工業氣體的分類
工業生產中常使用氣體作為原料或燃料;化工生產的化學反應常常有副產物而產生廢氣,燃料燃燒後也生產廢氣(如煙道氣);生產廠房空氣中常混有一定量生產氣體。所以工業氣體可分為五大類:化工原料氣、氣體燃料、氣體產品、廢氣和廠房空氣 。
1、化工原料氣
•天然氣:主要是 CH〉95% (煤或石油組成物的分解產物)。
•煉油氣:CH及其它低分子量的C、H化合物。
•焦爐煤氣:H、CH(煤>800℃煉焦油氣態產物)。
•水煤氣:CO、H(水蒸氣和熾熱的煤作用,得到半水煤氣)。
•硫鐵礦焙燒爐氣:6~9% SO用於製造硫酸。
•石灰焙燒窯氣:CO 32-40%用於制鹼和製糖工業。
2、氣體燃料
上述天然氣、煉油氣、焦爐煤氣、水煤氣及半水煤氣等,除了作為化工生產原料氣體之外,也可作為氣體燃料。
3、氣體產品
H、N、O、CH等。
4、廢氣
燃燒爐的煙道氣的組成為:N、O、CO、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SO和NO;制鹼廠排出廢氣中含有少量CO;總之,有機化工的廢氣是各種各樣的。
5、廠房空氣
生產設備漏氣→生產廠房內空氣含生產用氣→危害健康→甚至燃燒爆炸。
氣體分析的意義和特點
氣體分析的意義
在工業生產中為了正常安全生產,對各種工業氣體都要經過分析,了解其組成。對化工原料氣,分析後才能正確配料;中間產品氣體分析可判斷生產是否正常;進行燃料燃燒後生成的煙道氣分析可了解燃燒是否正常;分析廠房空氣,可了解通風、設備漏氣等情況,檢查有無有害氣體,確定是否危及生命及廠房安全 。
氣體分析的特點
氣體本身具有質量較小、流動性大、V隨T或P的變化而變化的特點,從而決定一般測定氣體的V而不是質量m,並同時測定環境的T和P。
氣體分析的方法分類
1、化學分析法:
吸收法、燃燒法等。
2、物理分析法:
密度、熱導率、折射率、熱值等。
3、物理化學分析法:
電導法、色譜法、紅外光譜法等。
氣體化學吸收法
化學吸收法是利用氣體的化學特性,使混合氣和特定試劑接觸,則混合氣體中的被測組分與試劑發生化學反應被定量吸收,其它組成則不發生反應(或不干擾),利用氣體吸收劑吸收前後的性質變化可進行定量測定。
1、化學吸收法分類
根據測定方法不同,氣體化學吸收法又可分為吸收體積法、吸收滴定法、吸收重量法和吸收光度法。
•吸收體積法
如果吸收前後的溫度及壓力不一致,則吸收前後的體積之差即為被測組分的體積。根據吸收前後體積之差=被測組分體積,可計算出體積分數。
•吸收滴定法
吸附劑吸附被測組分(混合氣體),再用標準滴定法。存在的兩種反應是:吸收反應和滴定反應。
•吸收重量法
綜合套用吸收法和重量分析法,測定氣體物質或可以轉化為氣體物質的元素含量的方法。例如:有機化合物中有C和H,在O2氣流中燃燒,CO2用鹼石棉吸收,H2O用過氯酸鎂吸收,然後根據吸附劑增加的重量計算C、H的含量。
•吸收光度法
綜合套用吸收法和光度法,測定氣體物質或可以轉化為氣體物質的元素含量的方法。使混合氣體通過吸收劑,待測氣體被吸收後與吸收劑作用生成有色物質,或吸收後再進行顯色反應,其顏色深淺與待測氣體的含量成正比,在光度計上測定溶液的吸光度,可計算出待測氣體的含量。
2、氣體吸收劑
用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑。吸收劑種類包括液態和固態,如KOH溶液是CO的良好吸附劑,固態海綿狀鈀是H的良好吸附劑。
常見的氣體吸收劑:
①KOH溶液:酸性氣體吸收劑,常用於吸收CO和NO,同時能吸收HS、SO等。
②焦性沒食子酸(1,2,3-三羥基苯)-鹼(KOH)溶液:常用於吸收O。
③亞銅鹽溶液:常用於吸收CO,也能吸收O、CH、CH和酸性氣體。
④飽和溴水:用於吸收不飽和烴。
⑤硫酸汞或硫酸銀的硫酸溶液:用於吸收不飽和烴。
⑥硫酸-高錳酸鉀溶液:用於吸收NO。
⑦碘溶液:用於吸收SO,還能吸收HS等還原性氣體。
氣體燃燒分析法
利用可燃燒性氣體的性質進行測定的方法,特別適用於無適當吸收劑的化學性質比較穩定的氣體。如CH無適當的吸收劑,而H、CO可用燃燒法也可以用吸收法。
燃燒方法共分三類:爆炸法、緩燃法、 氧化銅燃燒法。
爆炸法
可燃氣體與空或氧氣混合,其比例能使可燃氣體完全燃燒且在爆炸極限內的方法。
特點:所需時間最少(即快速)。爆炸極限在工業生成防火防爆工作中極重要的意義 。
爆炸上限:使可燃性氣體能引起爆炸的最高含量(指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度百分比);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範圍。
緩慢燃燒法
可燃氣體與空氣或氧氣混合,且濃度控制在爆炸極限以下,使之經過熾熱的鉑質螺絲而引起緩慢燃燒。
特點:需時太長。適合於可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測定。
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:不要加入燃燒所需氧,所用的氧氣由氧化銅還原得出。
其它分析方法
氣體分析的其它分析方法還包括氣相色譜法、電導法、庫侖法、熱導法、紅外光譜法和雷射雷達技術等 。
實例-氧化氮氣體的測定
大氣中氮的氣體物有亞硝酸、硝酸、NO、NO、NO、NO、NO、NO等,測定前需轉化為NO。
測定NO2的一般方法是基於NO-與芳香族胺反應生成偶氮染料,用比色法定量:
空氣中的NO與吸收液中的對氨基苯磺酸進行重氮化反應,再與N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽作用,生成粉紅色的氮染料,在波長540~545nm處測定吸光度。
樣品用攜帶型空氣採樣器或恆溫自動連續採樣器採集,採樣後應儘快測定,否則應置於低溫暗處存放。
實例-二氧化硫氣體的測定
二氧化硫氣體在大氣中最常見,危害最大。
測定SO最常用的方法是鹽酸副玫瑰苯胺比色法,吸收液是四氯化汞鈉,由於汞有毒,近年來用甲醛代替汞鹽作吸收液:
SO被甲醛緩衝液(甲醛-CDTA-KHP)吸收後生成穩定的羥甲基磺酸加成物,鹼化後加成物分解,釋放出SO與副玫瑰苯胺、甲醛反應,生成紫紅色化合物,λmax=577nm。
氮氧化物及某些重金屬干擾,加入氨基苯磺酸鈉可消除氮氧化物,CDTA可消除重金屬的干擾。