《氣體分析》PPT課件

1、第5章 氣體分析 1 概述 2氣體的化學(xué)分析法 3 氣體分析的儀器 工業(yè)生產(chǎn)中常使用氣體作為原料或燃料；化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)常常有副產(chǎn)物廢氣；燃料燃燒后也產(chǎn)生廢氣（如煙道氣）；生產(chǎn)廠房空氣中常混有一定量生產(chǎn)氣體。一、概述所以工業(yè)氣體共分四大類(lèi)： 1.化工原料氣 2.氣體燃料 3.廢氣 4.廠房空氣1）天然氣：主要是 CH495% （煤或石油組成物的分解產(chǎn)物）2）煉油氣：CH4及其它低分子量的C、H化合物 （原油熱處理產(chǎn)物）3）焦?fàn)t煤氣：H2 、CH4 （煤800煉焦油氣態(tài)產(chǎn)物）4）水煤氣：CO、H2 （水蒸氣和熾熱的煤作用，得到半水煤氣）5）硫鐵礦焙燒爐氣： SO2 6-9% 用于制造硫酸6）石

2、灰焙燒窯氣：CO2 32-40% 用于制堿和制糖工業(yè) 化工原料氣是無(wú)機(jī)、有機(jī)合成的重要原料，主要有： 上述天然氣、煉油氣、焦?fàn)t、煤氣、水煤氣及半水煤氣等，除了作為化工生產(chǎn)原料氣體之外，也可作為氣體燃料。氣 體 燃 料燃燒爐的煙道氣的組成為：N2、O2、CO2、CO、水蒸氣及少量其它氣體。 如：硫酸、硝酸廠排入大氣的廢氣中含有少量的SO2和NO2；制堿廠排出廢氣中含有少量CO2； 總之，有機(jī)化工的廢氣是各種各樣的。廢 氣：生產(chǎn)設(shè)備漏氣生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)空氣含生產(chǎn)用氣危害健康甚至燃燒爆炸。廠房空氣氣體分析意義： 在工業(yè)生產(chǎn)中為了正常安全生產(chǎn)，對(duì)各種工業(yè)氣體都要經(jīng)過(guò)分析，了解其組成。1.化工原料氣 分析正確

3、配料；2.中間產(chǎn)品氣體分析生產(chǎn)是否正常；3.（燃料燃燒后生成）煙道氣分析 燃 燒是否正常；4.廠房空氣分析 通風(fēng)、設(shè)備漏氣情況 有無(wú)有害氣體是否危及生命及廠房安全。氣體分析的特點(diǎn)： 一般測(cè)定氣體的V而不是質(zhì)量m，并同時(shí)測(cè)定環(huán)境的T和P。2. 氣體的化學(xué)分析方法1原理：利用氣體的化學(xué)特性，使混合氣和特定試劑接觸。則混合氣體中的被測(cè)組分與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被定量吸收，其它組成則不發(fā)生反應(yīng)（或不干擾）。如果吸收前后的溫度及壓力一致，則吸收前后的體積之差即為被測(cè)組分的體積。一、 化學(xué)吸收法（一） 氣體容量法（或氣體吸收體積法） 原理：根據(jù)吸收前后體積之差=被測(cè)組分體積計(jì)算出體積比（V/V）的分?jǐn)?shù)例如：混

4、合氣： 鋼鐵樣中C的測(cè)定： 2. 氣體吸收劑及吸收順序 定義：用來(lái)吸收氣體的試劑稱(chēng)作氣體 吸收劑；以煤氣為例講解氣體的吸收劑及吸收順序，其中煤氣的組成成分為：煤氣中各種成分的吸附劑及吸附順序表成分吸附劑反應(yīng)順序CO233%KOH(1)CnHm飽和溴水(臭)（石蠟封口） 加成反應(yīng) 苯緩慢溶解于溴水，不與之反應(yīng)(2)濃硫酸、 Ag2SO4或HgSO4作催化劑 強(qiáng)氧化性磺化反應(yīng)O2焦性沒(méi)食子酸的堿溶液(3) O2保險(xiǎn)粉（Na2S2O4）蒽醌-磺酸鈉作催化劑CO氯化亞銅氨溶液氯化亞銅鹽酸溶液CH4燃燒法測(cè)無(wú)適當(dāng)?shù)奈談〩2海綿狀鈀（吸收）常用燃燒法N2剩余部分氣體分析是有一連串裝有吸附劑的吸附瓶來(lái)進(jìn)行

