《气体分析》PPT课件.ppt

第5章 气体分析,1 概述 2气体的化学分析法 3 气体分析的仪器,工业生产中常使用气体作为原料或燃料；化工生产的化学反应常常有副产物废气；燃料燃烧后也产生废气（如烟道气）；生产厂房空气中常混有一定量生产气体。,一、概述,所以工业气体共分四大类： 1.化工原料气 2.气体燃料 3.废气 4.厂房空气,1）天然气：主要是 CH495% （煤或石油组成物的分解产物） 2）炼油气：CH4及其它低分子量的C、H化合物 （原油热处理产物） 3）焦炉煤气：H2 、CH4 （煤800炼焦油气态产物） 4）水煤气：CO、H2 （水蒸气和炽热的煤作用，得到半水煤气） 5）硫铁矿焙烧炉气： SO2 6-9% 用于制造硫酸 6）石灰焙烧窑气：CO2 32-40% 用于制碱和制糖工业,化工原料气是无机、有机合成的重要原料，主要有：,上述天然气、炼油气、焦炉、煤气、水煤气及半水煤气等，除了作为化工生产原料气体之外，也可作为气体燃料。,气 体 燃 料,燃烧炉的烟道气的组成为：N2、O2、CO2、CO、水蒸气及少量其它气体。 如：硫酸、硝酸厂排入大气的废气中含有少量的SO2和NO2； 制碱厂排出废气中含有少量CO2； 总之，有机化工的废气是各种各样的。,废 气：,生产设备漏气生产厂房内空气含生产用气危害健康甚至燃烧爆炸。,厂房空气,气体分析意义： 在工业生产中为了正常安全生产，对各种工业气体都要经过分析，了解其组成。 1.化工原料气 分析正确配料； 2.中间产品气体分析生产是否正常； 3.（燃料燃烧后生成）烟道气分析 燃 烧是否正常； 4.厂房空气分析 通风、设备漏气情况 有无有害气体是否危及生命及厂房安全。,气体分析的特点：,一般测定气体的V而不是质量m，并同时测定环境的T和P。,2. 气体的化学分析方法,1原理：利用气体的化学特性，使混合气和特定试剂接触。则混合气体中的被测组分与试剂发生化学反应被定量吸收，其它组成则不发生反应（或不干扰）。如果吸收前后的温度及压力一致，则吸收前后的体积之差即为被测组分的体积。,一、 化学吸收法,（一） 气体容量法（或气体吸收体积法）,原理：,根据吸收前后体积之差=被测组分体积计算出体积比（V/V）的分数,例如：混合气：,钢铁样中C的测定：,2. 气体吸收剂及吸收顺序 定义：用来吸收气体的试剂称作气体 吸收剂；,以煤气为例讲解气体的吸收剂及吸收顺序，其中煤气的组成成分为：,煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表,气体分析是有一连串装有吸附剂的吸附瓶来进行吸收的，因此吸附剂的顺序必须进行合适的安排，否则会干扰测定。,下表列出了各种吸附剂和各种气体之间的作用：,混合气与吸附剂作用情况表,表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰 (1) KOH溶液只吸附CO2； (2) 饱和溴水只吸附不饱和烃，其他的不干扰，但是要用碱溶液除去吸附时混入的溴重气，此时CO2也被吸附故排在KOH之后； (3) 焦性没食子酸的碱溶液能吸附碱性气体CO2，所以排在KOH之后 (4) 氯化亚铜氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、O2、CnHm等，故应为第4位。,（二）吸附容量滴定法 原理：综合使用吸附法和重量滴定法。 方法实质：吸附剂吸附被测组分（混合气 体） ，然后用标准滴定法。 存在的两种反应是：吸收反应和滴定反应,示例表,（三）吸收重量法 综合应用吸收法和重量分析法，测定气体物质或可以转化为气体物质的元素含量的方法。,然后根据吸附剂增加的重量计算C、H 的含 量。,二.燃烧法 利用可燃烧性气体的性质进行测定的方法，特别适 用于无适当吸收剂的化学性质比较稳定的气体。,如：CH4无适当的吸收剂，H2、CO可用燃烧法也可以用吸收法。,燃烧法原理：,根据可燃性气体燃烧后，其体积缩减V缩，消耗氧的体积VO2或生成CO2的体积VCO2与可燃性气体的体积V可燃的比例关系，由测定得V缩、VO2或VCO2计算V可燃从而求得其含量。,V可燃与V缩、VO2或VCO2有一定的比例关系，是计算的依据，也是燃烧法的主要理论依据。,例1，以氢气燃烧为例找出比例关系：,例2，以甲烷燃烧为例：,例3，以CO 燃烧为例：,可用吸收法除去干扰组分（如O2，CO2等），再加入一定量的O2或空气，燃烧后根据体积的变化或生成CO2的体积，可计算可燃性气体含量。,(二) 一元可燃性气体含量的测定（含一种可燃性气体）,例如：一混合气体有N2、O2、CO2、CO取样50mL测CO， 测CO时O2、CO2有干扰，吸收干扰物后再补充O2使混合气燃烧测出生成CO2的体积VCO2为20.00mL，求混合气体中CO的含量？,（三） 二元可燃性气体含量的测定（含两种可燃性气体）,先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2燃烧后，测V缩、VO2、VCO2，列出相关的方程式求解。