Измерение концентрации
8 Aug 2020 в 14:56
Контроль концентрации рабочих растворов представляет определенные сложности. Они связаны с наличием механических примесей, многокомпонентностью, образованием пены и различными температурами в растворах. Кроме того, размещение датчиков в машинах также представляет определенные трудности, поскольку емкости заняты движущимся материалом и другими компонентами процесса.
Для контроля концентрации растворов применяются различные методы. Один из них - кондуктометрический метод, основанный на измерении электропроводности раствора. Этот метод позволяет определить концентрацию солей и других растворенных веществ.
Другой метод - денситометрический, который основан на измерении плотности раствора. Изменение плотности связано с изменением концентрации растворенных веществ.
Оптический метод использует изменение прозрачности или поглощения света раствором при различных концентрациях. Этот метод позволяет определить концентрацию определенных веществ, например, красителей.
Радиоизотопный метод основан на использовании радиоактивных изотопов. Измерение изменения радиоактивного излучения связано с изменением концентрации растворенных веществ.
Также применяется метод титрования, при котором определяется точная концентрация раствора путем добавления известного объема реагента до достижения точки эквивалентности реакции.
Кроме прямого контроля концентрации, существует также косвенный способ, при котором концентрация раствора не контролируется напрямую. Вместо этого, процесс регулируется другими параметрами, например, путем контроля времени воздействия или температуры.
Все эти методы позволяют эффективно контролировать концентрацию рабочих растворов в промышленности и обеспечивать качество производства.
Концентрацию раствора контролируют с помощью кондуктометрического, денситометрического, оптического, радиоизотопного методов или титрования при прямом способе регулирования, а также косвенным способом (без контроля концентрации).
Кондуктометрический метод контроля концентрации основан на зависимости удельной электрической проводимости раствора от его концентрации. При разбавлении раствора, степень диссоциации увеличивается, что приводит к увеличению удельной электрической проводимости. Это явление происходит из-за увеличения количества ионов, способных проводить электрический ток, в растворе.
Предельное значение эквивалентной проводимости соответствует бесконечному разбавлению, т.е. полной диссоциации. Это означает, что при бесконечном разбавлении все молекулы электролита полностью диссоциируются на ионы, что приводит к максимальной удельной электрической проводимости.
В многокомпонентных растворах электролитов электрическая проводимость подчиняется закону аддитивности. Это означает, что кондуктометрический метод не является избирательным и применяется в основном для измерения концентрации бинарных и псевдобинарных растворов. Например, водные растворы кислот и щелочей, которые широко используются в отбельном производстве, имеют удельную электропроводность в диапазоне от 10^-1 до 10^-2 См/см.
На электропроводность сильно влияет температура, так как она влияет на степень диссоциации, подвижность ионов и вязкость. Обычно, с увеличением температуры электропроводность растворов электролитов увеличивается. Экспериментально установлено, что повышение температуры на 1 К увеличивает электропроводность для солей в среднем на 1,6%, для оснований на 1,9%, а для кислот на 2,4%. В отделочном производстве температура растворов может варьироваться от 20 до 100°C, поэтому все кондуктометры должны обладать температурной компенсацией.
Существуют разные типы кондуктометров, включая контактные и бесконтактные, высокочастотные и низкочастотные, а также кондуктометры с постоянным и переменным током. Контактные методы обеспечивают высокую точность измерения и позволяют непосредственно отсчитывать измеряемую величину. Однакоиз-за контакта с раствором могут возникать проблемы со сопротивлением электролита и электродов. Бесконтактные методы, такие как индуктивный или емкостный, позволяют избежать этих проблем, но могут иметь более низкую точность.
Высокочастотные кондуктометры обычно используются для измерения электропроводности растворов с высокой точностью и в коротких временных интервалах. Низкочастотные кондуктометры обеспечивают более широкий диапазон измерения, но требуют большего времени для выполнения измерений.
