CN219737466U - 一种toc在线分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种TOC在线分析仪，包括分析柜，设置于分析柜内上部的PLC控制系统，设置于分析柜内下部的分析检测系统，以及设置于分析柜外部的、能够连续取样的连续取样装置，PLC控制系统设置有触摸屏，还包括设置于分析柜内的气体预处理系统和臭氧破坏器，PLC控制系统通过导线与分析检测系统、气体预处理系统、臭氧破坏器连接，所述分析检测系统包括固定于分析柜内的二氧化碳传感器、加碱泵、加酸泵、排料泵、进料泵、三通夹管阀、冷冻装置、样品分析杯、搅拌器，能够用于TOC含量在5ppm以上的氯碱工业用盐水等的分析检测，且检测结果准确，装置简单，自动化程度高，检测时间短，操作、维护方便。

Description

一种TOC在线分析仪

技术领域

本实用新型涉及TOC分析检测技术领域，具体涉及一种检测氯化钠溶液或者水中总有机碳含量的TOC在线分析仪。

背景技术

氯碱工业是以氯化钠(盐)为原料，通过电解的方法来制取氯气和烧碱的化学工业，原盐是氯碱工业的主要原料，来源主要有三类，分别是井矿盐、海盐和湖盐，此外，还有一部分来自企业自身其它化工装置或化工园区内其它企业处理后排放的高浓盐水，盐水的质量直接影响离子膜的性能和能耗，其中总有机碳(TOC)的存在会造成电解电压升高和电流效率下降，严重增加电解槽生产运行能耗，同时有机碳也会直接覆盖在阳极活性涂层上导致活性消失，造成电流分布不平衡而影响离子膜的使用寿命，如果不及时对TOC进行检测，动辄几百万人民币的离子膜更换费用，势必会影响工厂经济效益，具体来说，如氯碱化工企业进槽盐水中的TOC含量超标，在电解槽中被氧化成氯碳化合物，使阳极液产生泡沫，泡沫阻碍了阳极室产生气体的流动，影响了电解液的分布，造成局部浓度过低，影响氯气的纯度；TOC含量超标也会使离子膜膨胀和间断脱液，同时降低了阻止阴离子的能力，影响膜的电流效率，并且TOC含量超标也使得电解槽内的氯氢压力波动，对膜的损坏不容忽视，压力波动会拉伸膜，经阴阳极频繁摩擦，长时间会使膜形成针孔；TOC含量超标对阳极涂层也有一定的危害，会缩短阳极的使用寿命；离子膜企业TOC含量超标使阳极室的气相区域增大，膜的电流分布不均匀，膜的有效面积下降，实际膜的电流密度升高，槽电压上升，表现在槽停车冲洗后，槽电压明显下降，因此总有机碳(TOC)不符合规定要求的危害是多方面的，对总有机碳(TOC)的在线检测是非常重要的，及时对盐水或者水中的TOC进行在线检测与分析，能使生产企业根据分析检测结果进行及时处置，有利于提高生产效率和节约生产成本。

