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染整企业数字化转型的基础构建(七)——烧碱工艺浓度的测控①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-12-27  作者:陈立秋  浏览次数:69
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。
 1 前处理工艺中烧碱的应用
(1)烧毛 淡碱灭火轧堆落布,使织物在堆置过程发生溶胀,有利于后道退煮漂工艺。
(2)退浆 天然浆料淀粉和化学浆料PVA、CMC等,在热烧碱作用下均匀膨化,从凝胶状态转化为溶胶状态,降低了与纤维的粘着力,便于水洗去除。
(3)练漂 双氧水既是理想的漂白剂,又是氧化退浆剂,起着退浆、除杂、氧化色素和漂白等多种作用,而烧碱则是双氧水活化剂。双氧水在碱性条件下生成了HOO-,它不但可氧化色素中的发色系统,使其断裂达到消色的目的,还可引发双氧水生成游离基,从而破坏果胶质、蜡质及含氮物质分子结构中的双键,使其与纤维素纤维间的相互作用力减小而去除。烧碱用量一定程度上决定双氧水的分解率。
(4)碱缩 亦称松式丝光。棉针织布在松弛状态下;用冷浓烧碱液处理,若碱缩后纵向密度达不到要求,主要是由烧碱浓度和堆置时间引起。
(5)苛化 即粘纤织物苛化处理。在室温条件下,用烧碱液浸渍15min,当浓度低于30g/L时,粘纤只溶胀不溶解;当碱浓度高于30g/L,温度高于30℃时,溶解度迅速增加,直至全部溶解。研究发现,粘纤织物碱处理时的碱浓度和处理时间对上染速率和得色量极为敏感,当碱浓度差异大于1g/L时,就可能产生色差和条花。
(6)碱减量 涤纶碱减量是一复杂的反应过程,主要发生聚酯高分子物与烧碱间的多相水解反应。涤纶在烧碱水溶液中,其纤维表面的聚酯分子链的酯键被水解断裂,不断生成不同分子量的低聚物,最终生成对苯二甲酸钠和乙二醇水溶液。碱的消耗是用于中和水解所生成的羧基。减量率和烧碱消耗量的关系十分密切,因此,碱液浓度的均匀性和稳定性显得极为重要。
(7)丝光 烧碱与水组成的水化物,能进入微胞直径是1nm的纤维素内。烧碱浓度为154g/L时形成NaOH·10H20,属于溶剂化偶极水化物类型,其直径已可进人高侧序晶区,但直径偏于上限;180g/L时形成NaOH·8.6H20,直径较NaOH·10H20小(<1nm),能顺利进入纤维素微胞。常规紧式丝光工艺为了改善碱液对织物的扩散、溶胀,提高了烧碱液浓度,使烧碱水化物直径减至6~7A。若丝光浸轧碱液过程的时间充分,将烧碱浓度测控在180g/L,将使工艺过程中的烧碱用量大幅度下降,而布面带碱量减少,可使丝光稳定区冲吸用水及后续水洗的工作量减少,碱回收负荷及污水处理负荷下降,节水、节能、低成本。
2 碱液浓度的测定方法
染整工艺溶液的浓度恒定,是确保工艺再现的关键。前处理工序中的碱液浓度无测控措施,其原因之一是染整装备上缺少碱浓度传感器;再者许多工艺液系多组分的分成,工艺在线监控难度大。因此,当前染整工艺技术更新,首先要抓住前处理的碱液浓度的测控。
碱液浓度测定常用方法及其对比见表1。
表1
2.1 折射法测量
采用折射法连续测量工艺过程中溶液的折光率,便可换算成溶液浓度。
2.1.1 光电浓度变送器
光电浓度变送器是应用光学原理制成的。当线经过两种物质界面时要发生折射或反射,仪表应用监界角,使光线反射在光电池上,接收光随着溶液浓度变化而变化,光电池输出的mV信号经毫伏转换器,转换成DC统一的1~10mA信号。浓度测量范围为10%~50%,读数单位也可用g/L或波美度(°Bé)表示。
2.1.2 测量头
测量头由光源、棱镜,光电池组成,并设计有冷却水槽。当被测溶液温度高于60℃时,测量头应通水冷却方可使用。被测溶液浓度高、粘性大,应注意对测量棱镜进行清洗。安装测量头时,应防止剧烈振动。
2.1.3 采样管道
图1是YB-Z-7自动折光仪的采样管道结构示意。工艺碱液进人采样管道8,受湍流板9阻挡产生湍流,其目的是使取样准确,避免在光学棱镜区域形成盲点。工艺溶液对测量棱镜能产生一定的冲刷作用,镜头上无泡沫、茸毛、棉屑等滞留,确保准确取样,维护方便。法兰上有4个∅11mm螺孔,由4个M10螺钉把测量头和管道连接起来。
测量头、采样管应垂直安装在最高液位上,避免沉淀物覆盖测量棱镜。
2.1.4 仪器校验
由化验室配好各校验点的标准浓度,误差小于0.2%。若具有溶液浓度与折射率关系的准确资料也可用阿贝折光仪,通过测量折射率来标定浓度。
为了使测量头在工作点处的测量光电池和比较光电池输出电流大小相等,使仪表性能稳定,示值准确,应进行零点迁移。可用导线将温度变送器输人端短路,此时仪表显示的数值,即为毫伏转换器零点迁移量,调节零点迁移电位器,即可将零点迁移调到所需数值。
