книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

тродвигателя; 2) магнитные, т. е. состоящие из стального стержня, армированного стеклом и лежащего на дне сосуда, и постоянного магнита, который находится под сосудом вне его и приводится во вращение электродвигателем; 3) барботажные. Стержневыми устройствами с лопастями достигается более быстрое перемеши­ вание раствора при титровании.

На рис. 182 показан один из титровальных сосудов, применяв­ шихся в автоматическом титрометре, описанном в § 5.

Кроме автоматической бюретки, электронного сигнализатора, дозатора и титровального сосуда, основной составной частью почти каждого автоматического титратора является таймер — командное устройство, управляющее по определенной программе механизмами титратора. В качестве таймеров используются стан­ дартные командные приборы, реле времени и специальные устрой­ ства с синхронными электродвигателями.

§ 4. Прибор для определения бромных чисел типа БЧ-2

Примером лабораторного полуавтоматического титратора яв­ ляется прибор БЧ-2 для определения бромных чисел нефтепродук­ тов электрометрическим методом ГОСТ 8997-59.

Бромным числом называется количество брома, присоединяе­ мого нефтепродуктом. Это число характеризует содержание в неф­ тепродукте непредельных углеводородов и является важным по­ казателем. При введении в нефтепродукт стандартного раствора, •содержащего ионы брома, непредельные углеводороды присоеди­ няют их. Зная количество брома, израсходованного на титрова­ ние, определяют бромное число нефтепродукта.

По старой методике навеска нефтепродукта, растворенная в специальном электролите, титровалась вручную бромит-бро- матным раствором в присутствии индикатора, который изменял свою окраску при появлении в растворе свободных ионов брома. Методика эта имела ряд недостатков, объясняющихся главным образом субъективным способом определения точки эквивалент­ ности. Для темных нефтепродуктов этот способ титрования вообще неприменим.

По новой методике момент эквивалентности, т. е. момент на­ сыщения связей молекул нефтепродукта ионами брома, опреде­ ляется электрометрически, по возрастанию силы тока, протекаю­ щего в цепи электродов, опущенных в титруемый раствор (амперо­ метрическое титрование). Возрастание тока является следствием уменьшения поляризации электродов свободными ионами брома, находящимися в растворе. Новая методика определения бромных чисел позволила повысить точность анализов, использовать ее для определения бромных чисел темных нефтепродуктов, автома­ тизировать самый процесс титрования и значительно повысить производительность труда лаборантов.

Прибор состоит из двух блоков — титровального стенда и электронного сигнализатора (рис. 183). Титровальный стенд

381

представляет собой массивный штатив, на котором закреплены полуавтоматическая бюретка 2 с электромагнитным клапаном 4 и резервуаром 1 и подъемный стол 3 для термостата с титровальным сосудом. Последний представляет собой стандартный стек­ лянный стакан, в который погружаются электроды и мешалка, закрепляемые на панели 7. Электронный блок оформлен в виде-

а — тптровальный стенд: б — электронный индикатор; в — разделительный трансфор­ матор. (Буквенные обозначения см. рис. 184).

металлического шасси с футляром. На шасси расположены эле­ менты электронной схемы, органы управления прибором и сиг­ нальные лампы.

Полуавтоматическая бюретка, выполненная на базе обычной лабораторной бюретки емкостью 10 мл, наполняется под давле­ нием, создаваемым в резервуаре при помощи резиновой груши. Начальный уровень устанавливается автоматически посредством сифона. На выходном капилляре бюретки 5, кроме обычного руч­ ного крана 6, имеется электромагнитный клапан, описанный

382

выше (рис. 1755). Этот клапан открывается под действием напря­ жения, поступающего с электронного сигнализатора. Количество стандартного раствора, израсходованного на титрование, отсчи­ тывают по шкале бюретки.

