化学水浴

化学水浴（通用7篇）

化学水浴 篇1

0 引言

多年来,人们用各种有效方法来制备各种薄膜材料,诸如金属有机化学气相沉积、分子束外延、溅射、激光脉冲、原子层外延等[1,2,3,4,5],并把它们应用于光电设备中,其中采用化学水浴法制备ZnS薄膜,并将其应用于以CuInGaSe2为吸收层的太阳能电池缓冲层中的电池效率很高,达18.6%[6],仅次于以CdS为缓冲层的电池。化学水浴法[7,8,9,10,11,12,13,14]具有成本低、设备简单、不需要真空系统等优点,可制得质量相当好的多晶或非晶半导体薄膜,尤其是它的沉积温度很低,这是其它方法所不能比拟的。同时,ZnS无毒、禁带宽度高(3.6～3.8eV)、透光性好;器件化后可增加开路电压,提高短路电压;在ZnO和CuInGaSe2之间起结构缓冲、减小晶格失配度的作用;且与吸收层(铜铟镓锡(CIGS))结合好,电池转换效率高。在所有太阳能电池缓冲层材料中,无毒ZnS是取代有毒CdS最好的材料[15]。

然而,由于化学水浴沉积ZnS薄膜的成膜激活能很低,甚至在室温下也能生长出ZnS薄膜,所以人们更多地关注于成膜动力学的研究,而很少系统研究温度对ZnS薄膜光学性能的影响。本实验通过改变薄膜的生长温度,研究了薄膜的形貌、沉积速率、Zn∶S原子比、禁带宽度、透过率和反射率之间的关系,以期获得系统、综合性能优异的ZnS薄膜。

1 实验

采用化学水浴法(CBD)制备ZnS薄膜,试剂ZnSO4·7H2O、SC(NH2)2、浓NH3·H2O、水合N2H4·H2O均为分析纯。步骤如下:在250mL烧杯中将一定量的NH3·H2O和 N2H4·H2O混合,用移液管将含有ZnSO4·7H2O,的溶液移入上述烧杯中,烧杯预热后,把经去离子水预溶后的SC(NH2)2用玻璃棒引入其中,反应液总量为150mL。把先用乙醇清洗20min,再用丙酮清洗20min,接着用10%的HF刻蚀30s的玻璃衬底放入反应液中,清洗和刻蚀过程均在超声波清洗器中进行。用搅拌器搅拌均匀,盖上杯盖,防止氨的挥发。反应在CBD装置中进行(如图1所示)。具体溶液配方见表1,沉积温度见表2,沉积时间均为1.5h。

采用Bede-D1型多功能高分辨X射线衍射仪分析薄膜结构,用FEI quanta 200型环境扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜形貌,用EDS分析薄膜成分,用Aquila公司的nkd(折射率、消光系数和薄膜厚度)-薄膜分析系统测试薄膜的透过率和反射率。

2 结果与分析

2.1 薄膜外观

各试样的外观描述见表3。由表3可知,随温度的升高,试样的透明性有所下降,但到90℃时,透明性得到提高。由于光干涉的影响,试样表面也由乳白色变为蓝色。

2.2 薄膜的SEM图和EDS成分分析

图2是1#、 2#和5#配方试样的SEM图。由图2可知,随着沉积温度的升高,薄膜表面的变化不大,平整且均匀,表明在此低温沉积条件下,升高温度并不能明显改变薄膜的形貌,即薄膜以何种方式生长对温度的依赖性较小。同时,是否成膜也与温度关系不大,这与ZnS薄膜沉积激活能较低有关[16]。50℃时ZnS可以成膜,但升高温度增加了薄膜表面的白点,这是沉淀进入薄膜的结果。

图3是薄膜的EDS成分分析图。由图3可知,温度为70℃时,Zn/S原子比为0.49∶0.48≈1∶1。80℃时Zn原子含量则比S原子含量少,表明温度对薄膜长大历程及进度有较大影响,直接导致了薄膜成分的差异。

2.3 薄膜的沉积速率

图4是薄膜厚度随温度变化的关系图。由图4可知,随温度的升高,薄膜的厚度增加,80～90℃时增加较快,表明温度的升高加快了薄膜的沉积速率,沉积速率对温度依赖性较大。原因是温度的升高不仅有利于加快Zn(NH3)42+向衬底的扩散、吸附与释放Zn2+的速率,而且有利于氨的水解、提高溶液的pH值、加快硫脲水解释放S2-。同时,水浴温度不应太低,否则薄膜沉积就会缓慢,50℃时沉积速率只有0.56nm/min。

