7.5. Хроматографические газоанализаторы

сится наименее сорбируемый газ А, а последним — хорошо сорбируемый С. После разделения каждый компонент с газом-носителем образует бинарную смесь, анализ которой может быть произведен различными методами, в том числе рассмотренными выше и реализуемыми в детекторе 6. Поскольку в процессе измерения свойства газа-носителя могут меняться, при пропускании последнего через детектор фиксируются изменения его свойств, вызванные присутствием компонента анализируемой смеси.

Для улучшения разделения компонентов температурный режим колонки может меняться с помощью терморегулятора 5 с программным управлением. Выходной сигнал детектора 6 подается на регистрирующий прибор 7, микропроцессорное 8 и цифропечатающее 9 устройства. На диаграмме самопишущего прибора 7 выход каждого из компонентов сопровождается пиком, площадь которого зависит от концентрации этого газа. График, фиксирующий выход компонентов, называют хроматограммой.

Рис. 3.81. Принципиальная схема газового хроматографа:

1 — баллон; 2 — регулятор; 3 — дозатор; 4 — разделительная колонка; 5

— терморегулятор; б — детектор; 7 — регистрирующий прибор; 8, 9— микропроцессорное и цифропечатающее устройства

Хроматограмма (рис. 3.82) является носителем как качественной информации о виде компонентов смеси, так и количественной — об их концен-

105

Рис. 3.82. Хроматограмма разделения смеси трех компонентов

трации. Значение последней определяется площадью пика или его высотой. Поскольку разделение газов осуществляется за счет их различных сорбционных свойств, время выхода того или иного компонента при постоянной скорости га- за-носителя определяет вид газа. Эта характеристика называется временем удерживания tR. Она численно равна интервалу времени от момента ввода пробы газа до момента соответствующего максимуму пика.

7.6. Анализ состава жидкостей

Ведение технологического процесса в энергетике во многих случаях основывается на результате анализа состава жидкостей (рабочей среды, теплоносителя).

Одним из важных моментов работы по охране окружающей среды является контроль за состоянием естественных и искусственных водоемов, анализ сбросных вод промышленных предприятий и населенных пунктов, которые осуществляются также с использованием анализаторов состава жидкостей.

Наибольшей разрешающей способностью обладают пламенноионизационный, колориметрический, амперометрический и кулонометрический, применяемые для измерения микроконцентраций растворенных веществ.

Кондуктометрический метод анализа растворов

Водные растворы электролитов представляют собой проводники второго рода, перенос тока в которых осуществляется движением ионов. Последние образуются при диссоциации веществ, находящихся в растворе. Электропроводность характеризует суммарную концентрацию находящихся в растворе ионов, в связи с чем приборы для ее измерения градуируются в единицах удельной электропроводимости: См/см (Сименс на сантиметр) и мкСм/см, в единицах условного солесодержания (мг/кг NaCl) или концентрации (% H2 So4).

Удельная электропроводность раствора æ, См/см, являющаяся величиной, обратной удельному сопротивлению, связана с эквивалентной концентрацией η (r-экв/см3) следующей зависимостью

где σ — степень диссоциации молекул растворенного вещества; λ — эквивалентная электропроводность вещества при бесконечном разбавлении.

Степень диссоциации определяется числом молекул, диссоциированных на ионы. При одной и той же концентрации молекулы сильных электролитов диссоциируют больше, чем слабые. К сильным относятся соляная, серная, азотная кислоты, большинство солей, щелочи, к слабым электролитам — органические кислоты. По мере снижения концентрации степень диссоциации растет, приближаясь к единице.

106

При полной диссоциации молекул эквивалентная электропроводность раствора определяется подвижностью анионов λА и катионов λК, зависящей от природы диссоциированного вещества и свойств растворителя, т.е. λ = λА + λК.

Рис. 3.83. Графики зависимости удельной электропроводности от концентрации при

18 °С

Поскольку в (3.39) æ меняется с изменением концентрации, зависимость удельной электропроводности от концентрации носит сложный характер. Графики этих зависимостей для ряда веществ представлены на рис. 3.83 Как видно из графиков, близкий к линейному рост электропроводности с увеличением концентрации наблюдается при значениях последней, составляющих 5... 10 %. Рост концентрации свыше 15...30 % сопровождается снижением электропроводности «из-за уменьшения степени диссоциации молекул. Учитывая неоднозначный характер зависимости электропроводности от концентрации, необходимо заранее знать область работы кондуктометра, исключая возможность измерений в области экстремума.

К приборам, предназначенным для измерения электропроводности, относятся кондуктомеры, солемеры, концентратомеры. Первые градуируются в единицах электропроводности, вторые – в единицах условного солесодержания, обычно в процентах содержания NaCl. Концентратомеры градуируются в процентах содержанияанализируемоговещества.