现有用于检测TOC方法大体有9种，其中湿法氧化(过硫酸盐)-非色散红外探测(NDIR)法不适用TOC含量高的水体，高温催化燃烧氧化-非色散红外探测(NDIR)法需要高温催化燃烧氧，装置要求较高，而且个别含碳有机物在高温下也不易被燃烧氧化，因此所测得的TOC值常稍低于理论值，紫外氧化-非色散红外探测(NDIR)法对于颗粒状有机物、药物、蛋白质等高含量TOC是不适用的，紫外(UV)-湿法(过硫酸盐)氧化-非色散红外探测(NDIR)法存在装置相对复杂，运行成本高等不足，电阻法对被测量的水体来源要求比较苛刻，只能用于相对洁净的工业用水和纯水，应用方向单一，紫外法存在装置复杂等不足，电导法的稳定性较差，超声空化声致发光法还处于研究初期，臭氧氧化法具有反应速度快，无二次污染，以及较高的应用价值，已在国内得到一定的应用，专利号为ZL201822064008.0的中国专利公开了一种水样分析设备，包括：一设备本体，所述设备本体的内部具有一容置空间，所述容置空间容置定量的所述水样；一水样分析仪，所述水样分析仪连通所述容置空间，分析所述容置空间内的所述水样中的所述非挥发性总有机碳的含量；一UV光提供模块，所述UV光提供模块连通所述容置空间，用于提供一UV光；一氧气提供模块，所述氧气提供模块用于提供一氧气；一臭氧产生机，所述臭氧产生机接收所述氧气，且透过对所述氧气放电方式产生一臭氧，且所述臭氧产生机连通所述容置空间；一氧化剂提供模块，所述氧化剂提供模块连通所述容置空间，用于提供一氧化剂；一第一载气提供模块，所述第一载气提供模块选择地连通所述水样分析仪或所述容置空间，用于提供一第一载气；以及一执行电路，所述执行电路执行一非挥发性总有机碳分析作业，其过程是：臭氧产生机透过对氧气放电方式产生臭氧，通过令臭氧去除水样中的氯离子，而降低氯离子影响氧化剂作用的程度，接着令混合有臭氧与氧化剂的水样在容置空间与UV光提供模块之间循环流动，以使所述水样中的非挥发性总有机碳氧化接近完全，藉以提供所述水样分析仪能够准确地分析所述水样中的非挥发性总有机碳的含量，其采用UV光氧化水样中的非挥发性总有机碳，而生成例如为二氧化碳的非挥发性总有机碳气态氧化物，其一般用于制药等行业中TOC含量低于5ppm的场合，高于5ppm的氯碱工业中的以氯化钠(盐)为原料，其TOC含量达到10ppm，存在UV光的氧化能力不足，对颗粒物氧化会不完全，装置复杂，零部件多，需要更换灯管，操作、维护不方便等缺点，而且对用于氧化的臭氧没有处理装置，会导致可能残留的臭氧对环境造成污染，同时装置没有针对生产线连续生产过程中的取样进行预处理，用于连续取样时容易有杂质进入，不仅其中的其他有机物进入检测装置后会影响检测结果的准确性，同时其他杂质也容易导致检测管路等的堵塞，影响分析检测的正常进行以及运行效率；而ZL201420740275.4的中国专利公开了一种总有机碳分析仪，其包括一注水泵、一阀门组合、一紫外反应器、一冷凝器、一气液分离器、一非分散红外检测器、一臭氧破坏器和一总排水管，具有结构简单且紧凑、维修方便、设备校准时间短、检测分析时间快的优点，然而其采用紫外反应器，在紫外光和氧化剂的作用下，将水溶液中的有机碳物质被转换成二氧化碳气体，但对水溶液中的无机碳却无法转化，从而导致最后的检测结果中可能存在由无机碳形成的二氧化碳，影响了溶液中有机碳检测的准确性，导致检测结果与实际误差较大，无法准确的反应实际TOC值，同时装置没有针对生产线连续生产过程中的取样进行预处理，用于连续取样时容易有杂质进入，不仅其中的其他有机物进入检测装置后会影响检测结果的准确性，同时其他杂质也容易导致检测管路等的堵塞，影响分析检测的正常进行以及运行效率。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、能连续取样、对样品进行预处理、能自动清洗、检测分析时间短、并且对于盐溶液或水中的总有机碳检测结果准确的TOC在线分析仪。

为了达到上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：

一种TOC在线分析仪，包括分析柜，设置于分析柜内上部的PLC控制系统，设置于分析柜内下部的分析检测系统，以及设置于分析柜外部的、能够连续取样的连续取样装置，PLC控制系统设置有触摸屏，还包括设置于分析柜内的气体预处理系统，PLC控制系统通过导线与分析检测系统、气体预处理系统连接，所述分析检测系统包括固定于分析柜内的二氧化碳传感器、加碱泵、加酸泵、排料泵、进料泵、三通夹管阀、冷冻装置、样品分析杯，所述加碱泵、加酸泵、进料泵的出口通过管路与样品分析杯内部连通，加碱泵、加酸泵的进口分别与碱性试剂和酸性试剂通过管路连接，所述排料泵的进口与样品分析杯内部通过管路连通，排料泵的出口连接有废液排料管，所述三通夹管阀设置有两个进口和一个公共出口，所述三通夹管阀的公共出口与进料泵的进口通过管路连接，所述三通夹管阀的两个进口分别通过管路连接纯水和连续取样装置，所述二氧化碳传感器的进气口与冷冻装置的出气口通过管路连接，所述冷冻装置的进气口通过管路与样品分析杯内部连通。

