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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)的氮?dú)浔壤曉诰€測(cè)定儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 工業(yè)氣相色譜儀分析合成氨氮?dú)錃怏w時(shí)具有自動(dòng)化程度高、分析精度高等優(yōu)點(diǎn)，但存在儀器價(jià)格昂貴、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用高、不能對(duì)氣體實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量等缺點(diǎn)。本作品所采用的超聲掃頻法和相位差法具有自動(dòng)化程度較高，分析相對(duì)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于工業(yè)氣相色譜儀而言，本超聲在線測(cè)定儀還具有制作成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、易于維護(hù)和可實(shí)時(shí)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。為合成氨生產(chǎn)中氮?dú)浔壤郎y(cè)定開(kāi)辟了新途徑，也為精確測(cè)量其他二元流體比例提供了新方法。
- 詳細(xì)介紹：
- 氮?dú)浔仁呛铣砂惫I(yè)上重要的工藝指標(biāo)，也是原化工部20項(xiàng)主要工藝指標(biāo)中的關(guān)鍵指標(biāo)。合成氣體比例的設(shè)定對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量、降低能源消耗等起著重要作用。因此，如何恰當(dāng)?shù)剡x擇最佳氮?dú)浔?，?duì)于指導(dǎo)化工生產(chǎn)至關(guān)重要。然而，要達(dá)到最佳氮?dú)浠旌媳壤?，必須通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋氮?dú)浔壤畔ⅲ刂葡到y(tǒng)適時(shí)調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程中氮?dú)浔壤?。目前，合成氨工業(yè)上用于檢測(cè)氮?dú)浔鹊膬x器有很多，但普遍存在測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、價(jià)格昂貴、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用高、不能實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量等問(wèn)題。 為克服上述缺點(diǎn)，特制作了此合成氨氮?dú)浔瘸曉诰€測(cè)定儀，為實(shí)時(shí)、連續(xù)、精確地測(cè)量合成氨生產(chǎn)中氮?dú)浔壤_(kāi)辟了新途徑，也為精確測(cè)量其他二元流體比例提供了新方法。 基于超聲傳播規(guī)律研制的應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)的氮?dú)浔壤曉诰€測(cè)定儀，可以精確地測(cè)定合成氨氮?dú)浔壤?。相比于其他工業(yè)合成氨氮?dú)浔壤郎y(cè)定儀器而言，該儀器有其自身的先進(jìn)性特點(diǎn)。 ① 其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在：監(jiān)測(cè)靈敏度高，采用連續(xù)、無(wú)損測(cè)試方法，測(cè)量范圍廣，儀器成本低等四個(gè)方面。 ② 其先進(jìn)性表現(xiàn)在：運(yùn)行成本低、易于維護(hù)和可實(shí)時(shí)測(cè)量；安全性強(qiáng)，綠色無(wú)污染；可進(jìn)行任意種類、任意體積濃度二元?dú)怏w比例的高精度測(cè)量等三個(gè)方面。 ③ 其適用范圍為：大型合成氨化工廠；實(shí)驗(yàn)室測(cè)量混合比例成分的研究；鹽酸生產(chǎn)廠家、水泥行業(yè)；氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)分析機(jī)構(gòu)，以及其他二元?dú)怏w比例成分測(cè)定場(chǎng)合；水果貯藏間、溫室、地窖和倉(cāng)庫(kù)的空氣狀況監(jiān)測(cè)；使用所有類型燃料（油、氣體和煤）的燃燒系統(tǒng)的廢氣排放濃度監(jiān)測(cè)；警報(bào)裝置；化工廠工藝氣體濃度測(cè)量；高純氣體品質(zhì)檢驗(yàn)等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)學(xué)科領(lǐng)域。 ④ 該儀器投入生產(chǎn)使用后效應(yīng)為：取代部分工業(yè)氣相色譜儀的測(cè)量工作，在合成氨工業(yè)得到應(yīng)用推廣；逐漸占據(jù)蒸汽氣體測(cè)定儀的市場(chǎng)；替代部分紅外檢測(cè)氣體分析儀的測(cè)量工作等。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，測(cè)量精度高，應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)的氮?dú)浔壤曉诰€測(cè)定儀最終可向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，從根本上降低合成氨氮?dú)浔壤郎y(cè)定成本，使多元體系流體濃度檢測(cè)更加容易。