CN104998575A - 一种可连续监测ph值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，它包括溶液配料搅拌子系统、溶液配制泡沫消除子系统、微量粉状物供料子系统和溶液配料测控子系统。本发明的有益效果是：操作安全简便、省时省力、实现了室内对油气田化学处理研究使用酸性溶液的自动配制及PH值的连续监测、测控及数据分析结果可靠、测量精度高的智能化。

Description

一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法

技术领域

本发明涉及化学溶液的配制的技术领域，特别是一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法。

背景技术

目前，国内外在室内油气田化学处理研究使用的酸性溶液配制普遍采用人工操作方法，它是将微量干粉配料（如碳酸钙等）称重后直接倒入在非金属容器内的酸性溶剂中，伴随着不断搅拌使酸性溶液与配料进行充分的化学反应后形成酸性溶液，在形成酸性溶液过程中不断产生大量气体（如CO₂）和含金属离子（如Ca⁺等）的泡沫，气体自然挥发（或抽风机排除）而泡沫会从盛装酸性溶液的配液容器开口处向外溢出而造成腐蚀和污染等事故，配制出酸性溶液的酸碱度（PH值）随配料的加入量变化而改变，其PH值常采用试纸法进行测定；人工酸性溶液配制方法需人为进行实时加配料和搅拌酸性溶液，观察化学反应并等待所产生的泡沫自然消除，蘸取微量溶液接触试纸后试纸的颜色随酸碱度发生变化，将已改变颜色的试纸与标准比色卡目视观察对比后即可确定出溶液的PH值，记录所测PH值后即可开始下一次加入配料过程，重复此配制过程直至达到获得所需PH值的酸性溶液。

因此，通过人为配制酸性溶液方法的缺陷在于：（1）需手工连续多次称重和添加配料、增大了操作劳动强度高；（2）化学反应时产生的挥发性气体及大量泡沫破灭时会飞溅酸液对人体有危害，而且在配液容器中的泡沫自然破灭消除等待时间长，致使配置溶液实验所需总时间较长；（3）依靠试纸颜色人工对比方法获取酸性溶液PH值，误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种操作安全简便、省时省力、实现了室内对油气田化学处理研究使用酸性溶液的自动配制及PH值的连续监测、测控及数据分析结果可靠、测量精度高的智能化的可连续监测PH值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，它包括溶液配料搅拌子系统、溶液配制泡沫消除子系统、微量粉状物供料子系统和溶液配料测控子系统，所述的溶液配料搅拌子系统由配液容器、带加热功能的磁力搅拌器和耐腐蚀搅拌棒组成，配液容器设置在带加热功能的磁力搅拌器的顶部，耐腐蚀搅拌棒设置在配液容器内，所述的溶液配制泡沫消除子系统由压缩气瓶、电磁阀、多孔气压式破泡沫器、减压调节阀、通气软管和高度可调支架组成，压缩气瓶的出气口处顺次连接有减压调节阀和电磁阀，减压调节阀上设置有压力表，多孔气压式破泡沫器设置在配液容器的正上方，多孔气压式破泡沫器设置在高度可调支架上，多孔气压式破泡沫器的底部设置有多个气体出口，通气软管的一端与电磁阀连通，通气软管的另一端与多孔气压式破泡沫器连通，所述的微量粉状物供料子系统由螺杆送料管、配料存储器、带无线通信的测控及电源模块、精密电子天平、与带无线通信的测控及电源模块连接的微型电机组成，微型电机和螺杆送料管均设置在精密电子天平的顶部，微型电机与螺杆送料管内的推料螺杆连接，螺杆送料管的出料口设置在配液容器的正上方，配料存储器与螺杆送料管连通，所述的溶液配料测控子系统由复合传感器、带无线通信的数据采集及控制模块以及与带无线通信的数据采集及控制模块连接的上位机组成，复合传感器设置在配液容器内，带无线通信的数据采集及控制模块还与精密电子天平、电磁阀和复合传感器连接。

