气体组分测量与分析课件.ppt
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- 气体 组分 测量 分析 课件
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1、南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院第十一章、气体组分测量与分析第十一章、气体组分测量与分析热工测试技术热工测试技术本章学习要求:本章学习要求:1.1.气体组分测量仪器的工作原理气体组分测量仪器的工作原理2.2.仪器适用情况仪器适用情况南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.1 11.1 概述概述 第十一章、气体组分测量与分析第十一章、气体组分测量与分析 v气体组分分析是燃烧过程中常涉及到的一种测试技气体组分分析是燃烧过程中常涉及到的一种测试技术。尤其是在线气体分析,由于其测量时间短,使术。尤其是在线气体分析,由于其测量时间短,使用方便等优点而得到了大量的应用。用方便等优点而得到了大
2、量的应用。典型气体分析仪器工作原理分类典型气体分析仪器工作原理分类v化学法化学法用配制成的化学溶液吸收特定气体成份的方法用配制成的化学溶液吸收特定气体成份的方法;色谱分析仪色谱分析仪;v电化学法电化学法 电化学传感器。不同的传感器与特定成份发电化学传感器。不同的传感器与特定成份发生反应,产生毫伏信号,信号的大小与该种成份的浓度成生反应,产生毫伏信号,信号的大小与该种成份的浓度成对应的关系。通过测量毫伏信号来确定气体的浓度;对应的关系。通过测量毫伏信号来确定气体的浓度;氧化氧化锆氧量分析仪;锆氧量分析仪;v物理方法物理方法 应用物理学原理(如物质的光学特性,磁化应用物理学原理(如物质的光学特性,
3、磁化性能等)进行气体浓度测定的方法;性能等)进行气体浓度测定的方法;红外、荧光、顺磁等红外、荧光、顺磁等类型的气体分析仪类型的气体分析仪。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 11.2 色谱分析仪(色谱分析仪(ChromatographyChromatography) 色谱分析色谱分析是一种混合物组份的分离技术。是一种混合物组份的分离技术。 基本原理基本原理是:被分析的混合物样品在流动气体或液是:被分析的混合物样品在流动气体或液体体(流动相流动相)的推动下,流经一根装有填充物的推动下,流经一根装有填充物(固定相固定相)的管子的管子(称称色谱柱色谱柱)时,受固定相的吸附或溶解作用,时
4、,受固定相的吸附或溶解作用,样品中的各组份在流动相和固定相中产生浓度分配。样品中的各组份在流动相和固定相中产生浓度分配。由于固定相对不同组份的吸附或溶解能力不同,因由于固定相对不同组份的吸附或溶解能力不同,因此各种组份在流动相和固定相中的浓度分配情况不此各种组份在流动相和固定相中的浓度分配情况不同,最终导致各自从色谱柱流出的时间不同,从而同,最终导致各自从色谱柱流出的时间不同,从而达到分离混合物组份的日的。达到分离混合物组份的日的。 第十一章、气体组分测量与分析第十一章、气体组分测量与分析 色谱分离过程动画气相色谱动画南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 色谱
5、分析仪分类色谱分析仪分类: 按流动相:液相色谱分析仪和气相色谱分析仪按流动相:液相色谱分析仪和气相色谱分析仪 (载气载气) 按固定相:固态和液态;按固定相:固态和液态; 气固色谱;气液色谱气固色谱;气液色谱 色谱分析仪技术组成色谱分析仪技术组成: 色谱分离技术检测技术色谱分离技术检测技术 (色谱柱色谱柱)()(检测器检测器) 气相气相色谱分析仪系统组成色谱分析仪系统组成: 载气源色谱柱检测器载气源色谱柱检测器南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 载气源:载气源:惰性大,不被固定相吸附或溶解
6、,不同于惰性大,不被固定相吸附或溶解,不同于 被测组分,与被检测组分的灵敏度相差较大。被测组分,与被检测组分的灵敏度相差较大。 H2、He、Ar色谱柱色谱柱:玻璃管、不锈钢管;填充固定相:玻璃管、不锈钢管;填充固定相 固态固定相:氧化铝、硅胶、活性碳、分子筛固态固定相:氧化铝、硅胶、活性碳、分子筛 液态固定相:硅油、液体石蜡、甘油液态固定相:硅油、液体石蜡、甘油检测器检测器:热导检测器(:热导检测器(TCD):):CO、CO2无机组分无机组分 氢火焰电离检测器(氢火焰电离检测器(FID):):HC有机组分有机组分南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 热导检测器
