ANALYSE DES PRODUITS DE LA COMBUSTION AU MOYEN DE LA BALANCE

MESLANS ET FRÈRE.

L'analyse des produits qui s'échappent des foyers industriels présente un intérêt considérable. C'est un complément nécessaire de l'examen des combus^ tibles solides ou gazeux. Il n'est pas suffisant en effet de produire de bon ga,z il faut encore savoir en tirer un bon parti, le bien brûler. On n'y arrivera qu'en

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multipliant les analyses; mais le plus souvent on recule devant la délicatesse et la longueur de ces analyses, et il semble qu'on n'ait pas conscience que le résultat de cette négligence peut être parfois désastreux.

Pour ne citer qu'un cas, le plus fréquent certainement et celui dans lequel l'analyse des produits gazeux est le plus utile, nous rappellerons les pertes considérables de combustible qui résultent du défaut de réglage de la combustion dans les foyers de générateurs de vapeur, des fours, etc. Faute d'analyser les produits gazeux de cette combustion, on laisse pénétrer dans les foyers beaucoup plus d'air qu'il ne serait strictement nécessaire, et une quantité correspondante de combustible est ainsi perdue, employée à chauffer une masse d'air inutile, depuis la température ordinaire jusqu'à celle que possèdent les gaz à leur entrée dans la cheminée. Cette quantité, qui, dans une bonne combustion pratique, ne doit pas dépasser 10 à 14 pour 100, atteint généralement 30 à 40 pour 100 de l'énergie calorifique.

Dans nombre d'essais, nous l'avons vu représenter jusqu'à 50 et même 60 centièmes du combustible consommé.

En présence de ces faits, nous insisterons sur la nécessité de procéder à de fréquentes analyses des gaz brûlés.

L'appareil Coquillion, que nous avons décrit plus haut, rendra à cet effet de très grands services; on peut d'ailleurs, dans ces cas particuliers des gaz brûlés, faire usage d'appareils plus simples, puisqu'il suffit de doser l'acide carbonique et l'oxygène.

On sait qu'il est même suffisant de faire la détermination exacte de l'un de ces deux gaz pour que la composition du gaz brûlé soit connue de façon très approchée.

Les gaz brûlés ne peuvent en effet contenir, outre une quantité de vapeur d'eau plus ou moins considérable, que de l'oxygène, de l'acide carbonique et de l'azote, ce dernier gaz existant dans les produits de combustion en proportion à très peu près équivalente à celle dans laquelle il se trouve dans l'air.

Comme la teneur en hydrogène d'un combustible donné, solide, liquide ou gazeux, ne peut varier que dans des limites étroites, il s'ensuit que les produits brûlés résultant de la combustion, sans excès d'air, auront une composition sensiblement constante et par suite une densité également constante, densité qui est notablement supérieure à celle de l'air.

Si donc à ce gaz brûlé théorique il se trouve mélangé de l'air, on observera une diminution de densité d'autant plus considérable qu'il entrera plus d'air en excès.

S'appuyant sur ces faits, MM. Meslans et Frère ont imaginé un appareil qui permet de déterminer la composition des mélanges gazeux simples par la détermination de la densité, remplaçant ainsi par une simple pesée les manipulations toujours délicates de l'analyse chimique.

Cette méthode repose sur l'application du principe d'Archimède aux gaz. Nous la décrirons ci-dessous.

Détermination de la densité des gaz appliqués à l'analyse des produits de la combustion. — Si l'on considère un ballon suspendu sous le plateau d'une

HENRIVAUX. — LE VERRE.

balance et équilibré dans l'air sec, la perte de poids qu'il éprouve par la poussée de l'air est :

P~ (1 + al) 700

Si on vient à le plonger dans un gaz sec de densité rf, la nouvelle perte de poids est :

, 0,001 293 VH'

• L'équilibre est rompu et, pour le rétablir, il faut mettre dans un des plateaux un poids P = p — p.

On obtient pour d une expression très simple si H = II' £t t = /'. On a alors :

^ 0,001293 VII., ÈS P=(l^a070O(d-i)'

Avec un seul ballon il est impossible de réaliser ces conditions, et la plus légère variation de t ou H conduit à des erreurs considérables, plus grandes que P, si la densité est trop voisine de celle de l'air.