所述的多孔气压式破泡沫器为内部带有空腔的圆盘，圆盘的直径略大于配液容器的口径，所述的气体出口呈阵列或以同心圆均匀分别在多孔气压式破泡沫器的底部。

所述的压缩气瓶为压缩氮气瓶或空压机。

所述的电磁阀为球阀、蝶阀或双位式截止阀。

所述的复合传感器由玻璃电极和温度传感器构成，温度传感器设置在玻璃电极上，玻璃电极靠近配液容器的底部。

所述的微型电机和螺杆送料管均水平设置。

所述的微型电机为步进电机或直流电机。

所述的上位机为带嵌入式系统的工业触摸屏或计算机。

一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置的监测和配制方法，它包括以下步骤：

S1、对该配制装置进行初始设置，将测量复合传感器安装在配液容器的内侧壁上并使温度传感器和电极保护管的底部接近配液容器底部；耐腐蚀搅拌棒放入配液容器内，将确定用量的酸性溶液倒入配液容器并置于磁力搅拌器上；将干粉状配料放入配料存储器内；缓慢打开压缩气瓶上方的减压调节阀使输出气压达到预设值；为磁力搅拌器和精密电子天平供电；上位机通过数据采集及控制子系统也开始进行溶液PH值和配料重量的初值测定；打开电磁阀，压缩气瓶内的压缩气体进入多孔气压式破泡沫器，压缩气体在气体出口处形成流动气体群柱；

S2、酸性溶液的连续配制，先启动磁力搅拌器，磁力搅拌器上带动磁力搅拌器做旋转运动，再经上位机控制带无线通信的数据采集及控制模块发出无线通信方式指令，带无线通信的测控及电源模块控制微型电机按预计转速设定值转动并使螺杆送料管内水平连轴的螺杆旋转，进而向配液容器内的酸性液体中推送干粉状配料，在耐腐蚀搅拌棒的连续搅拌状态下，酸性溶液与所加入的干粉状配料发生化学反应，在反应过程中不断产生气体和泡沫，此时步骤S1中产生的气体群柱连续破灭泡沫，从而保证了配制溶液过程安全，最后带无线通信的数据采集及控制模块对酸性溶液的温度值和配料使用后的重量传输到上位机内，上位机对酸性溶液的PH值进行实时测量及配料重量等数据记录；

S3、重复步骤S2，直至配液容器内的酸性溶液的PH值达到预设的PH值时，配制过程自动停止；

S4、当步骤S3结束后，上位机自动控制电磁阀关闭；

S5、上位机自动累积配料添加总量、自动记录配制过程中酸性溶液的PH值及温度随时间变化的数值，也可按需求进行显示图表及数据传输。

本发明具有以下优点：（1）本发明的配液容器内的配料与酸液之间化学反应时产生的大量泡沫由流动气动群柱的气压差克服形成泡沫壁的表面张力作用并消除泡沫、复合传感器可连续测定溶液的PH值和温度值、在螺杆送料管内转速受控的螺旋杆旋转可推送配料的原理，采用无线及闭环测控方法，实现了对酸性溶液的连续自动配制。（2）本发明的溶液配制结果不受配料与酸液之间化学反应时产生的大量泡沫而影响自动使配制过程连续进行，同时还可连续测得溶液的PH值及温度，相比现有人工配制溶液方法，具有测量及分析结果可靠、触摸屏程序操作简便、PH值测量精度远高于目前使用的试纸法，可以节约大量人力资源及时间成本。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图中，1-磁力搅拌器，2-耐腐蚀搅拌棒，3-复合传感器，4-压缩气瓶，5-减压调节阀，6-压力表，7-电磁阀，8-通气软管，9-高度可调支架，10-多孔气压式破泡沫器，11-螺杆送料管，12-配料存储器，13-带无线通信的测控及电源模块，14-微型电机，15-精密电子天平，16-上位机，17-带无线通信的数据采集及控制模块，18-配液容器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置及其监测和配制方法，它包括溶液配料搅拌子系统、溶液配制泡沫消除子系统、微量粉状物供料子系统和溶液配料测控子系统，所述的溶液配料搅拌子系统由配液容器18、带加热功能的磁力搅拌器1和耐腐蚀搅拌棒2组成，配液容器18设置在带加热功能的磁力搅拌器1的顶部，耐腐蚀搅拌棒2设置在配液容器18内，当带加热功能的磁力搅拌器1通电后，其托盘上方产生连续旋转磁场，该磁场可带动配液容器18内的耐腐蚀搅拌棒2在溶液中做连续顺时针或逆时针转动，从而实现对酸性溶液的连续搅拌，电加热器能够使酸性溶液达到所需温度。