7、热导检测器原理:气体组分不同,热传导率原理:气体组分不同,热传导率不同。不同。流速低,忽略对流与辐射流速低,忽略对流与辐射南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 氢火焰电离检测器氢火焰电离检测器 载气被测气体载气被测气体H2,点燃后,火焰中,点燃后,火焰中HC产生产生离子和电子,数目随离子和电子,数目随C原子增加而增加,在电极原子增加而增加,在电极电场作用下形成电流。电场作用下形成电流。常用于内燃机常用于内燃机HC排放测量排放测量南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 色谱分离过程的定量分析:记录A、B经过色谱柱分离过程的图谱称色
8、谱图。其中A、B组分在色谱柱中被洗脱用的时间称保留时间,分别用tRA、tRB表示。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.2 色谱分析仪色谱分析仪 组分分析方法:组分分析方法:1. 保留时间分析:保留时间分析: 不同组分的保留时间长短不同;不同组分的保留时间长短不同; 与已经建立的与已经建立的组分保留时间数据库组分保留时间数据库进行比进行比较,可较,可定性分析定性分析组分;组分; 数据库是利用纯物质在相同流程条件下进行数据库是利用纯物质在相同流程条件下进行色谱分析得到。色谱分析得到。 要实现要实现定量分析定量分析 通过测量各组分的峰面积通过测量各组分的峰面积 占总峰面积的比例。占总峰面积
9、的比例。2. 加入纯物质比对分析加入纯物质比对分析 比较两幅色谱峰图,比较两幅色谱峰图, 看原图中的某一峰值是否在新图中有增高。看原图中的某一峰值是否在新图中有增高。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.3 11.3 红外气体分析仪红外气体分析仪第十一章、气体组分测量与分析第十一章、气体组分测量与分析 工作原理:工作原理:有些分子有些分子为不同原子构成的多为不同原子构成的多原子气体对入射的红原子气体对入射的红外线有按波长选择性外线有按波长选择性吸收能量的特性。吸收能量的特性。 在红外区有特定在红外区有特定的吸收带(波段),的吸收带(波段),这对于某一种分子是这对于某一种分子是确定和标准
10、的。确定和标准的。 “物质指纹”2345678波长mCOSO2CO2COSO2SO2吸收率(%)100常用仪器:不分光红外气体分析仪(NDIR)南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院11.3 红外气体分析仪红外气体分析仪 v设有一束红外线入射强度为设有一束红外线入射强度为I I0 0, ,经过浓度经过浓度为为C C的气体后,透射的红外线的强度为的气体后,透射的红外线的强度为I, I, 根据比尔(根据比尔(BeerBeer)定律:)定律:式中式中k k - -被测气体对波长被测气体对波长的的 红外辐射的吸收系数红外辐射的吸收系数 C -C -被测气体的浓度被测气体的浓度 l - - 通过气样的
11、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,气体率符合该气体分子的特征频率时,气体才能吸收此辐射能。才能吸收此辐射能。v两束等能量的红外光分别进入并行的两两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,个气室中所吸收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这个差别就是采样气体中待测气体成分的浓度。的浓度。Clke0II南昌大学机电工程学院南昌大学机
12、电工程学院11.4 11.4 氧含量测量氧含量测量 v在现代内燃机和锅炉运行过程中,往往根据燃烧排在现代内燃机和锅炉运行过程中,往往根据燃烧排放物中的放物中的O2含量或含量或CO2含量来判断过量空气系数的含量来判断过量空气系数的大小,以控制燃料与空气的比例,维持良好的燃烧大小,以控制燃料与空气的比例,维持良好的燃烧条件。条件。v由于由于O2含量与过量空气系数之间的函数关系含量与过量空气系数之间的函数关系呈呈单值性单值性,并很少受到燃料品种的影响,加,并很少受到燃料品种的影响,加上上O2含量的动态测量相对容易,所以在燃烧含量的动态测量相对容易,所以在燃烧过程监测与控制中,普遍采用过程监测与控制中
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