ANALYSE DES GAZ DES FOURS

Appareil Orsat pour V analyse industrielle des gaz. — M. Orsat s’est proposé Vie modifier les divers systèmes d’analyses rigoureuses des gaz employés î s dans les laboratoires en leur substituant un appareil capable de fournir des résultats suffisamment approchés, tout en présentant l’avantage d’un fonctionnement rapide. Beaucoup de questions industrielles importantes, notamment 1 celles qui se rattachent à l’application de la chaleur, peuvent être résolues par ■ 1 analyse des gaz de la combustion. L’emploi d’un appareil portatif, permettant d’opérer des analyses sans connaissances approfondies en chimie, peut rendre

(I) Yoy. le Bulletin de l’Industrie de Belgique.

de véritables services aux ingénieurs et aux industriels. L’appareil a été successivement perfectionné pour rendre plus nombreux et plus certains les dosages des gaz dans certains mélanges complexes.

Dans l’industrie, il est important, lorsqu’il s’agit des appareils chauffés par les combustibles gazeux, de reconnaître si le gaz combustible ne contient pas de proportion élevée d’acide carbonique. Il convient donc de pouvoir contrôler le fait par un moyen simple et peu dispendieux, qu’un contremaître ou un ouvrier intelligent puisse appliquer. D’autre part, pour juger du bon emploi des combustibles solides pour le développement de la chaleur, il importe de pouvoir reconnaître dans l’air brûlé (c’est-à-dire dans les gaz provenant de la combustion opérée dans les foyers), la proportion d’oxyde de carbone, proportion qui sera d’autant plus considérable que la chaleur de combustion aura été moins bien utilisée.

Déterminer dans l’air brûlé les proportions d’oxygène, d’azote, d’oxyde de carbone et d’acide carbonique, et surtout la proportion relative de ces deux derniers gaz, c’est être à même d’apprécier le bon fonctionnement d’un appareil calorifique : fours divers, foyers de chaudières.

L’appareil de M. Orsat, entièrement en verre, muni de robinets appropriés également en verre, permet de porter le gaz, qui doit être mesuré sur l’eau acidulée ou glycérinée, successivement en contact avec divers appareils absorbants de l’acide carbonique, de l’oxygène, de l’oxyde de carbone, de sorte que le résidu, après cette série de mesurages successifs, peut être considéré comme de l’azote, si toutefois l’hydrogène et les carbures d’hydrogène font défaut dans le gaz.

L’appareil peut être facilement mis en communication avec l’intérieur d’une cheminée, avec l’atmosphère des produits de combustion, etc. L’appel se fait en déplaçant un flacon D contenant de l’eau et portant une tubulure inférieure, munie d’un tube de caoutchouc O, de longueur suffisante, communiquant avec le bas du tube mesureur B; c’est le flacon du système Sainte-Claire Deville. En soulevant ou en abaissant ce flacon on détermine soit l’appel du gaz à analyser dans le tube mesureur, soit le refoulement du gaz mesuré successivement dans chacun des appareils absorbants, suivant que les robinets des cloches d’absorption seront fermés ou ouverts.

Une nouvelle manœuvre du flacon permet de ramener le gaz dans leUube mesureur après une première, une deuxième absorption, etc. Pour atténuer les effets des variations possibles de température dans les mesures successives, le tube mesureur est entouré d’un manchon en verre rempli d’eau. Ces opérations sont très rapides, en raison des contacts multipliés du gaz avec les liquides absorbants, savoir : la lessive de potasse E pour l’acide carbonique, le pyrogallate de potasse alcalin pour l’oxygène, le sel cuivreux ammoniacal F pour l’oxyde de carbone.

