MPR E-Scan在線濃度分析儀在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用
一、引言
氯堿工業(yè)作為基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，主要通過(guò)電解飽和氯化鈉溶液制取燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品。在氯堿生產(chǎn)過(guò)程中，眾多工藝環(huán)節(jié)涉及到對(duì)不同溶液濃度的嚴(yán)格把控，濃度值不僅影響燒堿的產(chǎn)量，還關(guān)乎電解槽中昂貴離子膜的使用壽命。同時(shí)，電解鹽水中產(chǎn)生的氯、結(jié)晶鹽、沉淀雜質(zhì)以及高溫等因素，均對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有著顯著影響。因此，準(zhǔn)確、可靠的在線濃度測(cè)量技術(shù)對(duì)于氯堿工業(yè)的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。
MPR E-Scan在線濃度分析儀基于臨界角全反射測(cè)量技術(shù)，是一款過(guò)程分析儀器。它能夠直接、快速地安裝在生產(chǎn)管線中，連續(xù)監(jiān)測(cè)管線內(nèi)流體的多種參數(shù)，如糖度、密度、溫度、錘度以及可溶性固含量等，并將數(shù)據(jù)輸出至PLC/DCS（4 - 20mA、RS485/422接口），實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)線24小時(shí)自動(dòng)化連續(xù)測(cè)量，為氯堿工業(yè)的精準(zhǔn)生產(chǎn)提供了有力支持。
二、基于折光原理的MPR E - Scan在線測(cè)量技術(shù)原理
MPR E - Scan在線濃度分析儀是一個(gè)由微處理器驅(qū)動(dòng)的臨界角濃度計(jì)。其測(cè)量原理基于光的臨界角全反射現(xiàn)象。來(lái)自于LED的光線穿過(guò)棱鏡表面并經(jīng)過(guò)棱鏡的反射面反射到達(dá)工作面（棱鏡與工藝流體的接觸面）。到達(dá)這個(gè)工作面的光線以一系列的角度橫穿這個(gè)工作面，其中包括與被測(cè)量流體的臨界角（ic）。當(dāng)光線以大于臨界角的角度穿過(guò)工作面時(shí)，光線被折射入測(cè)量流體中；而以小于臨界角的角度穿過(guò)工作面的光線則被反射到棱鏡的另一個(gè)反射面并穿過(guò)棱鏡到達(dá)CCD線性陣列組并被掃描。MPR E - Scan使用的CCD線性陣列包含眾多獨(dú)立的象素點(diǎn)，例如有的型號(hào)包含3648個(gè)象素點(diǎn)。
在儀器工作時(shí)，圖象是由電子掃描而來(lái)的簡(jiǎn)單光線和黑暗間隔所組成。當(dāng)過(guò)程流體的折射率改變時(shí)，臨界角也會(huì)相應(yīng)變化，這將改變光亮/黑暗時(shí)間的比率，而這種變化能夠被CCD所檢測(cè)到。時(shí)間間隔的變化經(jīng)過(guò)處理和加強(qiáng)后，以折射率、Brix、固形物含量或其他用戶(hù)所需的測(cè)量單位形式顯示出來(lái)。這種CCD掃描測(cè)量技術(shù)具有很高的敏感度，并且不受被測(cè)流體中夾帶的氣泡或震動(dòng)流的影響，從而保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
同時(shí)，MPR E - Scan采用分體式設(shè)計(jì)，將儀器CPU和主要電路板與光學(xué)部分分離，這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)更耐高溫和振動(dòng)，極大地提升了穩(wěn)定性、測(cè)試準(zhǔn)確性以及有效使用壽命。此外，折光儀出廠前已按用戶(hù)的工藝要求進(jìn)行了校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償，用戶(hù)收到濃度儀后即可進(jìn)行快速安裝和立即使用。若用戶(hù)有需要，也可以進(jìn)入校準(zhǔn)程序來(lái)改變系統(tǒng)參數(shù)，以使折光儀適用于測(cè)量不同的工藝流體。
三、在氯堿工業(yè)不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用
3.1 干燥氯氣硫酸濃度測(cè)量
3.1.1 測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)
在氯堿生產(chǎn)中，通常采用大約75%的硫酸作為干燥劑來(lái)吸收濕氯氣中的水分，并且硫酸是以循環(huán)方式使用。隨著吸收水分過(guò)程的進(jìn)行，硫酸濃度會(huì)逐漸降低，當(dāng)濃度低于一定值時(shí)，其吸水效果將大幅下降，此時(shí)就需要補(bǔ)充98%的濃硫酸或?qū)⑤^稀的硫酸經(jīng)脫水處理提濃。一般來(lái)說(shuō)，需要監(jiān)測(cè)的干燥氯氣硫酸濃度范圍在65% - 98%之間，測(cè)量點(diǎn)處的溫度由于氯氣處理工藝及硫酸循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，通常處于30℃ - 80℃，壓力則維持在0.1MPa - 0.5MPa 。
