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整, 不利于生產的穩(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, 一經設定, 它就成了一個常數(shù), 便不再對我們的測量產成影響。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。通常我們取 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———固體的質量( g) ;

m2———液體的質量( 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, 我們人工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。我們取 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整。先按量程范圍 [0～( ΔP100- ΔP0) ]把變送器調整好, 然后對儀表進行遷

移調整, 方法是在正壓室加上 ΔP0 的值, 調儀表遷移螺釘, 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)的自動化生產帶來新的生機和活力。