专利名称：煤气组分测定的实验装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种煤气组分测定的实验装置，包括对煤气中的二氧化碳、不饱和
烃、氧气、一氧化碳、氢气、甲烷和氮气组分测定，所属的技术领域为化学分析方法中组分测 定的实验装置。
2.
背景技术：
在我们日常生活中每个家庭都使用一种可燃气体一煤气，当打开煤气阀门按动点 火开关蓝色火焰开始燃烧，煤气已成为我们生活中一种不可缺少的清洁燃料。了解和掌握 煤气的生产原理、化学性质、组分组成和分析实验仪器是十分重要的，在实际工作中根据工 作需要利用现有的实验装置设计发明了煤气组分测定的实验实验装置，解决了实验装置测 量中存在的不足之处，通过实践验证本实验装置可以满足对不同组分燃气测量要求，并满 足对氢气和甲烷混合气体的组分定量测定的一种实验装置。 煤气是一种无色、有特殊嗅味、易燃、易爆的混合气体，由二氧化碳、碳氢化合物、
氧、一氧化碳、氢气、甲烷和氮气组成，生产原理是以煤碳为原料在隔绝空气的条件下，加热
到一定的温度时煤受热分解产生的一种混合气体，其主要组分是C02、CnH2n、02、C0、H2、CH4
和N2，实验装置是按现有国标GB12205 "人工燃气主组分的化学分析方法"指定的专门实验
仪器，实验方法原理是根据气体的化学性质采用化学分析吸收法和燃烧法，利用煤气混合
气与不同的化学吸收溶液接触时，气体中某一组分被化学吸收液吸收，化学反应完成后这
种气体不在逸出时，根据气体前后体积的变化定量的测量出该气体组分含量，采用化学分
析吸收法测定煤气中的C02、 CnH2n(以C2H4) 、 02、 C0，由于煤气中H2、 CH4和N2没有适当
的吸收剂，利用H2和CH4与氧的燃烧反应实验，在燃烧瓶内进行缓慢燃烧反应，反应方程式
是H2+02 — H20， CH4+02 — C02+H20反应条件在点燃的实验条件下，由上述反应方程式前
后体积的变化，计算氢气和甲烷含量，最后用总体积减去被吸收的气体剩余为氮气。 本发明的煤气组分测定的实验装置，主要包括了梳形管、量气管、吸收瓶、燃烧瓶、
水准瓶、温度控制器和仪器框架组成实验装置，由于现有实验装置在实际应用中存在很大
的实验误差，主要是现有装置的横梁与吸收瓶、横梁与燃烧瓶的连接的方法不合理，使横梁
与吸收瓶、燃烧瓶的旋塞之间存在较大的间隙，其次是氢气和甲烷的燃烧实验时燃烧温度
条件通过实验人员的肉眼观察铂金丝燃烧颜色确定实验温度，氢气和甲烷与氧燃烧放出热
量是靠量气管水套降温，燃烧瓶外层是固定冷却水无法满足降温要求，上述问题导致实验
装置测量时产生较大的误差，因此现有实验装置存在着缺陷和不足，需要我们解决和克服
实验装置中存在的问题。
3.