进一步地，所述气体预处理系统包括氧气发生器和臭氧发生器，所述氧气发生器、臭氧发生器、样品分析杯通过管路依次相连。

进一步地，所述连续取样装置包括H型连续取样管和过滤膜管，所述过滤膜管设置于H型连续取样管一边上部内部，所述过滤膜管的出口与三通夹管阀的一个进口通过管路连接。

进一步地，所述H型连续取样管的另一边可连通废液排液管。

进一步地，所述过滤膜管的外侧套设有布设小孔的PFA管。

进一步地，所述冷冻装置设置于样品分析杯的上方，二氧化碳传感器设置于冷冻装置的上方。

进一步地，分析柜内还设置有臭氧破坏器，所述PLC控制系统通过导线与臭氧破坏器连接，所述二氧化碳传感器的出气口与臭氧破坏器的进气口通过管路相连。

更进一步地，所述臭氧破坏器设置于分析柜内下部的边侧。

再进一步地，所述分析检测系统还设置有搅拌器，所述搅拌器设置于样品分析杯的底部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)通过酸性试剂可测出样品中的无机碳，使检测的总有机碳结果更准确，再通过通臭氧、加碱性试剂、二次酸化的方法，保证了较强的氧化能力，能够用于TOC含量在5ppm以上的氯碱工业用盐水等的分析检测，且检测结果准确，装置简单，操作、维护方便；

(2)采用连续取样装置，通过H型连续取样管，实现在线连续取样检测，连续取样装置的过滤膜管可有效去除杂质，不仅能保证检测结果的准确性，同时也能使分析过程连续、顺利进行，时间短，提高了分析检测的效率，对连续生产过程的控制更准确、更及时，而过滤膜管外套设的PFA管，能阻隔取样过程中的一些泥沙杂质对膜管的损伤，降低设备故障，提高运行效率，同时其H型连续取样管的另一边作为排料口，与从排料泵出口连接的废液排料管连接，排出检测废液，减少了分析仪的零部件设置，进一步简化了结构；

(3)冷冻装置可有效去除气体中的水分，提高了检测结果的准确性；

(4)采用三通夹管阀，单一阀门实现检测样品和纯水的切换，减少了零部件数量，简化了结构，方便维护，缩短了分析检测时间，降低设备成本；

(5)臭氧破坏器的设置能防止臭氧的排出给环境的污染；

(6)样品分析杯底部设置搅拌器，能对样品进行及时搅拌，使检测结果更准确；

(7)通过PLC控制系统以及触摸屏，实现分析仪各个部件的自动控制、自动检测、分析、自动清洗以及结果的反馈，自动化程度高，分析检测时间短，效率高，能够对生产过程及时控制。

附图说明

图1是本实用新型结的构示意图；

图2是图1中气体预处理系统的爆炸图；

图3是图1中的连续取样装置过滤膜管的结构示意图。

1-分析柜；2-PLC控制系统；21-触摸屏；3-气体预处理系统；31-氧气发生器；32-臭氧发生器；4-连续取样装置；41-H型连续取样管；42-过滤膜管；43-PFA管；5-分析检测系统；51-二氧化碳传感器；52-加碱泵；53-加酸泵；54-排料泵；55-进料泵；56-三通夹管阀；57-冷冻装置；58-样品分析杯；59-搅拌器；6-臭氧破坏器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

在本具体实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

另外在本具体实施例中如未特别说明部件之间的连接或固定方式，其连接或固定方式均可为通过现有技术中常用的螺栓固定或钉销固定，或销轴连接等方式，因此，在本实施例中不再详述。

