Indústria do cloro

Na produção de cloro-álcali, o controle do teor de oxigênio do gás de vedação da pressora de cloro é essencial. O contacto do oxigênio com cloro ou hidrogênio pode provocar uma explosão, portanto, é necessário controlar rigorosamente o teor de oxigênio no gás de vedação (geralmente nitrogênio). Os métodos tradicionais de medição do teor de oxigênio incluem métodos de absorção e cromatografia de gás, que apresentam desvantagens como complexidade operacional, alto custo ou velocidade de resposta lenta.Analisador de inserçãoCom sua alta precisão, baixo custo e facilidade de operação, torna-se a ferramenta ideal para medição de teor de oxigênio em campo industrial.

　　1Analisador de inserçãoPrincípio de funcionamento e estrutura

　　1.1 Princípio de funcionamento

Os sensores utilizados no método de células de combustível são baterias químicas fechadas compostas por eletrodos metálicos inertes (cátodos), eletrodos de chumbo (ánodos) e eletrólitos. O oxigênio no gás é difundido através de uma película de polímero para a bateria, o oxigênio é reduzido no cátodo e o chumbo é oxidado no ánodo. A corrente gerada pela reação da bateria, ou seja, o tamanho do sinal de saída do sensor, é proporcional ao teor de oxigênio no gás. Os elétrons gerados pela bateria são conduzidos pelo circuito e amplificados por correção de compensação para medir o teor de oxigênio no gás medido. A fórmula de reação é a seguinte:

Cátodo O₂+ 2 horas₂O+4e→4OH^-;

Ánodo 2Pb + 4OH^-→2 PbO + 2H₂O+4e;

Reação Química Completa O₂+2Pb→2 PbO.

　　1.2Analisador de inserçãoEstrutura

Sensores: componentes centrais, sensores eletroquímicos ou ópticos comumente usados, são capazes de responder rapidamente a alterações em traços de oxigênio.

Unidade de processamento de sinal: converte o sinal do sensor em dados legíveis.

Tela: mostra a fração de massa de oxigênio ou a fração de volume em tempo real.

Módulo de alimentação: alimentado por bateria, adequado para uso no local.

Sistema de amostragem: inclui sondas de amostragem e filtros para garantir a pureza do gás.

O caminho do gás do analisador de oxigênio em traços é mostrado na Figura 1.

　　Figura 1 Caminho do gás do analisador de oxigênio

　　2 Métodos tradicionais de medição do teor de oxigênio

　　2.1 Método de absorção

O método de absorção é aplicável à separação do nitrogênio gás ou nitrogênio líquido produzido pelo ar, usado principalmente como gás protetor, gás de substituição, armazenamento a baixa temperatura, usando um analisador de gás Austin (ver Figura 2), usando o método de absorção de solução alcalina de ácido fóbico focal para medir o teor de oxigênio, uma certa quantidade de gás da amostra é tomada em uma garrafa de absorção fechada para reagir com o líquido de absorção, devido à absorção de oxigênio que resulta na redução do volume do gás da amostra é o teor de oxigênio. Este método é de baixo custo, mas a operação é complexa, demorada e com precisão limitada.

　　Figura 2 Lógica do programa de drenagem automática da geração do analisador de gás

　　2.2 Cromatografia de gás

A cromatografia de gás é aplicável ao nitrogênio puro, nitrogênio de alta pureza e nitrogênio ultrapuro obtido principalmente como gás de proteção, gás de substituição, gás de reação, etc., separado do ar ou purificado, usando um cromatográfico de gás com detector de óxido de zircónio e detector de ionização de chama de hidrogênio (Figura 3) para determinar o hidrogênio, oxigênio, monóxido de carbono, metano e dióxido de carbono no nitrogênio. A cromatografia de gás para a determinação de traços de oxigênio tem alta precisão e alta sensibilidade, mas o equipamento é caro, a operação é complexa e requer operação profissional, adequado para ambientes de laboratório.

　　Figura 3 Princípio de funcionamento do espectrômetro de fase de gás

　　3Analisador de inserçãoVantagens

　　3.1 Sensor de oxigênio de alta precisão e rápida resposta

Os analisadores portáteis de oxigênio em traços podem medir o teor de oxigênio em traços de forma rápida e precisa, com um tempo de resposta curto e adequado para monitoramento em tempo real. Como a taxa de difusão das moléculas de oxigênio no sensor é controlada pela membrana de PTFE, todos os processos de difusão são sensíveis à temperatura, pressão e umidade relativa. Características da temperatura: a saída do sinal do sensor variará com a mudança da temperatura. Esta variação (2,5%/°C) é relativamente estável. Os circuitos de compensação de temperatura que usam termostores compensam esse efeito com precisão de +5% / ℃ ou superior e produzem funções de saída independentes da temperatura. Se a calibração e amostragem forem feitas à mesma temperatura ou se as medições forem feitas imediatamente após a calibração, não haverá erros. Muitas pequenas mudanças de temperatura (10 a 15 ° C) produzem um erro inferior a +1%.