发明内容为解决现有实验装置中横梁与吸收瓶、燃烧瓶的旋塞及横梁之间的间隙问题，去 掉了吸收瓶、燃烧瓶上面的旋塞，对梳形管进行了改进，梳形管的旋塞对应每个吸收瓶使其 更方便实验操作减少体积误差，同时对燃烧瓶的外形与结构创新改进，减掉了吸收瓶、燃烧瓶的旋塞，在燃烧瓶上增加了温度装置和冷却水装置。 本发明的一种煤气组分测定的实验装置，1、包括了梳形管、量气管、吸收瓶、燃烧 瓶，其特征在于，梳形管旋塞分别与量气管、吸收瓶、燃烧瓶直接相连，旋塞按0-360°方向 任意旋转控制气体流经方向，旋塞和连接管内径为2. 0毫米。2.、根据权利要求1所述的煤 气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的梳形管是由旋塞和连接管组成，旋塞(Fl)至 旋塞(F7)之间有效体积为固定的数值，旋塞是三通旋塞，包括外壳、旋塞、方向手柄和连接 管。3、根据权利要求1所述煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的旋塞旋转角度是 0、45°或135° 、90° 、180° 、270°时处于关闭或连通状态，旋塞连接管与吸收瓶、量气管、 吸收瓶、燃烧瓶直接相连。4、根据权利要求1或2或3所述的煤气组分测定的实验装置，其 特征在于，所述梳形管旋塞与旋塞之间由连接管相连，梳形管两端的连接管分别为进样口 和排气口，旋塞和连接管内径为2. 0毫米。5、一种用于实现权利要求1所述煤气组分测定 的实验装置，其特征在于，所述燃烧瓶的铂金丝和测温热电阻由燃烧瓶下部插入燃烧室，燃 烧室外层是冷却水套，燃烧瓶上部设有冷却水测温孔，冷却瓶的侧面下端水是进水，上端是 出水口。 6、根据权利要求5所述的煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的燃烧瓶的 铂金丝、测温热电阻和温度控制器组成控制系统。7、根据权利要求5所述煤气组分测定的 实验装置，其特征在于，所述燃烧瓶冷却水套在燃烧室的外层，上部设有冷却水测温孔，侧 面上端是冷却水出口，下端是入水口。 8、根据权利要求5或6或7所述煤气组分测定的实 验装置，其特征在于所述的铂金丝是螺旋形状的铂金属丝，由燃烧瓶下部插入燃烧室内高 度在燃烧区的3/4处，测温热电阻与其高度相同，燃烧室外层冷却水套的上部设有冷却水 测温孔。 本实用新型发明与现有实验仪器相比较具有以下优点和效果 第一.现有的实验装置是由梳形管上的三个旋塞、六个吸收瓶和一个燃烧瓶共计
十个旋塞制组成实验装置控制系统，发明的实验装置有梳形管上的八个旋塞，就可以满足
实验装置的全部控制，省略了三个控制旋塞；同时去掉了原来吸收瓶和燃烧瓶上的旋塞，全
部由梳形管上旋塞控制，縮短了吸收瓶和梳形管之间的连接距离，消除了梳形管的体积误
差；实验装置操作由梳形管一条线上相关的旋塞就可以操作，縮短吸收瓶、燃烧瓶与旋塞之
间连接空间使具有较好的密封性能； 第二.现有的实验装置的梳形管的体积由于与吸收瓶、量气管、燃烧瓶的连接接 口较大，梳形管的体积经常的校正，体积误差很大；改进的梳形管内径为2. 0毫米体积固定 为一个常数，从旋塞(Fl)至(F7)为梳形管的有效体积，消除了梳形管与吸收瓶、量气管、燃 烧瓶旋塞与梳形管之间的体积误差； 第三.新型的梳形管的旋塞数量，旋塞与旋塞之间的距离及梳形管的长度可以根 据实验装置要求调整，实验装置的外形尺寸、比例大小和吸收瓶的数量满足不同装置达到 要求。 第四..现有实验装置的燃烧瓶内铂金丝在实验过程中，其实验温度是通过实验 员肉眼目测观察燃烧瓶内铂金丝的颜色亮度判断燃烧温度，存在较大的认为误差和方法误 差；本发明采用热电阻温度传感器测量燃烧温度，克服了认为的误差，同时燃烧室外层是冷 却水套，上部设有冷却水测温孔，冷却瓶的侧面下端水是进水，上端是出水口 ，测温热电阻 和温度控制器组成控制系统。4.