2.1.5 温度补偿
因为物料浓度随着温度变化而变化,所以相同浓度的物料在不同温度下,仪表示值有所不同。为此,必须对仪表示值进行物料温度补偿,该公式为:
B20=Bt+(t-20)k                (1)
式中:
B20——物料在20℃时的仪表示值;
Bt——物料在t℃时的仪表示值;
k——物料温度补偿系数。
以工作时物料温度和校表时温度之差乘以温度系数,得出温度变化所引起的仪表变化量△Bt,然后按此变化量调零点,迁移电位器,将仪表示值提高。例如:热碱丝光60℃的碱浓度,此时△Bt=(60-20)×0.1%=4%,将标准补给碱液倒入仪表,如示值29%,调零点迁移电位器,将示值调高到33%,开机运行仪表示值即为60℃的NaOH浓度。
2.2 电导法测量
工业电导变送器是通过测量溶液电导值来间接测定离子浓度的流程仪表,它可以在线连续检测工艺过程中水溶液的电导率。
(1)电解质溶液与金属导体一样是电的良导体。因此,电流流过电解质时,必有电阻作用,且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反,其温度特性是负数。为区别于金属导体,电解质溶液的导电能力用电导或电导率表示,电导是电阻的倒数。当导线长为1cm,截面积为1cm2时,Q=S,即1cm3溶液所具有的电导(Q)就是电导率(S)。如果在1cm3中充1mol溶液为摩尔电导率。
(2)两个互相绝缘的电极组成电导池,在其间放置待测的电解质溶液,并通过恒压交变电流形成回路(见图2)。
将电导率计置于被测溶液中,溶液介质在线圈、铁芯之间形成等价连接回路C2,励磁线圈C1,通入交流电流,电磁效应使回路C2产生与溶液介质浓度成比例的电流I,检测线圈C3中产生与C2电流1成比例的检测电压E。若固定电压与电极尺寸,则回路电流I只是电导率S的一次函数:
I0=f(S)=kS+d                  (1)
式(2)中,k为斜率,与电导池供电电源参数有关,改变电源参数,即可改变斜率(测量范围)。直线方程中由于规定了输出电流范围,因此,当S=0时,求出常数项d,就可以测出该待测溶液的电导率,如图3所示。
在电解质溶液中,单位体积内所含离子浓度越大,离子化合价越高,离子迁移速度越快,则电导率越大。
在0~8%范围内,酸碱盐溶液浓度与电导率成比例关系,因此,检测溶液的电导率就可计算出酸碱盐的浓度。图4是变送器原理示意图。
(3)NDM-96型酸碱盐浓度变送器就是通过测量溶液电导值来确定浓度的流程仪表。变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成,有流通式和插入式两种。流通式适用于工艺管道中介质的测试,插入式适用于贮液桶中介质的测试。变送器具有以下特点:
①能够解决高电导情况下电极极化数不稳定和测量漂移等技术难题,在无结晶与沉淀情况下,可连续工作两年无需维护。
②模块化电子单元,抗震防潮、工作可靠,不受分布电容和电磁波影响,抗干扰能力强。
③具防过载保护电路功能。当被测溶液超标,变送器输出过载时,最大电流不超过30mA。
变送器技术指标:
测量范围0.1%~8%的H2S04、NaOH,HCI等;准度1.0级;漂移≤0.5%,24h全量程;负载特性0~10mA时0~1200Ω,4~20mA时0~600Ω;工作电压两线、三线制DC 24V,四线AC 220V;被测介质温度-10~65℃环境温度10~55℃;环境湿度<95%。
 
 
2.3 比重法测量
比重法一般用于测量高浓度碱液。液体密度是指在同一温度和压力下,液体密度与水密度之比,常以4℃为标准温度。在实际应用中,也可以标出温度比,如1.52(20℃/10℃),即表示温度为20℃某物质的密度与10℃的水的密度之比。比重单位除采用g/L外,还可采用(%)浓度及波美度(°Bé)。
物质的密度是指单位体积物质的质量,如物质的体积为V,质量为m,则其密度:
测量密度是确定溶液浓度或悬浮物浓度最为直接的方法还可以用在自动配液控制各种组分的混合浓度。
2.3.1 浮筒密度变送器
根据阿基米德原理,固体在液体中减轻的重量(浮力)等于与此固体同体积的浮子(浮筒)排开液体的重量。当把一定质量的浮子(浮筒)沉入液体时,其沉人液体的深度与其密度有关,密度愈小,沉人愈深。
(1)漂浮浮子式密度计是一个下部直径较大、上部直径很小的圆柱形浮子(图5)。在被测液体中,漂浮高度可按下式计算:
ρ——液体密度;
Δρ——密度化变量;
D——浮子下部直径;
d——浮子上部直径;
h——浮入部分高度;
H——浮子下部高度。
浮子漂浮各部位尺寸如图6所示。
 
 
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