湿式化学分析仪的制作方法

化学分析仪被用于多种工业中以提供过程流中的过程变量的指示。指示能够被分析仪本地地提供，和/或远程地向一个或多个适当的装置提供。指示可以有助于提供对化学过程的控制和/或监控。

一种具体类型的化学分析仪是在线的二氧化硅分析仪。在线的二氧化硅分析仪被构造为在过程样本中产生反应从而使得能够检测到二氧化硅。此种分析仪对于检测例如锅炉用水、锅炉供给水、去矿物质水或蒸汽冷凝水中的二氧化硅浓度是有用的。虽然此种分析仪在多种工业中是有用的，但是它们在发电厂锅炉中是尤其有用的。在此种系统中，二氧化硅能够形成硅酸盐沉积物，该沉积物能够损坏用在水汽轮机循环中的涡轮机和其他设备。因此，具有高压涡轮机的发电厂一般仔细地监控二氧化硅浓度，从而保证有效的检测和去除或补救。然而，虽然本公开聚焦在二氧化硅分析仪的示例中，但是在本文描述的方法和实施例可以适用于用来测量其他化学品的浓度的分析仪。

上述的讨论仅仅提供一般的背景信息，并且不旨在用于帮助确定所保护的主体的范围。

技术实现要素：

提供一种湿式化学分析仪，包括：反应室，所述反应室被构造为容纳反应混合物并且构造为利用反应混合物中的试剂来进行反应；检测器，所述检测器被构造为检测指示反应混合物的过程变量；试剂壳体，所述试剂壳体被构造为容纳校准流体；以及其中，湿式化学分析仪被构造为同时执行清洁和校准功能。

附图说明

图1A和1B示出了根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性外部视图和内部视图。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的简化方框图。

图3示出了操作根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性方法。

图4示出了校准和清洁根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性方法。

具体实施方式

比色检测方法可用于测量反应的反应物、产品或微量化合物的浓度，例如通过在反应过程期间测量反应混合物的吸收率或透射率。然而，当待被测量的化合物具有容易被检测到的吸收率或透射率时，比色检测更好地工作。对于一些化合物，分析仪必须允许化合物经受反应以使得其容易被检测到。例如，测量过程流中的二氧化硅经常使用钼蓝方法以使得二氧化硅容易被检测到。

在一个实施例中，通过一个或多个反应物来开始化学反应，这些反应物在反应期间至少部分地转换为一个或多个产品。另外，在一些条件下，反应物可以被转换为一个或多个不期望的副产品。该反应在反应时间结束时认为是完成的。假设时间充足，一些反应进行到完成，从而所有的反应物分子被转换为产品分子。其他的反应只有在达到平衡之前才进行，从而在反应混合物中总是存在一些反应物分子和其他的产品分子。在此种反应中，达到平衡的时间点也可以被认为是完成时间点。

一些反应具有已知的反应速率从而基于反应速率可以预测何时反应将达到完成。然而，诸如充分混合、温度、压力、初始反应物的浓度等的多种因素或者足够的催化剂的存在都可能影响反应速率并且导致反应进行得比期望的快或慢。因此，在一个实施例中，将分析仪被构造为检测完成的反应可能是有帮助的。如用在本文中的，反应物溶液指在反应开始时提供的基本上未反应的溶液。如用在本文中的，反应混合物可以指在反应期间在任何时间点在反应室中的混合物。如用在本文中的，产品溶液指反应达到完成之后的混合物。

在在线的湿式化学分析仪的使用中存在的一个问题是例如，在过程管道中和反应室中或检测室中的二氧化硅或其他不期望的沉积物的堆积。例如二氧化硅沉积物等的沉积物的堆积能够影响在线湿式化学分析仪的测量，以及其功能。例如，在常规的操作期间，负责传输样本，进行钼蓝反应，并且进行比色检测的管和室的内表面，可能变得被来自反应的沉积物或来自样本的其他杂质覆盖。随着沉积物累积，分析仪的性能将被受到危害。另外，内部的沉积物可能导致分析仪的不精确的传感器读数或者改变预期的反应速率，导致比期望的更快或更慢的反应时间。