5、吸收的，因此吸附劑的順序必須進(jìn)行合適的安排，否則會(huì)干擾測(cè)定。下表列出了各種吸附劑和各種氣體之間的作用：混合氣與吸附劑作用情況表CO2CnHmO2COCH4H2N2編號(hào)KOH (33%)(1)飽和溴水(2)焦性沒(méi)食子酸的堿溶液(3)氯化亞銅氨溶液(4)燃燒法(5)表示發(fā)生了相互作用或干擾； 表示不干擾 (1) KOH溶液只吸附CO2； (2) 飽和溴水只吸附不飽和烴，其他的不干擾，但是要用堿溶液除去吸附時(shí)混入的溴重氣，此時(shí)CO2也被吸附故排在KOH之后； (3) 焦性沒(méi)食子酸的堿溶液能吸附堿性氣體CO2，所以排在KOH之后 (4) 氯化亞銅氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、O2、CnHm等，故

6、應(yīng)為第4位。（二）吸附容量滴定法 原理：綜合使用吸附法和重量滴定法。 方法實(shí)質(zhì)：吸附劑吸附被測(cè)組分（混合氣體） ，然后用標(biāo)準(zhǔn)滴定法。 存在的兩種反應(yīng)是：吸收反應(yīng)和滴定反應(yīng) 示例表 氣體吸收反應(yīng)滴定反應(yīng)H2SNH3Cl2SO2H2O2吸收I2吸收HClNaOH吸收AgNO3吸收（三）吸收重量法 綜合應(yīng)用吸收法和重量分析法，測(cè)定氣體物質(zhì)或可以轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法。然后根據(jù)吸附劑增加的重量計(jì)算C、H 的含 量。 二.燃燒法利用可燃燒性氣體的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定的方法，特別適用于無(wú)適當(dāng)吸收劑的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體。 如：CH4無(wú)適當(dāng)?shù)奈談?，H2、CO可用燃燒法也可以用吸收法。燃燒法原理：根據(jù)可燃

7、性氣體燃燒后，其體積縮減V縮，消耗氧的體積VO2或生成CO2的體積VCO2與可燃性氣體的體積V可燃的比例關(guān)系，由測(cè)定得V縮、VO2或VCO2計(jì)算V可燃從而求得其含量。V可燃與V縮、VO2或VCO2有一定的比例關(guān)系，是計(jì)算的依據(jù)，也是燃燒法的主要理論依據(jù)。 例1，以氫氣燃燒為例找出比例關(guān)系： 例2，以甲烷燃燒為例： 例3，以CO 燃燒為例： 可用吸收法除去干擾組分（如O2，CO2等），再加入一定量的O2或空氣，燃燒后根據(jù)體積的變化或生成CO2的體積，可計(jì)算可燃性氣體含量。 (二) 一元可燃性氣體含量的測(cè)定（含一種可燃性氣體） 例如：一混合氣體有N2、O2、CO2、CO取樣50mL測(cè)CO， 測(cè)CO

8、時(shí)O2、CO2有干擾，吸收干擾物后再補(bǔ)充O2使混合氣燃燒測(cè)出生成CO2的體積VCO2為20.00mL，求混合氣體中CO的含量？ （三） 二元可燃性氣體含量的測(cè)定（含兩種可燃性氣體） 先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的O2燃燒后，測(cè)V縮、VO2、VCO2，列出相關(guān)的方程式求解。二元可燃燒氣體含量測(cè)定表混合氣化學(xué)反應(yīng)式聯(lián)立方程式(選其中兩個(gè))解聯(lián)立方程式CH4與CO(1)、(2)聯(lián)立：CH4與H2（1）、 （2） 、（3）聯(lián)立：例1： CH4、CO和N2的混合氣20.00mL。加一定量過(guò)量的O2，燃燒后體積縮減21.00mL，生成CO2 18.00mL，計(jì)算各種成分的含量？解：反應(yīng)式：， ，得到：

9、解聯(lián)立方程式得到： 則： 例2：含CH4、H2和N2的混合氣20.00mL。精確加入空氣80.00 mL。燃燒后用KOH溶液吸收生成的CO2，剩余氣體的體積為68.00 mL，再用沒(méi)食子酸的堿溶液吸收剩余的O2后，體積為66.28mL。計(jì)算混合氣體中CH4、H2和N2的體積含量？ 燃燒前準(zhǔn)確加入80. 00mL空氣，空氣中含O2 20.90 ，所以加入的O2的體積是：， 燃燒后除去CO2后剩余體積為68.00mL，所以 燃燒中的總體積縮減與生成CO2的總體積的和共為100-68.00=32.00mL。 （四） 燃燒法 燃燒法共分為三類(lèi)： 爆燃法、緩燃法、氧化銅燃燒法。 幾個(gè)概念： 爆炸上限：使

10、可燃性氣體能引起爆炸的最高含量(含量指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度關(guān)系百分比)。 爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。 爆炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的范圍。例如： 氫氣的爆炸極限是：4.1 74.2, 即氫氣在空氣中的體積占4.174.2時(shí)，此混合氣體有爆炸性。下限以下可避免爆炸，上限以上氧氣不足，可燃?xì)怏w不能完全燃燒。爆燃法（爆炸燃燒法）： 可燃?xì)怏w與空或氧氣混合，其比例能使可燃?xì)怏w完全燃燒且在爆炸極限內(nèi)的方法 。特點(diǎn)：所需時(shí)間最少即快速。爆炸極限在工業(yè)生產(chǎn)防火防爆工作中極重要的意義 。 緩燃法(緩慢燃燒法) ：可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經(jīng)過(guò)熾熱的鉑

