CN114100499A - 硝酸自动配制系统和自动配制硝酸溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硝酸自动配制系统和自动配制硝酸溶液的方法，该系统包括：试剂配制装置和控制器，试剂配制装置包括：水储罐、标准试剂罐、试剂配制罐、吹气法测量单元、第一加药管路、第一电磁阀、第二加药管路、第二电磁阀、与试剂配制罐连接的吹气法测量单元；控制器包括：控制模块，控制模块通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的打开关闭，控制往试剂配制罐中的加料顺序和加料量，根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。该方法有效克服了现有系统中各类滞后误差，使得试剂配制的精确度和浓度的稳定性达到标准，实现了标准试剂的自动配制，从而降低人员操作强度，具有设计科学、稳定性高、安全可靠的优点。

Description

硝酸自动配制系统和自动配制硝酸溶液的方法

技术领域

本发明属于核化工生产技术领域，具体涉及一种硝酸自动配制系统和自动配制硝酸溶液的方法。

背景技术

在核化工生产技术领域中，硝酸配制是核化工生产过程中的一个基础工序，控制标准试剂和去离子水按照一定比例配制成所需要的配剂，但是目前核化工生产线硝酸试剂配制主要依靠人工经验和设备手动操作，试剂配制的精确度和稳定性无法保证，而且存在安全不确定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硝酸自动配制系统和自动配制硝酸溶液的方法，通过吹气法测量单元实时检测硝酸溶液密度形成反馈闭环控制系统，有效克服系统滞后误差，实现标准试剂的自动配制方法，解决试剂配制的精确度和浓度的稳定性问题，降低人员操作强度。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种硝酸自动配制系统，包括：试剂配制装置和控制器，

试剂配制装置包括：水储罐、标准试剂罐、试剂配制罐、吹气法测量单元、分别与水储罐和试剂配制罐连接的第一加药管路、设置于第一加药管路上的第一电磁阀、分别与标准试剂罐和试剂配制罐连接的第二加药管路、设置于第二加药管路上的第二电磁阀、与试剂配制罐连接的吹气法测量单元，水储罐用于盛放水，标准试剂罐用于盛放标准硝酸试剂，吹气法测量单元用于通过吹气法实时测量计算得出试剂配制罐内溶液的体积、溶液密度；

控制器包括：控制模块，控制模块分别与吹气法测量单元、第一电磁阀、第二电磁阀连接，控制模块通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的打开关闭，控制往试剂配制罐中的加料顺序和加料量，根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

优选的是，控制器还包括：通信模块，通信模块与控制模块电连接，控制模块还通过通信模块与远程的第三方控制系统电连接。

优选的是，所述的硝酸自动配制系统，还包括：与控制模块连接的人机界面模块，人机界面模块用于为用户与控制模块的被控对象提供交互界面，控制和显示控制模块的被控对象的运行状态。

优选的是，控制模块的被控对象为目标配制硝酸溶液的体积、目标配制硝酸溶液的浓度。

优选的是，第一电磁阀、第二电磁阀为直动公式双向电磁阀。

优选的是，所述的硝酸自动配制系统，还包括设置于试剂配制罐内的搅拌装置，用于对试剂配制罐内的溶液进行搅拌。

本发明还提供一种使用上述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，包括以下步骤：

设置目标配制硝酸体积V，设置目标配制硝酸物质量浓度M₂；

控制模块根据标准硝酸试剂的物质量浓度M₁、设置的目标配制硝酸体积V、设置的目标配制硝酸物质量浓度M₂，计算出需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁；

控制模块控制开启第二电磁阀加标准硝酸试剂，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第一体积达到计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁时，关闭第二电磁阀；

控制模块控制开启第一电磁阀加水，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第二体积达到预设的体积时，关闭第一电磁阀，其中，计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁<预设的体积<设置的目标配制硝酸体积V；

对试剂配制罐内的溶液进行搅拌；

控制模块根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

优选的是，所述控制模块根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液的具体方法为：

根据吹气法测量单元测得试剂配制罐中的实时测量溶液的密度ρ₃、实时测量溶液的第三体积V₃，对设置的目标配制硝酸体积V进行修正，得到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄；

控制模块控制开启第一电磁阀加水，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第四体积达到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄时，关闭第一电磁阀，得到目标浓度的硝酸溶液。

优选的是，所述根据吹气法测量单元测得试剂配制罐中的实时测量溶液的密度ρ₃、实时测量溶液的第三体积V₃，对设置的目标配制硝酸体积V进行修正，得到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄的具体方法为：

根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度ρ₃，计算出实时测量溶液物质量浓度M₃，结合吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第三体积V₃，计算出配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄。

优选的是，根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度ρ₃，计算出实时测量溶液物质量浓度M₃的计算公式为：

