实现目标 pH 值,无论是作为生产链中的一个步骤,还是作为处理过程的一部分来中和废物流,都是一种常见的控制应用。
图 1 显示了工业规模实现的 pH 控制过程的基本设置。
图 1.中和过程的基本设置
各个设置各不相同,但它们都共享一些通用组件;即,具有混合器或
搅拌器的反应器容器、可以打开和关闭以添加中和剂或其他目标pH剂的化学添加进料、需要调节的溶液进入和离开反应器容器的方式,以及当然,控制器如可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)来管理系统输入、输出和程序动作。
pH控制的难点:非线性
过程领域中的许多受控变量的行为相对线性。例如,打开流量控制阀一定百分比会导致相关流量增加。pH 调节通常不会以这种方式进行。例如,考虑用强碱(例如氢氧化钠)滴定(中和)弱酸(例如乙酸)。该反应的行为如下图 2 所示。
图 2. 用强碱滴定弱酸
酸的起始 pH 值约为 3。添加 10 mL 碱时,pH 值上升 1 个 pH 点。当添加 10 mL 以上时,pH 值上升略低于 1 pH 点。然后,当再添加 10 mL(总共 30 mL)时,pH 值急剧跃升超过 4 个 pH 点,达到 11。
这种行为是高度非线性的,当目标 pH 值出现在反应的高倾斜区域中或之后时,传统的控制方法(例如比例积分微分 (PID) 回路)通常是不够的。根据可用于处理流入物的时间和流入物特性的可变性,可以采用不同复杂性的控制——从以特定频率投放设定量的滴定仪到采用更先进的预测控制算法。
pH 监测和控制:总结
pH 监测和控制广泛应用于各个行业。为特定应用选择合适的
探头和
变送器以及维护设备对于确保正确的读数是必要的。
pH控制可以通过自动控制系统来实现,但在设计控制方案时应考虑pH调节的非线性性质。