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- I發(fā)明目的：為克服其他合成氨氮?dú)浔壤郎y(cè)定儀操作方法繁瑣，運(yùn)行成本高，測(cè)量不連續(xù)，極易產(chǎn)生環(huán)境污染等問(wèn)題。II基本思路：受超聲在兩種比例成分的混合氣體內(nèi)傳播速度不同的啟發(fā)，利用設(shè)計(jì)的電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)氮?dú)錃怏w的聲速和收發(fā)信號(hào)相位差的自動(dòng)化測(cè)量，最終通過(guò)測(cè)得的聲速和相位差值來(lái)反映氮?dú)浔壤煞?，達(dá)到對(duì)合成氨氮?dú)浔壤煞值膶?shí)時(shí)、連續(xù)、精確測(cè)量的目的。III創(chuàng)新點(diǎn)：①監(jiān)測(cè)靈敏度高?；谙辔徊罘ǖ脑恚诒壤凉舛茸兓^小時(shí)便有較大的相位變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體組分極小變化的精確測(cè)量。②采用連續(xù)、無(wú)損測(cè)試方法。通過(guò)電路裝置使測(cè)量時(shí)間差變得較小，實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，氣體流入監(jiān)測(cè)裝置后可以回收利用，既節(jié)省了化工原料又避免了環(huán)境污染。③測(cè)量范圍廣。一方面信號(hào)處理裝置可以取出放置在任何封閉或者流動(dòng)的氣體環(huán)境中進(jìn)行探測(cè)，另一方面由于儀器體積小，安全性能好，因此也可以用于高易燃性氣體混合物的測(cè)量。④儀器成本低。采用廉價(jià)的電子器件，較一般氣體比例測(cè)量?jī)x器其成本低。IV技術(shù)關(guān)鍵：信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生的正弦信號(hào)被分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)氣體傳播被送到dSP芯片，另一路直接送至dsp芯片。dsp芯片通過(guò)內(nèi)置程序?qū)⒔邮盏降男盘?hào)進(jìn)行比較、反饋、計(jì)算，并將結(jié)果輸出到控制面板的LCD顯示屏上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮?dú)浔鹊脑诰€精確測(cè)量。V主要技術(shù)指標(biāo)：該儀器的測(cè)量誤差相對(duì)于工業(yè)氣相色譜儀而言都在0.09%以下；當(dāng)單一改變氮?dú)夂蜌錃獾倪M(jìn)氣速度時(shí)，觀察到本儀器LCD顯示屏的反應(yīng)時(shí)間都在2s以內(nèi)，工業(yè)氣相色譜儀的人工測(cè)量周期在5min左右。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）運(yùn)行成本低、易于維護(hù)和可實(shí)時(shí)測(cè)量 工業(yè)氣相色譜儀測(cè)量合成氨氮?dú)錃怏w多有弊端。本儀器采用簡(jiǎn)明的模擬數(shù)字電路結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)回路氣體的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從根本上解決了工業(yè)氣相色譜儀存在的儀器價(jià)格昂貴，維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用高，操作過(guò)程繁瑣，不能連續(xù)測(cè)量等問(wèn)題。 （2）安全性強(qiáng)，綠色無(wú)污染 本儀器是根據(jù)超聲在比例成分不同的二元混合氣體中傳播速度不同的物理性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體混合比例的測(cè)量，不改變氣體本身的性質(zhì)。另外，利用該儀器測(cè)量后的氣體可以回收利用，實(shí)現(xiàn)了零排放的目的。由此，克服了通用電氣公司研制的用于汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)測(cè)定冷卻氣體百分組成的二元?dú)怏w分析儀器改變氣體性質(zhì)的缺陷，也克服了氣相色譜儀監(jiān)測(cè)氣體時(shí)排放污染的弊端。 （3）可進(jìn)行任意種類、任意體積濃度二元?dú)怏w比例的高精度測(cè)量 該儀器可以進(jìn)行任意二元?dú)怏w、任意體積濃度的高精度測(cè)量。突破了現(xiàn)行的主流紅外氣體分析儀只能針對(duì)CO、CO2、NO、CH4、SO2等紅外敏感氣體小范圍測(cè)量的限制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2011年3月相關(guān)論文《基于超聲相位差法的乙醇汽油濃度測(cè)量?jī)x研制》已投稿于中文核心期刊“大學(xué)物理”雜志，正在審稿； 2、2011年中國(guó)石油大學(xué)第十二屆“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 洽談轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、磁盤、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 測(cè)量范圍廣，精度高；器件廉價(jià)，易于維護(hù)；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，安全性好；無(wú)損采樣，回收利用，無(wú)污染；可重復(fù)實(shí)時(shí)測(cè)量。 