На головну

ВИМІРЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ

  1. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  2. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  3. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  4. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  5. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  6. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання
  7. III. Опис експериментальної установки та методу вимірювання

ГЛАВА 11

§ 11.1. Теоретичні основи аналізу складу бінарних і псевдобінарних сумішей рідин і газів

Вимірювання концентрації що визначається компонента (див. Гл. 9) в бінарних та псевдобінарних сумішах рідин і газів - одна з найбільш поширених завдань автоматичного контролю якості потоків хіміко-технологічних процесів. Для її вирішення використовується все різноманіття фізичних, фізико-хімічних і хімічних методів аналізу (див. Табл. 9.1). У загальному випадку вимірювання концентрації що визначається компонента в бінарній суміші здійснюється шляхом вимірювання будь-якого фізико-хімічного властивості цієї суміші ПСМ і виконання обчислень, необхідних для вирішення наступної системи рівнянь:

 U = kППСМ = kП? (з0; зН),

(11.1)

1 = з0 + зН,

де U - сигнал аналізатора, використовуваного для виміру фізико-хімічного властивості суміші; kП - Коефіцієнт перетворення аналізатора по фізико-хімічним властивості; з0 і зН- Концентрації що визначається і невизначуваного компонентів; ? - символ функції.

З другого рівняння системи (11.1) слід

сН = 1 з0. (11.2)

З урахуванням (11.2) перше рівняння системи (11.1) перетворимо до виду

U = kП? (з0; 1 - з0). (11.3)

З виразу (11.3) випливає, що сигнал U вимірювального пристрою є однозначною і в загальному випадку нелінійної функцією концентрації певного компонента.

У багатьох важливих для практики автоматичних вимірювань випадках з достатньою точністю вважають, що фізико-хімічні властивості аналізованої суміші адитивні, т. Е. Можуть бути визначені як сума добутків фізико-хімічних властивостей компонентів на їх концентрації, виражені в частках. Зазвичай використовується аддитивность по об'ємним концентрацій. Якщо вимірюється фізико-хімічна властивість адитивно для суміші, то можна записати

 U = kППСМ = kП? (П0с0 + ПНсН),

(11.4)

1 = з0 + зН,

де П0 і ПН- Фізико-хімічні властивості визначається і невизначуваного компонентів, аналогічні властивості суміші.

З урахуванням (11.2) перше рівняння системи (11.4) перетворимо до виду

U = Kc0 + U0, (11.5)

де K = kП0 - ПН) - Коефіцієнт перетворення аналізатора по концентрації; U0 = kППН - Початковий рівень сигналу аналізатора.

Вимірювання концентрації що визначається компонента можливо тільки за умови

П0 ? ПН

т. е. в тому випадку, якщо є відмінність в значеннях фізико-хімічних властивостей визначається і невизначуваного компонентів. Чим більше ця різниця, тим точніше може бути виміряна концентрація.

Розглянутий метод аналізу відповідно до визначення, наведеного в § 9.3, є інтегральним.

Якщо для аналізу вибрати таке фізико-хімічна властивість, яке для невизначеного компонента дорівнює нулю, а для визначається компонента відмінно від нуля, то метод аналізу бінарної суміші буде виборчим (див. § 9.3). Для цього випадку перше рівняння системи (11.4) має вигляд

U = kППСМ = kПП0с0 = Кс0, (11.6)

де К = kПП0.

Для вимірювання концентрації компонента в псевдобінарной суміші (див. § 9.1) здійснюється вимір деякого фізико-хімічного властивості, за яким багатокомпонентна суміш може розглядатися як бінарна.

Якщо вимірюється властивість n-компонентної суміші є адитивним, то можна записати

 U = kППСМ = kП ,

(11.7)

1 = ,

де Пi - Фізико-хімічна властивість i-гo невизначуваного компонента; Зi- Концентрація і-го невизначуваного компонента.

Багатокомпонентну суміш можна розглядати як псевдобінарную в наступних випадках.

Випадок 1. Коли фізико-хімічні властивості всіх невизначених компонентів практично однакові і відрізняються від однойменного фізико-хімічного властивості визначається компонента, т. Е.

П1 ? П2 ? ... ? Пi ? Пn-1 = Пн

(11.8)

ПН ? П0.