Кондуктометры с постоянным током подходят для измерения низких концентраций, тогда как кондуктометры с переменным током используются для измерения высоких концентраций. Постоянный ток обычно применяется в диапазоне от 0,1 до 1000 мА, а переменный ток - от 0,01 до 1 А.
Важно отметить, что кондуктометрический метод требует калибровки перед каждым использованием для обеспечения точности результатов. Калибровка выполняется с использованием стандартных растворов с известной концентрацией и измерением их удельной электрической проводимости. После калибровки можно производить измерение концентрации неизвестного раствора.
Денситометрический метод контроля концентрации основан на измерении плотности растворов. Этот метод является эффективным для растворов, где существует прямая зависимость между плотностью и концентрацией, таких как отделочные растворы и растворы на химических станциях.
Существует несколько типов датчиков плотности, которые могут быть использованы для реализации данного метода, включая поплавковые (ареометрические), весовые (пикнометрические), гидростатические, ультразвуковые и радиоизотопные датчики.
Денситометры общего назначения способны измерять плотность жидкостей в диапазоне от 700 до 2000 кг/м3. После измерения плотности, можно определить концентрацию раствора, соответствующую данной плотности, с помощью таблиц или графиков.
Однако, следует отметить некоторые недостатки этого метода. Во-первых, он не является селективным, то есть не может быть использован для многокомпонентных растворов. Кроме того, плотность зависит от температуры измеряемой среды.
Коэффициент объемного теплового расширения зависит от температуры, состава и концентрации растворов. Например, примерные значения коэффициента β для воды составляют 0,0002 1/град, для 1%-го раствора поваренной соли - 0,0004 1/град, а для 10%-го раствора поваренной соли - 0,0005 1/град.
В промышленности был разработан специальный плотномер для контроля концентрации щелочи при мерсеризации. Датчик прибора представляет собой два поплавка, полностью погруженных в растворы - один в рабочий, другой в эталонный. Шкала прибора проградуирована в единицах концентрации. Для компенсации влияния соды, которая может накапливаться в растворах едкого натра (до 20 г/л) и искажать показания, в плотномере предусмотрен корректор.
Однако, несмотря на компенсаторы влияния температуры и соды, этот прибор не получил широкого применения в промышленности из-за сложности и неудобства его эксплуатации. Например, при изменении диапазона измерения требуется замена эталонного раствора. Предел измерения концентрации варьируется от 0 до 610 г/л и разбит на несколько диапазонов по 80 г/л.
Опыт эксплуатации данного прибора показал, что он не обеспечивает заданную точность измерения в пределах ±2,5%. Это является одним из ограничений, которые нужно учитывать при использовании данного метода контроля концентрации.
Радиоизотопные методы анализа являются эффективным способом контроля концентрации растворов. Эти методы основаны на взаимодействии ядерных излучений с веществом и могут быть реализованы двумя способами: поглощение излучения веществом (плотномеры) и ионизация вещества излучением (анализаторы состава).
В случае плотномеров, поток излучения β- или α-частиц проходит через слой контролируемой среды, ослабляется и затем измеряется детектором излучения, таким как газоразрядный или сцинтилляционный счетчик, или ионизационная камера.
В случае анализаторов состава, первичный поток излучения вызывает характерное для контролируемого объекта вторичное излучение, которое регистрируется детектором. Этот метод применим для определения концентрации в двухкомпонентных смесях, а также для контроля содержания одного компонента в смеси, при условии, что атомные номера контролируемого и остальных компонентов существенно отличаются.
Основным преимуществом радиоизотопных методов является то, что они позволяют бесконтактно контролировать концентрацию растворов, которые находятся в закрытых сосудах и под давлением. Это значительно облегчает процесс контроля и устраняет потенциальные риски, связанные с контактом с опасными или токсичными веществами.
Однако, следует отметить, что радиоизотопные методы требуют специального оборудования и экспертизы для их применения. Также, для использования этих методов необходимы соответствующие лицензии и соблюдение радиационной безопасности.