M₃＝9.775ρ₃ ²+9.586ρ₃-19.3，

其中，ρ₃为根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度，M₃为实时测量溶液物质量浓度。

优选的是，预设的体积为80～95％的设置的目标配制硝酸体积。

优选的是，搅拌时间为20～40分钟。

本发明通过给出硝酸自动配制系统的设备组成和具体配制方法，通过实时检测配剂浓度形成反馈闭环控制系统，不仅有效克服了硝酸自动配制系统中各类滞后误差，使得试剂配制的精确度和浓度的稳定性达到标准，而且实现了标准试剂的自动配制，从而降低人员操作强度，具有设计科学、稳定性高、安全可靠的优点。相比于依靠人工经验和设备手动操作方式，降低了现场操作人员的工作强度，有效提高了硝酸试剂的配制精度，重复性好。

附图说明

图1是本发明实施例2中的硝酸自动配制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的人机接口界面示意图。

图中：1-水储罐、2-标准试剂罐、3-试剂配制罐、4-第一加药管路、5-第二加药管路、6-第一电磁阀、7-第二电磁阀、8-吹气法测量单元。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种硝酸自动配制系统，包括：试剂配制装置和控制器，

试剂配制装置包括：水储罐、标准试剂罐、试剂配制罐、吹气法测量单元、分别与水储罐和试剂配制罐连接的第一加药管路、设置于第一加药管路上的第一电磁阀、分别与标准试剂罐和试剂配制罐连接的第二加药管路、设置于第二加药管路上的第二电磁阀、与试剂配制罐连接的吹气法测量单元，水储罐用于盛放水，标准试剂罐用于盛放标准硝酸试剂，吹气法测量单元用于通过吹气法实时测量计算得出试剂配制罐内溶液的体积、溶液密度；

控制器包括：控制模块，控制模块分别与吹气法测量单元、第一电磁阀、第二电磁阀连接，控制模块通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的打开关闭，控制往试剂配制罐中的加料顺序和加料量，根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

本实施例通过给出硝酸自动配制系统的设备组成和具体配制方法，通过实时检测配剂浓度形成反馈闭环控制系统，不仅有效克服了硝酸自动配制系统中各类滞后误差，使得试剂配制的精确度和浓度的稳定性达到标准，而且实现了标准试剂的自动配制，从而降低人员操作强度，具有设计科学、稳定性高、安全可靠的优点。相比于依靠人工经验和设备手动操作方式，降低了现场操作人员的工作强度，有效提高了硝酸试剂的配制精度，重复性好。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种硝酸自动配制系统，包括：试剂配制装置和控制器，

试剂配制装置包括：水储罐1、标准试剂罐2、试剂配制罐3、吹气法测量单元8、分别与水储罐1和试剂配制罐3连接的第一加药管路4、设置于第一加药管路4上的第一电磁阀6、分别与标准试剂罐2和试剂配制罐3连接的第二加药管路5、设置于第二加药管路5上的第二电磁阀7、与试剂配制罐3连接的吹气法测量单元8(比如UCAK-133G或KPTD)，水储罐1用于盛放水，标准试剂罐2用于盛放标准硝酸试剂，吹气法测量单元8用于通过吹气法实时测量计算得出试剂配制罐3内溶液的体积、溶液密度；

控制器包括：控制模块，控制模块分别与吹气法测量单元8、第一电磁阀6、第二电磁阀7连接，控制模块通过控制第一电磁阀6、第二电磁阀7的打开关闭，控制往试剂配制罐3中的加料顺序和加料量，根据吹气法测量单元8的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

优选的是，控制器还包括：通信模块，通信模块与控制模块电连接，控制模块还通过通信模块与远程的第三方控制系统电连接。

优选的是，所述的硝酸自动配制系统，还包括：与控制模块连接的人机界面模块，人机界面模块用于为用户与控制模块的被控对象提供交互界面，控制和显示控制模块的被控对象的运行状态。

优选的是，控制模块的被控对象为目标配制硝酸溶液的体积、目标配制硝酸溶液的浓度。

如图2所示，具体的，本实施例中人机界面模块的交互界面为人机接口界面，具体为触摸屏人机界面，其上设置有：体积设定输入框、浓度设定输入框、实际体积显示框、实际浓度显示框、启动按钮、复位按钮。其中，体积设定输入框用于输入目标配制硝酸溶液的体积，浓度设定输入框用于输入目标配制硝酸溶液的浓度，实际体积显示框用于实时显示吹气法测量单元8用于通过吹气法实时测量试剂配制罐3内溶液的体积，实时浓度显示框用于实时显示计算得到的试剂配制罐3内溶液的浓度。

