有机物酸碱度在线测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种有机物酸碱度在线测量系统。

背景技术：

在化工生产装置上，有机物酸碱度的测量是人工滴定法，基本流程是：人工取样、萃取、滴定、反萃，然后人工计算结果。

以磷酸滴定过程为例说明：一、取样，现场设置取样器，每2~4h人工取样100ml左右；二、萃取，萃取试剂为纯水100～150ml，放置于水浴恒温箱内，控制温度为47摄氏度，将所取试样倒入分液瓶内，加纯水的三分之一，约30～40ml，充分摇匀，静置分层，将下层溶解了磷酸的萃取液放出于烧杯中，重复以上过程三次，完成萃取过程；三、滴定，向烧杯中混合的三次萃取液滴入约1ml甲基红-亚甲基蓝混合指示液作为指示试剂，溶液变为粉红色，然后用滴入质量浓度0 .01009％g/l的NaOH溶液滴定（0 .1ml/滴）的微量滴定管滴定，边滴定边摇匀，当溶液变为无色，滴定结束；四、反萃，为了验证是否将有机物中的磷酸彻底萃取干净，将经过萃取的萃余溶液有机物再加入30ml左右纯水，摇匀后静置分层后，将下层萃取液加入NaOH滴定后的磷酸溶液中，如果变回粉红色，证明萃取不彻底，则补充滴定过程，两次滴定的碱量之和为滴定结果，以确保结果准确；五、计算，根据微量滴定管刻度读取滴定碱溶液体积、浓度以及磷酸在47℃下的电离常数，计算出萃取液中酸浓度。

上述人工滴定方法工人劳动强度大，效率低，对化工装置生产变化反应不及时，对于部分装置，酸碱度的变化有可能导致设备的腐蚀、化学反应失控爆炸等后果。

对于上述人工滴定方法存在的问题，本申请人之前提交的文件（公告号为CN 205484380 U, 公告日为2015 年8 月17 日）中公开了一种有机物酸碱度测量系统，如图1所示，包括取样单元、萃取单元、测量单元和运算控制及输出单元，所述运算控制及输出单元控制取样单元和萃取单元并监测测量单元，所述取样单元、萃取单元以及测量单元之间通过管路进行连接，所述取样单元和萃取单元设有恒温装置；所述测量系统还包括样品回收装置，所述样品回收装置包括收集容器60，所述收集容器60分别与取样单元、萃取单元以及测量单元连接。其中，取样单元包括计量筒23，计量筒23上设有进料口和出料口，进料口连接第一管路和第二管路，出料口则通过第三管路连接到萃取单元，第一管路设有第一针型阀和第一电磁阀，第二管路上设有第二针型阀和第二电磁阀，第三管路上设有第三电磁阀；萃取单元2包括搅拌器21和分离器22，搅拌器21上设有搅拌电机211，搅拌电机211连接并控制搅拌轴212，搅拌器21上端通过管路连接到收集容器60；测量单元3包括测量池31，测量池31通过管路连接到收集容器60；该有机物酸碱度测量系统为在线间歇测量，采样周期约为10-15分钟，其对于酸碱度缓慢变化的化工装置，可以基本反映系统酸碱度的变化，且在每次采样测量结束后，与下一周期采样完成开始进入测量步骤前，输出值保持不变；应用该有机物酸碱度测量系统的测量结果取得如图2所示的响应曲线，其中，一方面，由于测量系统取样周期约在10-15分钟，因此可以基本还原被测量周期大于20-30分钟的波动，以在1小时的时间段内为例，完成了5次采样及分析测量的过程，加上样品置换、配比、搅拌、萃取等过程产生的纯滞后△t1时间；另一方面，其测量结果取得如图2所示的响应曲线与通过理论计算及分析得到的如图3所示的理论响应曲线相比失真较大。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用连续测量并能实时响应介质酸碱度变化的有机物酸碱度在线测量系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

有机物酸碱度在线测量系统，包括取样单元、萃取单元、测量单元和运算控制及输出单元，取样单元、萃取单元以及测量单元之间通过管路进行连接，运算控制及输出单元控制取样单元和萃取单元并监测测量单元；取样单元包括静态混合器，静态混合器设有第一进料口、第二进料口和出料口，通过第一管路将被测量有机溶液从第一进料口输入静态混合器，通过第二管路将去离子水从第二进料口输入静态混合器，出料口通过第三管路连接到萃取单元；其中，被测量有机溶液与去离子水之间按照1:3的流量比例输入静态混合器，通过第三管路将静态混合器中经过初步混合的被测量有机溶液与去离子水的混合液输送到萃取单元中。与现有技术的一种有机物酸碱度测量系统相比，本实用新型专利通过静态混合器取代原有的计量筒作为取样单元，使得分别通过两路管路将被测量有机溶液与去离子水同时输入静态混合器经初步混合之后，再输送给萃取单元中，实现了被测量有机溶液与去离子水在被输送进入萃取单元之前就采取了初步混合的处理操作，既节省了计量筒装置，又提高了系统测量效果和效率。采用连续测量并能实时响应介质酸碱度变化的测量系统，通过在萃取过程之前增设静态混合器并对被测量有机溶液与去离子水进行初步混合，使得对化工装置酸碱度变化进行的测量结果所得到的响应曲线与现有技术所得到的响应曲线相比更接近理论响应曲线，能更真实的还原酸碱度变化情况，且置换过程导致的纯滞后时间也更短。

本实用新型专利中，静态混合器内的混合通道设有扰流网，扰流网固定设有扰动叶轮，扰流网与扰动叶轮的组合结构设置，进一步提高了被测量有机溶液与去离子水同时输入静态混合器之后的初步混合效果和效率。其中，静态混合器内的混合通道设有水平混合单元和垂直混合单元，扰流网分布于水平混合单元和垂直混合单元中，扰动叶轮固定设置于垂直混合单元中，扰动叶轮包括主叶片、第一叶片和第二叶片，主叶片设有凹口和卡口，第一叶片和第二叶片分别交叉设置于主叶片的正反两面，相邻的两个主叶片通过卡口沿周向交错固定连接，被测量有机溶液与去离子水形成的混合液流顺沿凹口流向出料口；水平混合单元和垂直混合单元的设置以及组合式扰动叶轮的设置，进一步提高了被测量有机溶液与去离子水同时输入静态混合器之后在静态混合器的混合通道内的初步混合效果和效率。

作为优选，还包括样品回收装置，样品回收装置包括收集容器，收集容器的轻介质入口通过管路与萃取单元连接，收集容器的重介质入口通过管路与测量单元连接，收集容器顶部设有排气口。

作为优选，萃取单元包括混合搅拌器、T型分离器，混合搅拌器上部通过第三管路与出料口连接，混合搅拌器下部通过第四管路连接到T型分离器，T型分离器上端通过第五管路连接到收集容器的轻介质入口，T型分离器下端通过第六管路连接到测量单元；混合搅拌器设有搅拌电机，搅拌电机连接并控制搅拌轴。

作为优选，混合搅拌器和T型分离器的进口端均连接有自力式温控阀，T型分离器的进口端还设有温度测量仪。

作为优选，第六管路连接有排空截止阀。排空截止阀用于与系统的隔离及系统排净，以方便检修。

作为优选，测量单元包括测量池，测量池底部通过第六管路与T型分离器下端连接，测量池上部通过第七管路连接到收集容器的重介质入口，测量池顶部设有pH测量仪。

作为优选，收集容器的重介质入口的高度大于测量池的高度，收集容器的重介质入口的高度大于混合搅拌器高度的三分之二，并且混合搅拌器高度的三分之二位置介于测量池的高度与收集容器的高度之间，以防止测量池及混合搅拌器在连续工作过程中发生干涸现象。本实用新型专利作出如下定义并满足如下要求：分离器水平中轴线到收集容器的重介质入口的高度为h，分离器水平中轴线到收集容器的轻介质入口的高度为H，使ρ1gH=ρ2gh，以使分离器轻介质与重介质之间的分界面稳定处于中线位置，其中，ρ1为被测量有机溶液（即轻介质）的密度，ρ2为溶解了酸碱的水溶液（即重介质）的密度。

作为优选，第一管路设有第一进口截止阀和第一容积式流量计，第二管路上设有第二进口截止阀和第二容积式流量计。进口截止阀用于与系统的隔离及系统排净，以方便检修。

作为优选，运算控制及输出单元包括控制器、触摸屏、开始按钮和指示灯，开始按钮控制整套系统的启动；指示灯用来显示测量系统的工作状态；控制器控制取样单元和萃取单元，以及从测量单元获取测量信息；触摸屏进行补偿系数设置及运算结果显示；控制器采集液位计、温度测量仪和pH测量仪所传送的信号，并通过所采集的信号以及控制器内部设定的程序控制自力式温控阀的通断以及控制搅拌电机的启动与关闭。

本实用新型具有如下优点：

（1）利用最少的设备，可靠的解决了原来需要大量人工才能完成的任务，为工业生产提供了可靠的技术保障，既节省了人力资源，又创造了经济效益。

（2）采用自动测量方式，避免了人工采样及滴定过程中挥发的有机物对人体的伤害，而且样品可以回流到收集容器回收利用，避免了人工操作对环境的污染，节省了物料。

（3）采用连续不间断的测量系统，防止人工采样间隙化工装置酸碱度发生的危险，为化工装置的安全运行提供了保障。

（4）系统无压运行，物料能完全回收，系统运行安全可靠。

（5）通过混合搅拌器使被测量有机溶液与去离子水充分混合，经过定流量萃取及恒温系统的处理，确保了被测量样品中的酸碱组份电离度稳定。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用连续测量并能实时响应介质酸碱度变化的测量系统，依次通过在前的静态混合器对被测量有机溶液与去离子水的初步混合和在后的混合搅拌器对初步混合后流入的被测量有机溶液与去离子水的混合液进行充分混合，使得对化工装置酸碱度变化进行的测量结果所得到的响应曲线与现有技术所得到的响应曲线相比更接近理论响应曲线，能更真实的还原酸碱度变化情况，且置换过程导致的纯滞后时间也更短；该系统结构简单，响应较快，运行安全可靠，节能环保且成本较低，适合推广应用。