2.4 薄膜的透过率与反射率

图5是ZnS薄膜试样的透射率与反射率图谱(未扣背景),从图5可看出,随温度的升高,薄膜的透过率先减小后增大。其原因有两方面:(1)薄膜厚度的增加降低了薄膜的透过率;(2)进一步升温促进了氨的水解、Zn(NH3)42+在衬底上的吸附与释放Zn2+、硫脲的水解与释放S2-,改善了膜内原子的迁移状况等,从而提高了薄膜的透过性。在红移方向上1#和5#试样透过率相当,都较好。各配方试样的反射率则是先增大后减小,50℃及90℃时反射率均较小。对同一个试样而言,随透过率的增大,反射率减小,反之亦然,表明它们对应得较好,制备的薄膜平整性较好,此结果与SEM形貌图谱一致。

2.5 试样的XRD分析

图6是1#、3# 和5# ZnS薄膜试样的XRD分析图。由图6可知,随温度的升高,1#、3#和5#试样均为非晶薄膜(2#和4#未列出),这与文献[15]结果一致,表明温度的变化不能明显改变薄膜的结晶性。

众所周知,单质Zn的晶体结构属于六方密堆积型,而单质S属于斜方晶。因此,在表面活性点上它们可以形成以Zn(NH3)42+优先定位的六方ZnS薄膜和以S2-优先定位的晶态立方ZnS薄膜,本实验表明Zn(NH3)42+和S2-均没有优先定位,而是紊乱地进入表面活性点,形成非晶态的薄膜;由于水浴温度的限制,通过温度提供足够的能量来直接改善其结晶性是不容易的。

2.6 薄膜的禁带宽度

图7是试样1#和3#的吸收系数的平方与光能的关系。外推吸收系数到零可知,它们的禁带宽度分别为3.64eV和3.83eV,3#禁带宽度蓝移了0.18eV。这是由于薄膜的量子效应造成的,一般认为,当薄膜的厚度大于100nm、颗粒尺寸大于15nm时,不会产生量子效应[14]。

3 结论

不同温度下,采用化学水浴法在玻璃上制备了ZnS薄膜。结果表明,升高温度不能明显改变薄膜的结晶性和形貌,薄膜以何种方式生长对温度的依赖性不大,同时成膜与否也与温度关系很小。但是,成膜速率与温度有较大的依赖关系。这是由于氨的水解、衬底吸附Zn(NH3)42+、Zn(NH3)42+释放Zn2+、硫脲的水解与释放S2-、衬底吸附S2-、成膜后原子的迁移状况及溶液中均相沉淀向薄膜中扩散、吸附并进入薄膜等因素综合作用的结果。随温度的升高,透过率先减小后增大,反射率则先增大后减小。同一个试样透过率与反射率对应得较好。当温度为70℃时,可制得禁带宽度为3.83eV、符合化学计量比的非晶ZnS薄膜。

医用恒温水浴锅的数控化革新 篇2

1 改进的基础

无论对哪种恒温水浴锅进行改进, 事前要对恒温水浴锅的基本情况有一个清楚的认识, 首先恒温水浴锅保温效果要好, 箱体不能有明显的破损, 其次加热元件必须完好, 最后根据功率大小选择合适的数字温控仪和探头。

2 改进的作法

取掉恒温水浴锅原来的控制面板, 根据现有的数字温度控制仪的大小, 将取下来的控制面板重新开孔, 将数字温度控制仪固定, 按照数字温度控制仪的连线说明接好探头, 指示灯、加热元件连接线和电源进出线, 固定好探头位置。将仪表连接妥后, 将开关拨至“下限设定”处, 同时旋转相对应的下限设定旋钮, 此时数字显示的是所需的下限温度值;将开关拨至“上限设定”处, 旋钮相应的上限设定旋钮, 此时显示的是所需的上限温度值;在将开关拨至“测量”处, 数字显示的是被测对象的实际温度值。当实际值低于下限设定值时, 绿灯亮, 上限继电器均为总低通, 总高断;当实际值达到或超过下限设定值而低于上限设定值时, 绿灯红灯均熄灭, 下限断路器总低断、总高通, 上限断路为总低通, 总高断;当实际值达到或超过下限设值时, 红灯亮, 此处对上限断电器均为总低断、总高通。一般作温度控制时可把下限继电器输出作辅助加热控制, 上限作加势控制, 也可把下限继电器输出作温度控制, 而把上限继电器输出超温报警。

上限所需温度值必须调整到高于下限所需温度值。当实际值低于下限值时绿灯亮, 继电器总低通, 升温;当实际值高于下限值上限值时, 仍为总低通、升温;当实际值高于上限值时, 红灯亮, 继电器总高通、总低断、停止加温, 只有当实际值低于下限值时, 绿灯亮, 总低通, 周而复始整个过程只有一个控制元件输出, 以便与负载方便地配接。

3 实践结果

经过上述数控化改进的多台医用恒温水浴锅, 控温准确, 调节灵活, 使用方便, 故障率大大下降, 维修次数明显减少, 使用科室反应不错, 取得了很好的经济和技术效益, 值得推广。

