CN212301341U - 一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，包括依次连接的反应器，防溅分离器，冷凝管，输气管路，吸收器，所述吸收器下方设有滴定计量单元；所述反应器上设有样品室和碱液试剂瓶，所述吸收器上设有吸收液试剂瓶；所述反应器和吸收器之间设有通气管路，所述通气管路的一端伸入反应器底部，另一端伸入吸收器内部上方；本发明通过加入过量碱液并加热促进粉煤灰中铵碱反应；通气管路向反应器持续吹入气体，搅动混合液反应，打破氨的气液相平衡，促进氨气的脱离；通气管路和输气管路在反应器和吸收器之间形成循环回流，持续在反应器中鼓气分离氨气，及在吸收器循环吸收，使提取和吸收更充分。

Description

一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置

技术领域

本发明涉及建筑材料检测技术领域，具体涉及一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂燃烧发电的副产物，长期应用于水泥、砂浆和混凝土产品中，起到降本增效、提升性能的目的，是重要的胶凝材料。近年来，为了响应国家环保要求，降低火电厂等企业向大气中排放氨氮物质，燃煤电厂相继对机组进行了脱销改造，在SCR和SNCR运行中，使用氨处理烟气中氮氧化物的同时造成粉煤灰中出现氨氮物质的残留，使经过脱硝改造后的粉煤灰在水泥混凝土应用过程中陆续出现大量泛泡并伴随刺鼻气味、凝结时间显著延长甚至不凝、混凝土体积膨胀乃至严重胀模、内部疏松多孔和强度下降等问题，造成水泥混凝土性能的劣化，严重威胁了混凝土结构质量安全和施工环境安全。

由于粉煤灰中氨氮物质的化学形式及物理结合形态的多样性，使得粉煤灰氨氮含量的测试存在诸多难点，尤其是粉煤灰中氨氮物质的提取、测量精度及范围适用性的问题。目前常用的粉煤灰氨氮物质的提取及测试方法主要有:浸润、抽滤或离心分离等方法提取铵离子，甲醛法，蒸馏-滴定法，纳氏试剂-分光光度计法，水杨酸光度计、离子色谱等方法。而浸润、抽滤或离心分离等方法提取不充分、难以避免Ca²⁺、Mg²⁺离子和凝胶的干扰；甲醛法，蒸馏-滴定法精度不足，不能满足粉煤灰测试要求；纳氏试剂-分光光度计法，水杨酸光度计、离子色谱等方法则精度过高，测试范围窄不适用于粉煤灰含氨测试。此外，上述方法在定量测试过程中均存在提取效率低、溶液配制复杂、操作繁琐等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置,具有提取吸收充分、溶液配制简单、操作便利、测试精度高、测试时间短等特点。

本发明采用下述的技术方案：

一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，包括依次通过管路连接的反应器，防溅分离器，冷凝管，输气管路，吸收器，所述吸收器下方设有滴定计量单元；

所述反应器上设有样品室和碱液试剂瓶并通过管路和反应器内部连通，所述吸收器上设有吸收液试剂瓶并通过管路和吸收器内部连通；

所述反应器和吸收器之间设有通气管路，所述通气管路的一端伸入反应器底部，另一端伸入吸收器内部上方；

所述防溅分离器包括中空的球形腔体，所述腔体的上下端分别设有气体出口和气体入口与腔体内部连通，所述气体出口的下端延伸至腔体内部，气体出口的下端设有圆弧形的防溅挡盘防止反应液体沸溢进入后续管路，影响结果，所述气体出口与防溅挡盘的连接处设有气体通孔，冷凝液体可经气体通孔回流至反应器，在反应器和防溅分离器内形成持续鼓吹脱离和回流反应的循环回路，充分提取粉煤灰中的氨氮物质。

优选的，所述滴定计量单元包括积液瓶，用于搅拌积液瓶的磁力搅拌装置，用于识别颜色变化判断终点的颜色吸收与识别装置，流量计，滴定液试剂瓶，所述滴定液试剂瓶中的试剂通过泵泵入积液瓶内并通过流量计计量试剂消耗量。

