pH 監(jiān)測和控制系統(tǒng)

pH 監(jiān)測和控制應(yīng)用

pH 探頭和變送器用于各種行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室和控制系統(tǒng)，包括化學(xué)生產(chǎn)、石油化工、水和廢水處理、食品和飲料、制藥和發(fā)電廠。

存在無數(shù)的應(yīng)用程序；有些像管理啤酒廠的麥芽漿 pH 值以生產(chǎn)完美的啤酒一樣新穎，有些像監(jiān)測采礦活動徑流以確保滿足環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)一樣必要。然而，在所有行業(yè)和應(yīng)用中，從這些設(shè)備進(jìn)行的測量是產(chǎn)品質(zhì)量和工藝廢物流的重要監(jiān)測和控制參數(shù)。

 

探頭和變送器注意事項(xiàng)

雖然有用，但 pH 探頭和變送器有一些實(shí)際限制需要考慮。

pH 計(jì)的更新時(shí)間可能相對較慢，這會導(dǎo)致測量變量滯后——如果將 pH 值用于控制目的，這是一個(gè)重要的考慮因素。

許多 pH 探頭的外部由玻璃制成，這使得它們易碎。其他外殼適用于因玻璃破碎造成污染的應(yīng)用，例如飲料行業(yè)。

大多數(shù)探頭上使用的多孔玻璃膜必須浸沒在溶液中，以免變干并導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤。如果應(yīng)用需要探頭干燥任何時(shí)間長度，則應(yīng)考慮使用能夠承受這種情況的專用探頭，或者在繼續(xù)使用之前必須在高度電離的溶液中重新水化探頭。

pH 探頭還必須在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)并經(jīng)常清潔，以確保準(zhǔn)確的讀數(shù)和控制。

 

什么是 pH 控制系統(tǒng)？

實(shí)現(xiàn)目標(biāo) pH 值，無論是作為生產(chǎn)鏈中的一個(gè)步驟，還是作為處理的一部分來中和廢物流，都是一種常見的控制應(yīng)用。

圖 1 顯示了在工業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)的 pH 控制過程的基本設(shè)置。

 

圖 1.中和過程的基本設(shè)置

 

個(gè)別設(shè)置各不相同，但它們都有一些共同的組件；即，帶有混合器或攪拌器的反應(yīng)器容器，可以打開和關(guān)閉以添加中和劑或其他目標(biāo) pH 值試劑的化學(xué)添加進(jìn)料，需要調(diào)節(jié)的溶液進(jìn)出反應(yīng)器容器的方式，以及當(dāng)然，控制器如可編程邏輯控制器 (PLC) 或分布式控制系統(tǒng) (DCS) 來管理系統(tǒng)輸入、輸出和程序操作。

pH 控制的難點(diǎn)：非線性

過程領(lǐng)域中的許多受控變量的行為相對線性。例如，將流量控制閥打開一定百分比會導(dǎo)致相關(guān)流量增加。pH 值調(diào)整通常不會以這種方式進(jìn)行。例如，考慮用強(qiáng)堿（例如氫氧化鈉）滴定（中和）弱酸（例如乙酸）。該反應(yīng)的行為如下圖 2 所示。

 

圖 2. 用強(qiáng)堿滴定弱酸

 

酸的起始 pH 值約為 3。當(dāng)加入 10 mL 堿時(shí)，pH 值升高 1 個(gè) pH 點(diǎn)。當(dāng)再加入 10 mL 時(shí)，pH 升高略低于 1 個(gè) pH 點(diǎn)。然后，當(dāng)再添加 10 mL（總共 30 mL）時(shí)，pH 值急劇上升超過 4 個(gè) pH 點(diǎn)至 11。

這種行為是高度非線性的，因此當(dāng)目標(biāo) pH 值出現(xiàn)在反應(yīng)的高傾斜區(qū)域中或之后時(shí)，傳統(tǒng)的控制方法，例如比例-積分-微分 (PID) 回路，通常是不夠的。根據(jù)可用于處理流入物的時(shí)間和流入物特性的可變性，可以采用不同復(fù)雜性的控制——從以特定頻率對設(shè)定量的滴定儀進(jìn)行計(jì)量到采用更先進(jìn)的預(yù)測控制算法。

 

pH 監(jiān)測和控制：總結(jié)pH 監(jiān)測和控制廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。為特定應(yīng)用選擇合適的探頭和變送器以及維護(hù)設(shè)備對于確保正確讀數(shù)是必要的。pH 值控制可通過自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)應(yīng)考慮 pH 值調(diào)節(jié)的非線性特性。