三温三电导法铝酸钠溶液在线实时检测

摘要

铝酸钠溶液成分浓度的测定在生产氧化铝的过程中起着非常重要的作用。目前主要采用的是人工定时取样化学滴定分析的方法。此方法滞后性大，对及时指导生产非常不利，因此，采用自动化的分析仪器在线实时测量铝酸钠溶液的化学成分势在必行。
　　 铝酸钠溶液的电导率随着溶液成分浓度的变化而变化。根据这一理论，本论文提出了三温三电导法来测定铝酸钠溶液的浓度，并设计研发出铝酸钠溶液成分浓度在线检测系统。主要研究结果如下：
　　 (1)采用四因子二次回归正交试验离线建立铝酸钠溶液电导率数学模型：C=-11.7317+3.4063*NK-7.2041*AO-2.2032*NC+9.1434*t-0.0257*NK*AO+0.0444*AO*AO
　　 其中，NK是苛性碱浓度，AO是氧化铝浓度，NC是碳酸钠浓度，C是电导率。从式中可以看出电导率和苛性碱浓度呈线性关系，随着苛性碱浓度的增大而增大；电导率与氧化铝浓度呈二次函数关系，在试验范围内随氧化铝浓度增大电导率减小；电导率与碳酸钠浓度和温度均呈一次函数，并且随碳酸钠浓度的增大而减小；电导率随温度的增大而增大。
　　 (2)采用数学统计分析软件Spss11.5对数学模型进行修正。获得修正后的浓度计算公式：
　　 NK=NK'+8.02*102-6.772*NK'+1.41*10-2*NK'*NK'
　　 AO=AO’+2.040*10+6.019*10-1*AO’-7.900*10-2*AO’*AO'
　　 NC=NC'+2.285*10-5.853*10-1*NC’-5.400*10-2*NC’*NC'
　　 其中，NK’、AO'、NC'分别是数学模型计算得到的苛性碱浓度、氧化铝浓度和碳酸钠浓度。
　　 (3)本文所研究的铝酸钠溶液成分浓度在线实时测量系统主要完成如下功能：
　　 (a)检测铝酸钠溶液温度、电导率，依据数学模型，计算铝酸钠溶液苛性碱、氧化铝、碳酸钠的浓度，进而计算苛性比。
　　 (b)数据显示、趋势显示、数据记录、报表打印。
　　 (c)采用清洗系统，解决溶液结疤问题。
　　 将修正后的数学模型应用于生产现场，运行状况正常，计算得到的苛性碱浓度与化学分析值的相对误差一般不超过±2.5％，氧化铝浓度与化学分析值的相对误差一般不超过±5％，碳酸钠浓度与化学分析值的相对误差一般不超过±5％，结果精度满足生产工艺要求，对生产具有现实的指导意义。整套系统运行稳定，功能强大，配置灵活，使用方便，易于操作，具有一定的推广价值。此系统适用于苛性碱浓度在200～260g/L,氧化铝浓度在90～130g/L，碳酸钠浓度在24～36g/L范围内。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 氧化铝生产概况

1.2 铝酸钠溶液的物理化学特性

1.3 铝酸钠溶液成分在线实时检测的进展状况

1.4 本论文的研究意义和工作内容

1.4.1 铝酸钠溶液在线自动检测系统的目的和意义

1.4.2 本论文的工作内容

第二章 试验方法

2.1 试验原料

2.2 试验仪器

2.3 试验方法

2.3.1 三温三电导法检测原理

2.3.2 实验室测量电导率方法

2.4 铝酸钠溶液成分分析方法

2.4.1 苛性碱的分析方法

2.4.2 氧化铝和全碱的分析方法

第三章 数学模型的建立及求解

3.1 因子编码

3.2 数学模型的建立

3.3 铝酸钠溶液电导率数学模型的分析

3.3.1 铝酸钠溶液电导率与苛性碱浓度的关系

3.3.2 铝酸钠溶液电导率与氧化铝浓度的关系

3.3.3 铝酸钠溶液电导率与碳酸钠浓度的关系

3.3.4 铝酸钠溶液电导率与溶液温度的关系

3.4 数学模型的求解及修正

3.4.1 蒙特卡洛数学方法

3.4.2 数学模型初值的选择

3.4.3 数据滤波

3.4.4 数学模型的修正

第四章 在线实时测量系统

4.1 系统总体结构

4.2 取样分析系统

4.2.1 铝酸钠溶液的取样

4.2.2 电导率和温度的测量

4.2.3 溶液的过滤

4.2.4 管道的清洗

4.3 PLC控制系统

4.4 工控机及外围设备

第五章 系统软件的设计

5.1 工控机编程软件的选择

5.1.1 WinCC的通讯组态

5.1.2 人机界面设计

5.2 PLC编程软件的选择

第六章 系统的运行

第七章 结论

参考文献

致谢

附录

附录A

附录B

附录C