参考文献

化学水浴 篇3

1 材料与方法

1.1 原理

样品在酸性条件下加热消解, 王水使样品中的砷氧化成砷 (Ⅴ) , 在硫脲作用下, 将砷 (Ⅴ) 还原成砷 (Ⅲ) 。砷 (Ⅲ) 与硼氢化钾在氢化物发生系统中生成砷化氢, 过量的氢气和砷化氢与氩气结合进入加热的原子化器, 形成氢氩火焰, 使待测元素原子化。砷空心阴极灯发射的特征谱线通过聚焦, 将砷原子从基态激发至高能态, 再回到基态的过程中发射出特征波长的原子荧光。其强度在一定范围内与砷的浓度呈正比。由标准系列定量分析出样品中砷的含量。

1.2 试验材料

1.2.1 仪器。

AFS-8220型双道原子荧光光度计 (北京吉天) , 砷空心阴极灯, 可调温水浴锅。

1.2.2 试剂。

盐酸 (GR) 、硝酸 (GR) 、二次去离子水、砷标准溶液 (100 mg/L) ; (1+1) 王水:1体积硝酸与3体积盐酸混合, 用水稀释1倍;5%硫脲溶液:取5.0 g硫脲加少量水加热溶解, 用水定容至100 mL;还原剂:取0.5 g氢氧化钠溶于少量水, 再取2.0 g硼氢化钾溶入, 用水定容至100 mL;稀释液 (载流) :取50 mL盐酸用水稀释并定容至1 000 mL。

1.3 试验方法

1.3.1 样品消化处理。

准确称取土壤样品0.500 0 g于50 mL具塞比色管中, 加少量水润湿样品, 加 (1+1) 王水10 mL, 一份加塞后充分摇匀, 冷消化过夜;另一份直接加塞后充分摇匀, 加盖于沸水浴中加热消解2 h赶酸, 中途摇动数次, 取出冷却, 用水稀释至刻度线, 摇匀静置。加5%硫脲溶液5 mL, 用水稀释至刻度线, 摇匀静置。取上清液待测[3]。以同样的步骤做试剂空白和质控样。质控样为国家标准物质:GBW (E) 080117 (GSS-3) 和GBW (E) 080120 (GSS-7) 。

1.3.2 工作曲线。

配制砷标准操作液 (1 000μg/L) , 从中分别准确吸取1、2、4、6、8 mL置于100 mL容量瓶中, 加入5 mL5%硫脲溶液, 用水稀释至刻度线, 摇匀静置, 待上机。此砷标准系列为0～80μg/L。

1.3.3 上机测量。

设定好工作条件并预热20 min, 按照仪器工作站的要求设定各项参数、计算结果。仪器条件:负高压260 V, 灯电流45 mA, 载气流量300 mL/min, 屏蔽气流量800 mL/min。测量条件:读数方式为峰面积, 测量方式为标准曲线法, 原子化高度8 mm;读数时间10 s。

2 结果与分析

2.1 标准系列与样品测定结果

砷标准曲线在0～80μg/L范围内均系线性关系 (表1) , 质控样GSS-3和GSS-7中测出的平均值与给定的标准中值相对误差分别为4.3%和5.8%, 且2个质控样与3个样品的相对标准偏差范围在0.71%～3.56% (表2) , 表明该方法的准确度和精密度较高。对于消解方法[4]的选择, 用王水消解土壤后, 必须在室温下冷消解一夜, 于次日在水浴锅中加热, 否则测量值偏低 (表3) 。

2.2 各条件因素对结果的影响以及注意事项

2.2.1 预还原剂的选择。

土壤经酸化消解后, 一般以高价态五价砷存在, 单一硼氢化钾不能将五价砷定量还原完全。试验选用5%的硫脲, 一是为了反应完全, 二是因为加抗坏血酸后溶液不易保存, 影响结果。

2.2.2 测量试剂的选择。

一是酸的选择。盐酸、硝酸等中常含有杂质, 试验必须采用优级纯的酸[5]。在用盐酸作为载流时, 酸度跟砷的荧光强度与线性范围呈正比, 因此选用5%的盐酸时, 两者基本稳定, 满足测量要求。二是硼氢化钾浓度的影响。浓度过低, 还原力差, 灵敏度低;浓度过高, 会产生大量氢气稀释待测成分, 导致荧光强度下降, 因此选择2%浓度时既经济又能得到稳定结果。

