I Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami analizy spalin, oznaczenie składu spalin z wykorzystaniem analizatora Orsata oraz umiejętności budowy i posługiwania się wykresem Ostwalda.

II Podstawowe pojęcia:

- spaliny – gazowy efekt procesu spalania paliwa.

- spalanie – zjawisko chemiczne, polegające na gwałtownym łączeniu się palnych składników paliwa z tlenem, przy jednoczesnym wywiązywaniu się dużej ilości ciepła i światła.

- paliwo – substancje palne umożliwiające ekonomiczne wywiązywanie dużych ilości ciepła do celów przemysłowych i na potrzeby życia codziennego.

- spalanie całkowite – zachodzi, gdy spaleniu ulega cała masa paliwa.

- spalanie niecałkowite – zachodzi wówczas, gdy w pozostałych po spalaniu ciałach stałych znajdują się jeszcze nie związane chemicznie pierwiastki substancji palnej.

- spalanie zupełne – spalanie, w wyniku którego zawarty w paliwie węgiel, siarka, wodór, metan spalają się na dwutlenek węgla, parę wodną i dwutlenek siarki.

- spalanie niezupełne – spalanie, po którym w gazach spalinowych, znajdują się jeszcze niespalone gazy palne np. CO, H₂.

- balast – niepalna część paliwa powodująca powstawanie popiołu/żużlu.

- współczynnik nadmiaru powietrza - stosunek rzeczywistej ilości (masy) powietrza, w której spalane jest paliwo, do ilości potrzebnej do całkowitego spalenia paliwa (ilość stechiometryczna).

III Budowa Aparatu Orsata:

1. Miernica
2. Butla z wodą
3. Chłonnica zawierająca 35% wodorotlenek potasu
4. Chłonnica zawierająca 25% roztwór alkalicznego kwasu pirogallusowego
5. Chłonnica zawierająca amoniakalny roztwór Cu₂Cl₂
6. Baloniki odcinające dopływ powietrza.
7. Zaciskacz
8. Kurki dwudrożneg

IV Przebieg ćwiczenia.

Warunki jakie należy spełnić, aby poprawnie wykonać ćwiczenie:
- Należy utrzymać stałe ciśnienie.
- Należy utrzymać stałą temperaturę.
- Należy upewnić się, że aparat jest szczelny.

