7.2 Аналіз so2 в газовій суміші

Визначення об’ємної частки SO₂ в газовій суміші йодометричним методом (за Рейхом) грунтується на взаємодії SO₂ з певною кількістю титрованого розчину йоду:

SO₂ + I₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HI, (7.5)

Після чого залишок йоду, що не прореагував з оксидом сульфуру (ІІ), відтитровують розчином тіосульфату за наступною реакцією:

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆. (7.6)

Виходячи з того, що в йодометричному визначенні 1 мг-экв SO₂ дорівнює 0,03203 г, можна визначити масу m_SO2 діоксиду сульфуру, що поглинається в склянках Дрекселя за формулою (7.7):

, (7.7)

де К – поправочний коефіцієнт до концентрації розчину йоду К ≈ 1;

V_заг. – сумарний об’єм титрованого розчину йоду у двох склянках

Дрекселя;

V_T – об’єм 0,1М розчину тіосульфату натрію, що пішов на титрування надлишку йоду, см³.

Знаючи густину SO₂ за нормальних умов (ρ = 2,926 г/дм³), можна розрахувати об’єм діоксиду сульфуру, що прореагував з розчином йоду:

. (7.8)

Матеріали та обладнання:

Йод, 0,05 М розчин;

Тіосульфат натрію, 0,05 М розчин;

Крохмаль, щойно приготований 1 %-вий розчин;

Газова суміш (SO₂, O₂, N₂).

Порядок виконання аналізу:

1. Для визначення об’ємної частки SO₂ в газовій суміші до газового тракту приєднують дві склянки Дрекселя та газолічильник і відкривають кран подачі газової суміші. Одночасно починають відлік об’єму та часу проходження газової суміші через склянки Дрекселя відповідно за показниками газолічильника та секундоміра (для точного визначення об’ємної швидкості газової суміші).

2. Газову суміш (SO₂, O₂, N₂) слід пропускати до знебарвлення розчину йоду в першій за ходом газу склянці. В момент знебарвлення закривають кран подачі газової суміші та „знімають” покази секундоміра та газолічильника. Після цього кількісно переносять розчини з обох склянок до конічної колби, додають 5 – 10 крапель розчину крохмалю та відтитровують залишок йоду (того, що не прореагував з SO₂) розчином тіосульфату натрію до знебарвлення вихідного розчину.

3. Об’єм непоглинутої азото-кисневої суміші V (дм³), що пройшов крізь склянки та зафіксований газолічильником, слід привести до нормальних умов:

, (7.9)

де Т – температура в лабораторії, К;

Р – тиск газової суміші в системі, що визначається за показником

манометра, Па.

4. Розрахувати об’ємну частку SO₂ в газовій суміші за формулою:

. (7.10)

7.3 Визначення вмісту компонентів газової суміші. Метод поглинання та спалювання

Призначення і склад газоаналізатора ГХЛ-1 (рисунок 7.7).

Рисунок 7.7 – Схема газоаналізатора ГХЛ-1

Газоаналізатор призначений для загального аналізу природних і промислових газів, в даній роботі використовується для аналізу газової уміші на наступні компоненти: CO₂ - оксиду вуглецю (IV), H₂ – водню, СО – оксиду вуглецю (II).

Принцип роботи приладу заснований на вибірковому поглинанні відповідними поглинаючими розчинами оксиду вуглецю (IV), каталітичному спалюванні водню і оксиду вуглецю (II). При цьому вміст компонентів визначається шляхом вимірювання зменшення об’єму аналізованої проби газу при операціях поглинання і спалювання, що проводяться послідовно.

Вимірювальна бюретка, що слугує для вимірювання об’ємів газу, складається з двох градуйованих вертикальних трубок. Права трубка об’ємом 21 см³ градуйована по всій довжині, ліва об’ємом 80 см³ розділена на 4 рівних частини по 20 см³ кожна.

Нижні кінці бюретки з’єднані перехідником, до третього вільного кінця якого приєднана зрівнювальна склянка. Вона використовується для створення розрідження або тиску в бюретці при відборі або витісненні газу. До верхнього капіляра бюретки приєднаний триходовий кран, за допомогою якого бюретка може сполучатися з поглинальними посудинами і трубкою для спалювання.

Поглинальна частина приладу складається з п’яти поглинальних посудин; у роботі використовуються дві з них:

- посудина, що містить 30%-вий розчин КОН, слугує для поглинання СО₂ і інших кислотних газів (наприклад, SO₂, H₂S, HCl) згідно реакції:

.