　　Figura 4 Curva de características de temperatura do sensor

Propriedades de pressão e fluxo: o sensor de oxigênio do analisador de inserção mede a pressão parcial do oxigênio, e sua saída é afetada pelas mudanças na pressão do gás da amostra e pelas mudanças na pressão atmosférica. O sinal de saída é proporcionalmente linear à pressão parcial do oxigênio na mistura de gases, e qualquer mudança na pressão atmosférica resultará em uma mudança equivalente na corrente de saída do sensor. Portanto, as leituras do analisador são corretas apenas quando a pressão total do gás analisado não muda ou é compensada pelo sinal de pressão atmosférica. Se a pressão da amostra for controlada como constante, o analisador deve calibrar o gás da amostra em condições semelhantes à pressão e ao fluxo medidos. Se a pressão for medida com sensores separados, a concentração de oxigênio pode ser calculada com base na pressão absoluta do gás de amostragem. A saída do sensor não é afetada diretamente pelo fluxo de gás da amostra. 0.0283~0.1415m³O fluxo/h não provoca alterações significativas nas leituras de oxigênio. No entanto, o fluxo excede 0,1415m³A pressão de trás e leituras erradas de oxigênio podem ocorrer por hora, o fluxo de gás recomendado é de 0,0566m para obter um desempenho óptimo.³1L/h ou 1L/min.

Tempo de resposta: o tempo de resposta do sensor depende de muitos fatores, como a concentração do gás da amostra medida, quando o sensor de oxigênio atinge o equilíbrio dentro da faixa de traços, então o tempo de resposta às mudanças na concentração de oxigênio é muito rápido. A exposição a oxigênio em frações de volume superiores a 1% pode levar a uma saturação temporária do eletrólito líquido do sensor, que requer tempo adicional para alcançar o equilíbrio e obter uma resposta rápida novamente.

Os tempos de resposta disponíveis para referência são os seguintes:

Descida de 1% para 0,1% em menos de 180s;

Quando cair de 0,1% para 0,00l%, menos de 10min;

de 10×10^-6Baixar para menos de 10^-6menos de 10 horas.

Efeito da umidade: a saída do sensor é proporcional à umidade relativa do oxigênio. Os sensores de oxigênio são adequados para situações em que a umidade relativa do gás da amostra está entre 0% e 99%. Além do gás diluído, a umidade não condensada não afeta o desempenho do sensor. No entanto, deve-se notar que o vapor de água gera pressão da mesma forma que o oxigênio no fluxo de ar da amostra. Em uma amostra de gás com pressão absoluta constante, quanto maior a umidade, menor a pressão parcial do componente de oxigênio. Ao medir o oxigênio no gás da amostra, se calculado em fracções de volume ou fracções de massa, o efeito da umidade relativa também deve ser considerado. Se a umidade relativa permanecer inalterada desde a data da calibração, o deslocamento causado pela umidade relativa será o mínimo. Se o usuário calibrar o sensor em gás seco e, em seguida, umidificar a amostra de gás, o sinal de saída do sensor será ligeiramente inferior ao sinal de saída anterior. Isso é causado pelo oxigênio no gás da amostra diluído pelo vapor de água. Esta característica é muito importante em sistemas em que existem fluxos de ar úmido e seco simultaneamente. Além disso, fluxos de ar com alta umidade podem condensar no sensor e, em última análise, afetar o desempenho.

Fatores que afetam o sensor: a composição química do sensor raramente é afetada por outros gases, incluindo refrigerantes e compostos hidrocarbonetos. No entanto, de acordo com as propriedades químicas do eletrólito, o sensor ainda é extremamente sensível a algumas altas concentrações de gases corrosivos. A Tabela 1 lista os efeitos de vários gases sobre os sensores.

　　Tabela 1 Efeitos de vários gases nos sensores

O grau de interferência é de 0 a 2000 x 10 em comparação com a mistura de gases não poluentes^-6Taxa de mudança na saída do sensor na mistura de gases de oxigênio.

Se o Cl₂O grau de interferência é considerado a proporção de 1: 2, então contém Cl₂Mais 100×10^-6O sinal de saída do sensor no gás da amostra de oxigênio é equivalente a 300 x 10^-6O sinal normal de oxigênio é de 100 x 10.^-6Outros 200 x 10^-6para Cl₂interferência causada).

　　3.2 Baixo custo

Em comparação com a cromatografia de gás, o custo de aquisição do analisador portátil de oxigênio em traços é significativamente menor, os custos de manutenção são baixos, não há estruturas mecânicas complexas, a vida útil do sensor é longa e não há necessidade de substituição frequente de materiais de consumo (como secadores, eletrólitos, etc.), adequados para aplicações em grande escala. Quando os sensores de oxigênio são expostos a traços de oxigênio, geralmente oferecem um bom desempenho durante 2 anos de vida útil. A exposição regular a gases da amostra que contêm uma certa umidade pode ajudar a restaurar a concentração de água no eletrólito ao seu estado normal, prolongando a vida útil do sensor. O analisador portátil de oxigênio em traços é projetado com baixo consumo de energia e suporta a alimentação por bateria, adequado para campos de campo ou industriais sem uma fonte de energia estável, com custos de uso de eletricidade a longo prazo que se aproximam de zero e baixo consumo de energia. O analisador portátil de oxigênio em microquantidades economiza custos humanos, a detecção rápida reduz o processo de amostragem de laboratório e evita a vigilância de pessoal em tempo integral, especialmente para inspeções multiponto (como tanques eletrólicos, estações de pressão de ar, etc.).