一种清除分析仪的机构中堆积的沉积物的潜在溶液是使用清洁溶液周期性地运行分析仪。清洁周期的频率可以基于例如检测到的堆积或制造商建议的频率。然而，单独的清洁周期需要湿式化学分析仪被构造为定期地储存、或以其他方式访问清洁溶液。经常地，这等同于分析仪将清洁溶液储存在试剂储存腔中。单独的清洁周期也需要分析仪进行额外的处理周期以使得清洁溶液被供给到机器的内部机构。这些额外的周期造成分析仪的进一步磨损，以及使得分析仪不能用于样本分析。在单独的清洁溶液和清洁周期中，溶液期望被用于从湿式化学分析仪中移除二氧化硅或其他沉积物。

一种在线二氧化硅分析仪一般地将采用已知的反应过程以使得二氧化硅容易被比色分析检测到。此种反应的一个示例是钼蓝方法。在钼蓝方法中，钼酸盐(通常是钼酸钾的形式)与过程样本中的或者溶液中的二氧化硅发生反应并且产生作为反应的产品的硅钼酸，该硅钼酸是一种容易被比色检测检测到的化合物。根据钼蓝方法，基于硅钼酸的被检测颜色来测量水中的二氧化硅浓度。使用硅钼酸的被检测到的透射率和比尔-朗伯定律(如下的等式1)可以计算二氧化硅的浓度。比尔-朗伯定律规定：光通过物质的透射性(或透射率)T和物质的吸收系数α和光穿过物质的距离(即，路径长度)L的乘积的对数依赖关系。比尔-朗伯定律表示如下：

吸收系数能够被写作吸收体的摩尔吸收率(消光系数)∈和材料中的吸收物种的摩尔浓度c的乘积，其中，I和I₀分别是入射光和透射光的强度。

湿式化学分析仪不时地需要校准从而保证其整个生命周期的精确测量。校准可以包括使用替代反应物或其他试剂流体的具有已知的吸收率/透射率的校准流体来运行分析仪的周期。

图1A和1B示出了根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性外部和内部视图。如图1A所示的分析仪100是湿式化学分析仪的一个示例。然而，湿式化学分析仪的其他设计和构造也是可以想到的。分析仪100可以具有一个或多个输入或输出机构，诸如显示器104，从而操作员能够操作分析仪100。例如，在一个实施例中，显示器104可以包括一组输入键，从而操作员可以设置用于开始或终止一个分析周期的参数。在另一实施例中，显示器104可以被构造为报告与分析仪100中的过程流体相关的浓度或其他过程变量指示。湿式化学分析仪100也可以具有打开机构190，例如如图1A所示的具有把手的门，从而允许操作员访问分析仪100的内部部件。

图1B示出了示出了根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性内部视图。在一个实施例中，通过致动如图1A所示的把手190可以访问湿式化学分析仪100的内部部件。

湿式化学分析仪100在一个实施例中可以包括主柜体102和试剂柜体150。然而，在至少一个实施例中，试剂被储存在与湿式化学分析仪100的电路的一些或全部所在的柜体相同的柜体中。在一个实施例中，在主柜体102中，例如，操作员能够访问显示器104和与显示器104交互。在一个实施例中，显示器104可以展示当前在湿式化学分析仪100中正被检测的过程变量。另外，在一个实施例中，通过操作显示器104，操作员能够使用湿式化学分析仪100的不同周期构成，例如进行反应、校准机器或者开始单独的清洁周期。在一个实施例中，湿式化学分析仪中的反应的一些或全部可能需要使用电源106，并且可以被打开/关闭开关116控制。

在一个实施例中，随着湿式化学分析仪首先处理流体，泄露检测器108可以被定位在主柜体102和试剂柜体150中的一个或两个中，从而过程流中的泄露是容易被检测到的。在一个实施例中，此种泄露可以使用显示器104而被报告。

