第08章-气体成分分析.课件.ppt
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- 08 气体 成分 分析 课件
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1、1第第8章章 气体成分分析气体成分分析2研究的意义研究的意义n 成分分析在工业生产及科学研究中具有广泛的用途。成分分析在工业生产及科学研究中具有广泛的用途。n例:例:n在在燃烧过程燃烧过程中,可以通过对烟气中的中,可以通过对烟气中的O2或或CO2含量的分含量的分析来了解燃烧状况;析来了解燃烧状况;n在在环境保护环境保护方面,分析排烟中方面,分析排烟中NOx含量、可以了解环境状含量、可以了解环境状况等。况等。n本章介绍热工过程中常用的气体成分分析方法和仪本章介绍热工过程中常用的气体成分分析方法和仪表。表。3主要介绍内容主要介绍内容n氧化锆氧量计氧化锆氧量计n红外气体分析红外气体分析n色谱法色谱法
2、n离子色谱仪离子色谱仪n气相色谱仪气相色谱仪n液相色谱仪液相色谱仪n质谱法质谱法n原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪n原子发射光谱仪原子发射光谱仪4名称型号数量价格便携式气体分析仪GA-602台便携式气体分析仪GA402台便携式气体分析仪GA202台便携式气体分析仪COSA60002台22368美元便携式气体分析仪MAX52台16780氧化二氮分析仪AR50001台15215美元气体分析系统1选配(包括:880A一CO、CO2、SO2分析仪,951A氮氧化物分析仪,755R氧分析仪)1套11.7万美元气体分析系统2146MultigasCalibrationSystem , 41CHighLevel
3、GasCorrelationCO2Analyzer,42CchemiluminescenceNO-NOx-NO2Analyzer ,43C pulsed Fluorescence SO2 Analyzer,48C Gas Filter Correlation CO Analyzer1套59224美元汽车尾气红外测定仪 GXH-1021台6500元红外线分析仪GXH-104型1台3500元氧化锆氧量计DH-8G2台23978元44977美元例:某实验室气体分析设备一览例:某实验室气体分析设备一览5典型气体分析仪器设备及工作原理典型气体分析仪器设备及工作原理n化学法化学法奥式烟气分析仪奥式烟气分析
4、仪n电化学方法电化学方法气体分析仪气体分析仪 ;n物理方法物理方法 红外、色谱、荧光、顺磁等。红外、色谱、荧光、顺磁等。6一、化学法一、化学法便携奥式烟气分析仪便携奥式烟气分析仪n化学法化学法n用配制成的化学溶液用配制成的化学溶液吸收特定气体吸收特定气体成分的方法。成分的方法。n奥式烟气分析仪奥式烟气分析仪n典型的化学法,它可以用来分析烟气中的典型的化学法,它可以用来分析烟气中的O2、CO2 、SO2 、CO等;等;n主要用于主要用于燃烧效率分析燃烧效率分析方面,是一种经济有效方面,是一种经济有效的方法。的方法。7便携奥式烟气分析仪便携奥式烟气分析仪返回返回8二、电化学法二、电化学法n电化学法
5、是现在应用得较为普遍的一种方电化学法是现在应用得较为普遍的一种方法,它应用的是法,它应用的是电化学传感器电化学传感器。n原理:原理:传感器与特定成分发生反应传感器与特定成分发生反应产生电信号产生电信号 信号的大小与该种成分的浓度成对应的关系信号的大小与该种成分的浓度成对应的关系 确定气体的浓度。确定气体的浓度。 9GA-60分析仪分析仪流程图流程图10三、物理方法三、物理方法n应用物理学原理(光学特性,磁化性能等)进行应用物理学原理(光学特性,磁化性能等)进行气体浓度测定的方法。气体浓度测定的方法。nModel 880A (CO, CO2, SO2)nModel 951A (NO/NO2分析仪
6、)分析仪)nModel 755R (氧气分析仪)(氧气分析仪)nModel 48C (CO)nModel 41C (CO2)nModel 42C (NOx)nModel 43C (SO2)11气体分析系统图气体分析系统图121、Model 880An880A是红外气体分析是红外气体分析系统,能连续检测混系统,能连续检测混合气体中某种特殊组合气体中某种特殊组分的浓度。分的浓度。n工作原理:工作原理:n有些分子为不同原子有些分子为不同原子构成的多原子气体,构成的多原子气体,对入射的红外线按波对入射的红外线按波长选择性吸收能量。长选择性吸收能量。 2345678波长mCOSO2CO2COSO2SO2