MM. Meslans et Frère ont tourné cette difficulté en employant deux ballons

Fie. 196.

identiques (fig. 196) suspendus aux deux plateaux d'une balance. Équilibrés dans l'air, ces ballons sont ensuite enfermés, comme l'indique la figure, dans deux boites métalliques plongées elles-mêmes dans un bain d'eau commun qui assure l'égalité de température des deux caisses; le couvercle ne laisse passer que les fils de suspension. L'une de ces caisses renferme de l'air; l'autre porte à la partie inférieure un long tube de cuivre, bourré de tournure île même métal et immergé dans l'eau de la caisse externe; ce tube, qui vient déboucher au dehors, sert à l'introduction du gaz à étudier, qui prend ainsi la température du bain.

L'égalité de température de l'air et du gaz est donc assurée; ils sont tous deux soumis à la même pression, celle de l'atmosphère.

La formule (A) est donc applicable et la valeur de d est :

(1 4- «Q760 0,001293 VH

est la constante de l'instrument. Elle est déterminée une fois pour toutes, et l'expression de la densité devient :

d = i+PK]

On conçoit qu'il est aisé d'établir une table à deux entrées donnant les valeurs de K pour les diverses valeurs de £ et II ; la détermination se réduit donc à une simple pesée afin de connaître P.

Détermination. — L'appareil ayant été réglé dans l'air une fois pour toutes, on y fait pénétrer le gaz à étudier, comme il vient d'être dit, rapidement d'abord pour chasser l'air, puis en maintenant ensuite un courant lent. — Lorsqu'on veut déterminer la densité du gaz, il suffit de rétablir l'équilibre rompu et de noter le poids P ainsi employé : un thermomètre plongé dans l'eau de la caisse en fournit la température /; on lit la pression barométrique II au moment où l'on opère, et on recherche sur la table la valeur K' correspondante. La densité est donnée immédiatement par le calcul simple.

d = l + PK\

11 est facile de renouveler fréquemment cette détermination à divers moments d'une fabrication (si l'on a eu soin de maintenir le courant de gaz dans l'appareil) et de suivre ainsi la marche d'une réaction par les modifications qu'éprouve la composition des gaz qui l'accompagnent.

On peut d'ailleurs donner plus de rapidité aux pesées en employant un dispositif de balance analogue à celui de M. Serrin.

Une chaînette métallique est fixée d'une part sur le fléau, et d'autre part sur un tambour gradué où elle s'enroule, produisant ainsi un poids variable suivant la longueur déployée.

Les ballons sont en verre ou bien en cuivre doré ; leur capacité est d'environ un litre; bien que la forme cylindrique permit de réduire davantage le volume des caisses et par conséquent celui du gaz, MM. Meslans et Frère ont adopté la forme sphérique, qui permet d'obtenir, pour un même volume, un minimum de poids et offre aussi une plus grande facilité au point de vue de la construction. L'identité des ballons est obtenue sans difficulté à moins de 1/10.000 près et pourrait être poussée plus loin. Les résultats que peut fournir cette méthode pour la densité des gaz sont susceptibles d'une assez grande précision. Nous n'entrerons pas ici dans le détail des applications auxquelles elle peut se prêter : dosage de l'acide carbonique, de l'hydrogène sulfuré, du chlore, de l'acide sulfureux, etc. ; détermination de la densité du gaz d'éclairage, etc.

Nous voulons étudier surtout ici un cas tout particulièrement intéressant, celui de la combustion, et montrer l'application qu'on peut faire de la méthode que nous venons de décrire, à l'analyse des gaz qui en résultent et par conséquent au réglage de l'air dans les foyers. Les produits gazeux de la combustion renferment en proportions variables, suivant les conditions plus ou moins

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bonnes dans lesquelles celle-ci s'est effectuée, de l'acide carbonique, de l'azote et de l'oxygène. Malgré la complexité de ce mélange, la détermination de la densité permet d'y doser avec exactitude chacun de ces éléments.

Prenons le cas le plus général, celui de la combustion de la houille, el considérons une houille de composition moyenne renfermant :

Carbone = 85 pour 100.

Hydrogène (en excès surH) = - =4 pour 109.

Un kilogramme de cette houille contiendra donc 850 grammes de carbone et 40 grammes d'hydrogène. Supposons le carbone réduit, ainsi que l'hydrogène, à l'état gazeux. Les poids du litre de ces gaz à 0 degré et sous 760 millimètres de pression sont :

PourC 1^,071

Pour H 0*',089

D'après cela, 1 kilogramme de houille fournira donc :

Vapeur de C 800 litres.

Hydrogène 450 —

La combustion du carbone et de l'hydrogène par l'oxygène étant régie par les deux formules :