M. Orsat a muni son appareil d’une petite trompe en verre, qui, mise en communication avec la source de gaz à analyser, balaye l’air de l’appareil et le remplace par le gaz même sur lequel doit porter l’analyse. Tous les mesurages sont faits dans le même tube gradué qui termine l’appareil et au contact du même liquide. Le goulot supérieur du flacon tubulé communiquant avec l’atmo-

HENRIVAUX. — LE VERRE

sphère, il suffira d’amener la surface du liquide dans le tube mesureur et celle du liquide du flacon dans un même plan horizontal, pour que tous les mesurages

Fig. 115.

se trouvent faits à la pression atmosphérique. Dans l’origine, l’appareil de M. Orsat ne se composait que de deux cloches distinctes (fig. 115) pour les

Fie. 116.

absorptions; dans la première on absorbait l’acide carbonique par la potasse, dans la seconde on absorbait simultanément l’oxygène et l’oxyde de carbone au

moyen du réactif cuivreux ammoniacal. Lorsqu’on se proposait de doser dans es gaz brûlés l’oxygène, l’azote, l’acide carbonique et l’oxyde de carbone sans admettre d’autres gaz, on faisait par le calcul le départ de l’oxygène et de l’oxyde de carbone évalués d’abord ensemble par la même absorption. Pour cela on supposait que la proportion d’azote, de la mesure finale, était primitivement mélangée à la proportion normale d’oxygène de l’air atmosphérique; soustrayant alors de l’oxygène ainsi calculé, l’oxvgène de l’acide carbonique, le reste, comparé à l’absorption par le réactif cuivreux, permettait de reconnaître s’il y avait de l’oxyde de carbone, en même temps que de l’oxygène libre. En effet, dans ce cas, l’absorption sera plus grande que le complément calculé pour arriver à l’oxygène total corrélatif de l’azote.

Depuis, M. Orsat a perfectionné son appareil par l’addition d’une cloche ou tube complémentaire, destinée à absorber l’oxygène par le pyrogallate de potasse alcalin, de sorte que le sel cuivreux ammoniacal absorbe ensuite l’oxyde de carbone seul; le résidu est de l’azote pur, si toutefois le gaz ne renferme ni hydrogène, ni hydrogène carboné (fig. 116). Enfin, comprenant que, dans plusieurs cas spéciaux, le résidu gazeux de la dernière absorption pouvait contenir de l’hydrogène et même un peu d’hydrogène protocarboné qui seraient comptés comme azote, M. Orsat a ajouté à son appareil, un tube avec une spirale intérieure en platine S, faisant fonction d’eudiomètre et pouvant brûler (lorsqu’elle est amenée à l’incandescence par un courant électrique) les gaz en partie combustibles (provenant de la dernière absorption) en présence d’oxygène ajouté en quantité connue. Il reste alors à faire l’analyse des gaz de cette combustion. Tel est l’objet des appareils figurés à la droite du flacon a (fig. 117). L’appareil de M. Orsat a servi à analyser les gaz des fours Siemens. Beaucoup d’ingénieurs et d’industriels l’emploient d’une manière habituelle dans leurs usines.

Enfin, cet appareil rendu portatif a permis de réaliser sur des trains de chemins de fer en marche l’analyse des gaz de la combustion échappant des foyers des chaudières de locomotives.

Plusieurs expériences de ce genre ont été faites sur le chemin de fer du Nord et ont donné des résultats comparatifs intéressants.

A l’époque de l’Exposition universelle de 1878, plus decent appareils étaient déjà entre les mains des ingénieurs et des directeurs d’usines.

Nous renvoyons au mémoire de M. Orsat, publié dans les Annales des mines de 1785, pour les chiffres qui résultent d’analyses variées de gaz de diverses sources. Voici la description de l’appareil à deux cloches, construit dans le principe par M. Orsat (fig. 115) :

(D, flacon servant d’aspirateur, rempli à moitié d’eau acidulée; il est bouché quand on ne se sert pas de l’appareil ;

B, tube mesureur entouré d’un manchon rempli d’eau froide; il est muni d’une échelle graduée ;

O, tube en caoutchouc mettant en communication le flacon D et le tube B, il doit être assez long pour permettre d’élever ou d’abaisser à volonté d’une quantité suffisante le flacon a;