图1所示是煤气组分测定的实验装置结构图 (1).梳形管；(2).1#—6#吸收瓶；(3).量气管；(4).燃烧瓶；(5).水准瓶；(6). 温度控制器；(7).实验装置框架；(8).吸收瓶托架；(9).燃烧瓶托架；(IO).量气管托架； 图2所示是煤气实验装置的梳形管示意图Fl. F2. F3. F4. F5. F6. F7. F8.为旋塞；(l). (2). (3). (4). (5). (6)吸收瓶连接管；
(7) .量气管连接口 ；(8).燃烧瓶连接口 ；(9).样气进样口 ；(10).氧气进样口与排气口 ； 图3所示为实验装置的燃烧瓶结构示意图 (1) 冷却水进口 ； (2).燃烧室;(3) 铂金丝:(4) 测温热电阻Pt2-100 ; (5) 冷
却水出口 ； (6).测温口 ； (7).气体进/出口 ； (8)液位平衡器；(9).温度控制器；
以下结合附图详细说明煤气组分测定的实验装置构造及特点 如图1所示煤气组分测定的实验装置，在实验装置的框架(7)内，将梳形管(1)安 装在实验装置的正上方，梳形管左右的连接管延伸至框架的外部，梳形管(1)的每个旋塞 的垂直连接管分别与1#一6#吸收瓶(2)、量气管(3)、吸收瓶(4)相连，1# 一 6#吸收瓶(2) 由托架(8)固定在实验装置中间横架上，量气管(3)由托架(10)固定、燃烧瓶(4)由托架 (9)固定在仪器的框架上，水准瓶与量气管下口利用乳胶管相连接，燃烧瓶(4)下部密封口 引出铂金丝和热电阻的导线经过实验装置底部与温度控制器(6)连接。其中吸收瓶托架
(8) ，量气管托架(IO)，燃烧瓶托架(9)固定在仪器的框架上是并可上下调整，梳形管亦固 定在仪器框架上端。 如图2所示是梳形管示意图，由八个旋塞和连接管组成，即旋塞Fl. F2. F3. F4. F5.F6.F7.F8与连接管相互组合，每个旋塞的竖向连接管分为(1). (2). (3). (4). (5). (6) (7). (8). (9). (10).;其中连接管(7)接量气管，(1). (2). (3). (4). (5). (6)与吸收瓶 1#-6#相连，(8)与燃烧瓶相连，(9)是样气进口， (10)是氧气进口及排气口 ；控制手柄与旋 塞为一体，旋塞为楔形插入到旋塞外壳，连接管与旋塞内径均为2. 0毫米，旋塞方向旋转0、 45° 、90° 、135° 、180°和270°时控制气体流经方向。 如图3所示为燃烧瓶结构示意图由燃烧室②、钼金丝③、测温热电阻Ptl-100④ 和.温度控制器⑨组成了燃烧与温度控制系统，冷却水出口①⑤和冷却水测温口⑥组合冷 却降温系统，气体进/出口⑦和液位平衡器⑧与实验装置量气管形成了气液平衡。其中铂 金点火丝③为蛇形环状金属丝，直径为0. 3毫米铂金制成，温度传感器④从燃烧瓶下部引 出连接线与温度控制器相连。冷却水由下部①进入上部出口⑤排出。保证水温度与气体温 度一致。
5.具体实施方式5. 1实验前的准备 5. 1. 1梳形管的校正 如图2所示梳形管对其由旋塞(F1)-(F7)之间有效体积进行校正，其中包括了旋 塞F1—F7连接管，横向连接管，旋塞和连接管为内径2. 0毫米，经过计算梳形管的有效体积 为8. 0ml ;全部试样体积包括量气管和梳形管共计100ml。[0025] 5. 1. 2实验装置的气密性实验 按照如图1所示煤气组分测定的实验装置，按照如图所示的位置安装好实验仪器 的各个部分，梳形管安装在实验装置的上端，其左右的连接管延伸至仪器框架的外面，梳形 管的垂直连接管分别与1#一6#吸收瓶、量气管、燃烧瓶用乳胶管相连，吸收瓶、量气管、燃 烧瓶由托架固定在仪器的框架上，并调整好高度和水平。