Категория: КИПиА
Случайная статья: Измерение состава и свойств
Контроль концентрации рабочих растворов представляет определенные сложности. Они связаны с наличием механических примесей, многокомпонентностью, образованием пены и различными температурами в растворах. Кроме того, размещение датчиков в машинах также представляет определенные трудности, поскольку емкости заняты движущимся материалом и другими компонентами процесса.
Для контроля концентрации растворов применяются различные методы. Один из них - кондуктометрический метод, основанный на измерении электропроводности раствора. Этот метод позволяет определить концентрацию солей и других растворенных веществ.
Другой метод - денситометрический, который основан на измерении плотности раствора. Изменение плотности связано с изменением концентрации растворенных веществ.
Оптический метод использует изменение прозрачности или поглощения света раствором при различных концентрациях. Этот метод позволяет определить концентрацию определенных веществ, например, красителей.
Радиоизотопный метод основан на использовании радиоактивных изотопов. Измерение изменения радиоактивного излучения связано с изменением концентрации растворенных веществ.
Также применяется метод титрования, при котором определяется точная концентрация раствора путем добавления известного объема реагента до достижения точки эквивалентности реакции.
Кроме прямого контроля концентрации, существует также косвенный способ, при котором концентрация раствора не контролируется напрямую. Вместо этого, процесс регулируется другими параметрами, например, путем контроля времени воздействия или температуры.
Все эти методы позволяют эффективно контролировать концентрацию рабочих растворов в промышленности и обеспечивать качество производства.
Концентрацию раствора контролируют с помощью кондуктометрического, денситометрического, оптического, радиоизотопного методов или титрования при прямом способе регулирования, а также косвенным способом (без контроля концентрации).
Кондуктометрический метод контроля концентрации основан на зависимости удельной электрической проводимости раствора от его концентрации. При разбавлении раствора, степень диссоциации увеличивается, что приводит к увеличению удельной электрической проводимости. Это явление происходит из-за увеличения количества ионов, способных проводить электрический ток, в растворе.
Предельное значение эквивалентной проводимости соответствует бесконечному разбавлению, т.е. полной диссоциации. Это означает, что при бесконечном разбавлении все молекулы электролита полностью диссоциируются на ионы, что приводит к максимальной удельной электрической проводимости.
В многокомпонентных растворах электролитов электрическая проводимость подчиняется закону аддитивности. Это означает, что кондуктометрический метод не является избирательным и применяется в основном для измерения концентрации бинарных и псевдобинарных растворов. Например, водные растворы кислот и щелочей, которые широко используются в отбельном производстве, имеют удельную электропроводность в диапазоне от 10^-1 до 10^-2 См/см.
На электропроводность сильно влияет температура, так как она влияет на степень диссоциации, подвижность ионов и вязкость. Обычно, с увеличением температуры электропроводность растворов электролитов увеличивается. Экспериментально установлено, что повышение температуры на 1 К увеличивает электропроводность для солей в среднем на 1,6%, для оснований на 1,9%, а для кислот на 2,4%. В отделочном производстве температура растворов может варьироваться от 20 до 100°C, поэтому все кондуктометры должны обладать температурной компенсацией.
Существуют разные типы кондуктометров, включая контактные и бесконтактные, высокочастотные и низкочастотные, а также кондуктометры с постоянным и переменным током. Контактные методы обеспечивают высокую точность измерения и позволяют непосредственно отсчитывать измеряемую величину. Однакоиз-за контакта с раствором могут возникать проблемы со сопротивлением электролита и электродов. Бесконтактные методы, такие как индуктивный или емкостный, позволяют избежать этих проблем, но могут иметь более низкую точность.
Высокочастотные кондуктометры обычно используются для измерения электропроводности растворов с высокой точностью и в коротких временных интервалах. Низкочастотные кондуктометры обеспечивают более широкий диапазон измерения, но требуют большего времени для выполнения измерений.
