雙傳感器 (折光+聲速) 在次鈉塔中測量游離堿與有效氯含量的應用

EMC Double Sensors 雙傳感器 (折光 + 聲速) 在次鈉塔中測量游離堿與有效氯含量的應用

一、引言

在氯堿工業生產體系里，次氯酸鈉的制備環節尤為關鍵。將氯氣通入氫氧化鈉溶液來生成次氯酸鈉的過程中，對反應液里游離堿（氫氧化鈉）與有效氯（以次氯酸鈉為主的具有氧化性的含氯化合物）含量的精準把控，直接關乎產品質量、生產效率以及生產過程的安全性。傳統單一參數測量方式存在諸多局限，難以滿足復雜多變的工業生產需求。而 EMC Double Sensors 雙傳感器（折光 + 聲速）技術的引入，為次鈉塔中游離堿與有效氯含量測量帶來了創新且高效的解決方案。

二、次氯酸鈉生產工藝概述

（一）連續反應工藝

在連續反應的次氯酸鈉生產模式下，一定濃度的氫氧化鈉水溶液從氫氧化鈉儲存塔，經泵被源源不斷地輸送至反應塔內。與此同時，氯氣從反應塔中部通入。氫氧化鈉與氯氣在反應塔內充分混合并發生反應，生成的次鈉反應液自反應塔底部流出，流入次鈉儲存罐，隨后通過泵在系統內不斷循環。直至整個循環料液中的堿接近反應，反應后的樣品從底部由泵抽出。此過程除反應初始階段游離堿和有效氯變化幅度較大外，其余時段二者含量相對穩定。在整個連續反應進程中，維持游離堿在安全濃度（通常為 0.5% - 1.0%）以上極為重要，這能有效規避尾氯過量導致的泄漏事故。

（二）間歇式反應工藝

對于間歇式反應而言，先將一定濃度的氫氧化鈉水溶液置于反應塔中，接著持續通入氯氣。在反應過程中，游離堿含量從高逐漸降低，直至近乎消耗殆盡；而有效氯含量則由低升高，直至滿足生產所需標準。在這一反應過程中，通過實時監測反應塔溢流液里的有效氯和游離堿含量，對確保產品質量起著關鍵作用。一旦游離堿含量過低，未反應的氯氣就可能逸出，引發安全風險。

三、傳統測量方法的局限

（一）單一折光法

僅依賴折光原理的測量儀器，通過檢測溶液折射率來推算游離堿與有效氯含量。然而，次氯酸鈉溶液的折射率受多種因素干擾，除了目標成分含量變化外，溫度波動、溶液中存在的其他雜質等，都會顯著影響折射率測量結果的準確性。例如，溫度每升高 10℃，溶液折射率可能會發生不可忽視的變化，導致測量的游離堿與有效氯含量出現較大偏差，無法為生產過程提供可靠的數據支撐。

（二）單一聲速法

基于聲速原理的測量手段，利用聲音在溶液中的傳播速度與溶液密度、成分的關系來測量。但在實際工業環境下，次鈉塔內反應溶液存在的氣泡、管道振動等情況，會嚴重干擾聲速測量。氣泡的存在使聲音傳播路徑變得復雜，聲速測量值出現波動；管道振動產生的額外聲波，也會與測量聲波相互干擾，導致聲速測量結果誤差增大，難以精確反映游離堿與有效氯的真實含量。

（三）化學滴定法

化學滴定法是通過向樣品中加入特定試劑，根據化學反應的終點來確定游離堿或有效氯含量。這種方法操作繁瑣，需要專業實驗人員手動操作，從取樣、滴定到得出結果，耗費大量時間，無法實現實時在線監測。而且，頻繁人工操作易引入人為誤差，在生產過程中，若不能及時察覺游離堿或有效氯含量的異常變化，可能導致產品質量不穩定，甚至引發安全事故。

四、EMC Double Sensors 雙傳感器工作原理

（一）折光原理

EMC 雙傳感器中的折光傳感器部分，發射特定波長的光線穿過次氯酸鈉溶液。由于溶液中游離堿和有效氯含量的差異，會改變溶液的分子結構和密度，進而使光線在溶液中的傳播速度發生變化，導致折射角度改變。傳感器通過高精度的光學檢測元件，精確測量折射光的角度。例如，當游離堿含量升高時，溶液中氫氧根離子增多，溶液密度和分子間相互作用改變，光線折射角度相應增大。儀器內置的復雜算法，依據預先建立的涵蓋不同溫度、濃度條件下的折光率數據庫，將測量得到的折射角數據，準確換算為游離堿與有效氯的含量信息。

