MPR E-Scan在线浓度分析仪在氯碱工业中的应用
一、引言
氯碱工业作为基础化学工业的重要组成部分，主要通过电解饱和氯化钠溶液制取烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料生产一系列化工产品。在氯碱生产过程中，众多工艺环节涉及到对不同溶液浓度的严格把控，浓度值不仅影响烧碱的产量，还关乎电解槽中昂贵离子膜的使用寿命。同时，电解盐水中产生的氯、结晶盐、沉淀杂质以及高温等因素，均对生产过程有着显著影响。因此，准确、可靠的在线浓度测量技术对于氯碱工业的稳定、高效、经济运行起着至关重要的作用。
MPR E-Scan在线浓度分析仪基于临界角全反射测量技术，是一款过程分析仪器。它能够直接、快速地安装在生产管线中，连续监测管线内流体的多种参数，如糖度、密度、温度、锤度以及可溶性固含量等，并将数据输出至PLC/DCS（4 - 20mA、RS485/422接口），实现工艺生产线24小时自动化连续测量，为氯碱工业的精准生产提供了有力支持。
二、基于折光原理的MPR E - Scan在线测量技术原理
MPR E - Scan在线浓度分析仪是一个由微处理器驱动的临界角浓度计。其测量原理基于光的临界角全反射现象。来自于LED的光线穿过棱镜表面并经过棱镜的反射面反射到达工作面（棱镜与工艺流体的接触面）。到达这个工作面的光线以一系列的角度横穿这个工作面，其中包括与被测量流体的临界角（ic）。当光线以大于临界角的角度穿过工作面时，光线被折射入测量流体中；而以小于临界角的角度穿过工作面的光线则被反射到棱镜的另一个反射面并穿过棱镜到达CCD线性阵列组并被扫描。MPR E - Scan使用的CCD线性阵列包含众多独立的象素点，例如有的型号包含3648个象素点。
在仪器工作时，图象是由电子扫描而来的简单光线和黑暗间隔所组成。当过程流体的折射率改变时，临界角也会相应变化，这将改变光亮/黑暗时间的比率，而这种变化能够被CCD所检测到。时间间隔的变化经过处理和加强后，以折射率、Brix、固形物含量或其他用户所需的测量单位形式显示出来。这种CCD扫描测量技术具有很高的敏感度，并且不受被测流体中夹带的气泡或震动流的影响，从而保证了测量的准确性和稳定性。
同时，MPR E - Scan采用分体式设计，将仪器CPU和主要电路板与光学部分分离，这种设计使得系统更耐高温和振动，极大地提升了稳定性、测试准确性以及有效使用寿命。此外，折光仪出厂前已按用户的工艺要求进行了校准和温度补偿，用户收到浓度仪后即可进行快速安装和立即使用。若用户有需要，也可以进入校准程序来改变系统参数，以使折光仪适用于测量不同的工艺流体。
三、在氯碱工业不同环节的应用
3.1 干燥氯气硫酸浓度测量
3.1.1 测量点工艺参数
在氯碱生产中，通常采用大约75%的硫酸作为干燥剂来吸收湿氯气中的水分，并且硫酸是以循环方式使用。随着吸收水分过程的进行，硫酸浓度会逐渐降低，当浓度低于一定值时，其吸水效果将大幅下降，此时就需要补充98%的浓硫酸或将较稀的硫酸经脱水处理提浓。一般来说，需要监测的干燥氯气硫酸浓度范围在65% - 98%之间，测量点处的温度由于氯气处理工艺及硫酸循环系统的特点，通常处于30℃ - 80℃，压力则维持在0.1MPa - 0.5MPa 。
3.1.2 安装说明
MPR E - Scan在线浓度分析仪针对干燥氯气硫酸浓度测量，采用专用的传感器探头，如MPR E - Scan - Alloy 20 ，其材质为钛材，能够有效抵御硫酸的强腐蚀性。浓度转换变送器选用MPR E - Scan/A - 11375 ，该转换变送器可内置H₂SO₄标准曲线。安装时，可将传感器探头直接安装在硫酸循环管道上，通过合适的安装附件确保其稳固且密封良好，以应对干燥氯气环境下硫酸测量的苛刻要求。同时，要保证安装位置周围有足够空间，便于后续的维护和检修。仪器的电子显示操作箱防护等级达到NEMA 4X（IP65），可有效防止灰尘和水的侵入，适应较为恶劣的工业环境。
3.2 一次盐水浓度测量
3.2.1 测量点工艺参数
原一次化盐生产工艺流程中，固体原盐从盐库通过铲车等设备送至化盐池，化盐池的盐层一般需露出水面1米左右。利用一次盐水的各类回收水作为化盐水进行化盐，化盐水温度控制要求较为严格，当温度低于55℃时或高于70℃之间，分别通入蒸汽或冷却水在化盐水换热器中换热，以确保化盐水温度稳定在60℃左右。化盐水经分配管进入化盐池后，与固体原盐逆流接触，从化盐池顶部溢流出进入粗盐水缓冲池。在化盐池溢流处设有工业水管道，用于调节盐水浓度。由粗盐水泵打入1#精制反应槽的粗盐水，温度一般在55 - 60℃，浓度为310 ± 5g/L 。
