化工企業(yè)一向是高污染源之一,因?yàn)楹诨饕a(chǎn)品是硝酸氨等產(chǎn)品,原來在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氮的氧化物會極大的污染周邊環(huán)境。2008年,國外一個企業(yè)通過拍賣方式購得減排配額,對黑化股份的生產(chǎn)線進(jìn)行改造。此項(xiàng)目已經(jīng)經(jīng)過聯(lián)合國立項(xiàng),現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段。聯(lián)合國要求對改造前后的污染物進(jìn)行在線實(shí)時定量檢測,以確保改造能達(dá)到預(yù)期的效果。其中一個重要指標(biāo)就是實(shí)時在線檢測純硝酸的產(chǎn)量。
因?yàn)楣I(yè)硝酸中濃度不固定,而且對于不同濃度的產(chǎn)品有不同的密度,其密度和濃度的關(guān)系不是線性關(guān)系,而且還隨溫度的變化而變化。因此現(xiàn)在市面上并沒有一種儀器能在線實(shí)時檢測硝酸溶液中的純硝酸的產(chǎn)量。
我們也知道,通過質(zhì)量流量計(jì)能在線檢測其體積流量,質(zhì)量流量、溫度、壓力以及累計(jì)流量。但是工業(yè)硝酸溶液中還含有大量的水,所以它累計(jì)的只是溶液的累計(jì)量,而不是100%純硝酸的量。而且因?yàn)槠涿芏群蜐舛炔皇且粋€恒定的值,其數(shù)據(jù)是一個實(shí)時變化的數(shù)值,所以采用質(zhì)量流量*濃度并進(jìn)行累計(jì)得到結(jié)果并不是其累計(jì)質(zhì)量。
根據(jù)用戶的需求和現(xiàn)有的檢測手段,我們認(rèn)為通過紫金橋軟件可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時檢測純硝酸的產(chǎn)量。其原理如下:
首先用質(zhì)量流量計(jì)檢測硝酸的密度,質(zhì)量流量、溫度,然后利用上述物理量進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算,其具體公式是:
首先對檢測的密度通過溫度補(bǔ)償,把硝酸密度轉(zhuǎn)換成20攝氏度條件下的密度,然后通過分段線性化把密度轉(zhuǎn)換成濃度,用檢測的質(zhì)量流量×濃度,得到就是純硝酸的瞬時流量。然后利用紫金橋的累計(jì)點(diǎn)功能,對瞬時流量進(jìn)行累計(jì),得到的就是純硝酸的累計(jì)量。
首先我們看一下溫度對密度的影響關(guān)系:
密度對溫度的補(bǔ)償:取60度的密度為1.44(估算),20度的密度為1.513(查表),從上圖可以看出,溫度對硝酸的密度的影響是線性關(guān)系,所以其密度的補(bǔ)償公式是:補(bǔ)償密度 = 測量密度 +0.001825*(溫度-20);補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算方式是:(1.44 - 1.513)/(60-20) = -0.001825
通過密度查表換算得到濃度,經(jīng)過分析得知,濃度和密度在小區(qū)間范圍內(nèi)成線性關(guān)系,如果在上表范圍之內(nèi)沒有的密度值,取最近的兩點(diǎn)做為線性化計(jì)算的端點(diǎn)。如:
測量密度為1.256,對應(yīng)的上表沒有數(shù)據(jù),最近的數(shù)據(jù)是1.253和1.259,相對應(yīng)的濃度是41%和42%,按照線性化公式計(jì)算,濃度應(yīng)該是:(0.42-0.41)*(1.256-1.253)/(1.259-1.253)+ 0.41 = 0.415
下圖是采用紫金橋軟件的分段線性化表:
注:以上數(shù)據(jù)來源:化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊無機(jī)卷。青島化工學(xué)院全國圖算學(xué)培訓(xùn)中心組織編寫劉光啟馬連湘劉杰主編。化學(xué)工業(yè)出版社。2002年4月第1版
誤差分析:本算法本身存在誤差:
1,溫度對密度的影響轉(zhuǎn)換采用的是溫度對無水硝酸影響,如果不是無水硝酸,其轉(zhuǎn)換公司可能存在不一致的地方,因?yàn)槲匆娤嚓P(guān)資料,所以不知道其誤差影響有多大,60攝氏度的無水硝酸密度是通過圖觀察得出,存在一定誤差。
2,溫度和濃度的轉(zhuǎn)換是通過分段線性化轉(zhuǎn)換的,雖然我們采用了100段,但在實(shí)際的應(yīng)用中,和實(shí)際的值還會存在一定的誤差。
綜合以上,我們認(rèn)為,本系統(tǒng)存在一定的理論誤差,需要經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)才能看是否測量準(zhǔn)確。
我們把系統(tǒng)在現(xiàn)場試運(yùn)行一段時間后,通過觀察我們得出和工藝的理論計(jì)算相比較,用紫金橋軟件測試出來的累計(jì)量和通過工藝計(jì)算的理論量基本相等,因此,該系統(tǒng)的理論誤差和測量誤差都是在可接受的范圍內(nèi)。
此項(xiàng)目已經(jīng)在現(xiàn)場正式投入運(yùn)行,并且得到聯(lián)合國專家的認(rèn)可。該項(xiàng)目主要用到了紫金橋的分段線性化和流量累計(jì)特殊功能來計(jì)算純硝酸累計(jì)量。