Том 2 (1109662), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

К сожалению,многие из разработанных на настоящий момент химических сен­соров не удовлетворяют всем требованиям производственного ана­лиза. Поэтому часто приходится ограничиваться измерением лишьнекоторых, наиболее простых, но вместе с тем часто и наиболееважных, параметров (например, на биотехнологических производ­ствах — определением рН, содержания биомассы и растворенно­го кислорода).

Серьезную проблему представляет собой «старение»сенсоров, ухудшение их характеристик с течением времени. Однакоразвитие аналитического приборостроения идет быстрыми темпа­ми, и нет сомнения, что в будущем станет доступно множество раз­личных сенсоров на базе новейших достижений микроэлектроникии микромеханики, позволяющих не только всесторонне контролиро­вать технологические процессы, но и управлять ими.«Бесконтактный» способ осуществления производственного ана­лиза предполагает отсутствие непосредственного физического со­прикосновения зонда или сенсора с анализируемым объектом. Как ив случае анализа «в потоке», здесь не требуется пробоотбор. Однаков этом случае к тому же отпадает и пробле­ма загрязнения сенсора, отравления его ком­понентами технологического потока.

Примера­ми «бесконтактного» анализа могут служитьизмерения в ближней ИК-области, измеренияинтенсивности испускания ИК-излучения черезокошко в производственном резервуаре, анализаналитиметодом рентгенофлуоресцентной спектроско­ческийприборпии, а также ультразвуковые исследования дляполучения информации нехимического харак- «бесконтактный анализ»тера. Этот неразрушающий способ анализа ча­сто осуществляется дистанционно.Анализ на основе неселективных характеристикМногие задачи производства могут быть решены даже с помощьювесьма простых принципов измерения. Например, для контроля со­става бинарных (двухкомпонентных) систем, в частности, опреде-196Глава7.

Автоматизацияанализаи производственныйанализления содержания воды в органических жидкостях, вполне доста­точно измерения простых физических параметров: плотности, вяз­кости, электропроводности, электрической емкости или каких-либооптических характеристик.Определение воды посредством измерения емкостиДиэлектрическая проницаемость воды, равная 80, сильно отличает­ся от величин диэлектрической проницаемости большинства орга­нических веществ (как правило, в пределах 1-10). Это открываетвозможность определения содержания воды в органических средахпутем простого измерения электрической емкости.

Таким методомможно, например, измерять влажность бумаги — один из очень важ­ных показателей ее качества — с высокой скоростью и без разру­шения образца.Соответствующее изме­электродызаземлениерительное устройство схе­матически изображено наизоляторрис. 7.29. Бумажная лентадвижется со скоростью око­ло 1000 м в минуту, сопри­бумага Скасаясь с двумя электро­дами, разделенными сло­ем изолятора. ЭлектродыР и с . 7.29. Определение влажности бумаги образуют конденсатор, ем­путем измерения емкости конденсатора.кость которого зависит отдиэлектрической проницае­мости бумаги. Последняя, в свою очередь, определяется содержа­нием влаги в бумаге. Путем измерения емкости конденсатора мож­но непрерывно контролировать влажность бумаги. При расчетахобычно используют величину диэлектрической проницаемости су­хой бумаги, равную 3.Определение ионных веществ в жидкостях путем измеренияэлектропроводностиДля определения загрязнений ионного характера в жидкостях при­меняют метод измерения электропроводности.

Таким методом оце­нивают, в частности, качество воды, предназначенной для бойлер­ных установок, систем охлаждения, производства бумаги. Основыметода измерения электропроводности (кондуктометрии) нам ужеизвестны из раздела 4.2. В промышленности для измерения элек-7.3. Автоматизированный контроль производственных процессов 197тропроводности используют погружные или проточные кондуктометрические ячейки, которые, как и в лаборатории, калибруют порастворам хлорида калия с известной электропроводностью. Точ­ное измерение электропроводности возможно лишь в том случае,если сопротивление, вызванное поляризацией электродов, пренебре­жимо мало.

Для предотвращения поляризации электродов электро­проводность обычно измеряют, используя переменное напряжение.Частоту подбирают так, чтобы достичь компромисса между поля­ризационным сопротивлением (убывает с увеличением частоты) игидродинамическим сопротивлением (убывает с уменьшением ча­стоты) . Чаще всего используют обычную сетевую частоту 50 Гц.При исследовании агрессивных сред, например, в ходе контролясернокислотного производства, необходимо избежать прямого кон­такта электродов с раствором.

