пульсирующее монохроматическое излучение. Анализируемый компонент, находящийся в камере 4, поглощает излучение. При этом в соответствии с пульсацией излучения в камере, в результате поглощения излучения, возникают пульсации температуры и давления, показанные на рис. .

     Пульсации давления измеряются с помощью преобразователей ( емкостных, пьезоэлектрических и др.). в данном случае пульсации давления измеряются чувствительным элементом 5, представляющем собой конденсатор, образованный подвижной мембраной и неподвижной пластиной.

Хроматографические  газоанализаторы.

   Хроматографические газоанализаторы предназначены для анализа многокомпонентных газовых смесей. В последние годы они применяются для анализа состава жидкостей и твердых тел.

   Метод основан на избирательной сорбции какого-либо компонента, входящего в состав вещества. Различают два вида сорбции: абсорбцию - избирательное поглощение компонента из газовой фазы жидкостью или твердым абсорбентом, и адсорбцию - избирательное поглощение на поверхности раздела газ-жидкость, газ-твердое тело, жидкость-твердое тело. Сорбирующее вещество в этом случае называют адсорбентом.

  Процесс измерения разбивается на две стадии: разделение газовой смеси на отдельные компоненты и количественный, и качественный анализ этих компонентов. на рис. показана принципиальная схема хроматографа.

Принцип работы: из баллона 1 в хроматограф поступает газ-носитель. С помощью редуктора 2 поддерживается постоянная скорость. В газ-носитель с помощью дозатора 3 периодически вводится проба анализируемого газа, которая поступает в разделительную колонку 4, которая содержит твердый или жидкий сорбент. В колонке 4 анализируемая смесь разделяется на компоненты. Для улучшения разделения на компоненты регулируется температурный режим колонки с помощью терморегулятора 5. После разделения каждый компонент вместе с газом-носителем подается в детектор 6, где производится его анализ одним из известных методов для анализа бинарных газов.

  Выходной сигнал детектора подается на регулирующий прибор 7,. Интегрирующее устройство 8 и самописец 9. Вместо измерительных устройств 8 и 9 может быть подключена микро-ЭВМ.

Электрические газоанализаторы.

   Принцип работы электрических газоанализаторов основан на измерении электрохимических параметров жидкости, в которой растворен анализируемый газ. Электрические газоанализаторы предназначены для измерения малых концентраций.

  Чаще всего для анализа газов применяются методы: вольтамперметрические и кулонометрические.

   Вольтамперметрические газоанализаторы представляют собой два электрода, к которым приложена разность потенциалов от внешнего источника ЭДС. В цепи возникает ток, обусловленный движением ионов в растворе. При этом у поверхности электродов собираются ионы противоположного знака, создавая внутри раствора разность напряжений, направленную встречно действующему в цепи внешнему напряжению Е. Ток в цепи определяется выражением:

                                                             I = (E - U)/R,

где U - разность внутренних потенциалов анода и катода;

     R - сопротивление раствора.

   Материал электродов, электролита и внешнего напряжения подбираются таким образом, что ток в цепи при отсутствии анализируемого газа равен нулю.

   При наличии анализируемого газа в цепи возникает поляризационный ток, который определяется количеством введенных в фоновый раствор молекул анализируемого газа.

   Кулонометрические газоанализаторы основаны на измерении количества электричества, израсходованного при электролизе. Согласно закону Фарадея для выделения при электролизе количества вещества G необходимо через раствор пропустить ток I; в течении времени t.

                            G = MIt/96492n,

где М - молекулярная масса окисленного или восстановленного вещества;

      n -  число электронов, участвующих в электродном процессе.    

  Мерой концентрации анализируемого газового компонента является протекающий в цепи ток I.

  Выпускаются кулонометрические газоанализаторы "Атмосфера 1" и "Атмосфера 2", предназначенные для измерения в воздухе микроконцентраций О3 (токсичный озон), Н2S (сероводород),SO2 (двуокись серы), Cl2 (хлор).

Хроматографические газоанализаторы (хроматографы).

   Хроматографы предназначены для количественного анализа многокомпонентных газовых смесей, а также для анализа свойств жидкостей и твердых тел.

     Применяют в различных отраслях промышленности (химической, газовой, нефтехимической, энергетической и др.).

    В энергетике их используют для периодического анализа продуктов горения различных видов топлива, определения концентрации вредных примесей (СО, СН4 и др.) в воздухе производственных помещений.

     Метод измерения основан на избирательной сорбции какого-либо компонента, входящего в состав вещества.

  Различают два вида сорбции:

  •  адсорбцию - избирательное поглощение на поверхности раздела газ-жидкость, газ-твердое тело, жидкость-твердое тело. Сорбирующее вещество называется в этом случае адсорбентом;
  •  абсорбцию - избирательное поглощение компонента из газовой фазы жидкостью или твердым телом.