2.2.3 仪器条件的选择。

一是原子化器高度。原子化器高度与样品的原子化率有关, 不过高度过高会导致灵敏度下降, 过低会导致气相干扰, 影响检出限。本试验控制在8 mm时, 荧光强度较强, 读书稳定。二是负高压及灯电流。负高压与荧光强度成正比, 负高压增大, 荧光强度也增大, 但同时背景强度也随之增大。此外, 灯电流过高会严重影响灯的寿命, 过低灵敏度差且不稳定。土壤中砷的含量一般较高, 在选择灯电流时要根据仪器性噪比来确定。三是载气及屏蔽气流量。载气及屏蔽气流量对荧光强度有较大影响。流量过大, 会稀释氢化物, 降低灵敏度, 同时不可避免地产生更大的分子干扰;流量过小, 难以迅速将氢化物带入原子化器, 出峰时间较晚会影响检测效率, 且会使火焰状态不稳定。

2.2.4 操作过程中的注意事项。

一是土壤消解全过程必须在通风橱内进行, 排风设施需维持抽力恒定, 以保持稳定的氩氢火焰;二是所用的器皿要在1∶1的硝酸溶液中浸泡12 h以上, 使用前用水冲洗干净, 再用去离子水冲洗3～4遍, 晾干备用;三是对于所用试剂的纯度应选在优级纯以上的试剂, 在整个试验过程中必须保证不含或少含被测元素及干扰元素;四是硫脲、还原剂、标准操作液应现配现用, 待测试剂和操作液需放置30 min左右再上机。

3 结论

测定土壤中的砷时, 前处理方法、试剂、测量以及仪器条件的选择对结果都有较大影响。本试验采用的水浴消解法准确可靠、操作简便、灵敏度高, 稳定性好, 同时一次可恒温消解批量样品且选用试剂量少, 减少了对环境的污染和对人体的危害, 可广泛应用于环境土壤的检测。

参考文献

[1]杨丽洲, 陶大钧.土壤和底质中砷的形态及前处理技术[J].甘肃环境研究与监测, 2000, 13 (1) :17-19.

[2]齐文启, 孙宗光, 石金宝.环境检测实用技术[M].北京:中国环境科学出版社, 2006:161-179.

[3]刘应希.氢化物发生—原子荧光光谱法测定土壤中的总砷[J].中国环境监测, 2005, 21 (6) :22-24.

[4]李琳, 谢翡.水浴消解法测定土壤中的砷[J].广东化工, 2009, 36 (11) :148-151.

化学水浴 篇4

关键词：水浴箱,冷沉淀,恒温摇摆式,凝血因子,回收率

随着现代输血医学的不断发展,冷沉淀制剂(内含凝血因子FⅧ、纤维蛋白原Fbg等)的临床应用越来越广泛,该制剂对儿童及成人甲型血友病、血管性血友病、纤维蛋白原缺乏症及产妇大出血等均有明显疗效[1]。但不同的制备工艺所制备的冷沉淀,其质量存在较大差异。虹吸法制备冷沉淀会使FⅧ、Fbg的回收率明显提高,而专业的融化设备和制备技术是保证冷沉淀质量的重要因素。因此,笔者分别采用普通水浴箱(KJX-Ⅲ型)和恒温摇摆式水浴箱(CT-4T.6C型)制备冷沉淀并进行质量比较,分析虹吸法制备冷沉淀的关键点与人为因素。现报告如下。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

大容量离心机(CR-7型),日本日立公司生产;速冻冰箱(MODF-U460B型),美国Themofoma公司生产;冷冻冰箱(BP-375型),中国Haier公司生产;普通水浴箱(KJX-Ⅲ型),苏州医用仪器厂生产;低温水浴箱(CT-4T.6C型自动摇摆式),美国Cytotherm公司生产;四通道凝血因子分析仪(CA-50),日本SYSMEX公司生产;热合机(SE-50),国产。

1.2 冷沉淀原料浆制备

选用苏州莱士公司生产的密闭三联袋,在采集400mL全血后6~8h内离心分离制得血浆24袋(200±20mL),混匀后每袋留取2mL样本备用。后血浆迅速置于-80°C速冻冰箱内速冻,冻结后置于-30°C冰箱保存备用。

1.3 制备冷沉淀

取24袋备用血浆在室温中放置5min,待塑料管道变软后,随机分为第1组和第2组,每组12袋。

步骤一:将第1组放入设定温度为4°C的普通水浴箱中。血浆逐渐融化虹吸到空卫星袋中,剩余白色絮状物附着于冰块上约(25±5)mL,即冷沉淀。

步骤二:将第2组固定于恒温摇摆式水浴箱的血袋夹中,并垂直浸没于恒温(6°C)的循环水浴中。水浴箱自动摇摆,血浆融化,上清液虹吸流入空袋,底部剩余白色絮状物,制得冷沉淀(25±5)mL。

1.4 取样检测

将冷沉淀及FFP样本置入37°C水浴中,冷沉淀融化后取2mL样本与FFP样本一起检测Ⅷ活性,并计算其回收率。Ⅷ回收率(%)=冷沉淀FVIII获得量(IU)/原料血浆FⅧ总量(IU)×100%[2,3,4]。