В этих случаях поток жидкости про­пускают через электрически изолированную трубку, встроенную втрансформаторную систему. Такое устройство позволяет измеритьэлектропроводность без ущерба для измерительной ячейки.Групповой анализ методами спектроскопии в У Ф - и ближнейИ К-областиВ ходе контроля производственных процессов далеко не всегда не­обходимо — если вообще возможно — постоянно определять всеотдельные компоненты, содержащиеся в технологическом потоке.Часто вполне достаточно определять суммарное содержание целыхгрупп близких по природе веществ (например, в нефтеперерабаты­вающей промышленности — содержания моно-, ди-, три- и полици­клических ароматических соединений) или обобщающие параметрытакие, как октановое число бензина.

Вид химического анализа, пред­назначенный для решения подобных задач, называется групповым.Для суммарного определения групп органических соединений,например, ароматических соединений, диолефинов или кетонов, впромышленности часто применяют УФ-спектроскопию непосред­ственно в производственном потоке. Все возрастающую роль начи­нает играть и ИК-спектроскопия в ближней области, в частности,для определения ароматических и непредельных соединений, а так­же октанового числа бензина.Традиционный способ измерения октанового числа при помощиавтомобильного двигателя требует расхода около половины литрабензина.

Этот метод достаточно дорогостоящий, так как сопря­жен с большим расходом бензина и износом двигателя, выхлоп­ные газы загрязняют окружающую среду, а работающий двига-Глава 7. Автоматизация анализа и производственный анализтель производит шум. Кроме того, для достижения нужной точно­сти определения, зависящей от требований заказчика, необходимоеще выполнить градуировку, используя большее или меньшее числостандартных образцов бензина. Прямое спектроскопическое опре­деление экологически безопасно, не требует расхода бензина и мо­жет быть выполнено в режиме «на линии».

На рис. 7.30 приведеныИК-спектры в ближней области трех сортов бензина. Наблюдаемыеполосы обусловлены комбинационными колебаниями и обертонамиосновных частот. Несмотря на то, что визуально спектры различа­ются достаточно мало, воспроизводимость результатов достаточ­на для определения октанового числа с погрешностью не большей,чем для стандартного метода. Для реализации спектроскопическогометода необходимо наличие соответствующего спектрофотометраи программного обеспечения для анализа многокомпонентных сме­сей (раздел 6.3). Определение можно выполнять и «бесконтактным»способом в производственном потоке с применением световодов.0.40.30.20.10.01000110012001300Р и с .

7.30. ИК-спектры в ближней области для сортов бензина с октановы­ми числами 95, 5 (1), 97, 5 (2) и 96, 7 (3)Для производственного спектроскопического анализа далеко невсегда требуются спектрофотометры, позволяющие работать во всемспектральном диапазоне (УФ, видимом или ближнем ИК). Частодостаточно измерений всего лишь при одной или двух длинах волн,что можно обеспечить применением простых фотометров со све­тофильтрами. Измерения при двух длинах волн позволяют компен­сировать колебания рабочих параметров измерительного прибора,а также контролировать чистоту продукта по величине отношенияоптических плотностей. При помощи двухволновых измерений мож-7.3. Автоматизированный контроль производственных процессов 199но легко определять примеси ароматических углеводородов в неф­тепродуктах, а также фенолы и некоторые неорганические ионы вводных растворах.Производственная рефрактометрияИзмерение показателя преломле­ния служит одним из универ­сальных методов детектирова­•ния в жидкостной хроматогра­фии (раздел 5.3).

Этот измери­тельный принцип можно легко пе­ренести в условия производства.В промышленности часто исполь­зуют дифференциальные рефрак­тометры Эббингхауса, включаю­щие две полые призмы. Через од­ну из них непрерывно протекаетпризмапроизводственный раствор, вто­технологическийпотокрая заполнена раствором сравне­Р и с . 7.31. Устройство промышленно­ ния. При таком способе измере­ния возникают помехи в случаего зонда-рефрактометра.анализа мутных, окрашенных, атакже содержащих пузырьки газа или взвешенные частицы раство­ров. Эти трудности можно частично преодолеть, если для анализанепрозрачных растворов вместо видимого света использовать излу­чение в ближней ИК-области.В последнее время разработана более устойчивая к помехам кон­струкция рефрактометра (рис.

7.31). В ней используют призму, длякоторой угол между торцевой и боковой плоскостями равен кри­тическому. Такой рефрактометр можно выполнить в виде зондадатчика и непосредственно вводить его в технологический раствор.Промышленные рефрактометры часто используют на химиче­ских и фармацевтических производствах.

Характеристики

Список файлов книги