pobieranie: techniczna_analiza_spalin_1
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
P O L I T E C H N I K A S Z C Z E C I Ń S K A
K A T E D R A T E C H N I K I C I E P L N E J
LABORATORIUM PODSTAW TERMODYNAMIKI
S P R A W O Z D A N I E
Ćw. nr 6 Temat: Techniczna analiza spalin
Data wyk. ćw.
Data złoż. spr.
Ocena Nazwisko i imię studenta
Prowadzący ćwiczenie
Podpis Rok akad.
Semestr
Grupa lab.
1. Cel ćwiczenia.
Przeprowadzone ćwiczenie ma na celu poznanie podstawowych wiadomości z
zakresu procesu spalania oraz metod i sposobów analizy spalin jako
produktów tego procesu. Umożliwiło także poznanie podstawowych
urządzeń badawczych.
2. Metoda pomiarowa, pojęcia podstawowe.
Spalanie - gwałtowny proces utleniania paliw, objawiający się efektem
cieplnym i wizualnym (płomieniem). Rozróżniamy następujące rodzaje
spalania:
- spalanie teoretyczne którym nazwano spalanie całkowite i zupełne, w
którym stosunki składników wyjściowych i produktów reakcji są
zgodne ze znanymi z chemii zależnościami stechiometrycznymi.
Głównymi palnymi składnikami paliw są związki węgla i wodoru.
Proces spalania może być niecałkowity i niezupełny.
Spalanie niecałkowite występuje w zasadzie tylko przy paliwach
stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w
odpadach paleniskowych - w żużlu, przesypie i lotnym popiele.
Przyczyną spalania niecałkowitego są niepalne substancje mineralne
tworzące popiół, którego zawartość utrudnia dopalanie się paliwa.
W przypadku spalania niezupełnego w produktach spalania pojawiają się
gazy palne - CO, H2, CH4. Przyczyny spalania niezupełnego mogą być
bardzo różne - za mała ilość doprowadzonego powietrza,
niedostateczne wymieszanie paliwa z utleniaczem, przewlekłe spalanie w
wyniku zbyt niskich temperatur w palenisku i inne.
Paliwa w technice to substancje wydzielające w procesie spalania dużą
ilość energii cieplnej z jednostki masy, produkty ich spalania
stanowią mieszaninę gazów (jako czynnik termodynamiczny), są łatwo
dostępne, ich utleniaczem jest przede wszystkim powietrze atmosferyczne
(stałe: drewno, torf, węgiel kamienny, itd.; płynne; ropa naftowa,
oleje opałowe - mazut, benzyna, nafta, itd.; gazowe: metan, wodór,
tlenek węgla, niższe węglowodory, itd.).
Rozróżnia się także pojęcia takie jak ciepło spalania i wartość
opałową. Wartość opałowa to ilość wydzielonego ciepła przy
całkowitym i zupełnym utlenieniu jednostki masy paliwa, ale
różniące się od ciepła spalania uwzględnieniem dodatkowego procesu
fizycznego pochłaniającego ciepło na odparowanie wilgoci zawartej w
paliwie i uzyskanej H2O z procesu utleniania wodoru.
Współczynnik nadmiaru powietrza określa ilość powietrza niezbędną
do przeprowadzenia całkowitego i zupełnego procesu spalania. Definiuje
się go jako stosunek ilości powietrza doprowadzonego rzeczywiście do
teoretycznej ilości powietrza.
Metodą badawczą analizy składu spalin i uznawaną za wzorcową jest
chemiczna analiza spalin i paliw gazowych za pomocą analizatorów
Orsata. Metodę tą opisuje PN-73/C-04759-01-Paliwa gazowe. W ćwiczeniu
przeprowadzono pomiar przy pomocy uproszczonego aparatu Orsata jak na
rys.1. Metoda polega na izobarycznym i izotermicznym pomiarze zmian
objętości analizowanej próbki po zaabsorbowaniu w chłodnicy
kolejnego składnika. Miernica wyskalowana jest w cm3, dlatego też
ubytek objętości jest równocześnie procentowym udziałem
objętościowym zaabsorbowanego składnika. Chłonnica pierwsza służy
do absorpcji CO2, jest wypełniona roztworem ługu potasowego. W
chłonnicy drugiej, wypełnionej alkaicznym roztworem pirogalolu jest
absorbowany tlen (O2). W chłonnicy trzeciej absorbującej tlenek węgla
znajduje się roztwór amoniakalny chlorku miedziawego.