3.2.2 安装说明
MPR E - Scan在线盐水浓度分析仪具有出厂校准和自动温度补偿功能，可直接投入使用，无需现场校准，大大提高了安装和使用的便捷性。其测量范围为0.0 - 350.0g/L ，分辨率可达±1g/L ，温度分辨率为0.1℃ ，能够满足一次盐水浓度测量的精度要求。工作温度范围为 - 20 - 150℃ ，压力承受能力为2MPa ，可适应化盐工艺中的温度和压力条件。安装形式可根据实际管道情况选择螺纹或法兰盘连接。安装时，将传感器安装在粗盐水管道合适位置，确保盐水能够充分、稳定地流经传感器测量区域，以获取准确的浓度数据。同时，配备在线机械刷自动清洗装置，可有效防止管道内杂质涂覆视窗，保障测量精度。电子显示操作箱防护等级同样为NEMA 4X（IP65），为仪器稳定运行提供可靠防护。
3.3 合成炉盐酸浓度测量
3.3.1 测量点工艺参数
在合成炉中，氢气和氯气燃烧反应生成氯化氢气体，经冷却、吸收等工艺环节后得到盐酸。合成炉盐酸浓度测量点处，盐酸浓度一般在0.00 - 40.00% ，这一浓度范围取决于合成工艺及后续吸收过程的控制。由于反应及吸收过程的热量变化，测量点的温度通常在20℃ - 100℃ ，压力则在0.05MPa - 0.3MPa 。
3.3.2 安装说明
MPR E - Scan在线盐酸浓度仪的接触样品部分材质采用2205双相钼合金，能够有效抵抗盐酸的腐蚀。其探头材质为Tantalum ，防护等级为NEMA 4X（IP65）。安装时，可将仪器直接安装在盐酸生产管道或储存容器上，实现对盐酸浓度的实时测量和控制。仪器内置温度传感器，可对温度进行实时监测并补偿，确保浓度测量的准确性。同时，标配温度信号模拟输出，便于与其他系统集成控制。该仪器还具有6.7“TFT - LCD真彩显示，操作界面直观清晰。此外，可根据需要选购棱镜自动清洗程序硬件，定期对测量棱镜进行清洗，保证测量光路的清晰，维持测量精度。
3.4 48%烧碱浓度测量
3.4.1 测量点工艺参数
在离子膜电解法生产烧碱的过程中，经过一系列的电解、分离、浓缩等工艺步骤后得到烧碱产品。对于48%烧碱浓度测量点，其烧碱浓度目标值为48% ，实际生产中允许有一定的波动范围，一般在47.5% - 48.5% 。由于浓缩等工艺操作，测量点处的温度较高，通常在80℃ - 120℃ ，压力则根据生产设备及管道布局，维持在0.1MPa - 0.3MPa 。
3.4.2 安装说明
MPR E - Scan在线浓度分析仪针对48%烧碱浓度测量，需选用适合高浓度烧碱腐蚀环境的传感器材质。安装时，根据管道或容器的具体情况，采用合适的安装适配器将传感器稳固安装。仪器具备自动温度补偿功能，能够消除温度对烧碱浓度测量的影响。其输出信号为4 - 20mA和RS232 ，方便与工厂自动化控制系统连接，实现对烧碱浓度的实时监测与控制。电子显示操作箱可实时显示烧碱浓度数值，内置2组报警功能，可根据设定的浓度上下限进行声光报警，提醒操作人员及时调整生产工艺，确保烧碱浓度在合格范围内。
3.5 次氯酸钠浓度测量
3.5.1 测量点工艺参数
次氯酸钠一般通过氯气与氢氧化钠溶液反应制备。在反应过程及后续储存、输送环节中需要对其浓度进行监测。测量点处次氯酸钠浓度范围通常在5% - 15% ，这一浓度范围用于满足不同的消毒、漂白等工业应用需求。由于反应热及环境因素，测量点温度在20℃ - 60℃ ，压力一般在常压至0.2MPa 。
3.5.2 安装说明
MPR E - Scan在线浓度分析仪可直接安装在次氯酸钠生产或储存的管道、容器上。其测量部分防护等级为IP67 ，可有效防水、防尘。安装时，确保传感器与次氯酸钠溶液充分接触，且安装位置便于维护和检修。仪器具有多级校准功能，保证了高可靠性和高精度的浓度测量。通过4 - 20mA标准信号输出，可将测量的次氯酸钠浓度数据传输至PLC/DCS系统，实现自动化控制。同时，可根据用户需求，设置浓度报警值，当次氯酸钠浓度超出设定范围时，及时发出报警信号，保障生产过程的安全与稳定。
四、结论
MPR E - Scan在线浓度分析仪基于折光原理的先进测量技术，在氯碱工业的干燥氯气硫酸浓度、一次盐水浓度、合成炉盐酸浓度、48%烧碱浓度及次氯酸钠浓度测量等多个关键环节展现出性能和适应性。通过对各测量点工艺参数的精准把握以及合理的安装设置，该分析仪能够为氯碱生产过程提供准确、实时的浓度数据，有效帮助企业优化生产工艺、提高产品质量、保障生产设备的稳定运行，从而为氯碱工业的高效、经济、可持续发展提供了有力的技术支撑。随着工业自动化和智能化的不断发展，MPR E - Scan在线浓度分析仪有望在氯碱工业中发挥更为重要的作用，推动行业不断向前进步。