具体的，本实施例中的控制器还包括：电源模块，电源模块分别与控制模块、吹气法测量单元8、第一电磁阀6、第二电磁阀7电连接。

优选的是，第一电磁阀6、第二电磁阀7为直动公式双向电磁阀。

优选的是，所述的硝酸自动配制系统，还包括设置于试剂配制罐3内的搅拌装置，用于对试剂配制罐3内的溶液进行搅拌。

具体的，本实施例中的水储罐1、标准试剂罐2的容积范围优选为30～50L，试剂配制罐3的容积范围优选为50～100L，第一加药管路4、第二加药管路5的管径优选为DN15。水储罐1用于盛放去离子水。控制器采用可编程控制器PLC，用于信号处理、计算机程序算法的实现等。控制器包括：电源模块、CPU、I/O输出模块、触摸屏。

本实施例中，通过吹气法测量单元8、第一电磁阀6、第二电磁阀7、控制器形成一个反馈闭环控制系统，在该系统中，由控制模块控制第一电磁阀6、第二电磁阀7的开闭实现了硝酸配制过程的自动化，相比于现有依靠人工经验和设备手动操作的配制方式，降低了现场操作人员的工作强度；而且，控制模块通过采集吹气法测量单元8的实时信号，经过计算输出控制第一电磁阀6、第二电磁阀7开闭，有效提高了试剂配制的精度，重复性好。

本实施例还提供一种使用上述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，包括以下步骤：

1)在触摸屏人机界面上设置目标配制硝酸体积V，设置目标配制硝酸物质量浓度M2。

2)在触摸屏人机界面上点击启动按钮。

3)控制模块根据标准硝酸试剂的物质量浓度M1、设置的目标配制硝酸体积V、设置的目标配制硝酸物质量浓度M2，计算出需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁，计算出需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁的公式为：

该公式为质量守恒公式。

4)吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的密度和体积，其中体积在触摸屏人机界面上显示；

5)控制模块控制开启第二电磁阀7加标准硝酸试剂，当通过吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的第一体积达到计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁时，关闭第二电磁阀7。

6)控制模块控制开启第一电磁阀6加水，当通过吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的第二体积达到预设的体积时，关闭第一电磁阀6，其中，计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积V₁<预设的体积<设置的目标配制硝酸体积V；具体的，本实施例中的预设的体积为90％的设置的目标配制硝酸体积。

7)开启搅拌装置，对试剂配制罐3内的溶液进行搅拌，搅拌时间为30分钟，时间可调。具体的，本实施例中的搅拌装置为搅拌电机。

8)控制模块根据吹气法测量单元8的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。该步具体方法为：

根据吹气法测量单元8测得试剂配制罐3中的实时测量溶液的密度ρ₃、实时测量溶液的第三体积V₃，对设置的目标配制硝酸体积V进行修正，得到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄；该步具体方法为：根据吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的密度ρ₃，计算出实时测量溶液物质量浓度M₃，计算出实时测量溶液物质量浓度M₃的计算公式为：

M₃＝9.775ρ₃ ²+9.586ρ₃-19.3，其中，ρ₃为根据吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的密度，M₃为实时测量溶液物质量浓度。

结合吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的第三体积V₃，计算出配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄，计算公式为：

控制模块控制开启第一电磁阀6加水，当通过吹气法测量单元8实时测量试剂配制罐3中溶液的第四体积达到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积V₄时，关闭第一电磁阀6，得到目标浓度的硝酸溶液。

9)试剂配制结束。

10)在触摸屏人机界面上点击复位按钮，进行下一批次操作。

控制模块控制第一电磁阀6、第二电磁阀7的开闭，由于第一电磁阀6、第二电磁阀7的开闭相对于体积变化具有滞后性，所以容易导致测量误差。通过吹气法测量单元8的实时测量信号形成控制模块反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液，可以提高测量的准确性，避免误差。另外由于吹气测量体积的准确性与密度测量准确性息息相关，由于硝酸和水混合对于密度测量来说存在大滞后性，本方法采用两步法，先加入预设体积的水，搅拌均匀后再通过实时计算补偿加入剩下体积的水，以提高系统控制的精度。

本实施例通过给出硝酸自动配制系统的设备组成和具体配制方法，通过实时检测配剂浓度形成反馈闭环控制系统，不仅有效克服了硝酸自动配制系统中各类滞后误差，使得试剂配制的精确度和浓度的稳定性达到标准，而且实现了标准试剂的自动配制，从而降低人员操作强度，具有设计科学、稳定性高、安全可靠的优点。相比于依靠人工经验和设备手动操作方式，降低了现场操作人员的工作强度，有效提高了硝酸试剂的配制精度，重复性好。

针对使用上述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，配制的某一试剂，该试剂为目标溶液，利用滴定法测得实际测量浓度，实际测量浓度与本实施例中的系统测量数据如下：

实施例3

本实施例提供一种使用实施例2中的硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，与实施例2中的方法的区别为：