- посудина із водою, яка служить для визначення зміни об’єму досліджуваного газу після каталітичного спалювання водню.

Для збільшення активної поверхні поглинальні посудини заповнені насадкою у вигляді скляних трубочок. Зовнішня частина поглинальної посудини є приймальною камерою, в яку витісняється поглинальний розчин при заповненні посудини газом.

Порядок виконання аналізу:

1. Перевірка приладу на герметичність.

Для цього крани (поз. 13, 24, 26, 28, 29, 30) поставити в положення загального горизонтального капіляра. Закрити кран (поз. 15) на атмосферу і відповідною установкою крана (поз. 14) бюретку з’єднати із штуцером (поз. 26), на кінець якого надягають заглушку. Відкривши один з кранів (поз. 19б), опускають зрівнювальну склянку (поз. 20). Якщо рівень рідини в бюретці, дещо знизившись при опусканні склянки, залишається нерухомим, і рівні в поглинальних посудинах також залишаться нерухомими, то прилад герметичний. Якщо існують які-небудь відхилення від герметичності, то рівень рідини в бюретці весь час знижуватиметься. В цьому випадку необхідно усунути причину цього явища, звернувшись, за консультацією до персоналу лабораторії.

2. Метод поглинання

Прокачування газу починають з посудини, яка заповнена розчином гідроксиду калію, в якому поглинається вуглекислий газ. Для цього відкривають кран на сполучення з поглинаючою посудиною, прокачують газ 3÷4 рази за допомогою зрівнювальної склянки. Потім довести рівень рідини в посудині до мітки, перекрити на ній кран, залишок газу перевести в бюретку і виміряти його об’єм, тримаючи зрівнювальну склянку на одному рівні з рідиною у вимірювальній бюретці. Повторно 2÷3 рази прокачати газ через розчин КОН. Якщо після повторних прокачувань об’єм газу не зміниться, поглинання вуглекислого газу вважається закінченим; якщо ж об’єм газу продовжує зменшуватися, прокачування повторювати до тих пір, поки об’єм не буде постійним. Кількість поглиненого газу приймають за об’єм СО₂, що міститься у пробі (100 см³) досліджуваної газової суіші.

3. Метод спалювання

Заздалегідь нагріти до 473 К (200 °С) піч з каталізатором. Спалювання водню і оксиду вуглецю (ІІ) здійснюється при температурі 533÷543 К (260÷270 °С) на паладієвому каталізаторі. Температура контролюється і підтримується за допомогою терморегулятора і реле контролю.

Для аналізу Н₂ і СО методом спалювання, газову суміш слід розбавити повітрям, для цього від 50 до 70% газу з бюретки за допомогою зрівнювальної склянки випустити в атмосферу, при цьому крани треба відкрити на вільний штуцер. При високому вмісті водню необхідно залишати до 30 см³ газу. Виміряти об’єм залишку газу, потім у вимірювальну бюретку (поз. 17) через вільний штуцер (поз. 16) засмоктують повітря до об’єму 100 см³. Відкривають крани (поз. 27). Відкривають кран (поз. 14) і один з кранів (поз. 19а або 19б) і в такому положенні залишають на час розігрівання трубки (поз. 12) (5÷6 хв.) поки не припиниться збільшення об’єму газу. Температуру при спалюванні водню і оксиду вуглецю (II) підтримують в межах 533÷543 К (260÷270 °С). При досягненні температури 533 К (260 °С), кран (поз. 28) відкривають на з’єднання трубки (поз. 12) з поглинальною посудиною (поз. 21), яка заповнена водою. Обережно підняти і опустити 5÷6 разів зрівнювальну склянку (поз. 20), повільно пропускають при цьому газ через трубку для спалювання (поз. 12) в посудину (поз. 21). Після досягнення постійного об’єму відключають обігрів печі, трубку для спалювання (поз. 12) охолоджують до кімнатної температури, газ знов прокачують (3÷4 рази) крізь охолоджену трубку, доводять до мітки рівень рідини в поглинальній посудині (поз. 21), перекривають кран на ній, закривають крани (поз. 27) і заміряють об’єм охолодженого газу у бюретці (поз. 17).

Потім газ пропускають через поглинальну посудину (поз. 25) для абсорбції СО₂, що утворився в результаті спалювання СО, який міститься у досліджуваному коксовому газі. Вимірюють об’єм оксиду вуглецю (IV), що поглинувся.