  Процесс измерения делится на две стадии:

  1.  разделение газовой смеси на отдельные компоненты;
  2.  количественный и качественный анализ этих компонентов.

 Метод хроматографического разделения веществ при помощи адсорбентов впервые был открыт в 1903г. русским ученым М.С. Цветом и применен им в исследовании пигментов, участвующих в фотосинтезе растений. При проведении исследований М.С. Цвет имел дело с охромленными веществами и поэтому используемый им метод он назвал хроматографией ( chromatos - цвет ), хоть в настоящее время применяют метод и для разделения и бесцветных веществ.

 Хроматография подразделяется на:

а) - газо-адсорбционную;

б) - газожидкостную.

  Газожидкостной метод - разделение сложных смесей веществ основано на различии растворимости компонентов анализируемой смеси в тонком слое жидкости, нанесенной на поверхности твердого химически инертного носителя. Твердый носитель не участвует в адсорбции, ионном процессе, а служит для создания, необходимой поверхности растворителя. Выбор жидкости (подвижной фазы) определяется свойствами подлежащих разделению смеси веществ.

  Твердые носители → используют кирпич (дмитровский, апрелевский и др.), диатолт, каолин и др.

   Жидкости → вазелиновое масло, силиконовые, высококипящее авиационное масло, полиэтилен гликоль различных марок и др.

Газо-адсорбционный метод - разделение компонентов газовой смеси основано на различной адсорбируемости компонентов твердыми адсорбентами, представляющие собой пористые вещества с большой поверхностью. Адсорбентами являются активированные угли, силикогели, алюмогели, молекулярные сита (цеолиты), тонкопористые стекла и др.

 Принципиальная схема хроматографа и его основные элементы.

На рисунке показана упрощенная схема хроматографа на основе газо-адсорбционного метода анализа газовой смеси.

На схеме приняты следующие обозначения:

  1.  баллон;
  2.  редуктор;
  3.  дозатор (оптимальный объем пробы составляет 0,5-20см3);
  4.  разделительная колонка (трубки длиной от 0,5м до нескольких метров с диаметром 3-8мм из стали, фторопласта и т.д. Форма - прямые, U- образные, W- образные, спиральные и в виде не замкнутого кольца.);
  5.  терморегулятор;
  6.  детектор (определяет время анализа, оптимальный объем пробы, режим анализа и др.).

Детектор один из наиболее важных узлов схемы.

Детектор должен обладать:

  •  малой инерционностью;
  •  высоким порогом чувствительности;
  •  стабильностью метрологических характеристик;
  •  линейной зависимостью выходного сигнала от концентрации определяемых компонентов.

Детекторы в зависимости от метода измерения компонента газовой смеси подразделяются на:

  •  интегральные (измеряют суммарное количество компонента, выделяющегося из анализируемой смеси);
  •  дифференциальные (фиксируют значение тех или иных физико-химических свойств бинарной смеси).
  1.  показывающий, регистрирующий прибор (регулирующий);
  2.  самописец. В качестве самопишущих приборов применяют микровольтметры на базе потенциометров типа КСП4.

 Принцип действия:

Из баллона 1 газ-носитель непрерывно поступает через редуктор 2 с помощью которого поддерживается его постоянная скорость. В газ-носитель (ГН) с помощью дозатора 3 периодически вводится проба анализируемого газа, которая поступает в разделительную колонку 4, заполненную соответствующим адсорбентом (твердым или жидким).

 В колонке 4 анализируемая смесь разделяется на компоненты. Для улучшения разделения на компоненты регулируется температурный режим с помощью терморегулятора 5.

 После разделения каждый компонент смеси вместе с газом-носителем подается в детектор 6, где производится его анализ одним из известных методов анализа бинарных газов (бинарный газ это определяемый x - компонент и газ-носитель).

Выходной сигнал подается на показывающий регистрирующий прибор 7 и самописец 8. Вместо измерительных устройств 7 и 8 может быть подключена микро-ЭВМ.

 Регистрация концентраций компонентов на выходе устройства выполняется в виде ХРОМАТОГРАМ, которая дает представление о качественном и количественном составе анализируемой газовой смеси.

 В промышленности применяют хроматографы типа " Газохром 3101". Предназначенный для определения концентрации газов О2,СО2,N2,CO,CH4 и углеводородов в продуктах горения. Погрешность измерения составляет ±5%. Продолжительность анализа = 10 мин.

Электрические газоанализаторы.

Принцип работы электрических газоанализаторов основан на измерении электрохимических параметров жидкости, в которой растворен анализируемый газ.

Предназначены для измерения малых концентраций. Чаще для анализа газов применяют методы:

а) вольтамперметрические;

б) кулонометрические.