Термостат представляет собой сосуд, который при титровании наполняют мелким льдом. Это требуется по методике, согласно которой раствор должен иметь температуру, близкую к нулю (О—5° С). При более высокой температуре наряду с реакцией присоединения идут реакции замещения, искажающие результаты анализа.

Применяемая мешалка имеет небольшие лопасти, вращается вентиляторным электродвигателем (около 3000 об!мин). Электро­ двигатель мешалки включается одновременно с замыканием цепи обмотки электромагнитного клапана бюретки, что исключает ти­ трование при выключенной мешалке. Электроды представляют собой платиновые пластинки, каждая из которых имеет площадь приблизительно 0,5 см2. Пластины впаяны в концы стеклянных трубок.

При титровании по новой методике необходимо учитывать сле­ дующее: когда приближается момент эквивалентности, каждая очередная капля стандартного раствора вызывает резкое увели­ чение тока в цепи электродов (что характерно для точки эквива­ лентности), которое длится несколько секунд. Это объясняется, по-видимому, инерционностью процесса соединения ионов брома е молекулами углеводородов в последней стадии титрования. Эквивалентность считается достигнутой, если после очередной капли стандартного раствора ток возрастет и останется на этом значении не менее 30 сек. В дальнейшем (через 40—50 сек.) ток опять начнет уменьшаться вследствие наличия реакций замеще­ ния и электролиза.

Поэтому при титровании вручную необходимо после каждого повышения тока в цепи электродов включать секундомер и отме­ чать длительность периода возрастания тока. Это значительно осложняет работу лаборанта. В приборе БЧ-2 электронный сигна­ лизатор имеет электронное реле времени, включающееся каждый раз при возрастании тока в цепи электродов до определенной величины и срабатывающее по истечении 30 сек. Если же за это время ток уменьшится, реле времени возвращается в исходное положение.

Работа лаборанта при использовании прибора БЧ-2 сводится к приготовлению и дозированию электролита и исследуемого неф­ тепродукта, заполнению бюретки пли отметке уровня раствора в ней, включению мешалки и нажатию кнопки пуска на электрон­ ном сигнализаторе; затем титрование производится и заканчи­ вается автоматически. После появления сигнала об окончании титрования лаборант по шкале бюретки определяет количество израсходованного в процессе титрования стандартного раствора.

На рис. 184 приведена принципиальная электрическая схема прибора. Электронный сигнализатор состоит из усилителя по-

383

стоянного тока с использованием двойного триода Ль, тиратронного реле с малогабаритным тиратроном Л% и реле времени на тиратроне Лз. Усилитель питается от выпрямителя с полупровод­ никовыми германиевыми диодами В; от этого выпрямителя пи­ таются и сеточные цепи обоих тиратронов.

Постоянный ток, протекающий в цепп электродов Э, в кото­ рую входят сопротивления Ri и Вз, усиливается двухкаскадиым усилителем с катодной связью и отрицательной обратной связью в I каскаде. Напряжением, действующим в цепи электродов, является падение напряжения на катодном сопротивлении I ка­ скада усилителя (правой половине Л 1 ) R 3 .

При умепыпении поляризации электродов, что происходит в конце титрования, ток в цепи электродов возрастает, увеличи­ вается падение напряжения на сеточном сопротивлении Ri и по­ тенциал сетки I каскада усилителя повышается. Анодный ток I каскада возрастает, увеличивается падение напряжения на со­ противлениях катодной нагрузки этого каскада ( R з и Т?4),что повышает потенциал сетки и анодный ток II каскада. Таким обра­ зом, анодный ток II каскада повторяет в значительно больших масштабах все изменения тока цепи электродов. Ток усиливается примерно в 200 раз.

В анодной цепи II каскада включены миллиамперметр М А, служащий для контроля, и сопротивление Ris, падение напряже­ ния на котором подается на сетку тиратрона Л2 ; при возрастании тока в цепи электродов тиратрон зажигается. Для регулирования напряжения смещения триода II каскада служит переменное со­ противление Rs, а для регулирования режима зажигания тира­ трона — переменное сопротивление R в.

