自动控制在硫酸铜溶液比重测量中的优势

自动控制在硫酸铜溶液比重测量中的优势

田芬

山西约翰芬雷华能设计工程有限公司陕西分公司陕西西安710068

摘要：在硫酸铜产品生产的工艺中，硫酸铜溶液比重的测量对于其质量的影响至关重要，一般工业生产过程中硫酸铜溶液比重的测量是采用比重计或放射源测量等方式，为了解决比重计测量不能实现在线自动测量，放射源测量管理运行不便的困扰，本文阐述了利用自动控制方式简单有效的实现硫酸铜溶液比重的在线测量，大大提高工业生产率。

关键词：比重；测量；自动控制

1、前言

硫酸铜俗称兰矾或胆矾，为兰色三色晶体，是一种重要化工原料，它广泛用于工业、农业、纺织、制药、饲料等行业，市场用量大，工业化流程批量生产是发展的必然趋势。自动化生产线因其具有效率高、应用灵活、精度高、运行平稳、节省人力物力等特点，而在社会的各行各业中被广泛的应用，那么自动控制是如何在硫酸铜溶液比重测量中发挥其优势的？本文将进行详细阐述。

2、硫酸铜生产工艺简述

硫酸铜生产工艺各有不同，本文所述为金川铜盐厂硫酸铜生产工艺，如下所示：

3、硫酸铜比重测量方式

在硫酸铜生产工艺流程中，蒸发过程的比重控制，直接影响硫酸铜产品的质量、晶型，本厂采用加过饱和蒸汽进蒸发釜的方式进行蒸发，但因蒸汽温度一般在300多度左右，温度过高，蒸汽压力一般在4.5Mpa，压力较大，为了确保安全生产，蒸发釜在硫酸铜溶液蒸发的过程中采用全密闭的容器，所以要实现对硫酸铜溶液比重的测量就成为生产过程中一个重点和难点。

3.1比重计测量方式

在本厂最早的生产过程中，是采用比重计进行硫酸铜溶液比重测量的，即在蒸发釜停止蒸发并降温降压的情况下，从蒸发釜中取得硫酸铜溶液，将其盛放在小型容器中，人工用比重计进行测量。因为蒸发釜的蒸发时间是根据多次的实验室小型试验，在总结蒸发时间的基础上得来的，小型实验的各项条件如蒸发温度、时间、操作精度等，毕竟和工业生产上的各项条件有较大的出入，造成工业生产中依靠小型实验得出的用蒸发时间来估计硫酸铜溶液比重的方式与工艺要求技术指标相差较大，需进行多次的测量，工业生产效率低下。

3.2放射源测量方式

随着产品产量的不断提高，人工用比重计测量硫酸铜溶液比重的方式已成为阻碍产品产量提高的一个主要环节，为此，本厂又引入了放射源测量硫酸铜溶液比重的方式。

放射源测量比重的原理是遵循能量平衡的物理定律，当γ射线穿过物料时被物料吸收，其强度减弱，放射性比重计正是利用了这个原理进行测量的。由于测量系统与所测物料的非接触性，使得物料对测量不产生任何物理和化学上的影响，从而保证了测量的高可靠性和较低维护工作，实现了生产的连续性，提高了生产率。虽然工业用的放射源都是密封的，放射性物质被密封在一个不锈钢壳内，一般不会泄露，但因硫酸铜溶液的强腐蚀性对不锈钢材质的要求极为严格，为保证安全，放射源和测量仪表按规定需三到六个月进行专业的检测，管理极为不便；而且虽然放射性比重计采用分离元件，但其仪表的调校方法较为繁琐，在工业生产过程中，此种硫酸铜溶液比重的测量方式已不是最好的选择。

3.3自动控制测量方式

工业生产中自动控制的应用，是在工业生产中广泛采用各种自动控制、自动检测和自动调整装置，对生产过程进行自动测量、检验、计算、控制、监视等，以代替人工来操纵机器设备。自动控制是工业生产的更高阶段，也是工业技术现代化的基本方向之一，特别适用于工艺稳定、产品质量要求严格、批量大、危险性作业环境、需要节约大量劳动力的工业生产。硫酸铜产品生产过程中的蒸发工序，受高温、高压、强酸腐蚀等条件的制约，作业环境差，安全隐患高，但工艺技术指标要求严格（即对硫酸铜溶液的比重要求严格），若能利用设备上的自动检测仪表，工艺设备实现此过程的自动控制，不管是从安全生产、提高生产率，还是对产品产量的提高、产品质量的提升等方面来说，都将是整个生产系统的一个重要突破。

现根据蒸发工序工艺流程及工艺配置的测量检测、控制设备，结合整个系统配置的PLC系统，阐述如何实现工艺要求的硫酸铜溶液比重的控制，工艺流程及控制过程如下图所示。

3.3.1蒸发工序工艺流程

将蒸发前液用泵送至蒸发釜进行蒸发，待蒸发釜中的溶液比重满足工艺技术指标要求时，再将溶液泵送至结晶釜。

3.3.2蒸发工艺设备装置及在比重实现过程中的作用

蒸发前液储罐：用来存储进蒸发器的合格溶液，并配置液位计，液位计信号传送至PLC系统，可以计算出储罐内溶液的体积及每次送入蒸发釜的体积；进液泵及进液阀用于向蒸发釜输送溶液，进液泵的启停及进液阀的开关及大小由PLC根据所需溶液体积来控制。

蒸发釜：用来蒸发硫酸铜溶液，使其体积浓缩，来满足工艺所需的溶液比重要求，蒸发釜配置的液位计和温度计信号也传送至PLC系统，根据液位计信号PLC可以计算出蒸发釜内的剩余体积，温度计信号可以控制蒸发温度恒定；蒸发泵有两个作用，当溶液比重不满足要求时，与循环阀配合，继续蒸发；当溶液比重满足要求时，与出液阀配合，将合格溶液送至下道工序的结晶釜，泵的启停及阀的开关及大小由PLC根据蒸发釜内溶液体积来计算比重，进而对其进行控制。

3.3.3比重控制的实现过程

密度是单位体积的质量，比重是单位体积的重量，两者间差了个g，只要求得密度，便可计算出比重。密度ρ是物质质量m与其体积V的比值，定义式为ρ=m/V。工业生产中每道工序的工艺技术指标都是有严格要求的，蒸发前液的密度ρ1也是比较稳定的，最终要得到的蒸发后的溶液密度ρ2，可根据加入前液的体积V1和最终的体积V2求得，即ρ1V1=ρ2。

由此，便可利用测量仪表及对设备装置的控制，在PLC上编程，即可实现对硫酸铜溶液比重的测量，即使蒸发前液的工艺技术指标变动，也仅可在PLC上进行软件的简单更改，控制方便，管理容易，操作简单。

4、各种测量方式比较

综上所述，硫酸铜溶液比重测量的方式各有不同，现总结如下，见下表：

5、总结

采用自动控制方式实现硫酸铜溶液比重的测量，不但安全可靠，简单方便，而且不用增加额外的设备投资，降低了成本，提高了经济效益，充分突出了其在恶劣环境中的优越性。