如图1所示，溶液配制泡沫消除子系统由压缩气瓶4、电磁阀7、多孔气压式破泡沫器10、减压调节阀5、通气软管8和高度可调支架9组成，压缩气瓶4为压缩氮气瓶或空压机，压缩气瓶4的出气口处顺次连接有减压调节阀5和电磁阀7，电磁阀7为球阀、蝶阀或双位式截止阀，减压调节阀5上设置有压力表6，多孔气压式破泡沫器10设置在配液容器18的正上方，多孔气压式破泡沫器10设置在高度可调支架9上，高度可调支架9能够实现多孔气压式破泡沫器10与配液容器18之间高度距离的调节。如图1所示，多孔气压式破泡沫器10的底部设置有多个气体出口，通气软管8的一端与电磁阀7连通，通气软管8的另一端与多孔气压式破泡沫器10连通，当打开压缩气瓶4的出气开关时，带压力的压缩气体经减压调节阀5的减压调节后顺次通过电磁阀7、通气软管8进入多孔气压式破泡沫器10内，最终从气体出口处流出，流出的带压气体在一定范围内可形成圆柱状流动气体群柱，该气体群柱在配液容器内酸性液体的上方形成流动气压差，气压差将气泡破坏，起到了消除局部酸性溶液产生泡沫的作用。

如图1所示，微量粉状物供料子系统由螺杆送料管11、配料存储器12、带无线通信的测控及电源模块13、精密电子天平15、与带无线通信的测控及电源模块13连接的微型电机14组成，微型电机14和螺杆送料管11均设置在精密电子天平15的顶部，微型电机14和螺杆送料管11均水平设置，微型电机14为步进电机或直流电机，微型电机14与螺杆送料管11内的推料螺杆连接，螺杆送料管11的出料口设置在配液容器18的正上方，配料存储器12与螺杆送料管11连通，当启动微型电机14后，微型电机14带动螺杆送料管11内的推料螺杆转动，推料螺杆将干粉状配料推向出料口处，从而实现将配料存储器12内的干粉状配料向配液容器18内进行连续输送；所述的带无线通信的测控及电源模块13可实现上位机对微型电机工作状况参数的非接触测控；所述的精密电子天平15可实现连续配料减少重量值（即添加配料重量）的监测。

如图1所示，溶液配料测控子系统由复合传感器3、带无线通信的数据采集及控制模块17以及与带无线通信的数据采集及控制模块17连接的上位机16组成，上位机16为带嵌入式系统的工业触摸屏或计算机，复合传感器3设置在配液容器18内，带无线通信的数据采集及控制模块17还与精密电子天平15、电磁阀7和复合传感器3连接，精密电子天平15将称取的重量数据传递到带无线通信的数据采集及控制模块17上，带无线通信的数据采集及控制模块17将重量数据传递到上位机16内存储，电磁阀7的导通或切断由上位机16控制。复合传感器3由玻璃电极和温度传感器构成，温度传感器设置在玻璃电极上，玻璃电极靠近配液容器18的底部，复合传感器3能够实现对配液容器18内酸性溶液PH值和温度变化量的连续监测。