В анодную цепь тиратрона Лг, питаемую переменным напря­ жением от специальной обмотки силового трансформатора Тр, включена обмотка электромагнитного реле Р2, которое срабаты­ вает при зажигании тиратрона. Реле имеет три пары контактов:

Реле времени собрано на тиратроне Лз. В сеточную цепь тира­ трона включен контур из параллельно соединенных бумажного конденсатора Сь и сопротивления R l5 и R16 (постоянная времени контура приблизительно 40 сек.). Когда тиратрон Лг закрыт, на контур подается с делителя Rio—Ru (через нормально замкну­ тые контакты Р 2 ) напряжение такой полярности, при которой тиратрон Лз также закрывается. Когда Л% зажигается и срабаты­ вает реле Р 2 , цепь заряда контура размыкается и конденсатор Сь разряжается на сопротивлении i?15 и R i o . Напряжение на кон­ туре постепенно снижается, и через 30 сек. тиратрон Лз зажи­ гается, срабатывает электромагнитное реле Рз.

Последнее имеет три пары контактов: первая пара разрывает цепь обмотки реле пуска вторая — замыкает накоротко кон­ денсатор С4 , вследствие чего Лз теряет управляемость со стороны

сетки, и третья — включает сигнальную лампу Л5. Переменное сопротивление R1S предназначено для регулировки выдержки реле времени, рукоятка реле выведена на лицевую панель элек­ тронного сигнализатора. Конденсатор С5, шунтирующий сетку тиратрона Лз, служит для устранения случайных импульсов напряжения, воздействующих на тиратрон и попадающих на вход усилителя главным образом при размыкании цепи обмотки электромагнитного клапана бюретки.

Электромагнитное реле Pi, срабатывающее при нажатии на кнопку JTa («пуск»), имеет три пары нормально разомкнутых кон­ тактов: первая пара блокирует кнопку Кг, вторая — замыкает цепь обмотки электромагнитного клапана Pi бюретки, третья — включает сигнальную лампу Лв.

Работа электрической схемы при титровании протекает так. При включении тумблера сети Kt загорается сигнальная лампа Л-,, подается напряжение на первичную обмотку силового трансфор­ матора. Включением тумблера Ki приводится в действие электро­ двигатель Д мешалки и замыкается одна из трех точек разрыва цепи питания обмотки электромагнитного клапана Pi (вторая точка разрыва замкнута на реле Рг). При нажатии на кнопку Кг («пуск») срабатывает реле P i, причем загорается сигнальная лампа Ле и подается напряжение на обмотку клапана Pi. Стан­ дартный раствор по каплям поступает из бюретки в титровальный сосуд.

Когда после падения очередной капли ток в цепи электродов возрастает до величины, на которую отрегулирован прибор, зажжется тиратрон Лг и сработает реле Рг. В результате пре­ кратится подача стандартного раствора из бюретки, включаются реле времени и сигнальная лампа Л1 . Если до срабатывания реле времени ток в цепи электродов опять уменьшится, тиратрон Лг погаснет и якорь реле Рг отпадет, причем электромагнитный кла­ пан бюретки опять откроется, реле времени займет исходное положение, сигнальная лампа Ль погаснет. Когда реле времени сработает до уменьшения тока, то загорится сигнальная лампа Лъ («титрование закончено») и отпадет якорь реле Pi. Вследствие этого цепь обмотки Pi будет разорвана, даже если погаснет тира­ трон Лг.

Когда сигнал об окончании титрования замечен, лаборант ключом Ki выключает мешалку. Если предстоит следующее титро­ вание, нажатием на кнопку К з («квитирование сигнала окончания титрования») гасится тиратрон Лъ.

