钙镁在线分析仪在氯碱二次盐水工艺中的应用

在离子膜电解生产过程中，盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺和其他金属离子对离子膜的破坏性很大，离子膜的使用寿命、经济指标与二次盐水的质量密切相关。为了保证离子膜的优良性能，必须使进槽盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺之类杂质离子的含量控制得很低，使其达到离子膜制碱工艺对盐水质量的要求。精制盐水中Ca²⁺、Mg²⁺的浓度测定是非常重要的环节，若精制盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺浓度过高而又未得到及时检测，就可能会导致过多的杂质离子进入到盐水电解工序，形成氢氧化钙、等沉积物而堵塞离子膜。

二次盐水精制为螯合树脂吸附粗盐水中多价杂质金属离子的过程，其中主要为Ca²⁺、Mg²⁺，每24 h需要对吸附饱和的树脂塔进行1次再生操作，重新恢复树脂的吸附能力；再生过程需要投入NaOH、HCl及高纯水等原材料。利用钙镁在线分析仪可以在确保盐水质量的情况下，及时发现盐水质量的变化，通过切塔或降低负荷减少盐水流量，以避免不合格的盐水进入电解槽而污染离子交换膜；同时，还可以根据在线监测值来延长树脂塔运行时间，降低NaOH、HCl及高纯水的消耗量。另外，如果树脂塔运行时间延长就可以降低树脂塔再生的频次，可以降低污水处理压力，减少酸性废水和碱性废水的排放量，优化水平衡，降低污水处理的费用，从而达到节约再生过程中消耗原材料的目的。

1 钙镁在线分析仪在线分析原理

钙镁在线分析仪是利用吸光光度法来进行监测的。吸光光度法进行定量测定的理论基础是比耳定律。即1束单色光通过有吸收物质的溶液后，溶液的吸光度与溶液中吸光物质的浓度成正比；同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处的吸光度会随浓度的增加而增大（如图1所示）。钙镁在线分析仪适用于氯碱行业饱和盐水中钙镁离子含量分析，可根据不同检测点选用不同量程，实时监测盐水质量。

钙镁在线分析仪采用620 nm波长可见光分析盐水中0~3 mg/L的Ca²⁺、Mg²⁺。分析仪采用质量分数为0.1%的Calver-B显色剂，该显色剂在pH值大于11的盐水中显示蓝色，当与盐水中游离的Ca²⁺、Mg²⁺进行络合后，溶液显示红色。分析仪自动记录吸光度M1值，在含有Ca-Calver-B络合物的盐水中继续加入浓度为0.01 mol/L的乙二胺四乙酸二钠（ETDA）掩蔽Ca²⁺、Mg²⁺后，再进行检测，盐水重新恢复蓝色。此时，分析仪记录吸光度M2，M1 减去M2的变化值即为盐水中Ca²⁺、Mg²⁺的含量，并依据朗伯—比尔定律计算Ca²⁺、Mg²⁺在盐水中的浓度。

反应式如下：

设计安装位置如图2所示。

钙镁在线分析仪采用特定波长LED冷光源，使用寿命超长、灵敏度高、检测时间短、结果准确，精度可达10^-6级；主机采用中文触摸屏，开放式操作平台，所有操作键以图标形式表示，并配有中文说明，操作简单易懂；可自主设置采样分析间隔周期0～999 min，典型分析时间为5～15 min；全自动运行，可实现自动取样、自动检测、自动清洗、自动排料、自动分析、自动报警等智能化功能；每一个测量结果通过一路或多路4～20 mA模拟信号输出，用于连接上传至DCS控制系统，方便操作人员及时观测盐水质量。

2 使用效果分析和监测

第1阶段通过修改DCS控制程序中设定的切塔周期由24 h逐步延长至28 h。第2阶段，根据测试时间，再生周期逐步由28 h逐步延长至32 h，采用ICP法对树脂塔切塔前盐水进行取样分析；同时，采用钙镁分析仪，通过切换阀门的方式保持检测前后塔中盐水的质量。发现盐水质量提高时，及时缩短钙镁分析仪在线检测间隔时间，保持不间断检测。这是ICP分析检测无法做到的，在正常运行时前塔盐水有超标的情况下，充分利用钙镁分析仪的特点来保证了盐水的质量。分析仪将盐水分析数值引入 DCS 系统，设定报警设置。当盐水中Ca²⁺、Mg²⁺的质量分数达到2×10-8时，系统开始报警，更加便于操作人员的监控。抽取2018年12月之中1周的化验室与在线分析数据，对比情况见表1。

增加钙镁在线分析仪后，可时时在线监测精制盐水中Ca²⁺、Mg²⁺的含量来判断螯合树脂的吸附能力，严格控制精制盐水的质量，解决了ICP分析滞后的弊端，杜绝不合格的精制盐水进入电解槽对离子膜造成的污染，从而延长了离子膜的使用寿命；同时，延长再生时间、降低再生频率之后，螯合树脂的消耗量以及配中和池的酸碱消耗量随之减少；并且，酸性废水和碱性废水的排放量减少，为废水处理工序减轻了压力。