17.2. Механічні газоаналізатори.
Дія механічних газоаналізаторів грунтується на вибірному поглинанні окремих компонентів газової суміші хімічними реактивами, тому їх називають ще об’ємними хімічними (волюмометричними) газоаналізаторами. Ці прилади застосовують для вимірювання вмісту двооксиду вуглецю СО2, кисню О2, оксиду вуглецю СО, водню Н2 і вуглеводневих сполук.
На рис. 17.2 показана схема хімічного газоаналізатора типу ГХП3, призначеного для вимірювання вмісту в газах СО2, О2, і СО. Основними елементами приладу є скляні посудини 1, 2 і 3 з реактивами, в яких здійснюється вибірне поглинання окремих компонентів газової суміші. Кожна посудина складається з двох балонів, один з яких призначений для поглинання газу реактивом, а другий – для прийняття реактиву, витисненого під час поглинання. Всі балони з реактивом для поглинання газу приєднані до скляної розподільної гребінки 7 кранами 4, 5 і 6. Балони для прийняття реактиву з’єднані в верхній частині скляною трубкою 8 з резиновим мішечком 9 для запобігання стикання реактивів з повітрям. З одного кінця до гребінки 7 приєднана вимірювальна бюретка 17 об’ємом 170 мл з ціною поділки шкали 0,2 мл, розміщена в скляній циліндричній посудині 11 з водою для охолодження проби газу і підтримання постійною його температури під час аналізу. До бюретки резиновою трубкою приєднана зрівняльна посудина 12 із затворною рідиною – водним розчином кухонної солі, підкисленим сірчаною або соляною кислотою. За допомогою зрів- няльної посудини здійснюється відбір і переміщення проби газу в приладі. З іншого кінця гребінка через триходовий кран 13 приєднана до фільтра 14, заповненого скляною ватою, і до резинової груші 15, призначених для підведення газу.
Перед відбиранням проби газу для аналізу здійснюють продувку приладу з метою видалення з нього газу від попереднього аналізу. Триходовим краном 13 газохід сполучується із розподільною гребін- кою 7. Зрівняльну посудину 12 опускають так, щоб заповнити вимірю- вальну бюретку 17 газом дещо нижче нульової позначки. Після цього триходовим краном 13 газохід відокремлюється від розподільної гре- бінки. Зрівняльну посудину піднімають до поділки 170, відкривають кран 13 і відводять газ в атмосферу, після чого кран 13 закривають.
Відбір проби газу для аналізу здійснюють таким чином. Триходовим краном 13 розподільна гребінка приєднується до газоходу. Зрів- няльна посудина опускається, внаслідок чого газ надходить в вимірювальну бюретку. Спочатку проба газу відбирається дещо більше 170 мл, для чого рівень води в вимірювальній бюретці за допомогою зрівняльної посудини опускають трохи нижче нуля, після чого розподільну гребінку відокремлюють від газоходу краном 13. Після цього зрівняльну посудину піднімають так, щоб рівень води в вимірюваль- ній бюретці був на нульовій позначці, відкривають кран 13 і витисняють надлишок газу в атмосферу. Порівнюючи рівень води в посудині 12 з рівнем води в вимірювальній бюретці, переконуються, що рівень води в бюретці стоїть на нульовий позначці, тобто відібрана проба газу дорівнює 170 мл.
Аналіз газу починають з визначення процентного вмісту СО2, для чого відкривають кран поглинальної посудини 1 і, повільно піднімаю- чи зрівняльну посудину, переміщують газ з бюретки в посудину 1. Ця посудина заповнена водним розчином їдкого калію (КОН), який вміщує 33 % КОН і 67 % Н2О. Реакція поглинання СО2 відповідає рівнянню
CO2 + 2KOH = K2CO3 + H2O. |
(17.2) |
При витисненні газу в поглинальну посудину 1 рівень води в бю-ретці доводять до верхньої кінцевої позначки на капілярній трубці. Після цього зрівняльну посудину опускають доти, поки реактив в по- глинальній посудині не дійде до контрольної позначки під краном. Цю операцію повторюють 4…5 разів, доводять рівень реактиву в по- глинальній посудині до контрольної позначки і закривають кран. Зрівняльну посудину розміщують так, щоб вода в ній і в бюретці була на однаковому рівні. Відлік показань по шкалі, нанесеній на бюретці, визначає зменшення об’єму газу внаслідок поглинання СО2. Після цього контрольним переміщенням залишку газу з бюретки в поглинальну посудину і назад переконуються, що поглинання СО2 відбулося повністю.
Для визначення процентного вмісту кисню O2 залишок газу витісняють в поглинальну посудину 2, заповнену лужним розчином пірогалолової кислоти [C6H3(OH)3]. Розчин вміщує 13 % пірогалолової кислоти, 29 % КОН і 58 % H2O. Внаслідок повільного протікання реакції поглинання кисню переміщення газу в реактив і назад виконують 6…7 разів. Відлік показань по шкалі вимірювальної бюретки після поглинання кисню відповідає сумарному вмісту СО2 і О2 в газовій суміші.
Аналогічно визначають процентний вміст оксиду вуглецю СО, переміщуючи залишок газової суміші в поглинальну посудину 3, заповнену лужним розчином півхлористої міді (Cu2Cl2), який вміщує 17 % Cu2Cl2, 21 % NH4Cl (хлористого амонію) і 62 % Н2О. Перед заливанням реактиву в поглинальну посудину до нього добавляють 25 %-ний водний розчин аміаку (NH4OH). Реактив для поглинання СО швидко насичується і стає непридатним, тому не забезпечує достатню надійність вимірювання і, крім того, інтенсивно поглинає кисень з навколишнього повітря. Внаслідок цього, аналіз вмісту СО в газових сумішах такими газоаналізаторами виконують лише в окремих випадках.
Хімічні газоаналізатори використовують в лабораторних умовах; похибка вимірювання складає ±1 %. Їх застосовують як контрольні прилади для перевірки роботи автоматичних газоаналізаторів. Основним недоліком цих газоаналізаторів є те, що вони відносяться до при- ладів періодичної дії і дозволяють виконувати 20...30 аналізів за годину.