在一个实施例中，湿式化学分析仪100负责进行比色分析以检测例如过程样本中的二氧化硅浓度。比色组件110可以被构造为分析例如通过将过程流暴露到钼酸钾而得到的产品混合物，从而使得二氧化硅容易被检测到。比色组件110可以包括比色锁定组件112，该比色锁定组件在一个实施例中被流体地联接到废料排出盘114，该废料排出盘114可以被连接到废料管140。在一个实施例中，二氧化硅和钼酸钾的反应可以在反应单元120中进行。反应单元120的内容物被提供到比色组件110，比色组件110检测过程流中的二氧化硅浓度。

试剂柜体150可以容纳一种或多种过程流体152。过程流体152可以包括反应物、溶剂、气流、催化剂、校准溶液和/或其他流体中的任一种。在一个实施例中，被容纳的流体152中的一些或全部可以被流体地联接，从而例如，使用被构造为按照需要将试剂提供到反应单元102和/或比色组件110的一个或多个阀泵组件，流体152能够从试剂柜体150流动到主柜体102。在一个实施例中，湿式化学分析仪100还包括溢流采样组件154，该溢流采样组件154被构造为接收来自湿式化学分析仪100的多个室中的任一个的溢流材料并且将溢流材料提供到废料流140。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的简化方框图。如图2所示，在一个实施例中，湿式化学分析仪200包括反应室210和分析室220。然而，在另一实施例中，对反应室210中的反应混合物进行分析，从而单独的分析室220是没有必要的。在一个实施例中，反应室210被构造为进行钼蓝反应以使得过程流中的二氧化硅更加容易被检测到。

反应室210从储存器230中接收试剂，在一个实施例中，该储存器230可以包括反应物232、溶剂234、校准流体236或其他流体242中的任一个。在一个实施例中，其他流体242包括混合剂，例如压缩空气或用于在湿式化学分析仪200中进行的反应的催化剂。在一个实施例中，反应室210包括输入机构202。例如，输入机构202可以包括被构造为接收来自操作员的指令例如从而进行分析、校准或清洁周期的用户界面。在一个实施例中，一旦分析室220已经完成了分析，并且检测器222已经向输出机构224输出期望的信息，则任何剩余的样本被提供到废料流240。

在一个实施例中，一旦反应接近完成，则产品混合物的样本被提供到分析室220。分析室220包括检测器222，该检测器222被构造为分析提供的样本并且检测样本中的二氧化硅的浓度。检测器222测量样本中的二氧化硅的透射率和/或吸收率，并且使用如上所述的比尔-朗伯定律计算相应的浓度。

检测到的浓度可以被指定为过程输出224，并且以多个适当的格式中的任一个被提供给操作员。例如，在一个实施例中，报告吸收率。在另一实施例中，报告浓度。在另一实施例中，报告另一期望的测量值。可以在例如与分析仪200关联的外部显示器上报告期望的过程变量。在另一实施例中，期望的过程变量被无线地传输到单独的移动操作员装置。

周期性地，分析仪200可能需要清洁，例如从而移除已经被堆积在过程流或反应室中的任一个中的二氧化硅或其他沉积物。在一个实施例中，通过在校准流体236中提供清洁剂238来完成清洁。这可能允许例如湿式化学分析仪200的同时消洁和校准，消除对单独的清洁周期的需求。包含清洁剂238的校准流体236的另一优点是在试剂壳体230中需要较少的箱体，以及较少的相应泵、阀和与清洁周期关联的其他部件。这甚至可能允许更小的湿式化学分析仪200。另外，消除单独的清洁周期可以延长湿式化学分析仪200的使用寿命，并且降低完成单独的校准和清洁操作所花费的时间。

