1 前 言

固液比的测量在制盐工业中是一项很重要的工作, 制盐蒸发、洗盐等工序对固液比这一项指标有着较严格的规定, 一旦固液比超出规定范围, 就极有可能对生产造成不利影响。目前, 固液比大都是人工测量, 具有随机性大、主观性强及不连续的弊端, 因而准确性得不到保证, 也不便于通过观察固液比的变化趋势来及时对工艺进行调整, 不利于生产的稳定运行。另外, 作为一项重要的考核指标, 计量的准确性又关系到对工人工作考核的公正性, 因对固液比测量结果意见不一而产生争议的事情时有发生。由此可见, 对固液比自动测量装置的研发与应用是十分必要和具有重要意义的。下面我对用差压变送器自动测量固液比的原理和方法进行一些分析, 以供大家参考。

 

2 原理分析

所谓固液比, 就是溶液中的固体占溶液的比例

( 一般指体积比) 。固液比的自动测量若直接采用体

积相比的原理来计算, 是难以实现的, 只能采用间接的方法。我们知道如下公式

P=ρgh ( 1)

式中: P———压力( N/m2( Pa) ) ;

ρ———密度( kg/m3) ;

g———常数( 9.8N/kg) ;

h———高度( m) 。

 

当溶液的组成发生变化时, 其密度必然会发生变化。由式 1 可知, 密度的变化又会引起压力的变化, 这就给我们测量固液比提供了一个可以应用的理论基础, 即我们可以将固液比的变化通过测量其压力的变化反映出来。但是从式 1 我们可以看出, 压力要受到两个因素影响, 一个是密度, 另一个是高度, 怎样消除高度的变化对测量的影响成了一个关键性的问题。不过这个问题很好解决, 将测量压力转变成测量压力差就行了。这样一来, 式 1 变为下式:

ΔP=ρgΔh ( 2)

 

这时高度变成高度差, 这个高度差我们可以任意设定, 一经设定, 它就成了一个常数, 便不再对我们的测量产成影响。式中 g 也是一个常数, 那么现在ΔP 的值仅受 ρ的影响了, 接下来的工作就是确定固液比与 ΔΡ的对应关系。获得固液比与 ΔΡ的对应关系有两种方法, 一种是实验的方法, 另一种是理论分析的方法。我们有必要对两种方法都进行分析, 这样可以相互比较, 互相印证。

 

我们先看地衣种方法, 即实验的方法。通常我们取 Δh 的值为 1m, 那么式 2 可以简化为下式:

ΔP=ρg ( 3)

 

shou先我们要知道固液比与溶液密度的对应关系。我曾经从制盐设备中取出一些过饱和溶液, 配制出相同体积不同固液比的溶液, 然后称取它们的重量, 再计算出它们的密度。通过实验, 我得到一组数据, 即不同固液比时过饱和盐溶液的密度值, 如表 1所示。

将表 1 的实验数据代入式 3(g 取 9.8) ,我们得到固液比 ρ与 ΔP 对应的一组数据见表

利用表 2 中的数据, 我们绘制出 ΔP 和固液比的关系图见图 1。

 

通过关系图我们可以看出, 过饱和盐溶液的固液比与 ΔP 成线性关系。

 

我们再看第二种方法, 理论分析的方法。我们知道, 物体的密度是指单位体积的物体的质量, 即

ρ=m/v ( 4)

将式 4 代入式 2 中, 得到下式

ΔP=mgΔh/v ( 5)

如果我们将式 5 用工艺中的量来表示, 则变换为:

ΔP=( m1+m2) gΔh/v0 ( 6)

式中: m1———固体的质量( g) ;

m2———液体的质量( g) ;

v0———溶液的体积( L) 。

将式 4 变形为 m=ρv, 代入式 6 中, 得到下式:

ΔP=( ρ1v1+ρ2v2) gΔh/v0 ( 7)

式中: ρ1———固体的密度( g/L) ;

v1———固体的体积( L) ;

ρ2———液体的密度( g/L) ;

v2———液体的体积( L) 。

 

实际上, 我们人工测量固液比时所看到的固体应是固体与渗透其间的液体的混合物, 为了使计算结果符合习惯, ρ1的值应该取两者混合物的密度。相应的 v1 也是混合物的体积, v2 则等于 v0- v1, 那么式7 可以变为:

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

 

我们设 v1/v0=A, A 即为固液比, 那么ΔP=ρ1gΔhA+ρ2gΔh- ρ2gΔhA，所以 ΔP=( ρ1- ρ2) gΔhA+ρ2gΔh ( 8)

 

式 8 中 ρ1、ρ2、g、Δh 均可视为常数, 由此我们可以看出, 固液比与差压是成线性关系的, 这和上述实验的结果是相符的。我们取 Δh 为 1m, 那么式 8 可以简化为:

ΔP=( ρ1- ρ2) gA+ρ2g ( 9)

 

在实验过程中, 我测得 ρ1、ρ2的值如下:

ρ1=1773g/L;

ρ2=1210g/L。

将 ρ1、ρ2的值代入式 8 中, 得到下式:

ΔP=5517A+11858 (10)

 

将 固 液 比 分 别 为 0% 、10% 、20% 、30% 、40% 、50%、60%的值代入式 10 中, 得到的数据间见表 3。

 

将表 3 与表 2 对比一下, 我们不难看出, 两组数据是相当接近的, 这进一步证明理论分析的结果与实验的结果是完全一致的。这就说明, 用线性差压变送器便可以实现对固液比的自动测量。

 

3 应用中的注意事项

测量原理知道后, 现在我们来看看实际应用的问题。

 

整套装置中#关键的设备应该是差压变送器,我们来看一下该如何选用差压变送器。shou先, 要确定差压变送器的#大测量范围和量程范围。通过对工艺状况进行分析, 我们不难发现,差压变送器的#大测量范围应大于固液比为 100%时的 ΔP 值, 其量程下限应该是固液比为 0%时的ΔP 值 ( 记为 ΔP0) , 而量程上限应该是当固液比为100%时的 ΔP 值( 记为 ΔP100) 。

 

其次, 差压变送器要具有正迁移功能, 其迁移量当为 ΔP0 的值。

 

再次, 为了提高仪表的灵敏性及精que度, 要对差压变送器进行正确校验及调整。先按量程范围 [0～( ΔP100- ΔP0) ]把变送器调整好, 然后对仪表进行迁

移调整, 方法是在正压室加上 ΔP0 的值, 调仪表迁移螺钉, 使输出为 0mA, 再按 ΔP0～ΔP100 检查仪表的精度。仪表迁移特性见图 2。

第四, 根据被测介质特点对变送器进行恰当选型及选材。由于盐溶液具有易结晶及腐蚀性强的特点, 宜选用带远传装置插入法兰式差压变送器, 直接与盐液接触的部分( 如膜片) 应选用能耐盐腐蚀的材料, 如耐蚀合金、316L、钛、钽等。只有选型及选材得当, 才能使仪表可靠工作, 减少仪表系统误差对测量结果的影响。

 

#后, 变送器的安装也是要特别重视的一个方面。仪表应尽量安装在状态稳定, 无紊流, 无阻碍的地方。测量蒸发罐内盐液的固液比时, 可以选择安装在循环道上, 但应保持与循环泵出口和加料阀出口均有适当距离, 以减小由于紊流给测量带来的误差。

 

4 结束语

通过以上分析我们可以看出, 固液比的自动测量是完全可以实现的, 这需要仪表研发人员, 仪表制造厂家及仪表应用单位共同努力。这一技术若能成功应用并加以推广, 必将给制盐工业的自动化生产带来新的生机和活力。