1.5 统计学处理

采用t检验,两组制备冷沉淀所得FⅧ回收率比较如表1。

2 结果

从表1中可以看出,两组设备制备的冷沉淀,其FⅧ含量均符合国家卫生部制订的《血站基本标准》的质量要求。但恒温摇摆式(CT-4T.6C型)制备冷沉淀所需时间短,仅为1h,并且该设备所制备的FⅧ回收率明显高于普通水浴箱制备的冷沉淀(t=27.232,P<0.01)。

3 讨论

冷沉淀主要富含有FⅧ、Fbg、XIII等活性物质,是FFP在2~6°C缓慢解冻后,产生的一种附着于冰块的白色絮状物。FⅧ是一种性质不稳定的凝血因子,在2~6°C的水浴中制备回收率较高,在8°C以上产生自融,所以制备冷沉淀对融化温度、融化时间及操作方法有较高的要求[5]。

美国Cytotherm公司生产的CT-4T.6C型恒温水浴融化箱,具有微电脑系统,可精确控制水浴温度保持在设定温度;拥有血袋固定装置,保证血袋垂直浸没于水浴中,保证受温均匀、完全;自动水浴箱摇摆及循环水,保证血袋间温度均匀,融化速度均一、快速,所制备的冷沉淀质量均一,回收率较高。该设备制备的冷沉淀之所以质量高,品质好,是因为其把握住制备过程中的关键控制点。温度控制点,精确的水浴温度控制,可以保证良好的融化环境,特别是初始水温恒定在6°C时,冷沉淀中凝血因子FⅧ回收率最高[2,3,4],并能保证凝血因子不会产生复溶;速度控制点,新鲜血浆在-30°C以下储存才能保证FⅧ的活性,在制备冷沉淀时,加快融化速度能够确保更高的凝血因子回收率,所以较高的水浴温度(6°C),充分的循环水,以及摇摆运动,能够加速血浆的融化。据国内报道,在1h内融化完成所制备的冷沉淀质量最好[6]。

此外,围绕温度和速度控制点,操作过程中人为因素亦不可忽视,如制备原料血浆时,排空血袋中的空气,可以保证虹吸作用充分,提高融化速度;固定于浸没水浴中,不仅可以确保血袋受温均匀,也可以防止血袋与空气接触并产生部分凝血因子复溶;另外,垂直放置,有利于白色絮状物沉淀于血袋底部的冰块上,防止被虹吸到卫星袋中。

参考文献

[1]江朝富,崔徐江,汪传喜.现代成分输血与临床[M].天津:天津科学技术出版社,2003:241-242.

[2]张国清,杨玉发.两种融化方法制备冷沉淀比较[J].广州医药,2006,37(3):58-59.

[3]杜晓明,金振良,陈冬芬.冷沉淀中纤维结合蛋白的检测方法比较[J].中国输血杂志,2004,(3):36.

[4]李锡兰,禹晓彬.制备冷沉淀的两种方法比较[J].实用预防医学,2010,(3):174-175.

[5]高峰.临床输血与检验[M].北京:人民卫生出版社,2003:139-140.

[6]杨绍明.冷沉淀制备的关键控制点[J].赣南医学院学报,2005,26.

[7]朱雅轩,陈敏.医用恒温水浴锅的数控化革新[J].医疗卫生装备,2006,(10):100.

化学水浴 篇5

某生产线采用ABB公司AC800F DCS控制系统,电加热反应器全部采用控制系统PID调节,在调试过程中发现低温水浴电加热反应器采用常规PID调节不能满足工艺要求。

1 问题描述

低温水浴电加热反应器如图1所示,反应器、搅拌器、加热棒采用耐酸耐碱的不锈钢制成。反应器为双层结构,生产时中间充满纯净水,U型电加热棒直接对水进行加热(电加热棒功率为3kW),通过热传递加热反应器中的溶液,温度控制采用Pt100热电阻间接测量水的温度。

通过调压模块控制水的温度,控制原理如图2所示。

反应器容积为6L,通过搅拌器的搅拌使溶液温度均匀,生产时工艺要求溶液的温度保持在35℃±2℃。在2009年调试过程中发现,采用川仪提供的PID参数无法满足工艺控制要求,调试数据如表1所示。

自控开度:100%设定温度:35℃P:60.0I:12m D:20ms

注:12:09-12:22人工用冷却水击一会儿。

从数据中可以看到:随着时间的增加,温度在增加,输出和电流都会由最大而减小;外温温度到达40℃时,内温温度已经达到43.8℃,电流和输出都变为0;随着时间的变化,温度降回接近设定温度时,内温超出1℃,输出和电流再由小变大,依次下去不稳定。升温数据图如图3所示。

根据表1、图3可知:工艺要求35℃±2℃,而从数据中可以看到外温度达到35℃±5℃,内温超出更多,P、I、D参数设置不合适,造成温度“过冲”现象,不满足工艺要求;温度的显示精度不高;看出温度不稳定,自控调节没有起到作用。