优选的，所述反应器的外侧设有加热元件，所述加热元件为硅胶加热片；所述反应器与碱液试剂瓶之间的管路上设有碱液泵机，碱液泵机将碱液试剂瓶内的碱液泵入反应器中。

优选的，所述通气管路上设有气泵，所述气泵将吸收器内的气体抽至反应器底部，使反应器和吸收器之间形成气体循环回路。

优选的，所述输气管路上设有防倒吸单向阀，防止输气管路下端倒吸吸收器的液体进入反应器中。

优选的，所述吸收器顶部设有泄压阀，底部设有吸收器排液阀，吸收液试剂瓶与吸收器之间的管路上设有的吸收液泵机将吸收液试剂瓶中的吸收液泵入吸收器中。

一种利用粉煤灰氨氮物质提取测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、使用无氨蒸馏水清洗并连接好装置，称量一定质量粉煤灰装入样品室，加蒸馏水浸润、冲洗进入反应器，保持装置的密封性；

S2、首先将吸收液试剂瓶的吸收液泵入吸收器中；然后通过碱液泵机，从碱液试剂瓶中向反应器中泵入过量的碱性反应液与粉煤灰反应，启动加热元件促进氨碱反应及氨气溢出；

S3、开启通气管路上的气泵向反应器持续通入气体，打破氨的气液相平衡，促进氨气的脱离；

S4、反应器中经吹脱的氨气经输气管路通入吸收器底部的吸收液中吸收，未被吸收液吸收的氨气经通气管路重新进入反应器中循环反应、吸收，提取完成之后，打开吸收器排液阀，得到含氨待测液；

S5、向含氨待测液中加入颜色指示剂，开启磁力搅拌装置(41)搅拌，滴加浓度已知的滴定试剂至变色终点；

S6、根据滴定试剂的消耗量计算粉煤灰中氨氮物质的含量，粉煤灰中含氨量的计算公式为：

式中，X为粉煤灰含氨量，ppm；V2为测试样品所消耗盐酸标准溶液的体积，ml；V0为测定空白样品所消耗盐酸标准溶液的体积，ml；m为粉煤灰样品质量，g；C为滴定的盐酸标准液浓度，mol/L。

优选的，所述碱性反应液为氢氧化钠或氢氧化钾，质量浓度为5～50wt％，碱性反应液与粉煤灰样品的质量比例为：(5～50)：(5～30)；

所述吸收液为硼酸，质量浓度为1.5～4wt％，吸收液与粉煤灰样品的质量比例为：(20～200):(5～30)。

优选的，所述颜色指示剂为甲基红-次甲基蓝溶液或甲基红-溴酚绿混合指示剂，所述滴定试剂为已知浓度的标准稀盐酸或稀硫酸溶液，浓度范围是0.001～0.1mol/L；所述含氨待测液主要为硼酸铵和过量的硼酸溶液，采用稀盐酸或稀硫酸等强酸直接滴定目标产物，且硼酸铵弱酸弱碱盐，其滴定不受滴定产物PH、吸收液浓度和用量的影响，减少干扰因素，提高数据稳定性。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过加入过量碱液和加热促进粉煤灰中铵碱反应；通气管路向反应器持续吹入气体，搅动混合液反应，打破氨的气液相平衡，促进氨气的脱离；通气管路和输气管路在反应器和吸收器之间形成循环回流，持续在反应器中鼓气分离氨气，及在吸收器循环吸收过程，使提取和吸收更充分；

2、本发明采用颜色识别和自动滴定测试待测液的氨含量，操作便利，减少人为滴定误差。本发明提取吸收充分、溶液配制简单、操作便利、测试精度高、测试时间短、易实现自动设计等优势，因而粉煤灰及其他建材产品的含氨快速检定方面具有极强的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明滴定计量单元的结构示意图；

图3为本发明防溅分离器的剖面结构示意图；

图4为本发明颜色识别装置电路原理结构示意图；

图中所示

1—反应器，2—加热元件，3—通气管路，4—样品室，5—加样阀门,6—碱液试剂瓶，7—碱液泵机，8—碱液阀门，10—防溅分离器；

11—气泵，12—冷凝管，13—防倒吸单向阀，14—输气管路，15—吸收器，16—泄压阀，17—单向阀，19—吸收液试剂瓶,20—吸收液泵机；

101—防溅挡盘，102—气体入口，103—气体出口，104—气体通孔，105—腔体；

21—吸收液阀门，22—吸收器排液阀，23—反应器排液阀，24—积液瓶，25—磁力搅拌装置，26—滴定液试剂瓶，27—流量计，28—颜色吸收与识别装置，29—自动集成控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无须创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图4所示，一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，包括依次通过管路连接的反应器1，防溅分离器10，冷凝管12，输气管路14，吸收器15，所述吸收器15下方设有滴定计量单元；