3.1.2 安裝說(shuō)明
MPR E - Scan在線濃度分析儀針對(duì)干燥氯氣硫酸濃度測(cè)量，采用專(zhuān)用的傳感器探頭，如MPR E - Scan - Alloy 20 ，其材質(zhì)為鈦材，能夠有效抵御硫酸的強(qiáng)腐蝕性。濃度轉(zhuǎn)換變送器選用MPR E - Scan/A - 11375 ，該轉(zhuǎn)換變送器可內(nèi)置H?SO?標(biāo)準(zhǔn)曲線。安裝時(shí)，可將傳感器探頭直接安裝在硫酸循環(huán)管道上，通過(guò)合適的安裝附件確保其穩(wěn)固且密封良好，以應(yīng)對(duì)干燥氯氣環(huán)境下硫酸測(cè)量的苛刻要求。同時(shí)，要保證安裝位置周?chē)凶銐蚩臻g，便于后續(xù)的維護(hù)和檢修。儀器的電子顯示操作箱防護(hù)等級(jí)達(dá)到NEMA 4X（IP65），可有效防止灰塵和水的侵入，適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)環(huán)境。
3.2 一次鹽水濃度測(cè)量
3.2.1 測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)
原一次化鹽生產(chǎn)工藝流程中，固體原鹽從鹽庫(kù)通過(guò)鏟車(chē)等設(shè)備送至化鹽池，化鹽池的鹽層一般需露出水面1米左右。利用一次鹽水的各類(lèi)回收水作為化鹽水進(jìn)行化鹽，化鹽水溫度控制要求較為嚴(yán)格，當(dāng)溫度低于55℃時(shí)或高于70℃之間，分別通入蒸汽或冷卻水在化鹽水換熱器中換熱，以確?；}水溫度穩(wěn)定在60℃左右?；}水經(jīng)分配管進(jìn)入化鹽池后，與固體原鹽逆流接觸，從化鹽池頂部溢流出進(jìn)入粗鹽水緩沖池。在化鹽池溢流處設(shè)有工業(yè)水管道，用于調(diào)節(jié)鹽水濃度。由粗鹽水泵打入1#精制反應(yīng)槽的粗鹽水，溫度一般在55 - 60℃，濃度為310 ± 5g/L 。
3.2.2 安裝說(shuō)明
MPR E - Scan在線鹽水濃度分析儀具有出廠校準(zhǔn)和自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，可直接投入使用，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，大大提高了安裝和使用的便捷性。其測(cè)量范圍為0.0 - 350.0g/L ，分辨率可達(dá)±1g/L ，溫度分辨率為0.1℃ ，能夠滿(mǎn)足一次鹽水濃度測(cè)量的精度要求。工作溫度范圍為 - 20 - 150℃ ，壓力承受能力為2MPa ，可適應(yīng)化鹽工藝中的溫度和壓力條件。安裝形式可根據(jù)實(shí)際管道情況選擇螺紋或法蘭盤(pán)連接。安裝時(shí)，將傳感器安裝在粗鹽水管道合適位置，確保鹽水能夠充分、穩(wěn)定地流經(jīng)傳感器測(cè)量區(qū)域，以獲取準(zhǔn)確的濃度數(shù)據(jù)。同時(shí)，配備在線機(jī)械刷自動(dòng)清洗裝置，可有效防止管道內(nèi)雜質(zhì)涂覆視窗，保障測(cè)量精度。電子顯示操作箱防護(hù)等級(jí)同樣為NEMA 4X（IP65），為儀器穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠防護(hù)。
3.3 合成爐鹽酸濃度測(cè)量
3.3.1 測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)
在合成爐中，氫氣和氯氣燃燒反應(yīng)生成氯化氫氣體，經(jīng)冷卻、吸收等工藝環(huán)節(jié)后得到鹽酸。合成爐鹽酸濃度測(cè)量點(diǎn)處，鹽酸濃度一般在0.00 - 40.00% ，這一濃度范圍取決于合成工藝及后續(xù)吸收過(guò)程的控制。由于反應(yīng)及吸收過(guò)程的熱量變化，測(cè)量點(diǎn)的溫度通常在20℃ - 100℃ ，壓力則在0.05MPa - 0.3MPa 。
3.3.2 安裝說(shuō)明
MPR E - Scan在線鹽酸濃度儀的接觸樣品部分材質(zhì)采用2205雙相鉬合金，能夠有效抵抗鹽酸的腐蝕。其探頭材質(zhì)為T(mén)antalum ，防護(hù)等級(jí)為NEMA 4X（IP65）。安裝時(shí)，可將儀器直接安裝在鹽酸生產(chǎn)管道或儲(chǔ)存容器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽酸濃度的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制。儀器內(nèi)置溫度傳感器，可對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并補(bǔ)償，確保濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性。同時(shí)，標(biāo)配溫度信號(hào)模擬輸出，便于與其他系統(tǒng)集成控制。該儀器還具有6.7“TFT - LCD真彩顯示，操作界面直觀清晰。此外，可根據(jù)需要選購(gòu)棱鏡自動(dòng)清洗程序硬件，定期對(duì)測(cè)量棱鏡進(jìn)行清洗，保證測(cè)量光路的清晰，維持測(cè)量精度。
