(四川華英化工有限責(zé)任公司，四川成都，610041)

1 概述

在氯堿、亞磷酸等生產(chǎn)工藝中，氯化氫作為副產(chǎn)物一般采用吸收法用于制備鹽酸，如果回收鹽酸濃度能達(dá)到工業(yè)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)(31%-36%)，無論是外售還是自用均能實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和利用價(jià)值，因此控制鹽酸濃度是吸收工藝的關(guān)鍵指標(biāo)，目前行業(yè)生產(chǎn)流程一般采用定時(shí)取樣離線分析鹽酸吸收液濃度，這樣得到的分析結(jié)果滯后于實(shí)際生產(chǎn)過程，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，有可能影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行甚至出現(xiàn)事故。為了及時(shí)了解實(shí)際生產(chǎn)的真實(shí)情況，需要及時(shí)、實(shí)時(shí)得到分析結(jié)果，這樣就需要用到在線分析技術(shù)。

相對(duì)于其他類型的自動(dòng)化儀表，在線分析儀器總體價(jià)位較高，不同類型的在線分析儀器之間也有幾倍甚至幾十倍的價(jià)格差；目前鹽酸生產(chǎn)行業(yè)的在線分析技術(shù)普及度并不高，如何選擇和定制合適的在線檢測(cè)方案，以較小的投入實(shí)現(xiàn)較大的收益，在產(chǎn)品質(zhì)量控制、生產(chǎn)效率乃至鹽酸行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高方面都有著積極的意義。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 主流在線分析方案的比較和選取

在線分析是指采用自動(dòng)采樣系統(tǒng)，將試樣自動(dòng)輸入分析儀器中進(jìn)行連續(xù)或間歇連續(xù)分析的分析技術(shù)。與經(jīng)典的化學(xué)分析或?qū)嶒?yàn)室一般的儀器分析相比，在線分析具有分析速度快、效率高、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力以及試劑用量等優(yōu)點(diǎn)；在鹽酸吸收工藝中利用在線分析技術(shù)，可顯著降低分析時(shí)間，消除分析前后的“黑箱操作”，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

主流類型在線分析儀器應(yīng)用于鹽酸濃度測(cè)量對(duì)比如表1。

對(duì)比分析表1中所列鹽酸濃度在線檢測(cè)方案，可以看出在線電導(dǎo)率計(jì)在投資成本和測(cè)量精度等方面有明顯優(yōu)勢(shì)；通過測(cè)量鹽酸電導(dǎo)率，利用電導(dǎo)率與濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可得出鹽酸的濃度值。但是其缺點(diǎn)在于鹽酸濃度與其電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)關(guān)系并非線性(圖1)，因此無法直接測(cè)量全量程(0～40%)范圍內(nèi)的鹽酸濃度。

2.2 電導(dǎo)率拐點(diǎn)對(duì)測(cè)量的影響

氯化氫是強(qiáng)電解質(zhì)，在濃度較低時(shí)，鹽酸的電導(dǎo)率隨溶液濃度的增加而增大(斜率為正值)，當(dāng)達(dá)到一定濃度后(約21%)由于正負(fù)離子間相互作用力增大導(dǎo)致離子的運(yùn)動(dòng)速率降低，其電導(dǎo)率隨濃度的增大反而減小，使電導(dǎo)率曲線出現(xiàn)一個(gè)最高點(diǎn)(電導(dǎo)率的極值或拐點(diǎn))。這意味著在鹽酸吸收工序中，隨著鹽酸濃度的上升，其電導(dǎo)率會(huì)呈現(xiàn)先升高再降低的過程。因此電導(dǎo)率計(jì)的鹽酸濃度量程往往以其電導(dǎo)率拐點(diǎn)為界分為兩段(0-21%與21%-40%)。

表1 鹽酸濃度在線檢測(cè)方案對(duì)比

圖1 鹽酸電導(dǎo)率曲線

電導(dǎo)率拐點(diǎn)的存在可能會(huì)將我們測(cè)得的鹽酸電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)出兩個(gè)完全不同的濃度值，這大大制約了在線電導(dǎo)率計(jì)在鹽酸等強(qiáng)電解質(zhì)濃度測(cè)量中的應(yīng)用，也是目前鹽酸生產(chǎn)行業(yè)的在線分析技術(shù)乃至自動(dòng)化控制普及度不高的主要原因之一。因此在線電導(dǎo)率計(jì)應(yīng)用于鹽酸濃度測(cè)量，除了需要選擇合適的量程外，還需要從工藝控制點(diǎn)入手，想辦法避開電導(dǎo)率拐點(diǎn)對(duì)測(cè)量的影響。