Оптический метод анализа состава жидкостей

В оптических анализаторах жидкостей используется связь между параметрами оптического излучения и составом анализируемой жидкости.

Для анализа состава жидкостей чаще используются следующие разновидности оптического метода: колориметрический, пламенно-фотометрический, турбидиметрический и нефелометрический.

Колориметрические анализаторы. В колориметрических анализаторах концентрация определяемого вещества измеряется по поглощению излучения в видимой части спектра анализируемым раствором. Поскольку для измерения излучения используются различные виды фотоэффекта, анализаторы называются фотоколориметрическими или фотоколориметрами.

В большинстве случаев фотометрируемый окрашенный раствор получается в результате вспомогательной химической реакции, которая обеспечивает избирательное изменение окраски раствора и ее интенсивности в зависимости от

107

концентрации определяемого компонента, при этом в растворе не должно образовываться взвешенных частиц.

Воптический канал между источником излучения и фотоэлементом окрашенный раствор вводится кюветой, выполненной из стекла и обладающей пренебрежимо малыми потерями светового потока из-за поглощения и отражения.

Вкачестве лучеприемников в фотоколориметрах используются фоторезисторы, фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом, фотоумножители. Их подбирают так, чтобы максимум спектральной характеристики лучеприемника совпадал с экстремумом коэффициента спектрального поглощения анализируемого раствора или был близок к нему.

К числу фотоколориметрических приборов относятся автоматические кремнемеры, жесткомеры, фосфатомеры, измерители растворенного в воде кислорода, хлора и др.

К числу наиболее чувствительных анализаторов жидкостей относятся пла- менно-фотометрические приборы. Их принцип действия основан на способности возбужденных атомов излучать в определенной части спектра. Поскольку спектр излучения зависит от строения атомов или молекул, метод обладает высокой специфичностью и чувствительностью.

Для возбуждения атомов и молекул могут использоваться дуга, искровой разряд, пламя. Атомы щелочных металлов имеют низкий

Турбодиметрические и нефелометрические анализаторы. Принцип дейст-

вия турбидиметрических и нефелометрических приборов основан на измерении ослабленного или рассеянного излучения взвешенными частицами, находящимися в жидкости. Приборы градуируются в единицах оптической плотности, либо коэффициента пропускания, %.

Турбидиметрические анализаторы используются для измерения мутности питьевой и сбросных вод, уровней шлама в отстойниках и технологических аппаратах, концентрации частиц в суспензиях. При измерении концентрации взвешенных частиц в технологических аппаратах и линиях световой поток пропускается непосредственно через слой анализируемой жидкости внутри технологического оборудования.

Нефелометрические анализаторы. В нефелометрических анализаторах интенсивность потока излучения, рассеиваемого частицами, находящимися в растворе, определяется уравнением Релея в следующей форме

I p I0k NV 4 ,

где: I0 , I p - начальный и рассеянный поток и излучения; V, N – объем ша-

ровой частицы и их число; λ – длина волны; k – коэффициент пропорциональности.

108

Измерение концентрации газов, растворенных в воде и паре

Измерение растворенного в воде кислорода. В зависимости от концентрации растворенного в воде кислорода для его измерения используется несколько методов. Для анализа микроконцентраций растворенного кислорода применяются амперометрические, кондуктометрические и колориметрические методы. При концентрациях, составляющих мг/л, используется термокондуктометрический метод.

Амперометрические кислородомеры относятся к электрохимическим анализаторам, принцип действия которых основан на измерении тока, протекающего через поляризованную электродную систему при наличии деполяризатора — кислорода.

Измерение растворенного в воде водорода. Концентрация водорода в све-

жем паре на выходе пароперегревателей котлов характеризует интенсивность протекания процесса коррозии поверхностей нагрева. В связи с этим автоматические водородомеры получают все более широкое распространение на тепловых электрических станциях.

Вопросы для самопроверки

1.Дайте классификацию средств измерений состава газов.

2.Какие компоненты газовой смеси измеряются для контроля топочных процессов на электростанциях, в промышленных и отопительных котельных?

3.Опишите работу химических газоанализаторов.

4.На каком принципе основана работа тепловых газоанализаторов?

5.Поясните принцип действия термомагнитных газоанализаторов.

Раздел 8. Автоматизированные системы контроля и управления сбором данных

Более подробная информация по данному разделу содержится в [1],

с.421…450; [2], с. 209…222.

В разделе рассматриваются 2 темы: 1.Информационные функции АСУТП.

2.Принципы построения системы теплотехнического контроля.

При работе с теоретическим материалом следует ответить на вопросы, приведенные в конце данного раздела.

После проработки теоретического материала раздела 8 следует выполнить тренировочный тест №8.

Изучение раздела заканчивается контрольным мероприятием: необходимо ответить на вопросы контрольного теста №8.

109