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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 工业浆液浮游物含量在线分析 姓名：马登龙 申请学位级别：硕士 专业：应用化学 指导教师：梁燕萍 20100101 摘要 为了克服工业传统工业浆液浮游物含量检测技术的缺点，改变工业浆液浮游 物含量检测的手工操作方式，本论文针对氧化铝工业生产浆料设计开发了一套浮 游物含量在线监测系统。 通过分析铝酸钠浆液性质，本文选择表面散射法设计传感装置并进行理论模 拟。米散射模拟结果表明，当入射光波长与颗粒物粒径相当时，散射光强度角度 分布均匀，在离光源垂直方向为最佳检测位置。通过蒙特卡罗方法模拟光子通过 介质的表面散射过程，结果表明，当光线入射角5 0 0 ，出射角为4 0
2、0 时，散射光强 具有较好的线性关系，而且散射光强变化明显。根据模拟结果设计非接触传感装 置，该装置能够在恶劣的浆液环境下使用。同时，设计出与传感器装置配套的样 品室，最终完成整体结构设计和电路设计。为了实现远程监测功能，基于V I S U A L B A S I C 平台，开发出浮游物在线监控软件。 通过性能检测实验表明，传感器具有较好的检测稳定性；浆液颜色对仪器检 测结果相对于无色浆液相对偏差小于O 5 ，几乎不受颜色干扰；与重量法检测结 果对比显示，本系统检测结果与重量法相对偏差小于6 ，可以满足工业检测需要。 关键字：浮游物悬浮物氧化铝铝酸钠在线分析颗粒物 A b s t r a c
3、t Ao n l i n ec o n t r o ls y s t e mf o rd e t e c t i n gs u s p e n d e dm a t e r i a lc o n t e n ti ns o l u t i o nw a s d e s i g n e da n dr e a l i z e di nt h i sp a p e rt om a k et h en e e do fi n d u s t r i a la u t o m a t i o n ，e s p e c i a l l y f o ra l u m i n ai n d u s t r
4、y I nt h i sf i e l d ，t h em e t h o dd e t e c t i n gt h et o t a lo fs u s p e n d e ds o l i d s ( T S S ) i ss t i l lw e i g h tm e t h o da tp r e s e n t S oaf a s tm e a s u r e m e n tm e t h o dm u s tb ef o u n dt o i n s t e a di t A f t e rc o m p a r i n gw i t hs o m em o r d e ne l
5、 e c t r i c a lm e a s u r e m e n tm e t h o d sa n d a n a l y z i n gt h ep r o p e r t i e so fa l u m i n u ms o l u t i o n , s u r f a c es c a t t e r i n gl i g h tm e t h o di s c o n s i d e r eab e s to n et od e t e c tt h eT S S A c c o r d i n gt ot h eM i eS c a t t e r i n gs i m u
6、 l a t i o n ，t h ea n g l ed i s t r i b u t i o no fi n t e n s i t yi s s y m m e t r i c a lw h e nt h ew a v e l e n g t hi sn e a r l ye q u a lt ot h ed i a m e t e ra n dt h eb e s td e t e c t i o n d i r e c t i o ni si nv e r t i c a lt oi n c i d e n t 1 1 1 ep h o t o n st r a n s p o r
7、 t i n gp r o c e s sw a ss i m u l a t e dw i t h M o n t eC a r l oM e t h o dt od e t e r m i n et h ea n g l ep a r a m e t e r so fs u r f a c es c a t t e r i n g T h er e s u l t s s h o w st h a tw h e ni n c i d e n ta n g l ei s5 0d e g r e ea n de m e r g e c ea n g l ei s4 0d e g r e et
8、h e s c a t t e r i n gl i g h ti n t e n s i t yh a sab e t t e rl i n e a r i t yw i 廿1t h en u m b e ro fp a r t i c l e si ns o l u t i o n ， a n dt h ev a r i t yo fi ti so b v i o u s T h e nt h ec o n t a n t l e s sS e n S O rd e v i c eW a sd e s i g n e db a s e do n t h er e s u l t so fs