2 优化过程

2.1 PID参数优化

PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:理论计算整定法,依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数,这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改;工程整定方法,主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。现在一般采用临界比例法,整定步骤为:首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

2.1.1 P参数整定

采用临界比例法对比例带参数进行整定,首先去掉PID的积分项和微分项,一般令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明),使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许最大值的60%～70%,由于此温度要求较低,根据实际情况要求输入设定为系统允许最大值的90%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的90%,比例增益P调试完成。P值的调试数据见表2,可以确定P值应确定为65。

比例在65.0时,温度更为稳定,再给大比例,温度变化不大,还保持在33～34℃左右。比例图如图4所示。

2.1.2 积分参数整定

比例作用的输出与误差的大小成正比,误差越大,输出越大,误差越小,输出越小,误差为零,输出为零。由于没有误差时输出为零,因此比例调节不可能完全消除误差,为此引入积分作用,只要有误差存在,就对误差进行积分,使输出继续增大或减小,一直到误差为零,积分停止,输出不再变化,系统保持在稳定状态。

比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡;之后再反过来,逐渐加大Ti,直至系统振荡消失。记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%～180%。最终确定为6m30s时,符合实际需要,积分时间常数Ti调试完成。

2.1.3 微分参数整定

比例增益P、积分时间常数Ti确定后,设定一个较小的微分时间常数Td作为初值,然后逐渐增大Td,直至系统出现振荡;之后再反过来,逐渐减小Td,直至系统振荡消失。记录此时的Td,设定PID的微分时间常数Td为当前值的30%。最终确定为1m时,符合实际需要,微分时间常数Td调试完成。

PID参数整定完成后,还需进行综合调试,不断对PID参数进行微调,直到系统稳定,经过反复调试,升温数据如表3所示,升温图如图5所示。

2.2 限幅参数整定

经PID参数优化后的调试数据虽然基本满足了控制要求,但第一个波动显然超过了工艺要求,主要有以下原因:

(1)反应器容积较小,当温度达到控制要求后,夹层中水的蓄热将反应器温度“抬”高。

(2)U型加热棒的功率过大,虽然DCS的输出电流很小,但实际加热功率较大。

(3)反应器的保温性能好,反应器的热量损失小。

从以上分析可知,只要适当控制加热功率,使DCS的输出与加热功率相匹配,即可控制水的蓄热,保证蓄热不至于“抬”高水的温度。

从DCS的100%输出逐渐降低至70%、60%、50%、45%、30%,从一系列的数据分析可知,当DCS的输出开度到30%时,满足了工艺控制要求。限幅减小数据如表4所示,限幅减小后升温图如图6所示。

随时间的增加,外温度升至35～36℃时,电流为0,输出值在微小地变化。再随着时间的增加,温度仍保持在35～36℃,说明在P、I、D参数优化的基础上,限幅给得比较合适。在外温稳定的基础上,经过比对,内外温温度相差较小。沉淀反应器内外温表如表5所示,升温图如图7所示。

自控开度:30%设定温度:35℃P:65.0I:6m30s D:1m

数据显示表明:外温度控制在35℃+1℃,保温时间也达到工艺要求,而工艺要求的温度是内温控制在35℃±2℃,实际内温稳定在38℃左右,不满足工艺要求。所以在外温控温稳定的基础上,对限幅又进行了减小,通过时间的延长来解决过冲1℃的问题。再次减小限幅后的数据如表6所示,升温图如图8所示。

3 验证

优化后,内外温验证数据如表7所示。

外温控制在33℃左右稳定时,内温温度在35℃+1℃,保温时间也达到工艺要求,满足工艺使用。

4 结论

化学水浴 篇6

1 实验部分

1.1 实验仪器

SYP-II型玻璃恒温水浴槽 (自带温控器) , 南京桑力电子设备厂;精密温度计 (最小分度0.1℃, 量程0℃～50℃) , 武强红星仪表厂;秒表, 深圳市凯狮龙体育秒表厂。

1.2 实验设计

根据恒温水浴槽的灵敏度测定的影响因素确定因素水平表。由于水浴温度、搅拌速度、加热方式均为2个水平, 但回差值却有5个水平, 所以该实验属于不同水平的正交设计[2,3]。可根据实际情况采取拟水平法拟出相同的水平数, 如表1所示。

注:升温速度为1 ℃/min时, 仪器上标明为“强加热”, 升温速度为0.5 ℃/min时, 仪器上标明为“弱加热”;搅拌速度为1 300 r/min时, 仪器上标明为“快搅拌”, 搅拌速度为1 000 r/min时, 仪器上标明为“慢搅拌”。