3.4 48%燒堿濃度測(cè)量
3.4.1 測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)
在離子膜電解法生產(chǎn)燒堿的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一系列的電解、分離、濃縮等工藝步驟后得到燒堿產(chǎn)品。對(duì)于48%燒堿濃度測(cè)量點(diǎn)，其燒堿濃度目標(biāo)值為48% ，實(shí)際生產(chǎn)中允許有一定的波動(dòng)范圍，一般在47.5% - 48.5% 。由于濃縮等工藝操作，測(cè)量點(diǎn)處的溫度較高，通常在80℃ - 120℃ ，壓力則根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備及管道布局，維持在0.1MPa - 0.3MPa 。
3.4.2 安裝說(shuō)明
MPR E - Scan在線濃度分析儀針對(duì)48%燒堿濃度測(cè)量，需選用適合高濃度燒堿腐蝕環(huán)境的傳感器材質(zhì)。安裝時(shí)，根據(jù)管道或容器的具體情況，采用合適的安裝適配器將傳感器穩(wěn)固安裝。儀器具備自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，能夠消除溫度對(duì)燒堿濃度測(cè)量的影響。其輸出信號(hào)為4 - 20mA和RS232 ，方便與工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)燒堿濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。電子顯示操作箱可實(shí)時(shí)顯示燒堿濃度數(shù)值，內(nèi)置2組報(bào)警功能，可根據(jù)設(shè)定的濃度上下限進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，確保燒堿濃度在合格范圍內(nèi)。
3.5 次氯酸鈉濃度測(cè)量
3.5.1 測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)
次氯酸鈉一般通過(guò)氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)制備。在反應(yīng)過(guò)程及后續(xù)儲(chǔ)存、輸送環(huán)節(jié)中需要對(duì)其濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)量點(diǎn)處次氯酸鈉濃度范圍通常在5% - 15% ，這一濃度范圍用于滿(mǎn)足不同的消毒、漂白等工業(yè)應(yīng)用需求。由于反應(yīng)熱及環(huán)境因素，測(cè)量點(diǎn)溫度在20℃ - 60℃ ，壓力一般在常壓至0.2MPa 。
3.5.2 安裝說(shuō)明
MPR E - Scan在線濃度分析儀可直接安裝在次氯酸鈉生產(chǎn)或儲(chǔ)存的管道、容器上。其測(cè)量部分防護(hù)等級(jí)為IP67 ，可有效防水、防塵。安裝時(shí)，確保傳感器與次氯酸鈉溶液充分接觸，且安裝位置便于維護(hù)和檢修。儀器具有多級(jí)校準(zhǔn)功能，保證了高可靠性和高精度的濃度測(cè)量。通過(guò)4 - 20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可將測(cè)量的次氯酸鈉濃度數(shù)據(jù)傳輸至PLC/DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。同時(shí)，可根據(jù)用戶(hù)需求，設(shè)置濃度報(bào)警值，當(dāng)次氯酸鈉濃度超出設(shè)定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保障生產(chǎn)過(guò)程的安全與穩(wěn)定。
四、結(jié)論
MPR E - Scan在線濃度分析儀基于折光原理的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，在氯堿工業(yè)的干燥氯氣硫酸濃度、一次鹽水濃度、合成爐鹽酸濃度、48%燒堿濃度及次氯酸鈉濃度測(cè)量等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)展現(xiàn)出性能和適應(yīng)性。通過(guò)對(duì)各測(cè)量點(diǎn)工藝參數(shù)的精準(zhǔn)把握以及合理的安裝設(shè)置，該分析儀能夠?yàn)槁葔A生產(chǎn)過(guò)程提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的濃度數(shù)據(jù)，有效幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、保障生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，從而為氯堿工業(yè)的高效、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的不斷發(fā)展，MPR E - Scan在線濃度分析儀有望在氯堿工業(yè)中發(fā)揮更為重要的作用，推動(dòng)行業(yè)不斷向前進(jìn)步。