9、 i m u l l a i o n ，w h i c hC a nb eu s e di nr i g o r o u si n d u s t r ye n v i r o n m e n t T h e n ，s a m p l er o o mf i x e dw i t hs e n s o rd e v i c ew a sd e s i g n e d ，a n df i n a l l y ，i n t e g r a l c o n s t r u n c t i o na n ds y s t e mc i r c u i tw e r ec o m p l e t e d
10、 A tt h rs a m et i m e ，m o n i t o ra n dc o n t r o l s o f t e w a r eW a sd e s i g n e du s i n gV i s u a a lB a s i cs o f t P e r f o r m a n c et e s ts h o w st h a t t h i si n s t r u m e n th a sag o o ds t a b i l i ya n dr e l a t i v e i n v i t a t i o n so fr e s u l t st oc o l o
11、 r l e s ss o l u t i o ni sl e s st h a n0 5 ，T h e r e f o r e ，i ti sl e s sa f f e c t e d b yt h ec o l o ro ft h es i l u t i o n O nt h eo t h e rh a n d ，i t sr e l a t i v ei n v i t a t i o n st ow e i g h tm e t h o di s l e s st h a n6 S oi tC a ns a t i s f yt h ei n d u s t r yn e e d
12、，a n dc a r lb eu s e di na l u m i n ap r o d u c t i o n a n do t h e rf i e l d s K e yw o r d s ：S u s p e n s i o n s T S SA l u m i n aA l u m i n u mO n l i n ea n a l y z eP a r t i c l e s 西安电子科技大学 独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的
13、内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保
14、证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期立：! ：1 日期兰! ：! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 浮游物含量检测应用概况 浮游物，也就是悬浮在溶液中的微小固体非溶颗粒。随着现代化工业的发展， 许多工业领域需要检测生产浆液之中的悬浮固体颗粒的含量( T o t a lS u s p e n d e d S o l i d s ，T S S ) ，以保证高品质的产品或者进行设备运行监测控制等等。 在冶金生产中，及时检测出生产浆料中的浮游物含量，有
15、助于判断产品是否 合格或者生产设备是否存在故障。在氧化铝生产中，粉碎后的铝矾土矿料经过高 压、强碱液溶解、稀释，稀释的程度需用溶液中浮游物的多少来衡量，必须检测 浮游物含量。稀释后的溶液要经过过滤，除去其中的铁、硅等元素的化合物，以 便得到较为纯净的铝酸钠( N a 2 A 1 0 3 ) 溶液。这里必须检测精液中的浮游物含量， 因为它决定着下一工序中氢氧化铝的纯度，而且过多浮游物杂质的存在会降低下 一阶段氢氧化铝结晶析出以及氧化铝生产的效率，并且在严重的情况下会损坏昂 贵的氧化铝分解电极。在精液中加入氢氧化铝晶种，结晶出的氢氧化铝固体混和 在溶液中。混合溶液经过滤，分离出氢氧化铝固体和残余溶
16、液。这里需要检测母 液中的浮游物含量，以便掌握过滤效率。 在造纸废渣处理过程中，废渣经过燃烧炉1 5 0 0 以上高温燃烧、加水稀释后， 进入沉降槽沉降，除去池底不溶性废渣。上部清液( 即：碳酸钠溶液) 进入苛化 器，加入石灰水苛化，然后生成碳酸钙和苛性碱滤液。经过过滤分别得到碳酸钙 和苛性碱滤液。石灰石可以用造纸的增白剂，苛性碱液可以循环使用，完成了造 纸废渣中碳酸钠的回收再利用。这里需要检测苛性碱滤液中的浮游物含量，以便 检验回收效率。 在酒类生产的发酵过程中，酵母浓度是最重要的工艺参数，因为在一定条件下， 发酵效率与酵母浓度密切相关。因此，实时在线检测酵母浓度，对了解和控制发酵进 程，提高产品质量具有重要意义，而对酵母浓度的检测可以转化为对固体颗粒含量 的检测；对啤酒质量要求来说，除了现酿生啤酒和一些特种啤酒如白啤酒之类允许 以混啤酒的形式销售外，一般规定啤酒必须是清亮透明的，没有明显的悬浮物存 在，出厂浮游物含量应小于0 4 E B C 单位( 1 E B C = 4 N T U = 4 x 0 1 3 m g L 标