,二元可燃烧气体含量测定表,例1： CH4、CO和N2的混合气20.00mL。加一定量过量的O2，燃烧后体积缩减21.00mL，生成CO2 18.00mL，计算各种成分的含量？,解：反应式：,，,，,得到：,解联立方程式得到：,则：,例2：含CH4、H2和N2的混合气20.00mL。精确加入空气80.00 mL。燃烧后用KOH溶液吸收生成的CO2，剩余气体的体积为68.00 mL，再用没食子酸的碱溶液吸收剩余的O2后，体积为66.28mL。计算混合气体中CH4、H2和N2的体积含量？,燃烧前准确加入80. 00mL空气，空气中含O2 20.90 ，所以加入的O2的体积是：,，,燃烧后除去CO2后剩余体积为68.00mL，所以 燃烧中的总体积缩减与生成CO2的总体积的和共为100-68.00=32.00mL。,（四） 燃烧法 燃烧法共分为三类： 爆燃法、缓燃法、氧化铜燃烧法。 几个概念： 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量(含量指可燃性气体与空气或氧气的浓度关系百分比)。 爆炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。 爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。,例如： 氢气的爆炸极限是：4.1 74.2, 即氢气在空气中的体积占4.174.2时，此混合气体有爆炸性。下限以下可避免爆炸，上限以上氧气不足，可燃气体不能完全燃烧。,爆燃法（爆炸燃烧法）： 可燃气体与空或氧气混合，其比例能使可燃气体完全燃烧且在爆炸极限内的方法 。 特点：所需时间最少即快速。爆炸极限在工业生产防火防爆工作中极重要的意义 。,缓燃法(缓慢燃烧法) ： 可燃气体与空气或氧气混合，且浓度控制在爆炸极限以下，使之经过炽热的铂质螺丝而引起缓慢燃烧。 特点：需时太长。适合于可燃性组分浓度较低的混合气体或空气中可燃物的测定,氧化铜燃烧法 ： 利用氧化铜在高温下的氧化活性，使可燃性气体缓慢燃烧。 特点：不要加入燃烧所需氧，所用的氧气由氧化铜还原得出。CuO使用后，可在400通入空气使之氧化即可再用。 优点：因不通入氧气，可减少一次体积测量而减少误差，并且测量后的计算也因不加入氧气而简化。,气体分析的仪器 主要部件：,这是测量气体体积用的部件,供气体进行吸收作用的部件,供气体进行燃烧反应的部件,梳形管：连接量气管、吸收瓶及燃烧管的部件。 旋塞：三通、普通、四通旋塞，控制气体流动的部件。,奥氏气体分析仪,量气管,1）单臂直式量气管，为100mL有刻度的玻璃管，分度值为0.2mL；,2）量气管的末端用橡皮管与水准瓶相连，顶端引入气体与赶出气体的出口，可与取样管相通；,3）完成进气后，关闭进样阀门，将量气管的液面与水准瓶的液面保持在同一平面时，即可读出量气管上的读数，即为气体的体积；,吸收瓶,1）吸收瓶是供气体进行吸收作用的容器，分为两部分：承受部分与作用部分；每部分体积比量气管大，为120150mL；,2）承受部分与大气相通，作用部分经活塞与梳形管相连；使用时，将吸收液吸至作用部分顶端，气体由量气管进入吸收瓶中；吸收液由作用部分进入承受部分，气体与吸收液发生吸收作用,3）接触式吸收瓶吸收瓶的吸收部分装有许多直立的玻璃管，增大气体与吸收液的接触面积，以提高吸收效率；,爆炸瓶,1）爆炸瓶的上端熔封2根铂金丝，与电源连接；下端管口用橡皮管连接水准瓶；,2）使用前用封闭液充满爆炸瓶，引入气体后封闭液移入水准瓶中，用感应线圈在铂金丝间产生电火花点燃混合气体；,梳形管,1）用来连接量气瓶、吸收瓶、燃烧瓶的管道，是气体流动的通路；,煤气全分析,分析项目二氧化碳、不饱和烃类、氧气、一氧化碳、甲烷、氢气和氮气；,基本思路吸收法可测定二氧化碳、不饱和烃类、氧气、一氧化碳；甲烷、氢气可用燃烧法检测；剩余气体为氮气；,一、吸收剂的配制：,1）33%氢氧化钾：1份质量的氢氧化钾溶解于两份质量的水中；,2）焦性没食子酸碱性溶液：5g焦性没食子酸溶解于15mL水中，另取48g氢氧化钾溶解于32mL水中，使用前混合；,3）硫酸银的硫酸溶液：4g硫酸银溶解在65mL水中，将400mL浓硫酸一边搅拌，一边缓慢加入；,4）氨性氯化亚铜溶液：250g氯化铵溶解于750mL水中，加入200g氯化亚铜，溶解后，迅速转移于预先装有铜丝的试剂瓶中，至几乎充满。以橡皮塞塞紧（溶液无色），临用前以溶液体积2倍的浓氨水稀释；,5）封闭液：10%硫酸溶液，滴加数滴甲基橙；,二、仪器的校准安装：,1）量气管的校准：,2）洗涤与安装：,3）活塞上润滑剂的涂抹方法： 润滑剂=50g白凡士林+10g石蜡，加热溶化后+3040g切碎的天然橡胶，加热直至形成均匀的物质；,4）注入溶液：（煤气分析）吸收瓶1注入氢氧化钾溶液；吸收瓶2注入硫酸银的硫酸溶液；吸收瓶3注入焦性没食子酸碱性溶液；吸收瓶4注入亚铜盐氨溶液；注入量应稍大于吸收瓶总体积的1/2；吸收液上倒入58mL