Ustawiamy kurek w położeniu połączenie z atmosferą i podnosimy naczynie poziomowe z wodą do góry przy zluzowanym zaciskaczu, aż woda w miernicy osiągnie podziałkę 100 j (poziom wody ustalamy jako styczną do menisku). Następnie ustawiamy kurek w pozycji spaliny-otoczenie i opuszczamy naczynie z wodą do dołu – jeżeli poziom wody w miernicy przez dłuższy czas nie opadnie, to aparat jest szczelny. Aby sprawdzić szczelnośc połączeń sparatu z przewodem do pobierania spalin, przy położeniu kurka w pozycji spaliny-układ, opuszczamy naczynie z wodą do dołu przy zluzowanym zaciskaczu. Jeżeli poziom wody w miernicy nie opada to połączenie jest szczelne. Kolejnym krokiem jest sprawdzenie czy poziom odczynników w chłonnicach pokrywa się z kreską na rurce kapilarnej. Podwyższenie poziomu odczynnika w którejkolwiek chłonnicy odbywa się przez połączenie jej z miernicą i obniżenie poziomu wody w miernicy, przez opuszczenie naczynia z wodą. Po podniesieniu poziomu odczynników należy sprawdzić czy wszystkie kurki są zamknięte. Przed zassaniem spalin należy wypełnić miernicę wodą do górnej kapilary (podnosząc naczynie z wodą) przy połączeniu układu z atmosferą. Następnie trzeba podłączyć układ ze spalinami i opuszczając naczynie z wodą zassać 100 j spalin. Ponieważ w przewodach znajdowało się powietrze, należy spaliny zmieszane z powietrzem usunąć z miernicy do otoczenia przez podnoszenie naczynia z wodą – położenie kurka w pozycji układ-otoczenie. Gdy poziom wody w miernicy osiągnie górną kreskę 100 j, łączymy układ ze spalinami – kurek w pozycji spaliny-układ i ponownie zasysamy spaliny. Czynność tą powtarzamy parokrotnie, po czym zasysamy do miernicy właściwą próbkę spalin w ilości powyżej 100 j. Odcinamy układ – kurek w położeniu spaliny-otoczenie – oraz przy zluzowanym zaciskaczu, podnosząc naczynie z wodą do góry, sprężamy spaliny aż poziom w miernicy dojdzie do dolnego poziomu oznaczonego 100 j. Następnie zaciskamy zaciskacz przy naczyniu z wodą i łączymy na chwilę układ z atmosferą – kurek w położeniu otoczenie – układ. Po wyrównaniu ciśnień w miernicy z atmosferą, ponownie odcinamy układ – kurek w pozycji spaliny – otoczenie. Dalej przez ustawienie poziomu wody w miernicy i w naczyniu na jednej wysokości sprawdzamy, czy nastąpiło wyrównanie ciśnień. Jeśli poziom wody w miernicy będzie na wysokości kreski 100 j, to ciśnienie w miernicy równe jest atmosferycznemu. Jeżeli poziom wody jest poniżej kreski 0 j, należy znów sprężyć spaliny i połączyć miernicę z atmosferą, jeśli powyżej – to trzeba ponownie zassać spaliny. Pochłanianie dwutlenku węgla odbywa się w sposób następujący: otwieramy kurek odcinający połączenie chłonnicy zawierającej ług potasowy i przy zluzowanym zaciskaczu podnosimy naczynie z wodą do góry. Spaliny przedostają się do chłonnicy, po opuszczeniu naczynia z wodą spaliny wracają do miernicy. Zabieg ten powtarzamy 5-krotnie w celu uzyskania całkowitego pochłonięcia przez ług dwutlenku węgla. Podnosząc poziom odczynnika w chłonnicy do kreski, zamykamy kurek odcinający, ustalamy poziom wody w naczyniu na wysokości poziomu wody w miernicy przy zluzowanym zaciskaczu. Odczytujemy w j ilość pochłoniętych spalin – jest to procentowa zawartość dwutlenku węgla (cała ilość zassanych spalin wynosiła 100 j). W celu sprawdzenia czy dwutlenek węgla został całkowicie pochłonięty, zabieg przepłukiwania przeprowadzamy ponownie – jeśli odczyty są zgodne, nastąpiło pochłonięcie całkowite. Przy każdym przepłukiwaniu spaliny należy przetrzymywać w chłonnicy kilkadziesiąt sekund. Pochłanianie tlenu: postępujemy w identyczny jak powyżej sposób z chłonnicą zawierającą kwas pirogalusowego. Ze względu na powolne pochłanianie tlenu przez kwas pirogalusowy ilość przepiłukiwań powinna wynosić 10 razy. Odczytujemy w j ilość pochłoniętych spalin, odejmujemy od tej wielkości wcześniej oznaczoną ilość dwutlenku węgla i w ten sposób określamy procentową zawartość tlenu w spalinach.

Po absorpcji	Poziom w miernicy	Różnica poziomów
CO2	5,9	5,9
O2	15,3	9,4
CO	-	-

V Wyniki

Rys. Wykres Ostwalda

Odczyty z wykresu:

VI Wnioski

Współczynnik nadmiaru powietrza jest zbyt duży. Optymalna wartość dla paliw gazowych mieści się w przedziale od 1,05-1,20. Zbyt duży wskaźnik nadmiaru powietrza wskazuje na to, że podczas przeprowadzanego laboratorium została wprowadzona zbyt duża dawka powietrza. Wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru powietrza wzrasta masa spalin i jednocześnie straty wylotowe.