水准瓶与量气管下用乳胶管相 连接，燃烧瓶内引出铂金丝和热电阻的引线与温度控制器连接，调试好吸收瓶、量气管、燃 烧瓶的高度与连接的密封处。打开旋塞F1使之与进气管入口相连接管相通，旋塞F2.F3. F4.F5.F6置于180°直通位置、旋塞F7旋转90°与量气管相通F8置于45°或135°关闭 状态，通过降低或升高水准瓶，从样气进口将空气吸入量气管并反复洗涤2-3次，确认实验 装置各部位使其处于正常状态，量取一定量的空气于量气管内，体积为量气管的50-60%左 右，关闭Fl用水准瓶准确量取空气体积量，并读取体积数为X。，将水准瓶提高放置实验仪器 的框架上面，静止15分钟后，再次量取量气管内气体数值为X"若X。 = Xp则证明实验装置 密封良好可以进行实验。 5.2空气中氧含量测定 科学家们已经通过大量的实验证明空气是由氧气和氮气组成的，按照空气中成分 体积含量分别是氧气占21. 0%、氮气占78. 0%、稀有气体占0. 94%、二氧化碳0. 03%及其 他稀有气体0.97%，利用本实验装置检验空气中氧含量，首先按要求对实验装置空气进行 置换2-3次，(1)打开旋塞Fl量取100ml空气于量气管，(2)关闭Fl打开F4，F4与F7之间 3#吸收瓶与量气管形成循环，反复吸收7-8次，关闭F4，读取量气管读数为V3， V3 = 79. 0 则氧含量为21.0% ;02%= 100-79.0。 5. 3煤气组分测定的实验 5. 3. 1实验装置的检查 以现有标准GB12205-1990对实验装置方法和步骤要求做好实验的准备工作，再
次确认旋塞处于相应的位置。 5. 3. 2取样 使用胶皮球取一定量的煤气，将球袋与实验装置连接好，首先进行实验装置的洗 涤和置换，打开F1及F7，其他旋塞处于正常位置上，在量气管内准确的量取100ml煤气的试 样。 5. 3. 3 二氧化碳的测定 打开旋塞F6使之1#吸收瓶与量气管连通，升高或降低水准瓶使样气进入吸收瓶 内，开始二氧化碳的吸收，煤气中的二氧化碳被氢氧化钾吸收反复吸收7-8次，当吸收瓶液 面升至吸收瓶浮子上端时，关闭旋塞F6静止几秒钟开始读数，并重复2-3次两次读数不变 时证明二氧化碳完全吸收，记录读数； 5. 3. 4同理测定煤气中不饱和烃、氧气和一氧化碳，并记录每次的读数。分别为V2 V3 V4打开旋塞F5使2吸收瓶的饱和溴水与煤气中的碳氢化合物(以乙烯C2H4计)反应 生成了溴乙烷，按5. 3. 3测定步骤吸收煤气中乙烯； 同上打开旋塞F4使3吸收瓶与量气管形成小循环吸收煤气中的氨气开启旋塞 F3F2和Fl利用氨性氯化亚铜溶液和稀硫酸稀收煤气中的一氧化碳。 如上5. 3所述的煤气组分测定过程应用本实验装置可以准确的测定出煤气中C02，上述的煤气组分测定的实验装置测定结果完全满足测定标注方法要求的精度。 5. 3. 5氢气和甲烷的燃烧实验 将上述5. 3. 4剩余气体，采用缓慢燃烧法进行燃烧实验，首先向燃烧瓶内加入一 定量氧气(A)，打开加热电源燃烧室温度升至15(TC预热30秒钟，量取一定体积(B)气体在 此温度下送入燃烧瓶，进行第一次燃烧实验，反复吸收4-5次； 继续升温达到29(TC时甲烷开始燃烧，调整温度控制器使燃烧室温度升高至 65(TC时，甲烷完全燃烧，反复吸收4-5次，关闭加热电源，同时开启冷却水降低废弃温度量 取燃烧后气体(D)，对产生C02用1#吸收瓶氢氧化钾溶液吸收量取体积数(E)，根据氢气 和甲烷燃烧反应前后体积变化和计算公式可求得氢气和甲烷含量，实验过程中由于爆炸燃 烧放出的热量温度不断的上升铂金丝电源则自动关闭，继续反复吸收3-4次，当燃烧室的 温度与冷却水的温度相近时，将燃烧反应后气体送入量气管内测量其燃烧后的体积，并记 录上述实验过程的每次量取气体体积数值和准确读数数值，注意实验时燃烧瓶吸收溶液不 能超出铂金丝，观察燃烧室的温度T1和冷却水温度T2，使T1 " T2时由推导公式H2 = 〈A+B-D-2 (D-E) >/B*2/3*C ;CH4 = (D_E)/B*C ;计算出氢气和甲烷含量。 5. 3. 6氮气含量最后氮气用差减法求得N2%= 100-C02% _CnH2n% -02% _C0% _H2% _CH4%。
权利要求一种煤气组分测定的实验装置，包括了梳形管、量气管、吸收瓶、燃烧瓶，其特征在于，梳形管旋塞分别与量气管、吸收瓶、燃烧瓶直接相连，旋塞按0-360°方向任意旋转控制气体流经方向，旋塞和连接管内径为2.0毫米。
2. 根据权利要求1所述的煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的梳形管是由 旋塞和连接管组成，旋塞(Fl)至旋塞(F7)之间有效体积为固定的数值，旋塞是三通旋塞， 包括外壳、旋塞、方向手柄和连接管。
3. 根据权利要求1所述煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的旋塞旋转角度 是0、45°或135° 、90° 、180° 、270°时处于关闭或连通状态，旋塞连接管与吸收瓶、量气 管、吸收瓶、燃烧瓶直接相连。
4. 根据权利要求1或2或3所述的煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述梳形管 旋塞与旋塞之间由连接管相连，梳形管两端的连接管分别为进样口和排气口 ，旋塞和连接 管内径为2.0毫米。
5. —种用于实现权利要求1所述煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述燃烧瓶 的铂金丝和测温热电阻由燃烧瓶下部插入燃烧室，燃烧室外层是冷却水套，燃烧瓶上部设 有冷却水测温孔，冷却瓶的侧面下端水是进水，上端是出水口 。
6. 根据权利要求5所述的煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述的燃烧瓶的铂 金丝、测温热电阻和温度控制器组成控制系统。
7. 根据权利要求5所述煤气组分测定的实验装置，其特征在于，所述燃烧瓶冷却水套 在燃烧室的外层，上部设有冷却水测温孔，侧面上端是冷却水出口 ，下端是入水口 。
8. 根据权利要求5或6或7所述煤气组分测定的实验装置，其特征在于所述的铂金丝 是螺旋形状的铂金属丝，由燃烧瓶下部插入燃烧室内高度在燃烧区的3/4处，测温热电阻 与其高度相同，燃烧室外层冷却水套的上部设有冷却水测温孔。
专利摘要一种煤气组分测定的实验装置，它是由梳形管、量气管、吸收瓶、燃烧瓶等组成。该实验装置可以测定各种煤气及混合气组分组成，包括对二氧化碳、不饱和烃、氧、一氧化碳、氢气、甲烷和氮气的测定，实验装置具有设计结构合理，方便操作之特点，克服了现有的实验仪器的缺陷和不足，尤其是对梳形管和燃烧瓶的结构设计和创新改进，使梳形管上旋塞控制整个实验过程，且有较好密封性与体积恒定，消除吸收瓶、燃烧瓶与横梁之间系统误差，燃烧室温度可以监视和测量，提高了燃烧实验的精度和准确度。
文档编号G01N7/08GK201540237SQ200920094438
公开日2010年8月4日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者乔建中, 韩煦 申请人:乔建中;韩煦