E, éprouvette renfermant la cloche à potasse. Cette cloche contient plusieurs petits tubes ouverts aux deux bouts destinés à faciliter l’absorption;

HENRIVAUX

F, éprouvette à pied renfermant la liqueur ammoniacale ainsi qu’un manchon en toile de cuivre rouge;

C, tube presque capillaire, destiné à aspirer les gaz à analyser, et communiquant avec le tube mesureur B ;

G, premier branchement mettant en communication le tube f avec l’éprouvette E;

II, deuxième branchement mettant en communication le tube f avec l’éprouvette F;

L, petite trompe servant à purger les conduites d’arrivée du gaz;

I, troisième branchement reliant la trompe L au tube f ;

C, robinet d’aspiration des gaz à analyser ;

Fig. 117.

I, robinet réglant la communication entre le tube f et la trompe L ;

II, robinet réglant la communication entre le tube f et l’éprouvette F;

G, robinet réglant la communication entre le tube f et l’éprouvette E;

L, tube de communication de l’éprouvette F avec l’atmosphère;

P, robinet de communication de l’éprouvette I avec 1 atmosphère; il doit toujours être fermé quand on ne se sert pas Je l’appareil, ainsi que l’indique la ligure, les branchements g, h , i sont montés sur des manchons de raccordement qui rendent l’appareil facile à démonter).

(Fig. 117). Vue perspective de l’appareil; complet composé de deux parties séparées par une cloison A et renfermé dans sa boîte, dont les grandes parois antérieures et postérieures ont été enlevées. Les lettres de cette figure n ont aucun rapport de désignation avec celles de la figure 115.

Première partie de V appareil. — a. Flacon analogue à celui de l’appareil précédent.

b. Tube mesureur gradué avec son manchon d’eau froide.

c. Tube en caoutchouc réunissant le flacon a et le tube b.

d. Rampe formée d’un tube de verre capillaire communiquant avec le sommet du tube mesureur b.

Cette rampe porte du côté gauche de la cloison a, quatre tubulures i, 2, 3, 4, fermées par des robinets de verre.

e. Robinet situé à l’extrémité gauche de la rampe d, et servant à l’admission des gaz à analyser.

f. Robinet de la tubulure 4 servant à expulser les gaz à l’extérieur.

g g '. Tube en U contenant la lessive de potasse, dont la branche g renferme des tubes capillaires en verre ouverts aux deux bouts et communique avec la rampe d, tandis que la branche g' communique avec l’atmosphère. Ce tube est celui qui dose l’acide carbonique contenu dans les gaz.

h h'. Second tube en U, contenant du pyrogallate de potasse, dont la branche h renferme également des tubes en verre et communique avec la rampe d, tandis que la branche h' communique par un coude avec un ballon en caoutchouc flasque, contenant de l’air dépouillé d’oxygène; ce tube est celui qui dose l’oxygène.

i i. Troisième tube en U, contenant un mélange de chlorhydrate d’ammoniaque saturé à froid et d’ammoniaque, dont la branche i renferme une toile de cuivre rouge enroulée sur elle-même et communique avec la rampe d, tandis que la branche i communique par un coude avec un ballon en caoutchouc flasque, analogue au précédent; ce tube est celui qui dose l’oxyde de carbone.

j j. Ballons en caoutchouc contenant de l’air et avec lesquels communiquent les branches h et i' des tubes en U, h h' et i i'. Ces ballons sont représentés en lignes ponctuées sur la figure parce qu’ils sont placés derrière les planchettes qui supportent les tubes.

k k' k" . Robinets de verre des tubulures 1, 2,3, établissant la communication avec les branches g, h , i des tubes en U.

I l' . Robinets servant à mettre les tubes h h', i i’ , en communication avec les ballons j.

m. Tube rempli de colon cardé, relié à la rampe d, près du robinet e; c’est par ce tube qu’arrivent les gaz à analyser dont les fumées et poussières sont retenues par le coton.

n o p. Petite pompe permettant l’aspiration des gaz pendant que l’on fait une analyse.

q. Robinet mettant en communication la trompe n o p avec le tube m.

r. Prise de gaz en communication directe avec le tube à coton m.