所述的多孔气压式破泡沫器10为内部带有空腔的圆盘，圆盘的直径略大于配液容器18的口径，所述的气体出口呈阵列或以同心圆均匀分别在多孔气压式破泡沫器10的底部。

一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置的监测和配制方法，它包括以下步骤：

S1、对该配制装置进行初始设置，将测量复合传感器3安装在配液容器18的侧壁上并使温度传感器和电极保护管的底部接近配液容器18底部；耐腐蚀搅拌棒2放入配液容器18内，将确定用量的酸性溶液倒入配液容器18并置于磁力搅拌器1上；将干粉状配料放入配料存储器12内；缓慢打开压缩气瓶4上方的减压调节阀5使输出气压达到预设值；为磁力搅拌器1和精密电子天平15供电；上位机16通过数据采集及控制子系统也开始进行溶液PH值和配料重量的初值测定；打开电磁阀7，压缩气瓶4内的压缩气体进入多孔气压式破泡沫器10，压缩气体在气体出口处形成流动气体群柱；

S2、酸性溶液的连续配制，先启动磁力搅拌器1，磁力搅拌器1上带动磁力搅拌器1做旋转运动，再经上位机16控制带无线通信的数据采集及控制模块17发出无线通信方式指令，带无线通信的测控及电源模块13控制微型电机14按预计转速设定值转动并使同轴连的螺杆旋转，进而向配液容器18内的酸性液体中推送干粉状配料，在耐腐蚀搅拌棒2的连续搅拌状态下，酸性溶液与所加入的干粉状配料发生化学反应，在反应过程中不断产生气体和泡沫，此时步骤S1中产生的气体群柱连续破灭泡沫，从而保证了配制溶液过程安全，最后带无线通信的数据采集及控制模块17对酸性溶液的温度值和配料使用后的重量传输到上位机16内，上位机16对酸性溶液的PH值进行实时测量及配料重量等数据记录；

S3、重复步骤S2，直至配液容器18内的酸性溶液的PH值达到预设的PH值时，配制过程自动停止；

S4、当步骤S3结束后，上位机16自动控制电磁阀7关闭；

S5、上位机16自动累积配料添加总量、自动记录配制过程中酸性溶液的PH值及温度随时间变化的数值，也可按需求进行显示图表及数据传输。

本发明将电化学传感技术、无线及闭环测控和计算机软件技术综合用于酸性溶液配制过程，实现一种有实用价值的自动配液及连续PH监测方法和仪器装置；本发明可实现室内研究油气田化学处理使用的酸性液体溶液的自动配制；本发明也可用于其他工业领域（如采矿、化工、环保、食品、医药等）的酸性溶液配制。

Claims (9)

1.一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：它包括溶液配料搅拌子系统、溶液配制泡沫消除子系统、微量粉状物供料子系统和溶液配料测控子系统，所述的溶液配料搅拌子系统由配液容器（18）、带加热功能的磁力搅拌器（1）和耐腐蚀搅拌棒（2）组成，配液容器（18）设置在带加热功能的磁力搅拌器（1）的顶部，耐腐蚀搅拌棒（2）设置在配液容器（18）内，所述的溶液配制泡沫消除子系统由压缩气瓶（4）、电磁阀（7）、多孔气压式破泡沫器（10）、减压调节阀（5）、通气软管（8）和高度可调支架（9）组成，压缩气瓶（4）的出气口处顺次连接有减压调节阀（5）和电磁阀（7），减压调节阀（5）上设置有压力表（6），多孔气压式破泡沫器（10）设置在配液容器（18）的正上方，多孔气压式破泡沫器（10）设置在高度可调支架（9）上，多孔气压式破泡沫器（10）的底部设置有多个气体出口，通气软管（8）的一端与电磁阀（7）连通，通气软管（8）的另一端与多孔气压式破泡沫器（10）连通，所述的微量粉状物供料子系统由螺杆送料管（11）、配料存储器（12）、带无线通信的测控及电源模块（13）、精密电子天平（15）、与带无线通信的测控及电源模块（13）连接的微型电机（14）组成，微型电机（14）和螺杆送料管（11）均设置在精密电子天平（15）的顶部，微型电机（14）与螺杆送料管（11）内的推料螺杆连接，螺杆送料管（11）的出料口设置在配液容器（18）的正上方，配料存储器（12）与螺杆送料管（11）连通，所述的溶液配料测控子系统由复合传感器（3）、带无线通信的数据采集及控制模块（17）以及与带无线通信的数据采集及控制模块（17）连接的上位机（16）组成，复合传感器（3）设置在配液容器（18）内，带无线通信的数据采集及控制模块（17）还与精密电子天平（15）、电磁阀（7）和复合传感器（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的多孔气压式破泡沫器（10）为内部带有空腔的圆盘，圆盘的直径略大于配液容器（18）的口径，所述的气体出口呈阵列或以同心圆均匀分别在多孔气压式破泡沫器（10）的底部。

