pH監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用

pH探針和傳送器被用于實(shí)驗(yàn)室和控制系統(tǒng)，遍布各種行業(yè)，包括化學(xué)品生產(chǎn)、石油化工、水和廢水處理、食品和飲料、制藥和發(fā)電廠。存在大量的應(yīng)用程序；有些是新穎的，比如管理啤酒廠的麥芽汁pH值，以生產(chǎn)出完美的啤酒，有些是必要的，比如監(jiān)測(cè)采礦活動(dòng)的徑流，以確保符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。然而，在所有行業(yè)和應(yīng)用中，從這些設(shè)備中獲得的測(cè)量值是產(chǎn)品質(zhì)量和工藝廢水的重要監(jiān)測(cè)和控制參數(shù)。

注意事項(xiàng)

雖然有用，但pH探頭和發(fā)傳送器有一些局限性需要考慮。pH計(jì)可能具有相對(duì)較慢的更新時(shí)間，這會(huì)在測(cè)量變量中引入滯后，如果將pH用于控制目的，這是一個(gè)重要的考慮因素。許多pH探頭的外部由玻璃制成，這使它們易碎。其他外殼適用于因玻璃破碎而引起污染的應(yīng)用，例如飲料行業(yè)。

大多數(shù)探頭上使用的多孔玻璃膜必須浸沒(méi)在溶液中，以避免干燥并導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。如果應(yīng)用要求探針在任何時(shí)間內(nèi)保持干燥，應(yīng)考慮使用能夠承受干燥的專用探針，否則在繼續(xù)使用之前，必須在高度電離的溶液中對(duì)探針進(jìn)行再水化。pH探頭也必須在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)并經(jīng)常清潔，以確保準(zhǔn)確的讀數(shù)和控制。

pH控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)pH值，無(wú)論是作為生產(chǎn)鏈的一個(gè)步驟，還是作為處理的一部分中和廢物流，都是一種常見(jiàn)的控制應(yīng)用。圖1顯示了在工業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)pH控制過(guò)程的基本設(shè)置。

圖1.中和過(guò)程的基本設(shè)置

個(gè)別設(shè)置各不相同，但它們都有一些共同的組成部分：即，一個(gè)帶有攪拌器或攪拌器的反應(yīng)器容器，可以打開(kāi)和關(guān)閉的化學(xué)添加進(jìn)料，以添加中和劑或其他目標(biāo)pH劑，這是一種需要調(diào)整的溶液進(jìn)入和退出反應(yīng)器的方法。參與者容器，當(dāng)然還有一個(gè)控制器，如可編程邏輯控制器（PLC）或分布式控制系統(tǒng)（DCS），用于管理系統(tǒng)輸入、輸出和程序動(dòng)作。

pH控制的難度：非線性

過(guò)程域中的許多受控變量表現(xiàn)出相對(duì)線性的行為。例如，打開(kāi)流量控制閥某個(gè)百分比會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的流量增加。pH調(diào)節(jié)通常不以這種方式表現(xiàn)。例如，考慮用強(qiáng)堿如氫氧化鈉滴定（中和）弱酸如乙酸。該反應(yīng)的行為如下圖2所示。

圖2.用強(qiáng)堿滴定弱酸

酸的起始pH值在3左右。當(dāng)加入10mL堿時(shí)，pH升高1個(gè)pH點(diǎn)。當(dāng)加入10mL以上時(shí)，pH略微升高至小于1個(gè)pH點(diǎn)。然后，當(dāng)再加入10毫升（總共30毫升）時(shí)，pH值急劇上升超過(guò)4個(gè)pH點(diǎn)，達(dá)到11。這種行為是高度非線性的，使得傳統(tǒng)的控制方法，例如比例積分微分（PID）回路，當(dāng)目標(biāo)pH在反應(yīng)的高度傾斜區(qū)域中或之后發(fā)生時(shí)通常是不充分的。根據(jù)可用于處理流入物的時(shí)間和流入物特性的可變性，可以采用不同復(fù)雜程度的控制，從以特定頻率計(jì)量定量滴定儀到采用更先進(jìn)的預(yù)測(cè)控制算法。

總結(jié)

pH監(jiān)測(cè)和控制廣泛用于各個(gè)行業(yè)。為特定應(yīng)用選擇合適的探頭和傳送器以及維護(hù)設(shè)備是必要的，以確保正確的讀數(shù)；可以使用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)pH控制，但是在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)應(yīng)該考慮pH調(diào)節(jié)的非線性特性。