7、吸收率(%)100 式中式中k :被测气体对红外辐射的吸收系数被测气体对红外辐射的吸收系数 C : 被测气体的浓度被测气体的浓度 l : 通过气样的光程长度通过气样的光程长度射入某种气体的外来辐射能,只有其频率射入某种气体的外来辐射能,只有其频率符合该气体分子的特征频率时,气体才符合该气体分子的特征频率时,气体才能吸收此辐射能。能吸收此辐射能。两束等能量的红外光分别进入并行的两个两束等能量的红外光分别进入并行的两个光学器件。一个通入参考气体,另一个光学器件。一个通入参考气体,另一个通入采样气体。检测器可连续测量两个通入采样气体。检测器可连续测量两个气室中所吸收的红外光能量的差别,这气室中所吸收
8、的红外光能量的差别,这个差别就是采样气体中待测气体成分的个差别就是采样气体中待测气体成分的浓度。浓度。Clke0II检测器检测器信号信号调调节电节电路路Sample inSample out红外光源红外光源n设有一束红外线入射强度为设有一束红外线入射强度为I0,经过浓度为经过浓度为C的气体后,的气体后,透射的红外线的强度为透射的红外线的强度为I, 根据比尔根据比尔-朗伯定律:朗伯定律:142、 NO/NO2分析仪分析仪( Model 951A)1) 基本原理:利用化学荧光法测量基本原理:利用化学荧光法测量NO,是依据,是依据NO与臭氧与臭氧O3反应反应生成生成NO2和和O2,其中的一些,其中的
9、一些NO2被提升到电子激越状态,然后被提升到电子激越状态,然后随着光子的挥发又迅速恢复到原态。随着光子的挥发又迅速恢复到原态。NO+O3NO2*+O2NO2*NO2+h 式中:式中:h - 普朗克常数普朗克常数 - 频率,频率, Hzn当当NO与与O3在反应室中混合时,化学荧光反应产生的发射光强在反应室中混合时,化学荧光反应产生的发射光强与与NO的浓度成正比,用光电倍增管可以测到这个光强信号,的浓度成正比,用光电倍增管可以测到这个光强信号,并将其转换为电信号。并将其转换为电信号。152) NOx的确定的确定采样气体先进入一个转换室,将采样气体先进入一个转换室,将NO2转换成转换成NO2NO2
10、2NO+O2仪表的输出与总的仪表的输出与总的NO成正比,包括采样气体成正比,包括采样气体中原有的中原有的NO加上从加上从NO2转换来的转换来的NO,这个总,这个总和也称为和也称为NOx,即,即NOx=NO+NO216工作过程工作过程173、 O2分析仪分析仪( Model 755R )n基本原理:基本原理:n氧具有很强的顺磁性,氧具有很强的顺磁性,而大多数其它气体具而大多数其它气体具有弱抗磁性。有弱抗磁性。n进入仪器的气体的体进入仪器的气体的体积磁化率由检测器或积磁化率由检测器或磁性元件来测量。磁性元件来测量。18顺磁性物质的主要特征顺磁性物质的主要特征n不论外加磁场是否存在,原子内部存在永久
11、磁矩。不论外加磁场是否存在,原子内部存在永久磁矩。n在无外加磁场时,由于顺磁物质的原子做无规则的热振动,在无外加磁场时,由于顺磁物质的原子做无规则的热振动,宏观看来,没有磁性;宏观看来,没有磁性;n在外加磁场作用下,每个原子磁矩比较规则地取向,物质在外加磁场作用下,每个原子磁矩比较规则地取向,物质显示极弱的磁性。显示极弱的磁性。n磁化强度与外磁场方向一致,磁化强度与外磁场方向一致, 为正,而且严格地与外磁为正,而且严格地与外磁场场H成正比。成正比。n顺磁性物质的磁性除了与顺磁性物质的磁性除了与H有关外,还依赖于温度。其磁有关外,还依赖于温度。其磁化率化率H与绝对温度与绝对温度T成反比。成反比。
12、19工作过程工作过程n充入氮气的哑铃形空心玻璃试验体充入氮气的哑铃形空心玻璃试验体被悬挂在一个铂被悬挂在一个铂/镍合金条上,并处镍合金条上,并处于一个非均匀磁场中;于一个非均匀磁场中;n由于由于“磁浮力磁浮力”的作用,球形试验的作用,球形试验体受到一个位移力,产生一个位移体受到一个位移力,产生一个位移力矩,这个力矩大小与试验体周围力矩,这个力矩大小与试验体周围包围着的气体的体积磁化率成正比。包围着的气体的体积磁化率成正比。n在哑铃体长度方向的导线中产生反在哑铃体长度方向的导线中产生反馈电流,该电流产生电磁力,将此馈电流,该电流产生电磁力,将此电磁力作用在球体上则得到复原力电磁力作用在球体上则得
13、到复原力矩,该复原力矩与位移力矩大小相矩,该复原力矩与位移力矩大小相等,方向相反。等,方向相反。204、 CO分析仪分析仪 ( Model 48C )n工作原理:工作原理:基于一氧化碳吸收基于一氧化碳吸收4.6um波长的红外光。波长的红外光。n工作步骤:工作步骤:样品通过采样管进入仪器,样品通过采样管进入仪器,如右图。样品流过光具如右图。样品流过光具座,来自红外光源的辐座,来自红外光源的辐射光通过一个在射光通过一个在CO和和N2之间交替的气体滤波器,之间交替的气体滤波器,再通过一个窄带通干涉再通过一个窄带通干涉滤波器进入光具座,再滤波器进入光具座,再进入样品气体吸收红外进入样品气体吸收红外光,