11、質(zhì)螺絲而引起緩慢燃燒。 特點(diǎn)：需時(shí)太長(zhǎng)。適合于可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測(cè)定 氧化銅燃燒法 ： 利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣體緩慢燃燒。 特點(diǎn)：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧化銅還原得出。CuO使用后，可在400通入空氣使之氧化即可再用。 優(yōu)點(diǎn)：因不通入氧氣，可減少一次體積測(cè)量而減少誤差，并且測(cè)量后的計(jì)算也因不加入氧氣而簡(jiǎn)化。 氣體分析的儀器 主要部件： 這是測(cè)量氣體體積用的部件供氣體進(jìn)行吸收作用的部件 供氣體進(jìn)行燃燒反應(yīng)的部件梳形管：連接量氣管、吸收瓶及燃燒管的部件。旋塞：三通、普通、四通旋塞，控制氣體流動(dòng)的部件。奧氏氣體分析儀量氣管1）單臂直式量氣管，為1

12、00mL有刻度的玻璃管，分度值為0.2mL；2）量氣管的末端用橡皮管與水準(zhǔn)瓶相連，頂端引入氣體與趕出氣體的出口，可與取樣管相通；3）完成進(jìn)氣后，關(guān)閉進(jìn)樣閥門(mén)，將量氣管的液面與水準(zhǔn)瓶的液面保持在同一平面時(shí)，即可讀出量氣管上的讀數(shù)，即為氣體的體積；吸收瓶1）吸收瓶是供氣體進(jìn)行吸收作用的容器，分為兩部分：承受部分與作用部分；每部分體積比量氣管大，為120150mL；2）承受部分與大氣相通，作用部分經(jīng)活塞與梳形管相連；使用時(shí)，將吸收液吸至作用部分頂端，氣體由量氣管進(jìn)入吸收瓶中；吸收液由作用部分進(jìn)入承受部分，氣體與吸收液發(fā)生吸收作用3）接觸式吸收瓶吸收瓶的吸收部分裝有許多直立的玻璃管，增大氣體與吸收液的

13、接觸面積，以提高吸收效率；爆炸瓶1）爆炸瓶的上端熔封2根鉑金絲，與電源連接；下端管口用橡皮管連接水準(zhǔn)瓶；2）使用前用封閉液充滿爆炸瓶，引入氣體后封閉液移入水準(zhǔn)瓶中，用感應(yīng)線圈在鉑金絲間產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣體；梳形管1）用來(lái)連接量氣瓶、吸收瓶、燃燒瓶的管道，是氣體流動(dòng)的通路；煤氣全分析分析項(xiàng)目二氧化碳、不飽和烴類(lèi)、氧氣、一氧化碳、甲烷、氫氣和氮?dú)?；基本思路吸收法可測(cè)定二氧化碳、不飽和烴類(lèi)、氧氣、一氧化碳；甲烷、氫氣可用燃燒法檢測(cè)；剩余氣體為氮?dú)?；一、吸收劑的配制?）33%氫氧化鉀：1份質(zhì)量的氫氧化鉀溶解于兩份質(zhì)量的水中；2）焦性沒(méi)食子酸堿性溶液：5g焦性沒(méi)食子酸溶解于15mL水中，另取48g氫

14、氧化鉀溶解于32mL水中，使用前混合；3）硫酸銀的硫酸溶液：4g硫酸銀溶解在65mL水中，將400mL濃硫酸一邊攪拌，一邊緩慢加入；4）氨性氯化亞銅溶液：250g氯化銨溶解于750mL水中，加入200g氯化亞銅，溶解后，迅速轉(zhuǎn)移于預(yù)先裝有銅絲的試劑瓶中，至幾乎充滿。以橡皮塞塞緊（溶液無(wú)色），臨用前以溶液體積2倍的濃氨水稀釋?zhuān)?）封閉液：10%硫酸溶液，滴加數(shù)滴甲基橙；二、儀器的校準(zhǔn)安裝：1）量氣管的校準(zhǔn)：2）洗滌與安裝：3）活塞上潤(rùn)滑劑的涂抹方法：潤(rùn)滑劑=50g白凡士林+10g石蠟，加熱溶化后+3040g切碎的天然橡膠，加熱直至形成均勻的物質(zhì)；4）注入溶液：（煤氣分析）吸收瓶1注入氫氧化鉀溶液；吸收瓶2注入硫酸銀的硫酸溶液；吸收瓶3注入焦性沒(méi)食子酸堿性溶液；吸收瓶4注入亞銅鹽氨溶液；注