3.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的压缩气瓶（4）为压缩氮气瓶或空压机。

4.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的电磁阀（7）为球阀、蝶阀或双位式截止阀。

5.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的复合传感器（3）由玻璃电极和温度传感器构成，温度传感器设置在玻璃电极上，玻璃电极靠近配液容器（18）的底部。

6.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的微型电机（14）和螺杆送料管（11）连轴并水平设置。

7.根据权利要求1或6所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的微型电机（14）为步进电机或直流电机。

8.根据权利要求1所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置，其特征在于：所述的上位机（16）为带嵌入式系统的工业触摸屏或计算机。

9.根据权利要求1~8中任意一项所述的一种可连续监测PH值的酸性溶液配制装置的监测和配制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、对该配制装置进行初始设置，将测量复合传感器（3）安装在配液容器（18）的内侧壁上并使温度传感器和电极保护管的底部接近配液容器（18）底部；耐腐蚀搅拌棒（2）放入配液容器（18）内，将确定用量的酸性溶液倒入配液容器（18）并置于磁力搅拌器（1）上；将干粉状配料放入配料存储器（12）内；缓慢打开压缩气瓶（4）上方的减压调节阀（5）使输出气压达到预设值；为磁力搅拌器（1）和精密电子天平（15）供电；上位机（16）通过数据采集及控制子系统也开始进行溶液PH值和配料重量的初值测定；打开电磁阀（7），压缩气瓶（4）内的压缩气体进入多孔气压式破泡沫器（10），压缩气体在气体出口处形成流动气体群柱；

S2、酸性溶液的连续配制，先启动磁力搅拌器（1），磁力搅拌器（1）上带动磁力搅拌器（1）做旋转运动，再经上位机（16）控制带无线通信的数据采集及控制模块（17）发出无线通信方式指令，带无线通信的测控及电源模块（13）控制微型电机（14）按预计转速设定值转动并使螺杆送料管（11）内水平连轴的螺杆旋转，进而向配液容器（18）内的酸性液体中推送干粉状配料，在耐腐蚀搅拌棒（2）的连续搅拌状态下，酸性溶液与所加入的干粉状配料发生化学反应，在反应过程中不断产生气体和泡沫，此时步骤S1中产生的气体群柱连续破灭泡沫，从而保证了配制溶液过程安全，最后带无线通信的数据采集及控制模块（17）对酸性溶液的温度值和配料使用后的重量传输到上位机（16）内，上位机（16）对酸性溶液的PH值进行实时测量及配料重量等数据记录；

S3、重复步骤S2，直至配液容器（18）内的酸性溶液的PH值达到预设的PH值时，配制过程自动停止；

S4、当步骤S3结束后，上位机（16）自动控制电磁阀（7）关闭；

S5、上位机（16）自动累积配料添加总量、自动记录配制过程中酸性溶液的PH值及温度随时间变化的数值，也可按需求进行显示图表及数据传输。