　　3.3 Fácil de operar

O analisador de inserção é aberto e pronto para uso, sem necessidade de pré-aquecimento ou inicialização complexa, e pode entrar diretamente no modo de medição após a inicialização para melhorar a eficiência da detecção de emergência (como emergências de produção química). Equipado com uma tela táctil ou um botão de um clique, a lógica do menu é clara e suporta uma interface multilíngue, reduzindo o limiar de operação do pessoal não técnico. Procedimentos de auto-inspeção e calibração incorporados reduzem a intervenção manual e evitam os passos incômodos da calibração manual. A maioria das marcas e modelos de analisadores portáteis de oxigênio podem emitir resultados em 1 a 3 minutos, especialmente adequados para monitoramento em tempo real da linha de produção para evitar paradas de espera.

　　3.4 Multifuncionalidade

Além da medição do teor de oxigênio, o analisador parcialmente inserido também mede outros parâmetros de gás para atender a várias necessidades industriais, cobertura de amplo alcance, gama de detecção de 10^-6O teor de oxigênio de alta concentração de nível de oxigênio de trace a nível percentual satisfaz uma variedade de cenários de uso, com excelente escalabilidade de dados, armazenamento incorporado e transmissão Bluetooth / WiFi, suporte à geração de relatórios de análise de tendências ou acoplamento ao sistema LIMS (Sistema de Gestão de Informação de Laboratório). A maioria dos analisadores portáteis de oxigênio em traços são fortemente adaptados ao ambiente, têm design resistente a altas temperaturas e corrosão, podem trabalhar de forma estável em ambientes difíceis, como petroquímicos e farmacêuticos, e alguns modelos são compatíveis com os requisitos de proteção contra explosões.

　　4 Exemplos de aplicação

O teor de oxigênio no nitrogênio do gás de vedação da pressora de cloro é monitorado com um analisador de inserção.

　　4.1 Calificação

Primeiro, confirme que a válvula de quatro vias está no estado BYPASS, a válvula de agulha de regulação de fluxo está fechada, pressione a tecla de alimentação por volta de 3s para iniciar, o teor de oxigênio de conexão é de 5 x 10^-6O gás padrão, após 3 ~ 5min de varredura do tubo do analisador, abra a válvula de quatro vias para o estado de amostra, aguarde a estabilidade dos dados, entre na interface de calibração, selecione a calibração de ponto baixo, introduza o valor de concentração de gás padrão no valor alvo, pressione √ Confirmação e conclua a calibração. Saia da interface de calibração, ajuste a válvula de quatro vias para o estado BYPASS e feche a válvula de regulação de fluxo.

　　4.2 Determinação de amostras

Primeiro, confirme que a válvula de quatro vias está colocada no estado BYPASS, a válvula de agulha de regulação de fluxo está fechada, pressione a tecla de alimentação por volta de 3s para iniciar, conecte o gás de amostragem após pré-tratamento (temperatura do gás de amostragem recomendada de 5 ~ 45 ° C, pressão do gás de 34,48 ~ 68,95 kPa) à entrada de ar do equipamento, ajustando o fluxo de 0,0566m³/h, Após cerca de 3 minutos de limpeza do tubo do analisador, abra a válvula de quatro vias para o estado de amostra, aguarde a estabilidade dos dados, registre os valores de medição ou salve os valores de medição, conclua o teste, ajuste a válvula de quatro vias para o estado BYPASS, feche a válvula de agulha de ajuste de fluxo, pressione a tecla de alimentação por 3s para desligar a máquina e desconecte o tubo de amostra. Os resultados da análise paralela são apresentados na Tabela 2.

　　Tabela 2 Resultados da medição paralela

Os resultados da medição paralela da Tabela 2 mostram que o instrumento pode medir o teor de oxigênio em tempo real e com precisão para garantir que o teor de oxigênio no gás de vedação da pressora de cloro seja inferior a 10 x 10^-6satisfazer os requisitos de produção de segurança. Em comparação com os métodos tradicionais, os analisadores portáteis de oxigênio em traços melhoram significativamente a eficiência da detecção e reduzem os custos.

　　5 Conclusões

Os analisadores de inserção apresentam as vantagens de alta precisão, baixo custo e facilidade de operação na medição do teor de oxigênio de vedadores de pressão de cloro e são adequados para aplicações de campo industriais. Em comparação com os métodos tradicionais de absorção e cromatografia a gás, o analisador portátil de oxigênio em traços é mais competitivo em termos de eficiência e economia e é a escolha ideal para a medição de teor de oxigênio na indústria de cloro-álcali.