POLITECHNIKA GDAŃSKA KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ	LABORATORIUM TERMODYNAMIKI
Nazwisko i imię Wydział : Gr.lab. Mechaniczny 9 Ćwiczenie nr.4 Temat: Techniczna analiza gazów. Data odrobienia ćwiczenia : Prowadzący ćwiczenie: 4 03.10.02 J. Barański Ocena: Data: Podpis: ............... .................. .................

1. Uzasadnienie analizy spalin.

Techniczna analiza składu gazów ma na celu określenie udziałów poszczególnych składników w mieszaninach gazowych występujących w technice. Najważniejszą mieszaniną gazową, której skład się wyznacza, są lotne produkty spalania czyli spaliny.

Analizę spalin przeprowadza się w celu sprawdzenia w jakim stopniu ich skład jest szkodliwy dla środowiska, oraz ze względów energetyczno-ekonomicznych. Na podstawie składu spalin możemy ocenić jak przebiegał proces spalania.

2. 
   Schemat aparatu Orsata.

M - miernica - podłużne naczynie zaopatrzone w podziałke dzielącą całą

A, B, C - chłonice - płuczki absorpcyjne

a, b, c - kurki

d - kurek trójdrożny

N - naczynie poziomowe

f - wlot przewodu spalinowego

Analizator Orsata jest najstarszym typem analizatora spalin, mimo to jest nadal używany do pomiarów dorywczych wykonywanych przy badaniu urządzeń przemysłowych oraz przy wzorcowaniu i sprawdzaniu samoczynnych analizatorów fizycznych i fizykochemicznych. Wyposażony jest zazwyczaj w trzy naczynia absorpcyjne (A, B , C) zwane chłonicami. Są one napełnione odczynnikami do pochłaniania CO₂, O₂ i CO. Pochłonięcie danego składnika przez odczynnik powoduje zmniejszenie objętości całej próbki o ΔV. Pomiar aparatem Orsata jest pomiarem objętościowym.

Spalanie można podzielić na trzy grupy:

• Zupełne i całkowite, gdy na podstawie analizy spalin nie ma w spalinach ani CO ani paliwa.

• Niezupełne, gdy w spalinach wykryto związki CO

• Niecałkowite, gdy wpodczas analizy spalin wykryto zwiąaki paliwa gazowego.

Spalanie nie może zachodzić z dużą sprawnością przy jednoczesnym wydzieleniu małych ilości substancji toksycznych takich jak CO₂ (dwutlenek węgla) i pary wodnej, N₂ (azot), O₂ (tlen) niezużyty w procesie spalania oraz ewentualnych składników palnych zarówno gazowych (CO, H₂, C_nH_m) jak i stałych (sadza, lotny koksik zawierający węgiel atomowy C i niewielką ilość wodoru).

Spalanie paliwa w postaci metanu w tlenie przedstawia poniższe równanie:

CH₄ + 2O₂ CO₂ + 2H₂O + EU

W praktyce mamy dwa etapy utleniania metanu

I CH₄ + 3/2O₂ CO + 2H₂O +EU'

II CO + 1/2O₂ CO₂ + EU”

O tym, jak zachodzi proces spalania informuje nas współczynnik λ

gdzie: V₁ - objętość powietrza rzeczywiście doprowadzonego.

V₂ - minimalna objętość powietrza potrzebnego do spalenia.

Wartość współczynnika λ=1 jest niemożliwa do uzyskania w warunkach rzeczywistych. W urządzeniach zapewnia się λ>1. Istnieje jednak górne ograniczenie współczynnika λ. Ograniczenie to wynika z wymagań dla danego urządzenia i każdorazowo jest inne. Gdy współczynnik λ jest zbyt wysoki następuje spadek mocy urządzenia.

3. Przebieg ćwiczenia i wyniki

Ćwiczenie polegało na pięciokrotnym przefiltrowaniu spalin przez chłonicę wypełnioną chlorkiem miedzianym (celem odfiltrowania CO), dziesięciokrotnym przefiltrowaniu przez chłonicę wypełnioną pirogalolem (celem usunięcia ze spalin O₂) i na końcu piętnastokrotne przefiltrowanie spalin przez chłonicę z wodorotlenkiem potasu (celem pochłonięcia CO₂). Każde filtrowanie należało powtórzyć tyle razy, aż kolejne dwa wyniki się pokrywały. Wyniki uzyskane przez nas, to:

Zawartość CO (tlenku węgla) w spalinach - 6,8%

Zawartość O₂ (tlenu) w spalinach - 8,6 %

Zawartość CO₂ (dwutlenku węgla) w spalinach - 0%

Zawartości te zostały obliczone z różnicy kolejnych odfiltrowań. W pierwszym pomiarze mieliśmy za zadanie pomierzyć zawartość CO₂ w spalinach. Nasz wynik to 6,8%. Przy sprawdzaniu zawartości tlenu uzyskaliśmy wynik 15,4%. Rzeczywista zawartość tlenu w spalinach obliczmy z różnicy tych dwóch wartości, tzn.

Zawartość tlenu O₂ = 15,4 - 6,8 = 8,6%

Podczas pomiaru zawartości CO uzyskaliśmy wynik 15,4%. Rzeczywista zawartość tlenku węgla w spalinach wynosi więc:

Zawartość CO = 15,4 - 15,4 = 0%

Analiza spalin z kotła :

Obliczenie współczynnika nadmiaru powietrza:

	ORSAT	INFRALYT
CO2	7.1	6.93
CO	0.00	0.00
O2	6.9	8.04
CXHY		4.5*10
	1.45	1.805

λ₁=
=1,45

λ₂=
=1,805

4. Ocena procesów spalania.

W przypadku spalin z silnika z zapłonem samoczynnym mamy do czynienia ze spalaniem całkowitym (ponieważ zawartość CO w spalinach jest równa zero) i zupełnym (ponieważ przy spalaniu niezupełnym wykryty tlen O₂ nie jest w całości nadmiarem, a tylko jego część pozostała po odjęciu ilości potrzebnej do spalenia zawartych w spalinach gazów palnych).

[O₂]_nad=[O₂]-

W przypadku spalin z kotła pomierzonych za pomocą analizatora INFRALYT mamy do czynienia ze spalaniem całkowitym i zupełnym, a w wypadku aparatu ORSATA wykryto niewielką ilość CO (CO=1,1%) co wskazywało by że jest to spalanie niecałkowite i niezupełne.

Obliczony współczynnik nadmiaru powietrza w silniku wynosi λ=1,56, a prawidłowa wartość λ dla oleju napędowego wynosi 1,3÷2,0. Jest to wynik mieszczący się w granicach tolerancji.

W kotle obliczone współczynniki nadmiaru powietrza wynoszą λ=1,45 (ORSAT) oraz λ=1,8 (średnia dla INFRALYT-u). Dla gazu ziemnego λ=1,05÷1,2. Widać stąd, że zarówno obliczone jak i pomierzone wielkości λ, przekraczają podany wyżej przedział.

5. Wady i zalety analizatorów: ORSAT-a i INFRALYT-u.

	Wady	Zalety
ORSAT	-pracochłonność pomiaru -niedokładność odczytu -czasochłonność pomiaru	-prostota konstrukcji -prostota obsługi
INFRALYT	-nie nadaje się do pomiaru koncentracji gazów jednorodnych (np.O2, N2 itp.)	-możliwość badania mieszanin (np. CO2); -łatwość obsługi

5

Doprowadzamy energię inicjującą

Energia użytkowa

Energia inicjująca

Energia inicjująca

Łapiński Grzegorz

Łazaronek Andrzej

---