可以基于已经被用在湿式化学分析仪200中的试剂来选择清洁剂238。例如，如果酸被用在湿式化学分析仪200中，那么强碱可以是优选的，从而移除酸沉淀物的堆积。然而，在另一实施例中，如果碱性材料被用在湿式化学分析仪200中，那么强酸是期望的。例如，强酸和强碱是限定为如下的分子化合物，例如，所述分子化合物在水溶液中完全电离成H⁺(酸)或OH^-(碱)和相应的阴离子或阳离子。可以被用于移除碱性沉积物的强酸的一些示例包括被酸碱质子定义和/或酸碱的路易斯理论限定的盐酸HCl(氯化氢)，HNO₃(硝酸)，H₂SO₄(硫化氢)，HBr(溴化氢)，HI(碘化氢)，HClO₄(高氯酸)或其他强酸。可以被用于移除酸性沉积物的强碱的一些示例包括被酸碱质子定义和/或酸碱的路易斯理论限定的氢氧化物，诸如LiOH(氢氧化锂)，NaOH(氢氧化钠)，KOH(氢氧化钾)和/或其他强碱。另外，可以基于校准溶液的期望pH来选择酸性或碱性清洁剂238。

在一个实施例中，清洁剂238包括氢氧化钙并且被构造为移除分析仪200中的硅钼酸沉积物。在一个实施例中，按重量计算，清洁剂238包括校准流体236的0.1％。在一个实施例中，按重量计算，清洁剂238包括校准流体236的0.2％。清洁剂238的其他浓度也是可以想到的，例如按重量计算的0.05％，按重量计算的0.15％，或者按重量计算的0.25％。

图3示出了操作根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性方法。方法300示出了用于湿式化学分析仪，例如如图2所示的湿式化学分析仪200的正常操作程序的一个示例。

在一个实施例中，在方框310中，在湿式化学分析仪的反应室中进行反应。例如，该反应可以包括钼蓝反应，该反应被构造为使得通过比色分析检测到样本中的二氧化硅。该反应的特征能够在于反应时间，该反应时间可以包括达到平衡或完成所需要的时间。在方框310中，例如通过将来自例如试剂储存器230的试剂储存器的例如反应物232的反应物和/或例如溶剂234的溶剂提供到例如室210的反应室，可以进行反应。反应还可以包括添加混合剂，该混合剂可以包括诸如搅拌的机械混合剂，或者例如压缩空气的化学混合剂。

在方框320中，分析完成的反应的样本。在一个实施例中，这可以包括将完成的反应的样本从反应室提供到分析室。在一个实施例中，分析室使用比色分析来检测在所提供的样本中的期望的反应物或产品的浓度。分析的输出例如可以被提供到湿式化学分析仪的操作员。在一个实施例中，输出可以通过湿式化学分析仪外部的显示器上的视觉指示来提供。在另一实施例中，通过将指示无线地发送到操作员，输出例如作为文本信息而被提供，或者被传输和显示在与另一计算装置相关的外部显示器上。在至少一个实施例中，在样本被分析之后，样本被丢弃，如方框330所示。

图4示出了校准和清洁操作根据本实用新型的一个实施例的湿式化学分析仪的示例性方法。在一个实施例中，分析仪可以完成方法300或方法400，但是不能同时完成两者。在一个实施例中，例如在方法300的预定的时间段或预定的周期次数之后，在自动的时刻做出对方法300或方法400的选择。在另一实施例中，通过分析仪的用户例如依靠诸如输入机构104或输入机构202等的输入机构来控制方法300或方法400的选择。

例如，在一个实施例中，在湿式化学分析仪需要清洁和/或校准之前，方法300重复多次。然而，在完成一定数量的分析之后，湿式化学分析仪需要被校准从而保证精确度。类似地，每隔相同数量的周期，或不同数量的周期之后，分析仪也需要被清洁，从而移除机器中的过多的沉积物的堆积。方法400示出了根据一个实施例的用于校准和清洁湿式化学分析仪的一个示例性方法。

在方框410中，反应室被排空。这可以包括例如，通过将来自之前反应周期中的剩下的材料转移到废料流而移除所述剩下的材料，之前反应周期例如为方法300的周期。在另一个实施例中，随着例如移动通过分析仪的阀组件的空气的另一流体流入到反应室中从而该流体移走反应混合物，该反应室同时被排空。在另一实施例中，随着清洁周期开始，清洁和/或校准流体被泵送到反应室中从而清洁流体移走反应混合物，该反应室同时被排空。