Кондуктометры с постоянным током подходят для измерения низких концентраций, тогда как кондуктометры с переменным током используются для измерения высоких концентраций. Постоянный ток обычно применяется в диапазоне от 0,1 до 1000 мА, а переменный ток - от 0,01 до 1 А.
Важно отметить, что кондуктометрический метод требует калибровки перед каждым использованием для обеспечения точности результатов. Калибровка выполняется с использованием стандартных растворов с известной концентрацией и измерением их удельной электрической проводимости. После калибровки можно производить измерение концентрации неизвестного раствора.
Денситометрический метод контроля концентрации основан на измерении плотности растворов. Этот метод является эффективным для растворов, где существует прямая зависимость между плотностью и концентрацией, таких как отделочные растворы и растворы на химических станциях.
Существует несколько типов датчиков плотности, которые могут быть использованы для реализации данного метода, включая поплавковые (ареометрические), весовые (пикнометрические), гидростатические, ультразвуковые и радиоизотопные датчики.
Денситометры общего назначения способны измерять плотность жидкостей в диапазоне от 700 до 2000 кг/м3. После измерения плотности, можно определить концентрацию раствора, соответствующую данной плотности, с помощью таблиц или графиков.
Однако, следует отметить некоторые недостатки этого метода. Во-первых, он не является селективным, то есть не может быть использован для многокомпонентных растворов. Кроме того, плотность зависит от температуры измеряемой среды.
Коэффициент объемного теплового расширения зависит от температуры, состава и концентрации растворов. Например, примерные значения коэффициента β для воды составляют 0,0002 1/град, для 1%-го раствора поваренной соли - 0,0004 1/град, а для 10%-го раствора поваренной соли - 0,0005 1/град.
В промышленности был разработан специальный плотномер для контроля концентрации щелочи при мерсеризации. Датчик прибора представляет собой два поплавка, полностью погруженных в растворы - один в рабочий, другой в эталонный. Шкала прибора проградуирована в единицах концентрации. Для компенсации влияния соды, которая может накапливаться в растворах едкого натра (до 20 г/л) и искажать показания, в плотномере предусмотрен корректор.
Однако, несмотря на компенсаторы влияния температуры и соды, этот прибор не получил широкого применения в промышленности из-за сложности и неудобства его эксплуатации. Например, при изменении диапазона измерения требуется замена эталонного раствора. Предел измерения концентрации варьируется от 0 до 610 г/л и разбит на несколько диапазонов по 80 г/л.
Опыт эксплуатации данного прибора показал, что он не обеспечивает заданную точность измерения в пределах ±2,5%. Это является одним из ограничений, которые нужно учитывать при использовании данного метода контроля концентрации.
Радиоизотопные методы анализа являются эффективным способом контроля концентрации растворов. Эти методы основаны на взаимодействии ядерных излучений с веществом и могут быть реализованы двумя способами: поглощение излучения веществом (плотномеры) и ионизация вещества излучением (анализаторы состава).
В случае плотномеров, поток излучения β- или α-частиц проходит через слой контролируемой среды, ослабляется и затем измеряется детектором излучения, таким как газоразрядный или сцинтилляционный счетчик, или ионизационная камера.
В случае анализаторов состава, первичный поток излучения вызывает характерное для контролируемого объекта вторичное излучение, которое регистрируется детектором. Этот метод применим для определения концентрации в двухкомпонентных смесях, а также для контроля содержания одного компонента в смеси, при условии, что атомные номера контролируемого и остальных компонентов существенно отличаются.
Основным преимуществом радиоизотопных методов является то, что они позволяют бесконтактно контролировать концентрацию растворов, которые находятся в закрытых сосудах и под давлением. Это значительно облегчает процесс контроля и устраняет потенциальные риски, связанные с контактом с опасными или токсичными веществами.
Однако, следует отметить, что радиоизотопные методы требуют специального оборудования и экспертизы для их применения. Также, для использования этих методов необходимы соответствующие лицензии и соблюдение радиационной безопасности.
Категория: КИПиА
Случайная статья: Измерение состава и свойств