3. Schemat pomiarowy.
4. Zestawienie wyników bezpośrednich pomiarów.
Tablica 1. Zawartość wybranych składników przy pomiarach
analizatorem Ostwalda.
(w nawiasach wartość odczytana z miernicy cm3) Pomiar grupy I
[%] Pomiar grupy II
[%] Pomiar grupy III
[%] Wartości średnie
[%]
Dwutlenek węgla (CO2) 9,0 (9,0) 8,2 (8,2) 6,0 (6,0) 7,73
Tlen (O2) 4,4 (13,4) 6,0 (14,2) 6,6 (12,6) 5,67
Tlenek węgla (CO) -0,2 (13,2) 0,2 (14,4) 0,0 (12,6) 0,00
5. Obliczenia analityczne.
Obliczenie nadmiaru powietrza ze wzorów analitycznych. Obliczenia
przeprowadzono dla wartości średnich z otrzymanych wartości.
Wykorzystuje się wzór uwzględniający wartości udziałów:
[CO2]s + [O2]s + [N2]s = 1
Dla przypadku I wartość dwutlenku węgla (CO2) określono na 9,0%, dla
tlenu (O2) 4,4%. Uwzględniając, że inne składniki albo zostały
pochłonięte z czynnikami mierzonymi albo występują w ilościach
śladowych, otrzymujemy zawartość azotu (N2) równą 86,6%.
Podstawiając do wzoru:
otrzymujemy wartość współczynnika nadmiaru powietrza:
l1=1,42
Dla przypadku II postępując analogicznie otrzymujemy (CO2 - 8,2; O2 -
6,0; N2 - 85,8) wartość:
l1=1,30
oraz dla przypadku III (CO2 - 6,0; O2 - 6,6; N2 - 87,4)
l2=1,13
0.33(1,42 + 1,30 +1,13) = 1,28
Porównanie wyniku z wykresem Ostwalda:
Dla wartości średnich udziałów tlenu i dwutlenku węgla odczytano z
wykresu współczynnik nadmiaru powietrza o wartości prawie 1,2. (na
podstawie wykresu dla benzyny).
7. Analiza wyników i wnioski.
Ćwiczenie wykazało ogromne znaczenie znajomości podstaw analizy
spalin. Próba jednak przeprowadzona w warunkach laboratorium
Politechniki Szczecińskiej wykazała duże niedokładności. Były one
wynikiem takich czynników jak:
- niewyraźne skale na miernicach odczytowych,
- stan techniczny, który z obserwacji optycznych można uznać za
przeciętny co również mogło mieć wpływ na szczelność układu
oraz dokładność wyników,
- brak wprawy w operowaniu aparatem Orsata, co mogło doprowadzić do
nieznacznych ruchów gazów, niewłaściwego oczyszczenia przewodów
doprowadzających. Zgodność wyników w trzech zespołach roboczych
wysokości około 11% może wskazywać, że ogólnie wyniki są jeszcze
wiarygodne. Natomiast wartość tlenku węgla (CO) ujemna, jest wynikiem
czynników ww. lecz jednocześnie wskazuje, że zawartość jego w
rzeczywistości albo jest śladowa lub on nie występuje. Wartość
średnia CO równa zeru, potwierdza słuszność przyjmowania wyżej
wymienionych wzorów na współczynnik nadmiaru powietrza, gdyż w
spalaniu całkowitym i zupełnym nie występuje CO. Wartości obliczone
współczynnika nadmiaru powietrza są różne, lecz ich średnia jest
wartością możliwą, którą można uznać za wartość oczekiwaną,
ponieważ mieści się w przedziale 1,2~1,3.
Laboratorium z podstaw termodynamiki.
PAGE 1
PAGE 2
Str.
techniczna_analiza_spalin_1
P O L I T E C H N I K A S Z C Z E C I Ń S K A
K A T E D R A T E C H N I K I C I E P L N E J
LABORATORIUM PODSTAW TERMODYNAMIKI
S P R A W O Z D A N I E
Ćw. nr 6 Temat: Techniczna analiza spalin
Data wyk. ćw.
Data złoż. spr.
Ocena Nazwisko i imię studenta
Prowadzący ćwiczenie
Podpis Rok akad.
Semestr
Grupa lab.
1. Cel ćwiczenia.
Przeprowadzone ćwiczenie ma na celu poznanie podstawowych wiadomości z
zakresu procesu spalania oraz metod i sposobów analizy spalin jako
produktów tego procesu. Umożliwiło także poznanie podstawowych
urządzeń badawczych.
2. Metoda pomiarowa, pojęcia podstawowe.
Spalanie - gwałtowny proces utleniania paliw, objawiający się efektem
cieplnym i wizualnym (płomieniem). Rozróżniamy następujące rodzaje
spalania:
- spalanie teoretyczne którym nazwano spalanie całkowite i zupełne, w
którym stosunki składników wyjściowych i produktów reakcji są
zgodne ze znanymi z chemii zależnościami stechiometrycznymi.
Głównymi palnymi składnikami paliw są związki węgla i wodoru.
Proces spalania może być niecałkowity i niezupełny.
Spalanie niecałkowite występuje w zasadzie tylko przy paliwach
stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w
odpadach paleniskowych - w żużlu, przesypie i lotnym popiele.
Przyczyną spalania niecałkowitego są niepalne substancje mineralne
tworzące popiół, którego zawartość utrudnia dopalanie się paliwa.
W przypadku spalania niezupełnego w produktach spalania pojawiają się
gazy palne - CO, H2, CH4. Przyczyny spalania niezupełnego mogą być
bardzo różne - za mała ilość doprowadzonego powietrza,
niedostateczne wymieszanie paliwa z utleniaczem, przewlekłe spalanie w
wyniku zbyt niskich temperatur w palenisku i inne.
Paliwa w technice to substancje wydzielające w procesie spalania dużą
ilość energii cieplnej z jednostki masy, produkty ich spalania
stanowią mieszaninę gazów (jako czynnik termodynamiczny), są łatwo
dostępne, ich utleniaczem jest przede wszystkim powietrze atmosferyczne
(stałe: drewno, torf, węgiel kamienny, itd.; płynne; ropa naftowa,
oleje opałowe - mazut, benzyna, nafta, itd.; gazowe: metan, wodór,
tlenek węgla, niższe węglowodory, itd.).
Rozróżnia się także pojęcia takie jak ciepło spalania i wartość
opałową. Wartość opałowa to ilość wydzielonego ciepła przy
całkowitym i zupełnym utlenieniu jednostki masy paliwa, ale
różniące się od ciepła spalania uwzględnieniem dodatkowego procesu
fizycznego pochłaniającego ciepło na odparowanie wilgoci zawartej w
paliwie i uzyskanej H2O z procesu utleniania wodoru.
Współczynnik nadmiaru powietrza określa ilość powietrza niezbędną
do przeprowadzenia całkowitego i zupełnego procesu spalania. Definiuje
się go jako stosunek ilości powietrza doprowadzonego rzeczywiście do
teoretycznej ilości powietrza.
Metodą badawczą analizy składu spalin i uznawaną za wzorcową jest
chemiczna analiza spalin i paliw gazowych za pomocą analizatorów
Orsata. Metodę tą opisuje PN-73/C-04759-01-Paliwa gazowe. W ćwiczeniu
przeprowadzono pomiar przy pomocy uproszczonego aparatu Orsata jak na
rys.1. Metoda polega na izobarycznym i izotermicznym pomiarze zmian
objętości analizowanej próbki po zaabsorbowaniu w chłodnicy
kolejnego składnika. Miernica wyskalowana jest w cm3, dlatego też
ubytek objętości jest równocześnie procentowym udziałem
objętościowym zaabsorbowanego składnika. Chłonnica pierwsza służy
do absorpcji CO2, jest wypełniona roztworem ługu potasowego. W
chłonnicy drugiej, wypełnionej alkaicznym roztworem pirogalolu jest
absorbowany tlen (O2). W chłonnicy trzeciej absorbującej tlenek węgla
znajduje się roztwór amoniakalny chlorku miedziawego.
3. Schemat pomiarowy.
4. Zestawienie wyników bezpośrednich pomiarów.
Tablica 1. Zawartość wybranych składników przy pomiarach
analizatorem Ostwalda.
(w nawiasach wartość odczytana z miernicy cm3) Pomiar grupy I
[%] Pomiar grupy II
[%] Pomiar grupy III
[%] Wartości średnie
[%]
Dwutlenek węgla (CO2) 9,0 (9,0) 8,2 (8,2) 6,0 (6,0) 7,73
Tlen (O2) 4,4 (13,4) 6,0 (14,2) 6,6 (12,6) 5,67
Tlenek węgla (CO) -0,2 (13,2) 0,2 (14,4) 0,0 (12,6) 0,00
5. Obliczenia analityczne.
Obliczenie nadmiaru powietrza ze wzorów analitycznych. Obliczenia
przeprowadzono dla wartości średnich z otrzymanych wartości.
Wykorzystuje się wzór uwzględniający wartości udziałów:
[CO2]s + [O2]s + [N2]s = 1
Dla przypadku I wartość dwutlenku węgla (CO2) określono na 9,0%, dla
tlenu (O2) 4,4%. Uwzględniając, że inne składniki albo zostały
pochłonięte z czynnikami mierzonymi albo występują w ilościach
śladowych, otrzymujemy zawartość azotu (N2) równą 86,6%.
Podstawiając do wzoru:
otrzymujemy wartość współczynnika nadmiaru powietrza:
l1=1,42
Dla przypadku II postępując analogicznie otrzymujemy (CO2 - 8,2; O2 -
6,0; N2 - 85,8) wartość:
l1=1,30
oraz dla przypadku III (CO2 - 6,0; O2 - 6,6; N2 - 87,4)
l2=1,13
0.33(1,42 + 1,30 +1,13) = 1,28
Porównanie wyniku z wykresem Ostwalda:
Dla wartości średnich udziałów tlenu i dwutlenku węgla odczytano z
wykresu współczynnik nadmiaru powietrza o wartości prawie 1,2. (na
podstawie wykresu dla benzyny).
7. Analiza wyników i wnioski.
Ćwiczenie wykazało ogromne znaczenie znajomości podstaw analizy
spalin. Próba jednak przeprowadzona w warunkach laboratorium
Politechniki Szczecińskiej wykazała duże niedokładności. Były one
wynikiem takich czynników jak:
- niewyraźne skale na miernicach odczytowych,
- stan techniczny, który z obserwacji optycznych można uznać za
przeciętny co również mogło mieć wpływ na szczelność układu
oraz dokładność wyników,
- brak wprawy w operowaniu aparatem Orsata, co mogło doprowadzić do
nieznacznych ruchów gazów, niewłaściwego oczyszczenia przewodów
doprowadzających. Zgodność wyników w trzech zespołach roboczych
wysokości około 11% może wskazywać, że ogólnie wyniki są jeszcze
wiarygodne. Natomiast wartość tlenku węgla (CO) ujemna, jest wynikiem
czynników ww. lecz jednocześnie wskazuje, że zawartość jego w
rzeczywistości albo jest śladowa lub on nie występuje. Wartość
średnia CO równa zeru, potwierdza słuszność przyjmowania wyżej
wymienionych wzorów na współczynnik nadmiaru powietrza, gdyż w
spalaniu całkowitym i zupełnym nie występuje CO. Wartości obliczone
współczynnika nadmiaru powietrza są różne, lecz ich średnia jest
wartością możliwą, którą można uznać za wartość oczekiwaną,
ponieważ mieści się w przedziale 1,2~1,3.
Laboratorium z podstaw termodynamiki.
PAGE 1
PAGE 2
Str.