2.適用范圍 大型合成氨化工廠；鹽酸生產(chǎn)廠家、水泥行業(yè)；氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)分析機(jī)構(gòu)；監(jiān)測(cè)水果貯藏間、溫室、地窖和倉(cāng)庫(kù)的空氣狀況；燃料燃燒系統(tǒng)的廢氣排放濃度測(cè)定；警報(bào)裝置；化工廠工藝氣體濃度測(cè)量；高純氣體品質(zhì)檢驗(yàn)。 3.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) ①該儀器的研制會(huì)取代部分工業(yè)氣相色譜儀的測(cè)量工作，在合成氨工業(yè)得到應(yīng)用。 ②測(cè)量?jī)煞N氣體比例成分的還有通用公司的蒸汽氣體測(cè)定儀等，但它是以不同氣體的熱學(xué)性質(zhì)為切入點(diǎn)，測(cè)量原理復(fù)雜，操作要求高。該產(chǎn)品的產(chǎn)生會(huì)逐漸占據(jù)蒸汽氣體測(cè)定儀的市場(chǎng)。 ③現(xiàn)行的二元?dú)怏w分析儀多采用紅外檢測(cè)方式只能針對(duì)幾種特定氣體進(jìn)行測(cè)量且儀器價(jià)格昂貴，不利于維修等，該產(chǎn)品的問(wèn)世會(huì)逐漸占據(jù)紅外檢測(cè)儀這類電子產(chǎn)品的市場(chǎng)。 ④由于產(chǎn)品的研制用到的電子器件廉價(jià)，制作簡(jiǎn)單，從而可向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，使二元流體測(cè)量更加容易。
同類課題研究水平概述
- 精確檢測(cè)二元混合氣體中某種氣體的成分是一項(xiàng)重要技術(shù)，此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于化工處理、環(huán)保檢測(cè)和電力工業(yè)等領(lǐng)域。目前檢測(cè)氣體濃度的方法較多，如化學(xué)分析法、紅外線吸收法、電暈放電法、超聲檢測(cè)法、氣敏元件法、光譜法、馳豫吸收法等。利用這些方法所制作的二元?dú)怏w分析儀器也比較多，應(yīng)用于合成氨領(lǐng)域的主要為工業(yè)氣相色譜儀和紅外線氣體分析儀，其國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究情況如下： （1）工業(yè)氣相色譜儀在合成氨工業(yè)氣體分析中應(yīng)用很廣。它是一種主要對(duì)混合氣體中各組成成分進(jìn)行分析檢測(cè)的儀器。由載氣帶入，通過(guò)對(duì)預(yù)檢測(cè)混合物中組分有不同保留性能的色譜柱使各組分分離，依次導(dǎo)入檢測(cè)器，以得到各組分的檢測(cè)信號(hào)。按照導(dǎo)入檢測(cè)器的先后次序，經(jīng)過(guò)對(duì)比，可以區(qū)別出是何種組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計(jì)算出各組分含量。雖然其精度非常高，但是仍存在諸多弊端：首先，由于需要載氣處理，人工操作復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量；其次，氣體載入時(shí)要求的環(huán)境條件比較苛刻，要防止雜質(zhì)氣體污染；再次，工業(yè)氣相色譜儀價(jià)格昂貴，動(dòng)輒上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)，維護(hù)費(fèi)用也比較高；此外，工業(yè)氣相色譜儀進(jìn)行合成氨氮?dú)浔壤郎y(cè)定時(shí)有污染氣體排放的問(wèn)題，不利于保護(hù)環(huán)境和操作人員安全。 （2）紅外線氣體分析儀工作原理是基于某些氣體對(duì)紅外線的選擇性吸收機(jī)理：郎伯-比爾定律。比較先進(jìn)的紅外線氣體分析儀是采用國(guó)際上最新的NDIR技術(shù)，如電調(diào)制紅外光源、濾光傳感一體化紅外傳感器、前置放大電路、鍍膜氣室、局部恒溫控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體（SO2、NOX、CO2、CO、CH4等）、不同濃度的連續(xù)檢測(cè)。但由于紅外線技術(shù)的限制，該類儀器測(cè)量精度一般較低，只適用于對(duì)紅外線敏感的氣體，且測(cè)量環(huán)境要求較高，極易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移。 （3）其他氣體分析方法和儀器雖未應(yīng)用到合成氨領(lǐng)域，但也存在諸多弊端：化學(xué)分析法不宜在線檢測(cè)；超聲時(shí)差法檢測(cè)氣體濃度精度較低，其濃度監(jiān)測(cè)誤差多在0.5%以上；電暈放電傳感器壽命較短，不能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作；熱導(dǎo)氣體分析儀極易改變氣體性質(zhì)。
