POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ LABORATORIUM Z PODSTAW TERMODYNAMIKI SPRAWOZDANIE
Ćw. nr:	Temat: Techniczna analiza spalin.
Data wyk. ćw.	Data złoż. spr.	Ocena ............................	Nazwisko i imię studenta:
Prowadzący ćwiczenie:		Podpis: ..................................	Rok akademicki	Semestr	Grupa lab.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem spalania oraz z metodami analizy spalin.

W ćwiczeniu do analizy spalin wykorzystano aparat Orsata.

Spalanie to proces gwałtownego utleniania , któremu towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła oraz powstanie światła. Głównym substratem procesu jest paliwo, jego palne składniki, oraz utleniacz. Do palnych składników paliw należą: C, S, H₂, oraz ich związki np.: CH₄ i inne węglowodory o ogólnym wzorze Cm Hn.

Podstawowym utleniaczem jest O₂ z powietrza, inne utleniacze to nadmanganian potasu, azotan potasowy, H₂O₂. Jeżeli do procesu spalania dostarczymy optymalną ilość tlenu, to produktami procesu będą przede wszystkim: CO₂ i H₂O. Pozostałe produkty to: SO₂, SO₃, H₂, N₂, Ar i inne gazy szlachetne. Nadmiar tlenu spowoduje wydzielanie się CO, CmHn oraz NH₃, K₂S. Nadmiar tlenu spowoduje reakcję: 2CO => CO₂ + C, powstanie sadza, także lotny popiół i lotny koksik.

Przykładowe reakcje spalania:

C + O₂ => CO₂ + Q₁ równanie energetyczne, ekonomiczne

C + ½O₂ => CO + Q₂ równanie mało energetyczne

H₂ +½O₂ => H₂O_(p) +Q₄

S + O₂ => SO₂ +Q₅

Właściwą ilość tlenu, jaką dostarcza się do procesu spalania określa współczynnik nadmiaru powietrza, który definiuje się jako:

n_rz - rzeczywista ilość powietrza dostarczona do procesu spalania

n_t - teoretyczne (minimalne) zapotrzebowanie procesu na tlen

λ zależy głównie od składu paliwa. Należy je dobierać tak, aby Q_s.n. + Q_s.k. = min, gdzie:

Q_s.n. - straty powstałe przy spalaniu niezupełnym pod wpływem dostarczenia zbyt dużej ilości powietrza zimnego.

Q_s.k. - straty kominowe, które powstają pod wpływem dostarczenia zbyt dużej ilości powietrza gorącego.

Idealna wartość współczynnika nadmiaru powietrza λ = 1.

dla paliw stałych: λ = 1,6 ÷ 2,5

dla paliw ciekłych: λ = 1,2 ÷ 1,5

dla paliw gazowych: λ = 1,05 ÷ 1,2

APARAT ORSATA.

Zasadniczymi elementami aparatu Orsata są:

• biureta gazowa (miernica) z płaszczem wodnym

• trzy naczynia do kolejnej absorbcji CO₂, CO i O₂

• naczynie poziomowe

• przewody (rurki gumowe)

Analizowane spaliny odpyla się za pomocą U-rurki absorpcyjnej wypełnionej watą szklaną połączonej rurką gumową z wylotem aparatu. Kurki muszą być szczelne.

Zasada oznaczania polega na izobarycznym i izotermicznym pomiarze zmian (zmniejszanie się) objętości badanej próby spalin po każdej kolejnej ilościowo przeprowadzonej absorpcji jednego ze składników (CO₂, O₂ i CO). Objętość badanej próby jest równa pojemności miernicy i wynosi 100 cm³. Zwężona część miernicy jest wyskalowana w cm³, tak jak biureta. Działka elementarna odpowiada 0,1 cm³. Objętość zaabsorbowanego gazu może być odczytana z dokładnością do 0,1%. Pomiar musi być wykonany w stałej temperaturze i przy stałym ciśnieniu.

WYNIKI POMIARÓW

Miernica 100 cm³. Spaliny ze spalania gazu ziemnego DZ 50.

Poziom wody Różnica

w miernicy poziomów

Po napełnieniu miernicy

Spalinami 0,0 cm³ -

Po absorpcji CO₂ 6,1 cm³ 6,1 cm³

Po absorpcji O₂ 13,5 cm³ 7,4 cm³

Stąd zawartość:

CO₂ - 6,1 % oznaczone

O₂ - 7,4 % oznaczone

CO - 1,4 % (odczyt z wykresu Ostwalda)

N₂ - 85,1 % (obliczone jako reszta do 100%)

• = 0,70 (z wykresu Ostwalda)

WNIOSKI

Współczynnik λ = 1,43 otrzymany z obliczeń odbiega o ok. 0,2 od przyjętej ogólnie normy: (dla paliw gazowych: λ = 1,05 ÷ 1,2). Jedną z przyczyn jest fakt, iż wykres odniesienia jest wykresem sporządzonym dla spalania węgla kamiennego. Badane spaliny miały inne pochodzenie.

Współczynnik obliczony λ = 1,43 nieznacznie przekracza wartość idealną λ = 1, co wskazuje na to, iż nie dopuszczono do strat powietrza w procesie spalania, którego spaliny badaliśmy.

Tlenek węgla nie był oznaczany w ćwiczeniu ze względu na zużycie (rozwarstwienie) czynnika.

3

---