14、由红外检测器检测光,由红外检测器检测辐射光信号。辐射光信号。21工作过程工作过程nCO气体滤波器能产生一个参考光束,这个参考光束已气体滤波器能产生一个参考光束,这个参考光束已不能再被样品池中的不能再被样品池中的CO气体所减弱。气体所减弱。n红外辐射光能从消光片的红外辐射光能从消光片的N2部分全部透过,从而产生部分全部透过,从而产生一个测量光束,其中的红外光被样品池中的一个测量光束,其中的红外光被样品池中的CO吸收。吸收。n在两种气体滤波器之间交互变化的消光信号为检测信在两种气体滤波器之间交互变化的消光信号为检测信号,其幅值与气体池中的号,其幅值与气体池中的CO浓度成正比。浓度成正比。n由于非由
15、于非CO气体吸收的参考光与测量光相同,所以不能气体吸收的参考光与测量光相同,所以不能在红外检测器上产生调制信号。即气体滤波相关系统在红外检测器上产生调制信号。即气体滤波相关系统只只对对CO 气体有响应。气体有响应。225、Model 41C 的工作原理(的工作原理(CO2分析仪)分析仪)n工作原理:工作原理:基于基于CO2吸收红外光。吸收红外光。n工作步骤:工作步骤:样品通过采样管进入仪样品通过采样管进入仪器,如右图。器,如右图。样品流过光具座。来自样品流过光具座。来自红外光源的辐射光通红外光源的辐射光通过一个过一个在在COCO2 2和和N N2 2之间之间交替的气体消光片,交替的气体消光片,
16、再通过一个窄带通干再通过一个窄带通干涉滤波器进入光具座涉滤波器进入光具座被进入的样品气体吸被进入的样品气体吸收。由红外检测器检收。由红外检测器检测辐射光信号。测辐射光信号。23工作过程工作过程n消光片的消光片的CO2部分能产生一个参考光束,这个参部分能产生一个参考光束,这个参考光束不能再被样品池中的考光束不能再被样品池中的CO2气体所减弱。气体所减弱。n滤波轮的滤波轮的N2部分能完全透过红外辐射光,产生一部分能完全透过红外辐射光,产生一个测量光束,而被样品池中的个测量光束,而被样品池中的CO2吸收,旋转的吸收,旋转的消光片就能使检测器产生调制信号,放大的调制消光片就能使检测器产生调制信号,放大
17、的调制检测信号的幅度直接与样品池中的检测信号的幅度直接与样品池中的CO2浓度成一浓度成一一对应关系。一对应关系。n由于由于非非CO2气体吸收的参考光与测量光相同,所气体吸收的参考光与测量光相同,所以不能在红外检测器上产生调制信号。以不能在红外检测器上产生调制信号。246、 NOX分析仪(分析仪(Model 42C)nModel 42C 的的工作原理工作原理是基是基于一氧化氮和臭氧反应后,于一氧化氮和臭氧反应后,产生一个光强与产生一个光强与NO的浓度的浓度成正比的光束的特性。红外成正比的光束的特性。红外光发射导致电子激励光发射导致电子激励NO2 分分子衰减到较低的能级。子衰减到较低的能级。NO
18、+ O3 NO2 + O2 + hvn在测量在测量NO2前,必须将前,必须将NO2利用化学发光反应转化成利用化学发光反应转化成NO,这个转化是在加热到,这个转化是在加热到325的的NO2NO钼转化器钼转化器中进行。中进行。n采样气通过采样管进入仪器。采样气流过一个特殊的滤波采样气通过采样管进入仪器。采样气流过一个特殊的滤波器、一个毛细管,然后到达电磁阀。电磁阀可将采样气直器、一个毛细管,然后到达电磁阀。电磁阀可将采样气直接通入一氧化氮反应室,或者先通入接通入一氧化氮反应室,或者先通入NO2NO转换器,在转换器,在通入反应室。在反应室前安装流量传感器用于测量流量。通入反应室。在反应室前安装流量传
19、感器用于测量流量。n干空气通过干空气管进入仪器,先通过一个流量传感器,干空气通过干空气管进入仪器,先通过一个流量传感器,再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需的必要的臭氧浓度的必要的臭氧浓度,臭氧与采样气中的臭氧与采样气中的NO反应产生电子受激反应产生电子受激的的NO2分子,封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测分子,封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测NO2的光强。的光强。n在在NO方式和方式和NOx方式中的方式中的NO和和NOx的浓度计算存储在内的浓度计算存储在内存中,这两种浓度之间的差别用来计算存中,这两种浓度之间的差别用来计算