在方框420中，例如在分析已经被完成之后，排空分析室。这也包括将之前被分析的样本从分析室移动到废料储存室。在另一实施例中，随着例如移动通过分析仪的阀组件的空气的另一流体流入到分析室中从而该流体移走样本，该分析室同时被排空。在另一实施例中，随着清洁周期开始，由于清洁和/或校准流体被泵送到分析室中从而清洁流体移走样本，因而该分析室同时被排空。

在方框430中，校准溶液被引入到湿式化学分析仪中。例如，在一个实施例中，校准流体流动通过反应室和分析室，从而校准流体流经在整个方法300的周期中被试剂流体占据的所有的室以及管道。在一个实施例中，在引入校准流体之前，反应室和/或分析室不需要被排空。例如，随着泵和阀构造将校准流体供给到分析仪中，泵和阀构造可以同时地移除反应物和分析流体，从而例如校准流体将反应室或分析室中的任何残余流体推出。

在一个实施例中，用在方框430中的校准流体包括清洁剂。该清洁剂可以基于预期在湿式化学分析仪中的最可能的沉积物而被选择。例如，如果湿式化学分析仪周期性地利用酸性反应物或产品来进行反应，则强碱可能是期望的，从而溶解酸性沉积物。在另一实施例中，在湿式化学分析仪利用碱性物质作为反应物或产品而进行实验的情况下，强酸可能被需要从而移除碱性沉积物。

在一个实施例中，例如在分析仪进行钼蓝反应的情况下，清洁剂包括被构造为与可能堆积在分析仪中的硅钼酸沉积物反应的氢氧化钠或另一示例性强碱。在一个实施例中，氢氧化钠包括清洁溶液的按重量计算的百分比，例如，按重量计算至少0.01％。在一个实施例中，按重量计算，氢氧化钠包括清洁溶液的至少0.02％。在另一个实施例中，氢氧化钠包括清洁溶液的至少0.15％或至少0.2％或甚至更大的百分比。然而，重要的是应当注意到高浓度的强酸和强碱可以腐蚀湿式化学分析仪的内部部件。因此，可能有利的是在湿式化学分析仪中利用低浓度的酸或碱，但是允许更长的清洁周期，或者使用较大体积的校准流体从而保证所有的沉积物溶解。

在方框440中，湿式化学分析仪通过暴露到校准溶液和清洁剂而同时地被校准和清洁。在一个实施例中，校准流体被用于进行湿式化学分析仪的校准周期，该校准周期可能包括任何已知的校准方法。例如，带有清洁剂的校准流体可以具有已知的吸收率或透射率，从而分析仪的精确度可以与校准流体的已知参数进行比较。虽然发生校准，但是校准溶液中的清洁剂可以用作溶解堆积在湿式化学分析仪中的任何部分中的任何沉积物，而不干扰所选择的校准方法的精确度。

在方框450中，用过的校准溶液被丢弃。例如，在已经完成校准和清洁操作之后，用过的溶液被提供到废液流。在一个实施例中，溶液被分析从而确定清洁是否被完成，或者是否方法400应该重复。例如，例如因为碱性清洁溶液在与酸性沉积物相互作用之后将具有较低的pH，因而溶液的pH可以被测试。相反地，酸性清洁溶液在与碱性沉积物交互之后将具有较高的pH。丢弃剩下的校准溶液还可以包括重复方法400多次，从而保证湿式化学分析仪被充分地校准和清洁，从而用过的校准流体在每个周期之后被丢弃。可选地，随着方法400被重复，相同的校准溶液可以循环通过分析仪。丢弃样本还可以包括在校准周期被完成之后使得惰性流体流动通过系统，从而保证从系统中完全地移除所有的校准剂和清洁剂。例如，在主要进行基于水的反应的湿式化学分析仪中，水可以被用作惰性流体以推出或移除任何剩下的校准或清洁溶液。

虽然已经参考优选的实施例说明了本实用新型，但是本领域的技术人员将意识到在不脱离本实用新型的精神和范围的基础上可以对形式和细节做出修改。