1 前 言

固液比的測量在制鹽工業(yè)中是一項很重要的工作, 制鹽蒸發(fā)、洗鹽等工序對固液比這一項指標有著較嚴格的規(guī)定, 一旦固液比超出規(guī)定范圍, 就極有可能對生產(chǎn)造成不利影響。目前, 固液比大都是人工測量, 具有隨機性大、主觀性強及不連續(xù)的弊端, 因而準確性得不到保證, 也不便于通過觀察固液比的變化趨勢來及時對工藝進行調(diào)整, 不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。另外, 作為一項重要的考核指標, 計量的準確性又關系到對工人工作考核的公正性, 因對固液比測量結果意見不一而產(chǎn)生爭議的事情時有發(fā)生。由此可見, 對固液比自動測量裝置的研發(fā)與應用是十分必要和具有重要意義的。下面我對用差壓變送器自動測量固液比的原理和方法進行一些分析, 以供大家參考。

 

2 原理分析

所謂固液比, 就是溶液中的固體占溶液的比例

( 一般指體積比) 。固液比的自動測量若直接采用體

積相比的原理來計算, 是難以實現(xiàn)的, 只能采用間接的方法。我們知道如下公式

P=ρgh ( 1)

式中: P———壓力( N/m2( Pa) ) ;

ρ———密度( kg/m3) ;

g———常數(shù)( 9.8N/kg) ;

h———高度( m) 。

 

當溶液的組成發(fā)生變化時, 其密度必然會發(fā)生變化。由式 1 可知, 密度的變化又會引起壓力的變化, 這就給我們測量固液比提供了一個可以應用的理論基礎, 即我們可以將固液比的變化通過測量其壓力的變化反映出來。但是從式 1 我們可以看出, 壓力要受到兩個因素影響, 一個是密度, 另一個是高度, 怎樣消除高度的變化對測量的影響成了一個關鍵性的問題。不過這個問題很好解決, 將測量壓力轉變成測量壓力差就行了。這樣一來, 式 1 變?yōu)橄率?

ΔP=ρgΔh ( 2)

 

這時高度變成高度差, 這個高度差我們可以任意設定, 一經(jīng)設定, 它就成了一個常數(shù), 便不再對我們的測量產(chǎn)成影響。式中 g 也是一個常數(shù), 那么現(xiàn)在ΔP 的值僅受 ρ的影響了, 接下來的工作就是確定固液比與 ΔΡ的對應關系。獲得固液比與 ΔΡ的對應關系有兩種方法, 一種是實驗的方法, 另一種是理論分析的方法。我們有必要對兩種方法都進行分析, 這樣可以相互比較, 互相印證。

 

我們先看地衣種方法, 即實驗的方法。通常我們?nèi)?Δh 的值為 1m, 那么式 2 可以簡化為下式:

ΔP=ρg ( 3)

 

shou先我們要知道固液比與溶液密度的對應關系。我曾經(jīng)從制鹽設備中取出一些過飽和溶液, 配制出相同體積不同固液比的溶液, 然后稱取它們的重量, 再計算出它們的密度。通過實驗, 我得到一組數(shù)據(jù), 即不同固液比時過飽和鹽溶液的密度值, 如表 1所示。

將表 1 的實驗數(shù)據(jù)代入式 3(g 取 9.8) ,我們得到固液比 ρ與 ΔP 對應的一組數(shù)據(jù)見表

利用表 2 中的數(shù)據(jù), 我們繪制出 ΔP 和固液比的關系圖見圖 1。

 

通過關系圖我們可以看出, 過飽和鹽溶液的固液比與 ΔP 成線性關系。

 

我們再看第二種方法, 理論分析的方法。我們知道, 物體的密度是指單位體積的物體的質(zhì)量, 即

ρ=m/v ( 4)

將式 4 代入式 2 中, 得到下式

ΔP=mgΔh/v ( 5)

如果我們將式 5 用工藝中的量來表示, 則變換為:

ΔP=( m1+m2) gΔh/v0 ( 6)

式中: m1———固體的質(zhì)量( g) ;

m2———液體的質(zhì)量( g) ;

v0———溶液的體積( L) 。

將式 4 變形為 m=ρv, 代入式 6 中, 得到下式:

ΔP=( ρ1v1+ρ2v2) gΔh/v0 ( 7)

式中: ρ1———固體的密度( g/L) ;

v1———固體的體積( L) ;

ρ2———液體的密度( g/L) ;

v2———液體的體積( L) 。

 

實際上, 我們?nèi)斯�測量固液比時所看到的固體應是固體與滲透其間的液體的混合物, 為了使計算結果符合習慣, ρ1的值應該取兩者混合物的密度。相應的 v1 也是混合物的體積, v2 則等于 v0- v1, 那么式7 可以變?yōu)?