Voici maintenant comment on opère : on commence par purger la conduite, soit en utilisant la trompe n o p, soit en aspirant les gaz au moyen de l’aspirateur a et les rejetant ensuite dans l’air par le robinet f. Lorsque la conduite est suffisamment purgée et le robinet /'refermé, on aspire dans le mesureur h un peu plus de 100 divisions, puis on ferme le robinet e : on pose alors le vase a sur son support et l’on ouvre lentement le robinet f. L’équilibre de pression

HENRIVAUX. — LE VERRE.

s’établit rapidement, et comme au préalable on a eu soin de remplir le vase a d’une quantité d’eau telle qu’étant placé sur son support le niveau correspondant du mesureur affleure exactement au trait 100, on a ainsi mesuré 100 divisions à la pression et à la température ambiantes.

Fermant de nouveau le robinet f, on ouvre le robinet K et on élève le flacon a, le gaz passe alors dans le tube g g1 . On évite que le liquide monte jusque dans les tubes capillaires, en tenant le tube en caoutchouc c de la main gauche ; en pressant ce tube on règle de la manière la plus simple l’ascension et la descente des liquides. Du tube g g' on fait repasser le gaz dans le mesureur en abaissant l’aspirateur a et l’on répète deux ou trois, fois la même manœuvre. On ramène alors le liquide du tube g g' au repère marqué sur la tige qui forme le zéro, on ferme le robinet K; puis on mesure le gaz restant en ayant la précaution de lever le flacon a de façon que les niveaux du liquide dans le mesureur et dans l’aspirateur soient sur un même plan horizontal. On passe ensuite successivement aux tubes h h ', i i ' en notant chaque fois les diminutions de volume, la manœuvre est absolument la même que pour les tubes g g'.

Deuxième partie de l'appareil. — Cette deuxième partie de l’appareil à droite de a (fig. 117) est destinée au dosage de l’hydrogène et des hydrocarbures que peut contenir le résidu de la dernière opération faite à l’aide de la première partie de l’appareil.

d. Prolongation de la rampe d conduisant au serpentin vertical s.

s. Petit serpentin formé d’un tube capillaire en platine ou d’un tube en spirale contenant un fil de platine ; ce serpentin doit être, pour l’opération, chauffé au rouge blanc par un bec de gaz, une lampe à alcool ou un courant électrique.

t. Robinet d’admission placé sur une lampe u u\ tube en U rempli d’eau analogue à ceux de la première partie de l’appareil dont la branche o communique avec l’atmosphère, et dont la branche v1 communique avec l’extrémité inférieure du serpentin s. Ce tube a pour but de servir de récipient aux gaz expulsés du mesureur b et de les renvoyer de nouveau à ce mesureur.

v v1. Second tube en U renfermant une lame de zinc et de l’acide sulfurique étendu dans la branche v, communique au moyen d’une tubulure et d’un robinet avec la rampe d et dont la branche v1 communique avec un ballon en caoutchouc analogue à ceux ci-dessus décrits.

Ainsi que l’indique la figure 117, on voit dans les deux parties de l’appareil comment les tubes en s sont disposés sur des planchettes verticales, qui se placent et se déplacent à volonté au moyen de vis.

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EUDIOMÈTRE A FIL DE PLATINE OUGRISOUMÈTREDESLCOQUILLION (1)

L’appareil que nous allons décrire sous le nom général d ’eudiomètre à fil de platine peut servir àdoser les mélanges gazeux dans les cas les plus usuels.

(1) M. Coquillion, Analyse des gai. Paris, librairie Eug. Lacroix.

Il est appliqué principalement à la mesure des gaz des foyers industriels ; à la recherche du grisou dans les mines, d’où le nom de grisoumètre qu’il à reçu dans ce cas; il peut servir enfin au dosage du gaz de l’éclairage et à l’étude de la décomposition des composés carbonés en présence de la vapeur d’eau.