Якщо розглядати всі невизначені компоненти як один, концентрація якого

з =  (11.9)

то, використовуючи (11.8) і (11.9), можна звести систему рівнянь (11.7) до системи рівнянь (11.4), а її рішення - до вираження (11.5).

Випадок 2. Коли невизначені компоненти складають суміш постійного складу, а зміна фізико-хімічного властивості аналізованої суміші відбувається за рахунок змін співвідношення концентрацій визначається компонента і суміші невизначених компонентів, т. Е.

c2/ cl = Const; c3/ cl = Const; ...; cі/ c1 = Const; ...; cn-1/ cl = Const. (11.10)

В цьому випадку суміш невизначених компонентів можна розглядати як один невизначених компонентів зі значенням фізико-хімічного властивості ПН і концентрацією зН. Це дозволяє звести аналіз такої багатокомпонентної суміші до аналізу бінарної і результат представити виразом (11.5).

Випадок 3. Коли фізико-хімічні властивості всіх невизначених компонентів аналізованої суміші мізерно малі в порівнянні з фізико-хімічними властивостями визначається компонента або взагалі дорівнюють нулю, т. Е. Справедливо одне з двох умов:

П1<< П0; П2<< П0; ...; Пi<< П0; ...; Пn-1<< П0;

(11.11)

П0? 0,

П1= 0; П2= 0; ...; Пi= 0; ...; Пn-1= 0;

(11.12)

П0? 0.

Цей випадок відповідає виборчому аналізу, а перше рівняння системи (11.7) для нього перетворюється в вираз (11.6).

Часто для аналізу бінарних і псевдобінарних сумішей використовується диференційний метод вимірювання (див. Гл. 1). При цьому аналізатор, який є в даному випадку диференціальним, містить два ідентичних каналу, в один з яких подається аналізоване речовина, а в іншій - допоміжне, що має постійне фізико-хімічна властивість. Перший з каналів називають вимірювальним, другий - порівняльним.

На виході аналізатора, що реалізує диференційний метод вимірювання, формується сигнал, рівний різниці сигналів, що виникають в вимірювальному UИ і порівняльному UСР каналах:

?U = UИ - UСР. (11.13)

Зазначені сигнали описуються виразами:

UИ =  , (11.14)

UСР =  , (11.15)

де и  - Коефіцієнти перетворення вимірювального та порівняльного сигналів аналізатора по фізико-хімічним властивості; ПВ - Фізико-хімічна властивість допоміжної речовини.

Якщо коефіцієнти перетворення и  однакові і рівні kП, То з (11.13) - (11.15) знаходимо

?U = kПСМПВ). (11.16)

Для бінарної або псевдобінарной суміші, фізико-хімічна властивість якої адитивно,

ПСМ = П0с0 + ПНсН. (11.17)

З виразів (11.16) і (11.17) для сигналу диференціального аналізатора знаходимо

?U = Кс0 + U0, (11.18)

де U0 = kП (ПHПВ) - Початковий рівень сигналу диференціального аналізатора.

Якщо аналіз здійснюється за умови, коли в якості допоміжної речовини використовується невизначених компонентів, вираз (11.18) перетвориться до виду

?U = kП (П0ПВ) c0= Кс0. (11.19)

Для аналізу складу бінарних і псевдобінарних сумішей рідин і газів відповідно до наведених теоретичними уявленнями можуть бути використані і використовуються практично всі описані в гл. 10 аналізатори фізико-хімічних властивостей. Крім того, спеціально для вимірювання концентрацій визначається компонента в бінарних, псевдобінарних і багатокомпонентних сумішах розроблено велику кількість принципів вимірювань. Опис найбільш важливих з них приведено далі. У § 11.2-11.10 розглядаються аналізатори, засновані на фізичному, а в § 11.11-11.16 - на фізико-хімічному методах аналізу. Аналізатори, засновані на хімічному методі аналізу (див. Табл. 9.1), в даний час практично не використовуються для автоматичного контролю в хіміко-технологічних процесах нафтопереробної і нафтохімічної промисловості.

 



Методи маркетингового дослідження | Термокондуктометрічеськие газоаналізатори

дифузійні газоаналізатори | магнітні газоаналізатори | сорбційні газоаналізатори | Випарні і конденсаційні аналізатори | діелькометричні аналізатори | іонізаційні газоаналізатори | термохимические аналізатори | Електрокондуктометріческіе аналізатори | потенціометричні аналізатори | електролізні аналізатори |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати