ЛР №2 - Реакция водяного газа

Водяной газ состоит из водяного пара, водорода, оксида угле­рода (СО) и диоксида углерода (СО ). Взаимодействие водяного пара с углеродом происходит при продувании увлажненного воз­духа в доменную печь и при продувании пара в газогенератор. Эта операция способствует улучшению состава газа. Водяной газ образуется в результате протекания двух обратимых реак­ций.

Для успешной газификации углерода и получения восстано­вительной атмосферы или высококалорийного газообразного топ­лива желательно, чтобы протекала реакция (1). Так как тепло­вой эффект реакции (1) по абсолютной величине больше теплово­го эффекта реакции (2), то повышение температуры в большей степени влияет на равновесие реакции (1). Т.е. при высоких температурах водяной газ обогащается оксидом углерода и возд­ухом. Повышение давления смещает равновесие обеих реакций (1 и 2) в левую сторону, в сторону меньшего количества газовых молей.

Константа равновесия реакции водяного газа:

Так как равновесие водяного газа (3) не зависит от дав­ления, то

Цель работы

Изучение реакции водяного газа в присутствии твердого углерода; определение состава водяного газа при различных температурах.

В основу экспериментального изучения реакций взаимодейст­вия углерода с парами воды положен динамический метод иссле

дования равновесий. Он заключается в том, что через слой рас­каленного угля очень медленно пропускают водяной пар. Неболь­шая скорость прохождения водяного пара через уголь обеспечи­вает полноту протекания реакции, в результате которой полу­чается газовая смесь, состоящая из паров воды, оксида углеро­да, двуокиси углерода, водорода. Газовая смесь проходит через холодильник, где конденсируются пары воды, а остальные газы отбираются в бюретку, где подвергаются анализу.

Схемы установки для проведения опыта представлена на рис.

Порядок выполнения работы

Перед началом работы газовую бюретку 5, с помощью урав­нительной склянки 8 заполняют до верхней метки раствором хло­ристого натрия. Резиновую трубку внизу бюретки перекрывают зажимом, и кран 4 устанавливают так, чтобы газообразные про­дукты выходили в атмосферу через промывную склянку 9.

После этого, включив в сеть трубчатую печь, нагревают реакционную трубку с углом до заданной температуры и с не­большой скоростью пускают в холодильник воду.

Когда температура в печи достигает 600 С, начинают наг­ревать в колбе 1 воду почти до кипения. В течение всего опыта ведут подогрев ее так, чтобы в промывной склянке 9 скорость прохождения газа была примерно 1-2 пузырька в секунду. При этом воду в колбе до кипения не доводят.

Температуру печи постепенно повышают до заданной (820 С) и поддерживают ее постоянной на протяжении всего опыта при помощи автотрансформатора или реостата. Через 10 мин после установления постоянной температуры опыта и указанной скорос­ти прохождения газа, начинают отбирать газовую пробу. Для этого открывают зажим на резиновой трубке внизу газовой бю­ретки и очень медленно забирают в нее некоторое количество газа, которое затем удаляют при помощи уравнительной склянки; эту операцию повторяют два-три раза.

Затем за 25-30 мин отбирают 25 мл газа на анализ, после чего кран 4 перекрывают на выход газа в атмосферу. Не преры­вая опыта, производят анализ газа, поглощая угольный ангидрид в растворе щелочи, а оксид углерода - в аммиачном растворе хлорида меди 1. Для этого открывают кран у поглотителя с рас­твором щелочи и с помощью уравнительной склянки 8 несколько раз перегоняют пробу из бюретки в поглотитель 10 и обратно до полного поглощения СО , на что указывает постоянный объем ос­тавшегося в бюретке газа.

После этого открывают кран у поглотителя 11 с аммиачным раствором хлорида меди 1 и аналогичным образом поглощают ок­сид углерода также до постоянного объема газа в бюретке. Этот остаток газа относят на водород. Отбирая каждый раз новую порцию газовой смеси, анализ газа повторяют 2-3 раза.

Нельзя допускать засасывания жидкости из промывной склянки (9) в реакционную трубку 2 при резком уменьшении нагрева воды в колбе. Если засасывание жидкости все же произойдет, то надо быстро перекрыть кран 4 и повысить нагрев воды или, в крайнем случае, открыть предохранительный клапан 12.

Обработка результатов опыта

_