TEMAT ĆWICZENIA: ANALIZA SPALIN

Analiza spalin jest to podstawowa metoda diagnozowania procesu spalania zarówno w wszelkiego rodzaju urządzeniach (silnik spalinowy) lub układach przemysłowych (huta). Zazwyczaj zbadanie zawartości procentowej jednego składnika - dwutlenku węgla CO_2, jest wystarczające aby określi jakość procesu spalania. Taka informacja, oraz znajomość składu paliwa, pozwala na jednoznaczne określenie zawartości w spalinach - tlenku węgla CO. O ile wyznaczenie zawartości CO₂ jest wystarczające do określenia ilości tlenku węgla, o tyle wyznaczenie współczynnika nadmiaru powietrza i zawartości azotu wymaga znajomości innego składnika spalin - tlenu O₂. Jednym z analizatorów chemicznych, umożliwiających badanie zawartości tlenu, jest aparat Orsata:

Opis przebiegu ćwiczenia:

W badaniu wykorzystywane są spaliny mieszaniny propan-butan. Schłodzone spaliny doprowadzane są do kolektora a następnie do aparatu Orsata. Przekręcając kurek połączyliśmy aparat z atmosferą i podnieśliśmy poziom wody w miernicy do góry. Następnie zmieniamy ustawienie kurka przez co mamy połączenie aparat-kolektor. Opuszczając naczynie z wodą zassaliśmy ok. 100ml spalin, ale w przewodach znajdowało się powietrze, dlatego zassane spaliny zostały usunięte do atmosfery. Czynność powtórzyliśmy 10 razy. Następnie ustawiliśmy kurki tak, aby zassane spaliny zostały pochłaniane w chłonicy przez ług potasowy, w celu zmierzenia zawartości CO₂. Spaliny przedostawały się do chłonicy, po podniesieniu naczynia z wodą, a przy jego opuszczeniu powracały do miernicy. Zabieg ten powtórzyliśmy 5 razy i odczytaliśmy ilość pochłoniętego ze spalin dwutlenku węgla. W ten sam sposób postąpiliśmy przetaczając spaliny przez chłonicę zawierającą kwas pirogalusowy. Z powodu wolniejszego pochłaniania tlenu, „przepłukiwania” musieliśmy powtarzać 10 razy. Wszelkie pomiary zostały powtórzone 3 razy, a wyniki zapisane.

Wyniki pomiarów:

Nr pomiaru	%CO2	%O2	%CO	%N2	λ
1	0,6	17,4	2,3	79,7	4,3
2	0,6	18,4	1,5	79,5	6
3	0	18,5	2	79,5	5,8
Średnia	0,4	18,1	1,93	79,56	5,36

Wszystkie zawartości procentowe zostały odczytane z wykresu Ostwalda (azot jest uzupełnieniem spalin do 100%), natomiast lambda (współczynnik nadmiaru powietrza) została wyliczona ze wzoru:

Wnioski:

Efektem spalania jest wyzwalanie ciepła. Największą ilość ciepła otrzymuje się przy tzw. spalaniu całkowitym i zupełnym, to jest gdy po zakończeniu procesu spalania brak jest nie spalonych cząstek paliwa oraz gdy powstają niepalne tlenki, nie dające się dalej utleniać. Nasze spalanie jest spalaniem niezupełnym, gdyż wyniki naszego pomiaru wskazują obecność tlenku węgla CO. Właśnie analiza spalin służy do tego, aby dowiedzieć się czy dostarczana jest wystarczająca ilość powietrza (utleniacza) do procesu spalania oraz informacja o występowaniu szkodliwego CO w spalinach. Nasze pomiary wykazały bardzo małą ilość CO₂ (raz nawet 0%), co świadczy o tym, że odczynniki w chłonicach są już przestarzałe, lub nie było dobrej szczelności układu.

Bibliografia:

1. Bader P., Błogowska K.: Laboratorium termodynamiki. Wyd. 1. OWPW, Warszawa 2008.

gdzie: O₂, N₂, CO - udziały objętościowe związków w spalinach.

---