10.12. Определение влажности газов

Для определения влажности применяют различные химические и физические методы. Здесь будут рассмотрены лишь некоторые физические методы.

Психрометрический метод определения влажности воздуха основан на измерении разности температур "сухого" ц "влажного" термометров при помощи психрометров Августа и Асмана. Психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртут­ных термометров с ценой деления 0,2 °С, укрепленных рядом. Ртутный резервуар одного из них плотно обернут кусочком ба­тиста или марли, опушенным в сосуд с чистой водой. С поверх­ности ткани вода испаряется тем легче, чем меньше в воздухе влаги. Поэтому "влажный" термометр показывает более низкую температуру, чем "сухой". По разности показаний двух термо­метров находят относительную влажность воздуха, используя психрометрические таблицы, прилагаемые к прибору. Неболь­шая часть данных этих таблиц для температур, с которыми чаще всего имеют дело в лабораториях, приведена в табл. 40.

Показания "влажного" термометра зависят от скорости дви­жения воздуха в непосредственной близости от него, поэтому психрометр Августа применяют в закрытых помещениях, где скорость движения воздуха мала, а психрометр установлен на расстоянии 1,5 - 2,0 м от пола и вдали от источников-тепла.

Более совершенным является аспирационный психрометр Асмана (рис. 211,а). Он снабжен небольшим вентилятором 2, работающим от часового механизма, который заводится ключом /, и создающим сильное (до 2 м/с) движение воздуха вокруг ртутных резервуаров термо­метров 4 и 5, один из кото­рых обернут кусочком ба­тиста.

Таблица 40. Относительная влажность воздуха

Температура воздуха, °С	Относительная влажность (%) при разности температур "сухого" и "влажного" термометров °С
	1	2	3	4	5	6	7	8
18	91	82	73	65	56	49	41	34
19	91	82	74	65	58	50	43	35
20	91	83	74	66	59	51	44	37
21	91	83	75	67	60	52	46	39
22	92	83	76	68	61	54	47	40
23	"92	84	76	69	61	55	48	42
24	92	84	77	69	62	56	49	43
25	92	84	77	70	63	57	50	44

Рис. 277. Приборы для определения важности воздуха: психрометр Асмана (а)

и склянка с металличе­ским цилиндром (б)

Воздух обтекает нижнюю часть термометров, проходит по воздуховоду 6 к вентиля­тору и выбрасывается нару­жу через прорези 3.

Асман Рихард (1845-1918) -немецкий аэролог, один из первых установил существование страто­сферы.

Метод определения влаж­ности газов по точке росы. Точка росы - это температура начала конденсации насыщенного водяного пара, обнаруживаемой по помутнению (появлению мельчайших капелек воды) зеркальной поверхности. Метод применяют в температурном интервале от -70 до +50 °С с погрешностью 2 - 3%.

Предельное содержание водяного пара в любом некондиционируемом газе зависит от температуры. Чем она ниже, тем меньше воды содержится в газовой фазе. При конденсации влаги парциальное давление водяных паров будет равно макси­мальному парциальному давлению водяного пара над водой при данной температуре, являющейся точкой росы.

Для определения высокой влажности (выше 5 мг/л) приме­няют простой прибор (рис. 277,б). Он состоит из стеклянной склянки 8 и пробирки 6, изготовленной из нержавеющей стали (диаметр 25 мм, высота 100 - 11О мм) с полированной наружной поверхностью. В прибор наливают 5 - 10 мл этилового эфира 7. В склянку 8 подают через трубку 4 исследуемый газ в течение 5-10 мин для удаления содержащегося в ней воздуха и вырав­нивания температур склянки подаваемого газа. Если при этом на поверхности металлического цилиндра 6 не появилось мельчайших капель влаги, то при помощи резиновой груши через трубку 2 пропускают воздух для испарения эфира и охлаждения пробирки до тех пор, пока блестящая поверхность металла не помутнеет. После этого испарение эфира прекращают и отме­лют температуру по термометру 1, а исследуемый газ продолжают пропускать до исчезновения росы. Среднее значение температур появления и исчезновения помутнения зеркальной поверхности цилиндра 6 дает точку росы.

Таблица 41. Содержание влаги в газе при разных точках росы

Точка росы, 0С	Содержание влаги, мг/л	Точка росы, 0С	Содержание влаги, мг/л	Точка росы, 0С	содержание влаги, мг/л
4	6,39	16	13.69	28	27, 09
5	6,82	17	14,43	29	28,62
6	7,28	18	15,31	30	30,21
7	7,76	19	16,25	31	31,89
8	8,28	20	17,32	32	33,64
9	8,82	21	18,25	33	35,48
10	9,39	22	19.33	34	37,40
11	10.01	23	20.48	35	39.41
12	10,64	24	21,68	36	41,51
13	11,32	25	22,93	37	43,71
14	12.03	26	24,24	38	46,50
I5	12,82	27	25,64	39 40	48,40 50.91

По найденному значе­нию точки росы из табл. 41 находят содержание влаги в газе (в мг/л), а по табл. 37 - давление насыщенного пара воды, отве­чающее той же температуре. Трубки 3 и 5 служат для выхода воздуха и газа.