ΔP=[ρ1v1+ρ2( v0- v1) ]gΔh/v0=ρ1v1gΔh/v0+ρ2gΔh- ρ2v1gΔh/v0

 

我們設 v1/v0=A, A 即為固液比, 那么ΔP=ρ1gΔhA+ρ2gΔh- ρ2gΔhA，所以 ΔP=( ρ1- ρ2) gΔhA+ρ2gΔh ( 8)

 

式 8 中 ρ1、ρ2、g、Δh 均可視為常數(shù), 由此我們可以看出, 固液比與差壓是成線性關系的, 這和上述實驗的結果是相符的。我們?nèi)?Δh 為 1m, 那么式 8 可以簡化為:

ΔP=( ρ1- ρ2) gA+ρ2g ( 9)

 

在實驗過程中, 我測得 ρ1、ρ2的值如下:

ρ1=1773g/L;

ρ2=1210g/L。

將 ρ1、ρ2的值代入式 8 中, 得到下式:

ΔP=5517A+11858 (10)

 

將 固 液 比 分 別 為 0% 、10% 、20% 、30% 、40% 、50%、60%的值代入式 10 中, 得到的數(shù)據(jù)間見表 3。

 

將表 3 與表 2 對比一下, 我們不難看出, 兩組數(shù)據(jù)是相當接近的, 這進一步證明理論分析的結果與實驗的結果是完全一致的。這就說明, 用線性差壓變送器便可以實現(xiàn)對固液比的自動測量。

 

3 應用中的注意事項

測量原理知道后, 現(xiàn)在我們來看看實際應用的問題。

 

整套裝置中#關鍵的設備應該是差壓變送器,我們來看一下該如何選用差壓變送器。shou先, 要確定差壓變送器的#大測量范圍和量程范圍。通過對工藝狀況進行分析, 我們不難發(fā)現(xiàn),差壓變送器的#大測量范圍應大于固液比為 100%時的 ΔP 值, 其量程下限應該是固液比為 0%時的ΔP 值 ( 記為 ΔP0) , 而量程上限應該是當固液比為100%時的 ΔP 值( 記為 ΔP100) 。

 

其次, 差壓變送器要具有正遷移功能, 其遷移量當為 ΔP0 的值。

 

再次, 為了提高儀表的靈敏性及精que度, 要對差壓變送器進行正確校驗及調(diào)整。先按量程范圍 [0～( ΔP100- ΔP0) ]把變送器調(diào)整好, 然后對儀表進行遷

移調(diào)整, 方法是在正壓室加上 ΔP0 的值, 調(diào)儀表遷移螺釘, 使輸出為 0mA, 再按 ΔP0～ΔP100 檢查儀表的精度。儀表遷移特性見圖 2。

第四, 根據(jù)被測介質(zhì)特點對變送器進行恰當選型及選材。由于鹽溶液具有易結晶及腐蝕性強的特點, 宜選用帶遠傳裝置插入法蘭式差壓變送器, 直接與鹽液接觸的部分( 如膜片) 應選用能耐鹽腐蝕的材料, 如耐蝕合金、316L、鈦、鉭等。只有選型及選材得當, 才能使儀表可靠工作, 減少儀表系統(tǒng)誤差對測量結果的影響。

 

#后, 變送器的安裝也是要特別重視的一個方面。儀表應盡量安裝在狀態(tài)穩(wěn)定, 無紊流, 無阻礙的地方。測量蒸發(fā)罐內(nèi)鹽液的固液比時, 可以選擇安裝在循環(huán)道上, 但應保持與循環(huán)泵出口和加料閥出口均有適當距離, 以減小由于紊流給測量帶來的誤差。

 

4 結束語

通過以上分析我們可以看出, 固液比的自動測量是完全可以實現(xiàn)的, 這需要儀表研發(fā)人員, 儀表制造廠家及儀表應用單位共同努力。這一技術若能成功應用并加以推廣, 必將給制鹽工業(yè)的自動化生產(chǎn)帶來新的生機和活力。