所述反应器1上设有的样品室4和碱液试剂瓶6并通过管路和反应器1内部连通，样品室4通过管路和设在管路上的加样阀门5向反应器1加入浸润的粉煤灰样品，所述反应器1与碱液试剂瓶6之间的管路上设有碱液泵机7和碱液阀门8，碱液泵机7将碱液试剂瓶6内的碱液泵入反应器1中；

所述反应器1的外侧设有加热元件2，所述加热元件2为硅胶加热片，加热元件2可有效提高粉煤灰与碱液的反应速度；

反应器1与防溅分离器10连接处设有密封件，防止氨气逃逸；

反应器1下方设有反应器排液阀23，方便排液。

所述吸收器15上设有的吸收液试剂瓶19通过管路和吸收器15内部连通；吸收液试剂瓶19与吸收器15之间的管路上设有的吸收液泵机20将吸收液试剂瓶19中的吸收液泵入吸收器15中，吸收器15顶部设有泄压阀16，底部设有吸收器排液阀22，所述吸收液试剂瓶19与吸收器15之间的管路上设有吸收液阀门21。

所述反应器1和吸收器15之间设有通气管路3，所述通气管路3的一端伸入反应器1底部，另一端伸入吸收器15内部上方；

所述通气管路3上设有气泵11和单向阀17，所述气泵11将吸收器15内的气体抽至反应器1底部，使反应器1和碱液试剂瓶6之间形成气体循环回路，保证在吹脱及加热的环境下，沸溢液体防溅回流、氨气分离，冷却后提高吸收器15吸收效率。

所述防溅分离器10包括中空的球形腔体105，所述腔体105的上下端分别设有气体出口103和气体入口102与腔体105内部连通，所述气体出口103的下端延伸至腔体105内部，气体出口103的下端设有圆弧形的防溅挡盘101防止反应液体沸溢进入后续管路，影响结果；

所述气体出口103与防溅挡盘101的连接处设有多个气体通孔104，氨气经气体通孔104进入冷凝管12，沸溢反应液体及冷凝液体经防溅挡盘挡回流至反应器1，在反应器1和防溅分离器10内形成持续鼓吹脱离和回流反应的循环回路，充分提取粉煤灰中的氨氮物质。

输气管路14设置防倒吸单向阀13，吹脱氨气经防溅回流、分离和冷却后由输气管路14通入吸收器15底部，在气泵11的作用下，与通气管路3形成循环回路。

所述滴定计量单元包括积液瓶24，用于搅拌积液瓶24的磁力搅拌装置25，用于识别颜色变化判断终点的颜色吸收与识别装置28，流量计27，滴定液试剂瓶26，所述积液瓶24底部的可透光源的平行透镜，一侧进入光源，一侧进入颜色吸收与识别装置28，所述滴定液试剂瓶26中的试剂通过泵泵入积液瓶24内并通过流量计27计量试剂消耗量。

所述颜色吸收与识别装置28为集成TCS34725芯片和MCU(型号MINI ATMEGA328P-AU)芯片的颜色识别传感器模块，IIC或者串口通信，直接输出RGB值，工作原理为光源照射到被测物体后，返回光经过滤镜检测RGB的比例值，根据RGB的比例值识别出颜色,如图4所示。

所述滴定计量单元还包括自动集成控制器29，所述自动集成控制器29通过继电器与磁力搅拌装置25，颜色吸收与识别装置28和泵电连接控制其开闭，所述自动集成控制器可以是PLC控制器，包括16位或32位MCU芯片，时钟电路，放大电路，存储模块等(现有技术，不再赘述)。

一种利用粉煤灰氨氮物质提取测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、使用无氨蒸馏水清洗并连接好装置，称量一定质量粉煤灰装入样品室4，加蒸馏水浸润、冲洗进入反应器1，保持装置的密封性；