（二）聲速原理

聲速傳感器則向次氯酸鈉溶液發射聲波。聲波在溶液中的傳播速度與溶液的密度、彈性模量等物理性質密切相關，而游離堿和有效氯含量的變化會直接影響這些物理性質。當有效氯含量增加，溶液中次氯酸鈉等氧化性物質增多，溶液的密度和內部結構改變，聲波傳播速度也隨之改變。傳感器精確測量聲波在溶液中的傳播時間，通過計算得出聲速值。結合儀器內部基于大量實驗數據建立的聲速 - 成分含量模型，將聲速數據轉化為游離堿與有效氯的含量數值。

（三）協同測量機制

折光傳感器和聲速傳感器并非獨立工作，而是相互協同。雙傳感器系統采集到折光和聲速兩組數據后，運用先進的數據融合算法進行綜合分析。該算法能夠充分利用兩種測量原理的優勢，相互補充和驗證。比如，當折光測量結果因溫度波動出現異常時，聲速測量數據可作為參考進行修正；反之亦然。通過這種協同機制，有效降低了單一傳感器受外界干擾因素影響的程度，顯著提高了游離堿與有效氯含量測量的準確性和可靠性。

五、應用案例分析

（一）案例企業生產情況

某大型氯堿化工企業，次氯酸鈉年產量達數十萬噸。其采用連續反應工藝，次鈉塔規模較大，生產過程對游離堿與有效氯含量的穩定性要求Gao。在引入 EMC Double Sensors 雙傳感器之前，該企業使用傳統單一折光儀和人工化學滴定相結合的方式監測含量。生產中常出現產品質量波動問題，因無法及時、準確掌握反應液成分變化，導致不合格產品批次增多，同時存在一定安全隱患。

（二）安裝與調試過程

企業在次鈉塔的溢流管道上安裝 EMC 雙傳感器。安裝過程中，依據管道尺寸和現場空間，定制了適配的安裝支架，確保傳感器穩固且安裝位置能使溶液充分、均勻流過檢測區域。調試階段，技術人員利用標準次氯酸鈉溶液對雙傳感器進行校準，精細調整折光和聲速測量參數，使其與企業實際生產的次氯酸鈉溶液特性相匹配。同時，將傳感器與企業的 DCS 控制系統進行連接，實現數據實時傳輸與顯示。

（三）應用效果評估

測量精度提升：安裝雙傳感器后，游離堿測量精度從之前的 ±0.5% 提升至 ±0.1%，有效氯測量精度從 ±1% 提升至 ±0.3%。例如，在某批次生產中，傳統方法測量游離堿含量為 0.8%，但實際經雙傳感器精確測量為 0.65%，偏差達 0.15%，這一偏差在之前易被忽視，卻可能影響產品質量。

生產穩定性增強：實時、精準的含量數據反饋至 DCS 系統，操作人員可及時調整氯氣和氫氧化鈉的進料量。自引入雙傳感器后，因成分控制不當導致的生產波動次數減少了 80%，產品質量穩定性大幅提高，不合格產品率降低了 50% 以上。

安全風險降低：通過對游離堿含量的精確監測，確保其始終處于安全濃度范圍，有效避免了尾氯過量泄漏事故的發生。在過去一年里，該企業未再出現因游離堿含量異常引發的安全預警情況。

六、結論與展望

（一）應用優勢總結

EMC Double Sensors 雙傳感器（折光 + 聲速）在次鈉塔中測量游離堿與有效氯含量展現出顯著優勢。相較于傳統測量方法，其測量精度大幅提升，有效降低了外界干擾因素對測量結果的影響；實現實時在線監測，為生產過程的及時調控提供可靠依據，增強了生產穩定性；精準的游離堿含量監測，有力保障了生產安全，降低安全風險。

（二）未來發展方向

隨著工業 4.0 和智能制造的推進，未來 EMC 雙傳感器技術有望與人工智能、大數據深度融合。通過對大量生產數據的深度學習，進一步優化測量模型，提高測量精度和適應性。同時，在傳感器的小型化、集成化方面持續創新，降低成本，使其更廣泛地應用于各類規模的氯堿生產企業以及其他涉及次氯酸鈉生產或使用的行業，如污水處理、消毒產品制造等，為相關行業的高效、安全、智能化生產提供更強大的技術支持。