附图说明

图1为现有技术中一种有机物酸碱度测量系统的结构示意图。

图2为应用图1中一种有机物酸碱度测量系统进行有机物酸碱度测量所取得的响应曲线。

图3为有机物酸碱度测量通过理论计算及分析得到的理论响应曲线。

图4为本实用新型有机物酸碱度在线测量系统实施例的流程框图。

图5为本实用新型有机物酸碱度在线测量系统实施例的结构示意图。

图6为本实用新型静态混合器实施例的结构示意图。

图7为本实用新型扰动叶轮实施例的结构示意图。

图8为采用本实用新型有机物酸碱度在线测量系统进行有机物酸碱度测量所取得的响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

有机物酸碱度在线测量系统，如图4-7所示，包括取样单元1、萃取单元2、测量单元3和运算控制及输出单元4，取样单元1、萃取单元2以及测量单元3之间通过管路进行连接，运算控制及输出单元4控制取样单元1和萃取单元2并监测测量单元3；取样单元1包括静态混合器10，静态混合器10设有第一进料口101、第二进料口102和出料口103，通过第一管路8将被测量有机溶液从第一进料口101输入静态混合器10，通过第二管路13将去离子水从第二进料口102输入静态混合器10，出料口103通过第三管路11连接到萃取单元2；其中，被测量有机溶液与去离子水之间按照1:3的流量比例输入静态混合器10，通过第三管路11将静态混合器10中经过初步混合的被测量有机溶液与去离子水的混合液输送到萃取单元2中。

本实施例中，静态混合器10内的混合通道设有扰流网104，扰流网104固定设有扰动叶轮107，扰流网104与扰动叶轮107的组合结构设置，进一步提高了被测量有机溶液与去离子水同时输入静态混合器10之后的初步混合效果和效率。其中，静态混合器10内的混合通道设有水平混合单元105和垂直混合单元106，扰流网104分布于水平混合单元105和垂直混合单元106中，扰动叶轮107固定设置于垂直混合单元106中，扰动叶轮107包括主叶片1071、第一叶片1072和第二叶片1073，主叶片1071设有凹口1075和卡口1074，第一叶片1072和第二叶片1073分别交叉设置于主叶片1071的正反两面，相邻的两个主叶片1071通过卡口1074沿周向交错固定连接，被测量有机溶液与去离子水形成的混合液流顺沿凹口1075流向出料口103；水平混合单元105和垂直混合单元106的设置以及组合式扰动叶轮107的设置，进一步提高了被测量有机溶液与去离子水同时输入静态混合器10之后在静态混合器10的混合通道内的初步混合效果和效率。

本实施例中，还包括样品回收装置6，样品回收装置6包括收集容器60，收集容器60的轻介质入口601通过管路与萃取单元2连接，收集容器60的重介质入口602通过管路与测量单元3连接，收集容器60顶部设有排气口603。

本实施例中，萃取单元2包括混合搅拌器21、T型分离器22，混合搅拌器21上部通过第三管路11与出料口103连接，混合搅拌器21下部通过第四管路14连接到T型分离器22，T型分离器22上端通过第五管路16连接到收集容器60的轻介质入口601，T型分离器22下端通过第六管路19连接到测量单元3；混合搅拌器21设有搅拌电机211，搅拌电机211连接并控制搅拌轴212。

本实施例中，混合搅拌器21和T型分离器22的进口端均连接有自力式温控阀5，T型分离器22的进口端还设有温度测量仪15。

本实施例中，第六管路19连接有排空截止阀18。

本实施例中，测量单元3包括测量池31，测量池31底部通过第六管路19与T型分离器22下端连接，测量池31上部通过第七管路17连接到收集容器60的重介质入口602，测量池31顶部设有pH测量仪32。

本实施例中，收集容器60的重介质入口602的高度大于测量池31的高度，收集容器60的重介质入口602的高度大于混合搅拌器21高度的三分之二，并且混合搅拌器21高度的三分之二位置介于测量池31的高度与收集容器60的高度之间。

本实施例中，第一管路8设有第一进口截止阀7和第一容积式流量计9，第二管路13上设有第二进口截止阀20和第二容积式流量计12。

采用本实施例的有机物酸碱度在线测量系统对化工装置酸碱度变化进行的测量结果所得到的如图8所示的响应曲线，与现有技术所得到的如图2所示的响应曲线相比更接近如图3所示的理论响应曲线，能更真实的还原酸碱度变化情况，且置换过程导致的纯滞后△t2时间也小于图2中的纯滞后△t1时间。

本实施例中，运算控制及输出单元4包括控制器、触摸屏、开始按钮和指示灯，开始按钮控制整套系统的启动，而指示灯用来显示测量系统的工作状态，控制器控制取样单元和萃取单元，以及从测量单元获取测量信息，触摸屏则进行补偿系数设置及运算结果显示。控制器采集液位计、温度测量仪和pH测量仪所传送的信号，并通过所采集的信号以及控制器内部设定的程序控制自力式温控阀5的通断以及控制搅拌电机211的启动与关闭。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。