При небольшой влажности газа применяют влагомер кон­струкции, показанной на рис. 278,а. Анализируемый газ про­пускают через стеклянную камеру 1 и следят за появлением ка­пелек влаги (росы) на полированной поверхности зеркала 2. Для этого температуру зеркала постепенно понижают, опуская мед­ленно медный стержень 4 в сосуд Дыоара 6 с охлаждающей смесью из этанола и твердого СО₂. В момент помутнения по­верхности зеркала отмечают температуру по показаниям термо­пары 3, связанной с гальванометром 5. Вместо термопары под зеркалом можно поместить резервуар ртутного термометра, для которого высверливают отверстие в верхней части медного стержня (под зеркалом).

После фиксации температуры помутнения зеркала повышают температуру, вынимая медный стержень из охлаждающей смеси. В момент просветления зеркала опять записывают температуру. Среднее значение из двух измерений считают точкой росы.

Психрометр Илфельда (рис. 278,6) для определения точки росы состоит из зеркала 3, охлаждаемого струей CO₂ из баллона 1, подача которого регулируется краном 2. Анализируемый газ проходит через трубку 4 вдоль зеркала. Для наблюдения за по­верхностью зеркала применяют микроскоп 6 или лупу. При помутнении зеркала измеряют температуру термопарой 5 (см. разд. 5.6). Прибор позволяет устанавливать точку росы с точность 1 - 2 ⁰С.

Рис. 278. Влагомер (а) и психрометр Илфельда (б)

Рис. 279. Психрометр Паппаса:

1 - трубка для подачи анализируемого газа; 2 - диафрагма; 3 - изолирующая камера из полимерного, материала;

4 - манометр; 5 - шель; 6 - медный блок; 7 - милливольтметр с термопарой; 8 - сосуд Дыоара

Рис. 280. Волосяные гигрометры с одним волоском (а) и с пучком волос (б)

В психрометре Паппаса (рис. 279) анализируемый газ пропус­кают через щель 5 медного блока 6 со скоростью 15 мл/мин при давлении р = 7 * 10³ Па. Конденсация пара воды вызывает заку­порку щели 5 и повышение давления в камере 3, отмечаемое по манометру 4. Скачок давления на кривой охлаждения от точки B связан с появлением капель росы в отверстии щели. Отмеченная температура в месте сужения щели, соответствующая точке B на кривой охлаждения, и будет точкой росы. Для изготовле­ния щели используют медную трубку диаметром 6-10 мм, которую с одной стороны распиливают, а затем распил сжимают тисках и раскрывают щель до 0,5 - 1,0 мм.

Гигрометрический метод определения влажности. Метод основан на способности человеческого волоса изменять свою длину на 2 - 3% при изменении относительной влажности воздуха (волосяные гигрометры).

Волосяной гигрометр (рис. 280,а) состоит из металлической рамки 6, внутри которой натянут обезжиренный волос 7, неподвижно закрепленный вверху, а внизу перекинутый через вращающийся шкив 4. На конце волоса для натяжения укреплен небольшой грузик 5. К шкиву прикреплена стрелка 3, которая в зависимости от изменения длины волоса перемещается по шка­ле 2, проградуированной в процентах относительной влажности Точность измерения влажности таким гигрометром ±3%.

Для достижения равновесия требуется около 30 мин. Так как чувствительность волоса к изменению влажности со временем меняется, то показания гигрометра периодически проверяют по психрометру Асмана (см. рис. 277,а).

Кроме человеческого волоса, применяют животную или цел­лофановую пленку толщиной от 5 до 30 мкм. Гигрометр подве­шивают на стене вдали от источников тепла.

Гигрометр, в котором используется пучок человеческих волос (рис. 280,6) состоит из рычажной системы 6, соединенной со стрелкой 8. Коленчатый рычаг качается вокруг оси 7. Одно пле­чо рычага - стрелка, а другое присоединено к пучку волос 3 с помощью муфты 5. Длину отрезка рычага от оси 7 до муфты 5 можно регулировать. Натяжение пучка волос обеспечивает по­стоянный груз 4. Винт 1 и муфта 2 предназначены для установ­ки стрелки прибора на нуль.

До сих пор волосяной гигрометр остается наиболее простым и точным влагомером.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Грошовский Я. Техника высокого вакуума/Пер. с польск. М.: Мир, I97S.

Алексеев И. Г., Прохоров В.А., Чмутов КВ. Современные электронные при­боры и схемы в физико-химических исследованиях. М.: Химия, 1971.

Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия/Пер. с англ. М.: Химия, 1980.

Суворов А.В. Термодинамическая химия парообразного состояния. Л.: Химия, 1970.

Менх Г. Техника высокого вакуума. М. - Л.: Энергия, 1965. Гонек Н.Ф. Манометры. Л.: Машиностроение, 1979.

Степин БД., Цветков А.А. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1994

Руководство по неорганическому синтезу/Под ред. Г. Брауэра М:Мир, 1985 - 1986, т. 1 - 6.

Мюллер Г., Гнаук Г. Газы высокой чистоты. М.: Мир, 1968.