工业分析-气体分析(精)

2020 4 12 1 第八章气体分析 8 1概述 8 2气体试样的采取 8 3气体的化学分析法 8 4气体分析的其他方法 2020 4 12 2 1概述 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 燃料燃烧后也生产废气 如烟道气 生产厂房空气中常混有一定量生产气体 一 工业气体的分类 化工原料气 气体燃料 废气和厂房空气 1 化工原料气是无机 有机合成的重要原料 主要有 1 天然气 主要是CH4 95 煤或石油组成物的分解产物 2020 4 12 3 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 SO26 9 用于制造硫酸 6 石灰焙烧窑气 CO232 40 用于制碱和制糖工业 2 气体燃料 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 2020 4 12 4 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 4 厂房空气 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 3 废气 二 气体分析的特点 2020 4 12 5 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 三 气体分析的目的 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 2020 4 12 6 2气体试样的采取 有 4部分结构 4种采样形式 3种采样方法 2 四种采样形式 1 平均试样 用一定的采样装置在一定时间范围内 一个生产循环或一个生产周期内采样 可以代表一个过程或循环的气样 2020 4 12 7 不同对象或同一对象的不同时间内采取的混合气体样品 4 混合试样 在生产设备的不同部位 3 定位试样 2 定期试样 在一定时间间隔内 3 3种采样方法 橡皮气囊为采样容器 或者直接把分析仪器和采样装置连接 2020 4 12 8 1 常压状态气体采样 气体状态 等于大气压或低正压或低负压 采样方法 封闭液采样法使用容器 采样瓶或采样管 以下分别是采样瓶和采样管的仪器装置和操作步骤 2020 4 12 9 2020 4 12 10 排尽管1空气 封闭液进入并充满管1 提高瓶4 开旋塞2 3 首先瓶4中注满封闭液 完成采样工作 关旋塞2 3 气体进入管至封闭液降至旋塞2以下 降低瓶4 与采样管连接 再经管1和旋塞 橡皮管 2020 4 12 11 抽气泵减压法采样步骤 适用于低气压或负压不太高的负压状态气体 将真空泵4经橡皮管5与自来水龙头连接 首先将气样管1和橡皮管6与采样管连接 完成采样工作 经过一定时间 使流水真空泵产生负压 关闭自来水龙头及旋塞2 3 将气体抽入气样管 然后开启自来水龙头和和旋塞2 3 2020 4 12 12 2 正压状态气体的采样 注意事项 压力过大 应注意调整采样管旋塞 或者在采样装置与气体容器之间加装缓冲瓶 气体状态 气体压力远高于大气压力的为正压气体 采样工具 采样瓶 采样管 橡皮囊或直接采样 特点 不要改变封闭液的位置 气体借助自己的正压进入气体的气囊 3 负压状态气体的采样 2020 4 12 13 气体状态 远低于大气压力的气体称负压气体 采样方法 抽气泵减压法 负压不太高 抽空容器法 负压过高 抽空容器是0 5 3 0L容器 由优质厚壁的玻璃瓶或管瓶组成具有旋塞 采样步骤 2020 4 12 14 2020 4 12 15 3气体的分析方法 气体的分析方法有化学分析法 物理分析法和物理化学分析法 本节介绍化学分析法 化学分析法是根据气体的某一化学特性进行测定的 如吸收法 燃烧法 2020 4 12 16 一 吸收法 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 气体容量法 或气体体积 2020 4 12 17 根据吸收前后体积之差 被测组分体积计算出体积比 V V 例如 混合气 钢铁样中C的测定 2020 4 12 18 2 气体吸收剂定义 用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂 固态海绵状钯是H2良好的吸附剂 种类有 KOH溶液是CO2良好的吸收剂 2020 4 12 19 1 KOH溶液 吸收CO2 NO2 SO2 H2S 一般使用33 的KOH溶液 吸收CO2时只用KOH而不用NaOH 因浓的NaOH溶液易起泡沫 且生成的Na2CO3溶液堵塞管路 常见的气体吸收剂有 2 焦性没食子酸碱溶液 焦性没食子酸 1 2 3 三羟基苯 的碱溶液是O2的吸收剂 焦性没食子酸与KOH作用生成焦性没食子酸钾 2020 4 12 20 焦性没食子酸钾与氧气反应生成六氧基联苯钾 反应的温度不低于15 且酸性气体和氧化性气体应预先除去 3 亚铜盐溶液 亚铜盐的盐酸溶液或亚铜盐的氨溶液是CO的吸收剂 反应如下 2020 4 12 21 生成的化合物不稳定 在氨性溶液中继续反应 注 在剩余气体中常混有氨气 影响气体的体积 故在测量剩余剩余气体体积之前 应将气体通过硫酸溶液以除去氨 亚铜盐溶液也能吸收氧气 乙炔 乙烯及酸性气体 4 饱和溴水 不饱和烃的吸收剂 能和烯烃以及炔烃发生加成反应 苯不与溴反应 但能缓慢溶解于溴水中 所以苯也可以一起被吸收 2020 4 12 22 5 碘溶液 强还原性气体SO2和H2S的吸收剂 6 硫酸 高碘酸钾溶液 NO2的吸收剂 3 吸收顺序 由于混合气体中 每一种成分并没有一种专门的吸收剂 因此 在吸收过程中 必须根据实际情况合理安排吸收程序 这样才能消除气体组分间的相互干扰 得到准确结果 2020 4 12 23 以煤气为例讲解气体的吸收剂及吸收顺序 2020 4 12 24 混合气与吸附剂作用情况表 2020 4 12 25 标注表格 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 2020 4 12 26 煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表 2020 4 12 27 2020 4 12 28 二 气体吸收滴定法 1 原理 综合使用吸收法和滴定法 吸收剂吸收被测组分后 用标准溶液滴定 存在的两种反应是 吸收反应和滴定反应 示例表 2020 4 12 29 2020 4 12 30 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 CO可用燃烧法也可以用吸收法 2020 4 12 31 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 1 燃烧的方法 燃烧法共分为三类 爆燃法 缓燃法 氧化铜燃烧法 几个概念 2020 4 12 32 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 氢气的爆炸极限是 4 1 74 2 即氢气在空气中的体积占4 1 74 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 1 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 2020 4 12 33 2 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 3 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 2020 4 12 34 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 氧化铜燃烧法的反应方程式 例1 以氢气燃烧为例找出比例关系 2 燃烧后的计算 2020 4 12 35 例2 2020 4 12 36 例3 2020 4 12 37 1 一元可燃性气体含量的测定 含一种可燃性气体 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 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 20 00mL 求混合气体中CO的含量 2020 4 12 38 2 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 2020 4 12 39 例CH4与CO 2020 4 12 40 CH4与H2 2020 4 12 41 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CO218 00mL 计算各种成分的含量 解 反应式 解联立方程式得到 2020 4 12 42 例2 含CH4 H2和N2的混合气20 00mL 精确加入空气80 00mL 燃烧后用KOH溶液吸收生成的CO2 剩余气体的体积为68 00mL 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 1 求消耗O2的体积为 燃烧前准确加入80 00mL空气 空气