2.3 鹽酸吸收工序流程分析

如圖2氯化氫尾氣經(jīng)過濃鹽酸吸收塔循環(huán)吸收，當(dāng)濃鹽酸吸收液濃度達(dá)到36%時(shí)，則由濃鹽酸吸收槽轉(zhuǎn)出至成品鹽酸槽，轉(zhuǎn)出完畢后，從尾氣吸收槽轉(zhuǎn)出稀鹽酸吸收液(15%左右)至濃鹽酸吸收槽，同時(shí)向尾氣吸收槽加入補(bǔ)充水，準(zhǔn)備下一次的補(bǔ)酸操作。

圖2 鹽酸吸收工序流程示意圖

在吸收過程中，濃鹽酸吸收槽內(nèi)鹽酸濃度由15%到36%逐漸升高，在線電導(dǎo)率計(jì)將呈現(xiàn)的濃度曲線如圖3(兩段量程)。

圖3 電導(dǎo)率計(jì)測(cè)量鹽酸濃度

2.4 程序設(shè)計(jì)

結(jié)合圖1和圖3不難看出，如果直接在吸收工藝中使用在線電導(dǎo)率計(jì)進(jìn)行鹽酸濃度測(cè)量，因?yàn)殡妼?dǎo)率拐點(diǎn)的存在，無論選擇0-21%還是21%-40%量程，在測(cè)量過程中均存在虛假顯示區(qū)域(虛假數(shù)據(jù)a/b/c)，無法準(zhǔn)確反映鹽酸的真實(shí)濃度。要想通過電導(dǎo)率計(jì)穩(wěn)定可靠地測(cè)量出鹽酸真實(shí)濃度，需要結(jié)合生產(chǎn)工序特征通過程序控制對(duì)虛假數(shù)據(jù)進(jìn)行濾除。

在吸收工藝流程中，鹽酸成品濃度的控制關(guān)鍵取決于吸收階段，而吸收階段的關(guān)鍵在于終點(diǎn)的控制，只要能獲取吸收階段的準(zhǔn)確的濃度就能夠保證對(duì)吸收終點(diǎn)的控制，圖3中“有效數(shù)據(jù)b”曲線正好覆蓋了大部分吸收階段和吸收終點(diǎn)(36%)，可滿足工藝控制需求。

“補(bǔ)酸階段”和“吸收階段”可由圖2中的“稀酸補(bǔ)充閥”的開/關(guān)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，因此“有效數(shù)據(jù)b”區(qū)域在程序中可以被映射為：“稀酸補(bǔ)充閥”關(guān)閉時(shí)，在線電導(dǎo)率計(jì)(設(shè)置量程為21%-40%)輸出正跳變有效。

綜上所述，整理邏輯SAMA圖如圖4。

圖4 鹽酸吸收濃度控制SAMA圖

根據(jù)圖4中的邏輯關(guān)系使用浙江中控AdvanTrol-Pro組態(tài)軟件完成編程，并通過JX-300XP DCS系統(tǒng)在亞磷酸生產(chǎn)裝置中的鹽酸吸收工序進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試：通過程序處理，系統(tǒng)在濃鹽酸吸收液濃度達(dá)到設(shè)定值后將自動(dòng)執(zhí)行向鹽酸成品槽轉(zhuǎn)出操作，程序能夠完全避開鹽酸電導(dǎo)率拐點(diǎn)的影響，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的同時(shí)保證高度的可靠性。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)鹽酸生產(chǎn)流程和電導(dǎo)率特性的分析研究，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種鹽酸在線濃度檢測(cè)控制方案，經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該方案能較好地應(yīng)用于鹽酸吸收工藝；其程序有著較高的容錯(cuò)性，實(shí)現(xiàn)原理理論上能適用于任何濃度的補(bǔ)酸和轉(zhuǎn)出操作而不受鹽酸電導(dǎo)率拐點(diǎn)影響，成品鹽酸轉(zhuǎn)出濃度可自由設(shè)定，對(duì)濃鹽酸吸收槽補(bǔ)充稀酸的濃度高低沒有要求；采用在線電導(dǎo)率計(jì)測(cè)量投資經(jīng)濟(jì)，控制效果穩(wěn)定可靠，具備良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。