Вольтамперметрические газоанализаторы представляют собой два электрода, к которым приложена разность потенциалов от внешнего источника ЭДС. В цепи возникает ток, обусловленный движением ионов в растворе. При этом у поверхности электродов собираются ионы противоположного знака, создавая внутри раствора разность напряжений, направленную встречно действующему в цепи внешнему напряжению Е. Ток в цепи определяется выражением:

                                                             I = (E - U)/R,

где U - разность внутренних потенциалов анода и катода;

     R - сопротивление раствора.

   Материал электродов, электролита и внешнего напряжения подбираются таким образом, что ток в цепи при отсутствии анализируемого газа равен нулю.

   При наличии анализируемого газа в цепи возникает поляризационный ток, который определяется количеством введенных в фоновый раствор молекул анализируемого газа.

   Кулонометрические газоанализаторы основаны на измерении количества электричества, израсходованного при электролизе. Согласно закону Фарадея для выделения при электролизе количества вещества G необходимо через раствор пропустить ток I; в течении времени t.

                            G = MIt/96492n,

где М - молекулярная масса окисленного или восстановленного вещества;

      n -  число электронов, участвующих в электродном процессе.    

  Мерой концентрации анализируемого газового компонента является протекающий в цепи ток I.

  Выпускаются кулонометрические газоанализаторы "Атмосфера 1" и "Атмосфера 2", предназначенные для измерения в воздухе микроконцентраций О3 (токсичный озон), Н2S (сероводород),SO2 (двуокись серы), Cl2 (хлор).

       

  

 

      

 

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53588. А.П. Чехов «Ванька» 1019 KB
  Цель урока: познакомить учащихся с рассказом А. Чехова Ванька Задачи урока: Образовательные: систематизировать и обобщить знания по теме продолжить знакомство с творчеством А. Ребята а какое мужское имя на Руси было самое распространенное Иван Ваня Иван - это полное имя а неполное как звучит Ваня А рассказ который мы будем с вами изучать на уроке называется Ванька. Заметьте рассказ называется не Ваня не Ванечка и не Иван а Ванька.
53589. Пресмыкающиеся. Их разнообразие, строение тела, способы передвижения 42 KB
  Их разнообразие строение тела способы передвижения. Выявить их строение способы передвижения питание. Изучение нового материала Кто всех медленней ползетДомик на себе несетСпрятать голову от страхаМожет в панцирь . Постановка задач Как вы думаете что нам надо узнать сегодня о пресмыкающихся Их разнообразие строение тела способы передвижения.
53590. Правописание безударных личных окончаний глаголов в настоящем и будущем времени 60.5 KB
  Цели урока: Образовательные: формировать умение писать безударные личные окончания глаголов в настоящем и будущем времени развивать умение обосновывать правильное продолжить формирование умения писать слова на изученные ранее орфограммы развивать орфографическую зоркость и фонематический слух Развивающие: развивать память развивать внимание развивать мышление развивать мелкую моторику рук Воспитывающие: развивать интерес к русскому языку воспитывать коллективизм прилежание Оборудование учителя: Оборудование ученика:...
53591. Открытка с элементами торцевания к 23 февраля 74.5 KB
  Педагогические задачи: Образовательные: научить новому приему работы торцевание; познакомить с технологией выполнения изделия открытки; познакомить с инструментом для работы оправка; научить организовывать рабочее место...
53592. Базовые концепции финансового менеджмента: концепция эффективности рынка капитала, асимметричной информации, агентских отношений, альтернативных затрат 26.5 KB
  Концепция эффективности рынка капитала. Применительно к рынку капитала термин «эффективность» понимается в информационном плане, т.е. степень эффективности рынка характеризуется уровнем его информационной насыщенности и доступности информации участникам рынка. Выделяют три формы эффективности рынка: слабую, умеренную и сильную.
53593. Система образования в России 69 KB
  Кто догадался про что мы сегодня с вами будем говорить Правильно это образование а тема урока – система образования в России. Кто из вас чтонибудь знает по этой теме Какие ступени образования существуют в нашей стране. По мере ваших рассказов схема системы образования будет наполняться и в конце занятия мы увидим ее полностью.
53594. Здоровье и как его сохранить 67.5 KB
  Здоровье -– это состояние полного физического психологического и социального благополучия а не только отсутствие болезней или физических дефектов. Слайд 3 Основные составляющие современной концепции здоровья: Физическая – включает в себя уровень роста и развитие органов и систем организма а также текущее состояние их функционирования; ...
53595. Анализ ликвидности и платежеспособности 32.5 KB
  Под ликвидностью актива понимают его способность трансформироваться в денежные средства, а степень ликвидности определяется продолжительностью временного периода, в течение которого эта трансформация может быть осуществлена
53596. Введение в науку информатика 82 KB
  Термин информатика возник в 60е годы во Франции в связи с развитием компьютерной микропроцессорной техники для обозначения новой научной области занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин informtique информатика образован от двух слов informtion информация и utomtique автоматика и означает информационная автоматика или автоматизированная переработка информации . Информатика – это техническая наука систематизирующая приемы создания хранения обработки и...