根据表1所确定的实验因素、水平, 选用L25 (56) 正交设计表进行实验。

1.3 实验方法

按照表2中的实验号顺序, 在不同的实验条件下测出恒温水浴槽稳定后30 min内的温度值, 每分钟读一次温度值[4]。在每组数据中找出重复性好的温度最大值tmax和温度最小值tmin, 依下式求出恒温水浴槽的灵敏度tr[5,6]。

tr= (tmax-tmin) /2

利用正交设计实验常用的极差分析方法, 计算出各种水平下平均灵敏度, 并计算出同一因素下的灵敏度极差 (R) 。

2 结果与分析

2.1 恒温水浴槽灵敏度测定结果

按L25 (56) 正交设计表进行实验, 测得恒温水浴槽的灵敏度如表2所示。

注:A1、A2分别表示水浴温度为48 ℃、40 ℃;B1、B2表示搅拌速度为1 000 r/min、1 300 r/min;C1、C2分别表示升温速度为0.5 ℃/min、1.0 ℃/min;D1、D2、D3、D4、D5分别表示回差值为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5;I、II、III、IV、V分别表示各因素对应的水平下灵敏度的平均值, R表示各因素水平下灵敏度平均值的极差。

2.2 恒温水浴槽灵敏度测定的最优条件分析

2.2.1 影响因素分析

由表2中的极差 (R) 的数据可知, 4个因素对恒温水浴槽的灵敏度影响的主次顺序是:D>C>A>B, 即回差值的变化对灵敏度的测定影响最大;加热方式和水浴温度其次, 且二者对灵敏度的测定影响程度相当;搅拌方式对灵敏度的测定影响最小。究其原因, 在恒温水浴槽灵敏度的测定过程中, 较大的回差值会导致较明显的热滞后现象 (包括加热热滞后和停止加热热滞后) , 这将直接导致灵敏度的测定值偏大;加热方式和水浴温度只会产生较弱的热滞后现象, 故而对灵敏度的测定影响较小;搅拌则是使恒温水浴槽中的浴液 (本实验中为水) 受热均匀, 促使浴场中处处温度一致, 还可在一定程度上消除热滞后现象, 所以对灵敏度的测定影响最小。

2.1.2 最优条件选择

以因素水平为横坐标、同一因素下的灵敏度平均值为纵坐标, 作出因素水平-灵敏度关系图, 见图1。

灵敏度是恒温水浴槽的重要质量参数之一。灵敏度越高 (即tr值越小) , 恒温水浴槽的恒温效果就越好。故由图1可知, 测定恒温水浴槽灵敏度的最优条件为:水浴温度为48 ℃、搅拌速度为1000 r/min、升温速度为0.5 ℃/min-1、回差值为0.1, 即在较高水浴温度 (接近恒温水浴槽和温度计测量值上限值) 、慢搅拌、弱加热和回差值为0.1的条件下测定的恒温水浴槽灵敏度最高。

2.2 影响因素的相关系数分析

对表2中的极差及产生极差的水平对应的灵敏度进行列相关系数分析[7], 分析结果见表3。

由表3可知:若将回差值的变化对恒温水浴槽灵敏度的影响系数设定为1 (即高度相关[8]) , 则升温速度的影响系数为0.658 (即中度相关[8]) , 水浴温度的影响系数为0.640 (即中度相关) , 搅拌速度的影响系数为0.449 (即低度相关[8]) 。

3 结 论

采用正交设计实验的方法研究了恒温水浴槽灵敏度测定的最优条件及各影响因素间的相关程度。实验结果表明:恒温水浴槽灵敏度测定的最优条件为慢搅拌、弱加热、回差值为0.1、水浴温度为测定上限值的90%～96%。并得到了各条件与灵敏度测定间的相关程度, 给出了相关系数, 即水浴温度、搅拌速度、加热速度、回差值的相关系数比为0.640:0.449:0.658:1。这一结论可为该实验的教学及恒温水浴槽的性能鉴定提供理论基础。

参考文献

[1]刘寿长, 张建军, 徐顺.物理化学实验与技术[M].河南:郑州大学出版社, 2004:324-326.

[2]姬振豫.正交设计[M].北京:天津科技翻译出版公司, 1994:27-87.

[3]赵选民.试验设计方法[M].北京:科学出版社, 2006:64-114.

[4]北京市计量科学研究所.恒温水浴槽技术性能测试规范JJF1030-1998[S].国家质量技术监督局, 1998.

[5]陈大勇, 高永煜.物理化学实验[M].上海:华东理工大学出版社, 1999:118-120.

[6]吴子生, 邓希贤.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社, 2002:116-119.

[7]李继兵.Excel数据处理与分析[M].北京:中国青年出版社, 2006:149-150.