20、NO2浓度。浓度。267、 SO2分析仪(分析仪( Model 43C )nModel 43C 的工作的工作原理是基于原理是基于SO2分分子吸收紫外光,在子吸收紫外光,在某一波长受到激励某一波长受到激励后衰减到较低的能后衰减到较低的能级后在另一个不同级后在另一个不同的波长发射紫外光。的波长发射紫外光。其反应公式如下其反应公式如下nSO2 + hv1 SO2* SO2 + hv227n样品通过采样管进入仪器,首先进入碳氢化合物脱除器,通过对样样品通过采样管进入仪器,首先进入碳氢化合物脱除器,通过对样品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管壁将样品中的碳氢化品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管
21、壁将样品中的碳氢化合物脱除,而合物脱除,而SO2 分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。n样品进入荧光室,样品进入荧光室,SO2 分子受到脉动的紫外光激励,聚光透镜将脉分子受到脉动的紫外光激励,聚光透镜将脉动的紫外光聚焦到透镜上,透镜组有四个可选的镜头使之只有能反动的紫外光聚焦到透镜上,透镜组有四个可选的镜头使之只有能反射激励射激励SO2 分子的波长的光通过。分子的波长的光通过。n当受激当受激SO2 分子衰减到较低的能级就能发射与分子衰减到较低的能级就能发射与SO2浓度成比例的紫外浓度成比例的紫外光。带通滤波器只允许受激光。带通滤波器只允许受激SO2 分子
22、能发射的波长的光到达光电倍分子能发射的波长的光到达光电倍增管。光电倍增管用于检测来自衰减的增管。光电倍增管用于检测来自衰减的SO2 分子发射的紫外光。位分子发射的紫外光。位于荧光室后部的光检测器连续检测脉动的紫外光源,将其输出信号于荧光室后部的光检测器连续检测脉动的紫外光源,将其输出信号接到补偿紫外光波动的电路。接到补偿紫外光波动的电路。n被检测的样品然后顺序流过一个流量传感器、一个毛细管和碳氢化被检测的样品然后顺序流过一个流量传感器、一个毛细管和碳氢化合物脱除器的中心管外侧。合物脱除器的中心管外侧。返回返回28几种气体分析仪器的综合比较几种气体分析仪器的综合比较 29序号序号 名称名称型号型
23、号基本参数基本参数功能功能操作特点及注意事项操作特点及注意事项气体测量范围:气体测量范围:取取样样管管配配有有热热电电偶偶,可可测测量量烟烟气气温度;温度;O O2 2(021%);(021%);带烟气过滤装置;带烟气过滤装置;CO(08000 ppm );CO(08000 ppm );分析仪自带抽气泵。分析仪自带抽气泵。NONOx x(04000ppm);(04000ppm);带针式打印机。带针式打印机。SOSO2 2(04000 ppm )。(04000 ppm )。RS232通讯口。RS232通讯口。泵抽气量:1l/m。泵抽气量:1l/m。带充电电池。带充电电池。热电偶测温范围:5001
24、100e热电偶测温范围:5001100e气体测量范围:气体测量范围:测测量量气气体体全全面面,量量程程范范围围宽宽阔阔,响响应应时时间间短短,气气体体处处理理系统完善。系统完善。O O2 2(0100%);30l/h(0100%);30l/h缺缺点点:维维护护工工作作量量大大,操操作作较较复复杂杂,体体积积大大,只只适适合合实实验室应用。验室应用。LCOLCO ( 0 0 25002500ppmppm) ;60l/h60l/hHCO(010%);60l/hHCO(010%);60l/hSOSO2 2( 0 0 50005000 ppmppm ) ; 6060l/hl/hNONOx x(0100
25、00ppm)。(010000ppm)。泵抽气量:70l/h。泵抽气量:70l/h。热电偶测温范围:5001100e热电偶测温范围:5001100e4 4便便携携式式气气体分析仪体分析仪COSA6000COSA6000携携带带较较方方便便,可可测测量量燃燃烧烧产产物物较较全全,要要定定期期充充电电,定定期期更更换换滤滤芯芯。打打印印机机容容易易损损坏坏。容易拆卸,维护方便。容易拆卸,维护方便。5 5气气体体分分析析系统1系统1ROSEMOUNROSEMOUNT T取取样样管管有有保保温温功功能能;取取样样管管带带过过滤滤装装置置,干干燥燥装装置置; 有有反反 吹吹功功能能;定定期期排排凝凝结结水
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