一种TOC在线分析仪，如图1-3所示，包括分析柜1，设置于分析柜1内上部的PLC控制系统2，设置于分析柜1内下部的分析检测系统5，以及设置于分析柜1外部的、能够连续取样的连续取样装置4，PLC控制系统2设置有触摸屏21，分析柜1内还设置有气体预处理系统3以及臭氧破坏器6，PLC控制系统2通过导线与分析检测系统5、气体预处理系统3以及臭氧破坏器6连接，PLC控制系统2通过有触摸屏21控制分析检测系统5、气体预处理系统3以及臭氧破坏器6的启停，所述分析检测系统5包括固定于分析柜1内的二氧化碳传感器51、加碱泵52、加酸泵53、排料泵54、进料泵55、三通夹管阀56、冷冻装置57、样品分析杯58；为了提高分析的准确性和工作效率，冷冻装置57设置于样品分析杯58的上方，二氧化碳传感器51设置于冷冻装置57的上方；所述样品分析杯58设置有加碱接口、加酸接口、进料接口、排料接口、进气接口、排气接口，所述加碱泵52、加酸泵53、进料泵55的出口通过管路经样品分析杯58上对应的接口与样品分析杯58内部连通，加碱泵52、加酸泵53的进口分别与碱性试剂和酸性试剂通过管路连接，所述排料泵54的进口经样品分析杯58上的排料接口与样品分析杯58内部通过管路连通，排料泵54的出口连接有废液排料管，用于将检测废液排出样品分析杯58，所述三通夹管阀56设置有两个进口和一个公共出口，三通夹管阀56的公共出口与进料泵55的进口通过管路连接，三通夹管阀56的两个进口分别通过管路连接纯水和连续取样装置4，用于切换纯水和样品，所述二氧化碳传感器51的进气口与冷冻装置57的出气口通过管路连接，冷冻装置57的进气口通过管路经样品分析杯58上的排气接口与样品分析杯58内部连通，冷冻装置57内设置有气液分离装置和冷凝装置，能够对经过冷冻装置57内的气体进行气液分离，并通过冷凝方式，将液体排除，使气体通过，即冷冻装置57对气体进行冷却，可去除气体中的水分，使检测更加准确，所述分析检测系统5还设置有搅拌器59，所述搅拌器59设置于样品分析杯58的底部，搅拌器59可对样品分析杯58的样品进行搅拌，使样品分析杯58的样品成分更加均匀，使检测结果更加准确，所述二氧化碳传感器51、加碱泵52、加酸泵53、排料泵54、进料泵55、三通夹管阀56、冷冻装置57、搅拌器59与PLC控制系统2通过导线相连；所述气体预处理系统3固定于分析柜1内下部，所述气体预处理系统3包括氧气发生器31和臭氧发生器32，所述氧气发生器31和臭氧发生器32与PLC控制系统2通过导线相连，所述氧气发生器31、臭氧发生器32、样品分析杯58通过管路依次相连，所述臭氧发生器32通过样品分析杯58上的进气接口与样品分析杯58内部连通，臭氧发生器32不启动时，氧气发生器31产生的氧气可通过臭氧发生器32内部的管路进入样品分析杯58内部；所述连续取样装置4包括H型连续取样管41和过滤膜管42，所述过滤膜管42设置于H型连续取样管41一边上部内部，所述过滤膜管42的外侧套设有布设小孔的PFA管43，PFA管43即可溶性聚四氟乙烯材质的管，PFA管43上布设的小孔均匀设置，PFA管43能阻隔取样过程中的一些泥沙杂质对膜管的损伤，降低设备故障，提高运行效率，所述过滤膜管42的出口与三通夹管阀56的一个进口通过管路连接，H型连续取样管41的另一边可连通连接于排料泵54出口，用于排出检测废液的废液排料管，使检测废液经废液排料管通过H型连续取样管41的另一边排出样品分析杯58，减少了分析仪的零部件数量，使结构更简化，操作、维护更方便，效率更高；为使结构更加紧凑，便于废气排出，工作效率更高，所述臭氧破坏器6设置于分析柜1内下部的边侧，所述二氧化碳传感器51的出气口与臭氧破坏器6的进气口通过管路相连。

本实用新型提到的一种TOC在线分析仪，其使用方法如下：

(1)排出上次分析的废液，样品分析杯清洗：

启动PLC控制系统2，通过触摸屏21打开三通夹管阀56，使进口切换至与纯水相连通，打开排料泵54、进料泵55，并将样品分析杯58下部的搅拌器59打开，排料泵54排出样品分析杯58内上次分析后的杯内废液，同时纯水被进料泵55经三通夹管阀56送入样品分析杯58内并在搅拌器59的作用下对样品分析杯58进行搅拌清洗，当清洗完毕后，关闭排料泵54、进料泵55、三通夹管阀56、搅拌器59；

(2)置换及样品定量：

打开三通夹管阀56，使一个进口与连续取样装置4相连通，同时打开进料泵55、排料泵54，进行物料置换，5S后关闭排料泵54，进料泵55加入20ml样品；

(3)氧气置换：

打开氧气发生器31，将样品分析杯58内及从氧气发生器31出去的经过臭氧发生器32、到样品分析杯58、冷冻装置57，再到二氧化碳传感器51在内的所有气体检测管路内的气体全部置换为氧气，直到二氧化碳传感器51检测到浓度低于10ppm；

(4)第一次酸化：

打开加酸泵53，向样品分析杯58内的样品中加入酸性试剂产生二氧化碳，并打开氧气发生器31，去除样品分析杯58中样品中的无机碳；由氧气将产生的二氧化碳带出，并通过二氧化碳传感器51检测，再通过PLC控制系统计算出总无机碳，计算完成后关闭氧气发生器31；

(5)臭氧氧化：

臭氧发生器32打开，并启动加碱泵52，向样品分析杯58内的样品中加入碱性试剂，生成羟自由基(强氧化性)，样品分析杯58中样品被氧化，生成碳酸盐：

(6)第二次酸化：

关闭氧气发生器31和臭氧发生器32，打开加酸泵53，向样品分析杯58内的样品中加入酸性试剂，与碳酸盐发生反应生成二氧化碳，再次打开氧气发生器31，由氧气将产生的二氧化碳带出，通过二氧化碳传感器51检测，再通过PLC控制系统计算出总有机碳，计算完成后关闭氧气发生器31；