预设的体积为80％的设置的目标配制硝酸体积。

开启搅拌装置，对试剂配制罐内的溶液进行搅拌，搅拌时间为20分钟。

针对使用上述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，配制的某一试剂，该试剂为目标溶液，利用滴定法测得实际测量浓度，实际测量浓度与本实施例中的系统测量数据如下：

实施例4

本实施例提供一种使用实施例2中的硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，与实施例2中的方法的区别为：

预设的体积为95％的设置的目标配制硝酸体积。

开启搅拌装置，对试剂配制罐内的溶液进行搅拌，搅拌时间为40分钟。

针对使用上述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，配制的某一试剂，该试剂为目标溶液，利用滴定法测得实际测量浓度，实际测量浓度与本实施例中的系统测量数据如下：

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种硝酸自动配制系统，其特征在于，包括：试剂配制装置和控制器，

试剂配制装置包括：水储罐、标准试剂罐、试剂配制罐、吹气法测量单元、分别与水储罐和试剂配制罐连接的第一加药管路、设置于第一加药管路上的第一电磁阀、分别与标准试剂罐和试剂配制罐连接的第二加药管路、设置于第二加药管路上的第二电磁阀、与试剂配制罐连接的吹气法测量单元，水储罐用于盛放水，标准试剂罐用于盛放标准硝酸试剂，吹气法测量单元用于通过吹气法实时测量计算得出试剂配制罐内溶液的体积、溶液密度；

控制器包括：控制模块，控制模块分别与吹气法测量单元、第一电磁阀、第二电磁阀连接，控制模块通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的打开关闭，控制往试剂配制罐中的加料顺序和加料量，根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

2.根据权利要求1所述的硝酸自动配制系统，其特征在于，控制器还包括：通信模块，通信模块与控制模块电连接，控制模块还通过通信模块与远程的第三方控制系统电连接。

3.根据权利要求1所述的硝酸自动配制系统，其特征在于，还包括：与控制模块连接的人机界面模块，人机界面模块用于为用户与控制模块的被控对象提供交互界面，控制和显示控制模块的被控对象的运行状态。

4.根据权利要求3所述的硝酸自动配制系统，其特征在于，控制模块的被控对象为目标配制硝酸溶液的体积、目标配制硝酸溶液的浓度。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的硝酸自动配制系统，其特征在于，第一电磁阀、第二电磁阀为直动公式双向电磁阀。

6.根据权利要求5所述的硝酸自动配制系统，其特征在于，还包括设置于试剂配制罐内的搅拌装置，用于对试剂配制罐内的溶液进行搅拌。

7.一种使用权利要求1～6任意一项所述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置目标配制硝酸体积，设置目标配制硝酸物质量浓度；

控制模块根据标准硝酸试剂的物质量浓度、设置的目标配制硝酸体积、设置的目标配制硝酸物质量浓度，计算出需要加入的标准硝酸试剂的体积；

控制模块控制开启第二电磁阀加标准硝酸试剂，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第一体积达到计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积时，关闭第二电磁阀；

控制模块控制开启第一电磁阀加水，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第二体积达到预设的体积时，关闭第一电磁阀，其中，计算出的需要加入的标准硝酸试剂的体积<预设的体积<设置的目标配制硝酸体积；

对试剂配制罐内的溶液进行搅拌；

控制模块根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液。

8.根据权利要求7所述的所述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，其特征在于，所述控制模块根据吹气法测量单元的实时测量信号形成反馈控制，得到目标浓度的硝酸溶液的具体方法为：

根据吹气法测量单元测得试剂配制罐中的实时测量溶液的密度、实时测量溶液的第三体积，对设置的目标配制硝酸体积进行修正，得到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积；

控制模块控制开启第一电磁阀加水，当通过吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第四体积达到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积时，关闭第一电磁阀，得到目标浓度的硝酸溶液。

9.根据权利要求8所述的所述硝酸自动配制系统自动配制硝酸溶液的方法，其特征在于，所述根据吹气法测量单元测得试剂配制罐中的实时测量溶液的密度、实时测量溶液的第三体积，对设置的目标配制硝酸体积进行修正，得到配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积的具体方法为：

根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度，计算出实时测量溶液物质量浓度，结合吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的第三体积，计算出配制目标浓度的硝酸溶液实际的总体积。

10.根据权利要求9所述的自动配制硝酸溶液的方法，其特征在于，根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度，计算出实时测量溶液物质量浓度的计算公式为：

M₃＝9.775ρ₃ ²+9.586ρ₃-19.3，

其中，ρ₃为根据吹气法测量单元实时测量试剂配制罐中溶液的密度，M₃为实时测量溶液物质量浓度。

11.根据权利要求7～10任意一项所述的自动配制硝酸溶液的方法，其特征在于，预设的体积为80～95％的设置的目标配制硝酸体积。

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