В настоящее время разработана новая методика определения малых бромных чисел (бромных индексов) посредством кулоно­ метрического титрования. По этой методике бром выделяется не­ посредственно в электролите путем пропускания постоянного тока между специальными генераторными электродами. Точка экви­ валентности определяется амперометрическим методом (примерно так же, как при использовании прибора БЧ-2). Бромный индекс рассчитывается по количеству электричества, прошедшему через

38fi

электролизер. Преимущество кулонометрического метода состоит в том, что бром возникает одновременно на всей поверхности ка­ тода электролиза и не происходит местного повышения концен­ трации брома, что характерно при объемном титровании (паде­ ние капли). Поэтому при кулонометрическом титровании реакции замещения сведены к минимуму даже при нормальной темпера­ туре. Это позволило измерять бромные индексы с большой точ­ ностью, что недостижимо приборами по старой методике и прибо­ ром БЧ-2.

§ 5. Автоматический титратор АТ-2

Разработанный СКВ АНН титратор АТ-2 предназначен для определения общей кислотности сильно агрессивного и вязкого продукта — сульфокислоты. Используется метод объемного по­ тенциометрического титрования до определенного потенциала. Прибор работает циклически, длительность одпого цикла, в те­

чение которого производятся подготовительные операции и титро­ вание, приблизительно 10 мин.

Автоматически выполняются следующие операции: 1) отбор из трубопровода строго определенного количества контролируе­ мого продукта; 2) растворение отдозировапного продукта в горя­ чей дистиллированной воде (конденсате) и перенесение растворен­ ного продукта в титровалышй сосуд; 3) равномерное введение в титровалышй сосуд стандартного растворащелочи и непрерыв­ ная регистрация количества раствора, введенного с начала титро­ вания; 4) определение момента достижения точки эквивалент­ ности и прекращение титрования; 5) опорожнение и промывка титровального Сосуща.

На рис. 185 приведена блочная схема автотитратора. Устрой­ ство и действие отдельных элементов прибора, которыми дости­ гаются упомянутые операции, следующие.

1. Дозатор 1 контролируемого продукта представляет собой пробочный кран, конструкция которого описана в § 3. Поворотом пробки на 1 8 0 ° продукт, заполняющий ее канал, переносится из

Вио оез крышки.

Рис. 186. Внешний вид автомата

а — титровалышн стенд; б — электронный блок; 1 — дозатор растворителя; 2 — дозатор 5 — индукционная катушка передачи движения поршня шприца;

линии продукта в линию растворителя, смывающего продукт в ти- ■тровальный сосуд. Пробка поворачивается моторным исполни­ тельным механизмом 2 типа ДР1, который после каждого кратко­ временного замыкания контактов таймера <3 поворачивает вал точно на 180°. Дозатор имеет специальную контактную систему, подающую сигнал в случае нарушения согласования в положе­ ниях пробки дозатора и релейной схемы.

188

2. Специальный сосуд-мерник 5, заполняемый растворителем из резервуара (конденсационного горшка) через клапан с электро­ магнитным приводом 6, предназначен для дозирования раствори­ теля (конденсата). Растворитель нз мерника удаляется через дозатор для продукта, когда пробка дозатора займет соответ­ ствующее положение. Растворитель вытесняет продукт из капала пробки и, растворяя, смывает в тптровальный сосуд.

Вид на внутреннюю часть прибора (поназанусловно)

исследуемого раствора: з — тптровальный сосуд; 4 — шприц автоматической бюретки; 6 — реле времени типа РВ-1200; 7 — электронный сигнализатор.

3. Автоматическая бюретка 7 для подачи стандартного рас­ твора выполнена в виде шприца, причем использованы стандарт­ ные медицинские шприцы типа «рекорд». Объем шприца выби­ рается в зависимости от условий работы прибора. Для повыше­ ния точности анализа обычно применяются многократные напол­ нение и опорожнение шприца. Поршень шприца перемещается при помощи механизма, приводимого в действие реверсивным

380