(7)清洗排料，反冲进料管：

打开排料泵54，5S后，排料泵54关闭，然后打开三通夹管阀56同时进料泵55打开、打开搅拌器59，纯水进入到样品分析杯58中，5S后，关闭三通夹管阀56，进料泵55变为反转，进行清洗，20S后，进料泵55恢复正转，同时打开三通夹管阀56，5S后停止，做样、分析完成。

本实用新型的有益效果主要体现在：

(1)通过酸性试剂可测出样品中的无机碳，使检测的总有机碳结果更准确，再通过通臭氧、加碱性试剂、二次酸化的方法，保证了较强的氧化能力，能够用于TOC含量在5ppm以上的氯碱工业用盐水等的分析检测，且检测结果准确，装置简单，操作、维护方便；

(2)采用连续取样装置，通过H型连续取样管，实现在线连续取样检测，连续取样装置的过滤膜管可有效去除杂质，不仅能保证检测结果的准确性，同时也能使分析过程连续、顺利进行，时间短，提高了分析检测的效率，对连续生产过程的控制更准确、更及时，而过滤膜管外套设的PFA管，能阻隔取样过程中的一些泥沙杂质对膜管的损伤，降低设备故障，提高运行效率，同时其H型连续取样管的另一边作为排料口，与从排料泵出口连接的废液排料管连接，排出检测废液，减少了分析仪的零部件设置，进一步简化了结构；

(3)冷冻装置可有效去除气体中的水分，提高了检测结果的准确性；

(4)采用三通夹管阀，单一阀门实现检测样品和纯水的切换，减少了零部件数量，简化了结构，方便维护，缩短了分析检测时间，降低设备成本；

(5)臭氧破坏器的设置能防止臭氧的排出给环境的污染；

(6)样品分析杯底部设置搅拌器，能对样品进行及时搅拌，使检测结果更准确；

(7)通过PLC控制系统以及触摸屏，实现分析仪各个部件的自动控制、自动检测、分析、自动清洗以及结果的反馈，自动化程度高，分析检测时间短，效率高，能够对生产过程及时控制。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种TOC在线分析仪，包括分析柜，设置于分析柜内上部的PLC控制系统，设置于分析柜内下部的分析检测系统，以及设置于分析柜外部的、能够连续取样的连续取样装置，PLC控制系统设置有触摸屏，其特征在于：还包括设置于分析柜内的气体预处理系统，PLC控制系统通过导线与分析检测系统、气体预处理系统连接，所述分析检测系统包括固定于分析柜内的二氧化碳传感器、加碱泵、加酸泵、排料泵、进料泵、三通夹管阀、冷冻装置、样品分析杯，所述加碱泵、加酸泵、进料泵的出口通过管路与样品分析杯内部连通，加碱泵、加酸泵的进口分别与碱性试剂和酸性试剂通过管路连接，所述排料泵的进口与样品分析杯内部通过管路连通，排料泵的出口连接有废液排料管，所述三通夹管阀设置有两个进口和一个公共出口，所述三通夹管阀的公共出口与进料泵的进口通过管路连接，所述三通夹管阀的两个进口分别通过管路连接纯水和连续取样装置，所述二氧化碳传感器的进气口与冷冻装置的出气口通过管路连接，所述冷冻装置的进气口通过管路与样品分析杯内部连通。

2.根据权利要求1所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述气体预处理系统包括氧气发生器和臭氧发生器，所述氧气发生器、臭氧发生器、样品分析杯通过管路依次相连。

3.根据权利要求1所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述连续取样装置包括H型连续取样管和过滤膜管，所述过滤膜管设置于H型连续取样管一边上部内部，所述过滤膜管的出口与三通夹管阀的一个进口通过管路连接。

4.根据权利要求3所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述H型连续取样管的另一边可连通废液排液管。

5.根据权利要求3所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述过滤膜管的外侧套设有布设小孔的PFA管。

6.根据权利要求1所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述冷冻装置设置于样品分析杯的上方，二氧化碳传感器设置于冷冻装置的上方。

7.根据权利要求1所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：分析柜内还设置有臭氧破坏器，所述PLC控制系统通过导线与臭氧破坏器连接，所述二氧化碳传感器的出气口与臭氧破坏器的进气口通过管路相连。

8.根据权利要求7所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述臭氧破坏器设置于分析柜内下部的边侧。

9.根据权利要求1所述的一种TOC在线分析仪，其特征在于：所述分析检测系统还设置有搅拌器，所述搅拌器设置于样品分析杯的底部。