化学水浴 篇7

1 改造方案

2008年夏季,我单位对除尘器进行了大胆的改造,在多次试验和计算的基础上,突破传统的设计方案,探索创新,首次采用将引风机前置到除尘器之前安装的方式,并将水浴除尘器扩大空间,加固结构,安装在引风机之后,即改造前烟气流程:锅炉尾部烟道→水浴除尘器→引风机→烟囱,改造后烟气流程:锅炉尾部烟道→引风机→水浴除尘器→烟囱。

改造完成后经过1年的运行,效果良好,引风机不存在带尘带水现象,通过调节水浴除尘器水位和水的碱度,烟尘排放浓度完全达到国家环保要求,改造获得圆满成功。具体改造方案如下。

1.1 新型水浴除尘器结构与原理

新型水浴除尘器主要由主、副筒体、隔烟墙、下部排污孔、清渣孔、液位控制箱等组成。其工作原理是:使用高压喷雾方式,使水与烟气接触面积大大增加,在除尘基础上,碱性水与含硫烟气充分接触,反应时间加长,除尘与脱硫效果大大增强。

从锅炉尾部排出的含尘烟气在风机的吸力作用下首先经过引风机,然后从风机出口鼓入除尘器,除尘器在运行过程中呈微正压状态。烟气进入除尘器入口,通过扁而宽的下行通道以高速冲击水面,其中大部分尘粒由于与水粘附后重量加大留在水中,此阶段为冲击阶段;在此阶段产生后,烟气继续以相当快的速度从上下隔墙与水的狭隙中掠过。翻过三道耐冲刷隔墙后,即烟气经过三个小室,夹带着它们激起的水滴、水雾和泡沫,发生强烈的对撞,烟气中残留的尘粒被水滴、泡沫粘附的机会大大增加,并弹溅到小室内壁上被粘附,逐渐积累增大而落入水中。含尘气体在此区域内又进一步水雾净化,此阶段为水浴阶段;同时因为进入除尘器的烟气温度一般不低于80 ℃,由于烟气温度高,在接触水面时会产生一定数量的蒸汽混合在烟气中,进一步提高捕集小尘粒的能力;最后在除尘器尾部,烟气改变方向,向上运动,在出口段上方装有两套折流式汽水分离装置,并且除尘器上部有一段较长的空间,烟气在此空间上行时截面平均速度降低,由于重力作用使汽水分离。通过以上三种方式净化后,干净的烟气从除尘器出口处进入烟囱。

1.2 改造示意图

水浴除尘器示意图见图1。

1.3 主要技术指标

除尘效率:95%～98%。脱硫效率:70%～85%。筒体阻力:600 Pa～900 Pa。

2 改造主要特点

1)改造首次大胆采用了将引风机安装在水浴除尘器前的方式,完全杜绝了风机带尘带水现象,解决了风机含尘带水振动这个多年来困扰正常运行的最大问题,有极大的推广价值。2)由于锅炉含尘烟气中含硫,改造中除尘器采用原有麻石砌筑,降低了成本,内部与烟气接触的钢件全部采用耐腐蚀的316L不锈钢制作,经过1年运行后检查,不锈钢钢件没有腐蚀损坏现象。3)除尘器下部安装有单链刮板出灰机,清除除尘器内部捕捉和沉淀下来的积灰。同时也设计有排污孔、清渣孔、液位控制箱等附件,根据运行的风压、风量、负荷等参数调整除尘器水位,达到良好的运行状态。4)由于除尘器在运行过程中呈微正压状态,除尘器外部用钢制结构覆盖,增加强度和密封性。5)为确保引风机的正常使用,进入风机的烟气温度应控制在130 ℃以下,因此在锅炉尾部烟道内,根据计算,增加了一部分铸铁省煤器受热面,适当降低烟气温度,选择耐温120 ℃的原锅炉配套的引风机就可以满足运行要求。6)改造投资小,运行费用低,使用麻石和不锈钢材料,具有耐冲刷、耐腐蚀、耐高温、使用寿命长的特点,价格低,安装方便。水可循环利用,在水池中加入碱性物质,可起到脱硫效果。7)经过连续1年的观察测试,锅炉烟尘排放浓度不大于80 mg/m3,SO2排放浓度不大于900 mg/m3,完全达到国家环保要求。

自激式水浴脱硫除尘器的新应用技术,打破了传统的设计模式,首次采用将引风机前置到除尘器之前安装的方式,将水浴除尘器扩大空间、加固结构,安装在引风机之后,完全杜绝了风机带尘带水现象,解决了风机含尘带水振动问题,同时满足国家环保要求,有极大的推广价值。在2009年度根据取得的经验,又陆续对10 t/h,6 t/h等锅炉进行了改造,都取得了圆满成功。

摘要：根据自激式水浴脱硫除尘器的结构及工作原理,分析了影响除尘效率、脱硫效率、烟气带水控制、液位控制、防腐耐磨等因素,对自激式水浴脱硫除尘器进行改造,同时增加省煤器换热面积,降低进入引风机尾部的烟气温度,杜绝了引风机振动。