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染整企业数字化转型的基础构建(六)——染整工艺pH值的测控②

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-22  作者:陈立秋  浏览次数:80
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 2 PH传感器的测量原理
2.1 测量PH值为什么不可用试纸?
表3是不同碱剂不同浓度采用试纸与pH计测量的对比,PH值误差高达2.0~2.5,对照表1可知,其反应速率值差得甚高。所以人为经验不一定可靠,用于控制工艺不可取。
表3
试纸在不同的光照,不同操作人的视觉,必然会得出失实的pH值,对照染色工艺pH值的精确程度,必然严苛要求测量“上真工艺”。
2.2 pH值传感器的测量原理
染整过程不同的纤维织物所采用的不同染料,在染色时有自己的pH值的要求。
通常所谓的pH值,实际上就是水溶液中氢离子浓度[H+]的对数的负值,即:
pH=-lg[H+]                  (1)
工业酸度计(pH计)实际上是一个能连续测量生产流程中水溶液的氢离子浓度的仪表。对于纯水,[H+]=10-7g/L,其pH=7,为中性。[H+]>10-7时为酸性溶液,其pH<7;[H+]<10-7时为碱性溶液,其pH>7。
2.2.1 pH值传感器的测量原理
溶液中pH值的测量是利用电化学原理测定的,即测定插在被测溶液中的两个电极间的电位差,其中一个工作电极(或测量电极)的电位随氢离子浓度的改变而改变,另一个参比极具有固定的电位,这两个电极形成一个电池,图2所示是复合电极的结构示意图。是为了提高测量精度,将玻璃电极与参比电极及温度补偿电阻组合为一体的结构。
在玻璃电极内部装有pH值一定(通常为7)的内溶液,与参比电极构成原电池,用高输人阻抗的电位差计测两极间的电位差,便可测量到pH值。
2.2.2 工业pH计
工业用pH计由发送器和测量仪器两大部分组成。发送器由工作电极和参比电极组成,发送器的作用将pH值转换成电信号。测量仪器采用电子电位差计或专用pH表。
工作电极采用玻璃电极,由能导电、能渗透[H+]的电极玻璃制成,内充有pH值恒定的标准溶液,插人的内电极经引出导线,可将玻璃电极电位引出。
参比电极采用环保清洁型的银-氯化银电极,这种电极的原理及结构类似于甘汞电,电极电位E=0.197V.电极无毒,温度稳定性好。
2.2.3 微机在pH计中的应用
由于pH值是随温度而变的,为了对温度值进行补偿,故采用微机对温度进行校正。
图3所示是微机对pH值进行连续测量和自动校正的系统原理框图。
传感器的输出信号经校正取样系统及高阻放大器放大后,通过接口送入A/D转换器进行模/数转换,然后馈入单片机内存,对采样数据进行处理,提供显示和控制指令。
本系统是一个pH数据采集系统又是一个程序闭环控制系统,其主要任务是:连续在线采集酸洗中和槽液pH值,且进行上、下限报警;及时对以上监测状态转为自动校正,校正后又转为监测状态。
当系统接电后,先进行自动校正,校正完以后就进行连续监测。
2.2.4 pH计电极的清洗
pH计电极对沾污很敏感,会使电位曲线变化造成浓度检测误差。
pH计电极至少每周用10%的盐酸清洗一次,然后用清水清洗。pH计电极可采用由微处理器MPO43控制的喷淋清洁系统进行清洗,电极下部锥形的喷嘴以0.4MPa压力、41m的扬程喷出水(化学清洗剂),由18L的带球阀和泵的水箱提供。清洁系统的配套仪表的程序设置了:清洁输出、清洁持续时间、恢复时间和间隔时间。喷淋系统有用于投入式、在线或通过转接头与电极连接应用的多种形式。
3 pH值在线测控系统
3.1 在线测控系统
该系统由美国进口的检测电极,以及pH-500pH值控制仪表、加酸阀、控制箱、加酸桶、循环泵和过滤箱等部分组成。系统组成见图4。
该系统的核心部件是pH值信号采集装置和信号处理控制装置。系统根据pH检测传感器检测到的pH值信号,输出至中央处理单元,中央处理单元经信号处理单元和运算单元后,实现仪表显示实际pH值;再与设定的pH值进行比较,输出控制信号,以控制执行机构,自动向槽中加碱中和液,并采用循环泵对槽内液体迅速循环,确保其均匀性。使上染至织物上的染液达到所设定的pH值。
3.2 系统控制器与外围设施关系
图5是系统控制器与外围设施的关系示意。
系统通过pH值检测传感器将信号送至仪表A/D转换器进行信号处理,同时温度补偿信号也经A/D转换器进行信号处理后,二者将处理后的信号送至 CPU进行处理,并送至LED显示实际测定值,同时与工艺设定值进行比较;再将相应的控制信号输出到固态继电器来控制执行电磁阀,该信号通过变送输出,可用于驱动记录仪或送到DCS系统,RS232接口与上位机进行实时数据交换。系统具有自动PID控制及手动自动转换功能。该系统pH值测量范围在 0~14,pH值控制精度±0.3,通过校正,能满足高精度pH值的测定。
该系统实现pH值由人工测量到定量控制的转变,提高pH值的测试和控制精度,满足高档次产品要求。
该PH值在线检测及控制系统通过在不同的工作温度下,系统实测控制数据见表4。
表4
通过上表测试数据显示,该控制系统具有很高的控制精度和稳定性,已达到国内领先水平。
3.3 碱剂计量添加控制
图6是pH值在线监控系统。化料筒1中碳酸氢钠溶液,按工艺处方配液,由电磁计量泵定量注水过液槽3内,化料筒2中氢氧化钠溶液,按工艺处方配液,传感器实时测量过液槽3中混合,碱液的pH值反馈给监控器,按计量加碱时间及染浴pH值,控制电磁计量泵注入过液槽3实现线性固色。
染色工艺pH值在线测控是提高染色一次成功率的必要举措。
染色pH值控制可使牛仔布靛蓝染色获得“环染”效果,同时节省水、电、蒸汽消耗;pH值的控制可实施两相法印花后快速蒸化,节省大量蒸汽,少用尿素或不用尿素;浸染染色无论是活性染料还是直接、中性染料皆需pH值控制,精确的pH值控制会提高上染率和固色率,降低运行成本和污水排放负荷。
 
 
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