S2、首先通过向吸收器15中加入质量浓度为1.5～4wt％的硼酸溶液；

然后通过碱液泵机7，从碱液试剂瓶6中向反应器1中泵入质量浓度为5～50wt％的NaOH溶液与粉煤灰反应，同时启动加热元件2促进氨碱反应及氨气溢出；

S3、启动反应器1上的加热元件2，气体经防溅分离器10、冷凝管12、输气管路14进入吸收器15中，开启通气管路3上的气泵11向反应器1持续通入气体，打破氨的气液相平衡，促进氨气的脱离；

S4、反应器1中经吹脱的氨气经输气管路14通入吸收器15底部的吸收液中吸收，未被吸收的氨气经通气管路重新进入反应器1中循环反应、吸收，提取完成之后，打开吸收器排液阀，得到含氨待测液；

设定提取时间为10min，提取结束，关闭加热元件2及气泵11，打开吸收器排液阀22，含氨待测液流入积液瓶24；

S5、向含氨待测液中加入颜色指示剂，开启磁力搅拌装置25搅拌，滴加浓度已知的滴定试剂至变色终点；

S6、根据滴定试剂的消耗量计算粉煤灰中氨氮物质的含量，粉煤灰中含氨量的计算公式为：

式中，X为粉煤灰含氨量，ppm；V2为测试样品所消耗盐酸标准溶液的体积，ml；V0为测定空白样品所消耗盐酸标准溶液的体积，ml；m为粉煤灰样品质量，g；C为滴定的盐酸标准液浓度，mol/L。

所述颜色指示剂为甲基红-次甲基蓝溶液或甲基红-溴酚绿混合指示剂，所述滴定试剂为已知浓度的标准稀盐酸或稀硫酸溶液，浓度范围是0.001～0.1mol/L；所述含氨待测液主要为硼酸铵和过量的硼酸溶液，采用稀盐酸或稀硫酸等强酸直接滴定目标产物，且硼酸铵弱酸弱碱盐，其滴定不受滴定产物PH、吸收液浓度和用量的影响，减少干扰因素，提高数据稳定性。

每组粉煤灰试样测量3次，求取平均值，以标准偏差(SD)反应平行组之间的离散程度，相对标准偏差(RSD)衡量测量值与真实值之间的相对误差，结果见表1所示。

表1不同脱销粉煤灰含氨测试参数

表2不同脱销粉煤灰含氨测试结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，包括依次连接的反应器(1)，防溅分离器(10)，冷凝管(12)，输气管路(14)，吸收器(15)，所述吸收器(15)下方设有滴定计量单元；

所述反应器(1)上设有样品室(4)和碱液试剂瓶(6)，所述吸收器(15)上设有吸收液试剂瓶(19)；

所述反应器(1)和吸收器(15)之间设有通气管路(3)，所述通气管路(3)的一端伸入反应器(1)底部，另一端伸入吸收器(15)内部上方；

所述防溅分离器(10)包括腔体(105)，所述腔体(105)的上下端分别设有气体出口(103)和气体入口(102)，所述气体出口(103)延伸至腔体(105)内部，下端部设有防溅挡盘(101)，气体出口(103)与防溅挡盘(101)的连接处设有气体通孔(104)。

2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，所述滴定计量单元包括积液瓶(24)，用于搅拌积液瓶(24)的磁力搅拌装置(25)，用于识别颜色变化判断终点的颜色吸收与识别装置(28)，流量计(27)，滴定液试剂瓶(26)，所述滴定液试剂瓶(26)中的试剂通过泵泵入积液瓶(24)内并通过流量计(27)计量试剂消耗量。

3.根据权利要求2所述的一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，所述反应器(1)的外侧设有加热元件(2)，所述加热元件(2)为硅胶加热片；所述反应器(1)与碱液试剂瓶(6)之间的管路上设有碱液泵机(7)。

4.根据权利要求3所述的一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，所述通气管路(3)上设有气泵(11)。

5.根据权利要求4所述的一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，所述输气管路(14)上设有防倒吸单向阀(13)。

6.根据权利要求4所述的一种粉煤灰氨氮物质提取测试装置，其特征在于，所述吸收器(15)顶部设有泄压阀(16)，底部设有吸收器排液阀(22)，吸收液试剂瓶(19)与吸收器(15)之间的管路上设有的吸收液泵机(20)。

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