氯化氫干燥水分分析的準(zhǔn)確性分析

梁 正，李小娜，張 波，賀永斌

（陜西北元化工集團(tuán)有限公司化工分公司，陜西 榆林 719319）

氯化氫氣體經(jīng)濃硫酸干燥后，氯化氫含水指標(biāo)達(dá)到工藝規(guī)定的范圍后，送往下游工序。如果干燥氯化氫含水分析不準(zhǔn)確，會(huì)使壓縮機(jī)葉輪損壞，造成設(shè)備故障，同時(shí)加快氯化氫送氣長(zhǎng)輸管線腐蝕，造成氯化氫氣體泄漏，嚴(yán)重時(shí)造成環(huán)境污染，而且使?jié)饬蛩嵯脑黾?。本文通過(guò)采用無(wú)水氯化鈣重量法和五氧化二磷重量法測(cè)定，與便攜式微量水分析儀測(cè)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，闡述各種分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況得出了可行的分析方法。

1 手工測(cè)定氯化氫含水分析方法介紹[1]

1.1 五氧化二磷分析法

1.1.1 原理

經(jīng)濃硫酸干燥后的氯化氫內(nèi)含有少量硫酸，硫酸易與氯化鈣反應(yīng)導(dǎo)致結(jié)果有偏差，而五氧化二磷是一種吸水性較強(qiáng)且不與硫酸反應(yīng)的干燥劑，所以氯化氫氣體通過(guò)五氧化二磷的剩余濃度低至零，可用作氣體中微量水分的測(cè)定。

1.1.2 試劑和溶液

（1）五氧化二磷；

（2）20%氫氧化鈉溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸餾水均勻混合即可；

（3）潤(rùn)滑油、有機(jī)硅油或其他潤(rùn)滑劑。

1.1.3 儀器和設(shè)備

U型干燥管?15×100 mm，內(nèi)裝五氧化二磷，放在木盒內(nèi)，微量流量計(jì)；吸收瓶2個(gè)，分別為水吸收瓶和20%堿吸收瓶；分析裝置。

1.1.4 測(cè)定步驟

（1）將2個(gè)U型干燥管洗凈，并烘干后裝入五氧化二磷，裝管時(shí)要求五氧化二磷填裝高度不超過(guò)1 cm進(jìn)行間隔填裝，再將磨口塞涂上潤(rùn)滑油，塞好，放干燥器中備用。

（2）新裝的五氧化二磷，需將預(yù)測(cè)的氯化氫氣體以0.5～1.0 L/min的流量通過(guò)干燥管，通氣時(shí)間20～30 min，待流量穩(wěn)定后，用氨水檢查接口是否漏氣。再通以干燥氮?dú)?～10 min排出管內(nèi)多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻待用。

（3）將已知質(zhì)量的吸收瓶和飽和后的干燥管、吸收瓶組裝，將預(yù)測(cè)的氯化氫氣體以0.5～1.0 L/min的流量通過(guò)干燥管，通氣時(shí)間1.5～2.0 h，吸收的質(zhì)量控制在100 g左右。

（4）五氧化二磷通過(guò)處理后，再通以干燥氮?dú)?～10 min，排出管內(nèi)多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻15 min（干燥時(shí)U型管拷克必須關(guān)閉）稱(chēng)重，稱(chēng)準(zhǔn)至0.000 1 g。

1.1.5 計(jì)算

氯化氫氣體含水=[（m2－m1）/（m4－m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的質(zhì)量，g；

m2—吸收后干燥管的質(zhì)量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質(zhì)量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質(zhì)量，g。

1.1.6 五氧化二磷分析法的缺點(diǎn)

（1）U型管在使用一定周期后，內(nèi)部脫脂棉變色被腐蝕或氣體壓力過(guò)大時(shí)會(huì)將其吹出，導(dǎo)致分析結(jié)果偏小。

（2）稱(chēng)重時(shí)不統(tǒng)一，有的分析人員一次性稱(chēng)量2只U型管，有的分2次稱(chēng)量，導(dǎo)致稱(chēng)量結(jié)果存在一定誤差。

（3）重量法分析受環(huán)境影響較大，取樣環(huán)境濕度大于60%時(shí)，水分析不能正常進(jìn)行，導(dǎo)致分析時(shí)間延誤，不能及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。

（4）取樣吸收質(zhì)量不能小于100 g，按分析流量取樣時(shí)間為1小時(shí)30分析左右，期間分析人員必須在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，防止吸收液過(guò)飽和，氯化氫氣體泄漏引起環(huán)境污染事故，分析需要時(shí)間長(zhǎng)且造成人力資源的浪費(fèi)。

（5）五氧化二磷U型管使用五六次后管口脫脂棉變黑，氣量太大會(huì)將其吹出，需要更換。

（6）取樣口取樣前用濾紙清理周?chē)愇?，使用?zhuān)用乳膠管連接，取樣前排氣5～10 min；不排氣或不清理取樣口會(huì)使分析結(jié)果偏大。

1.2 無(wú)水氯化鈣分析法

1.2.1 原理

無(wú)水氯化鈣是吸水性較強(qiáng)干燥劑，但是與極少氯化氫氣體中的硫酸反應(yīng)，氯化氫氣體通過(guò)氯化鈣的剩余濃度低至零，可用作氣體中水分的測(cè)定。

1.2.2 試劑和溶液

（1）無(wú)水氯化鈣；

（2）20%氫氧化鈉溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸餾水混勻即可；

（3）潤(rùn)滑油、有機(jī)硅油或其他潤(rùn)滑劑。

1.2.3 儀器和設(shè)備

U型干燥管?15×100 mm，內(nèi)裝無(wú)水氯化鈣，放在木盒內(nèi)；微量流量計(jì)；吸收瓶2個(gè)，分別為水吸收瓶和20%堿吸收瓶；分析裝置。

1.2.4 測(cè)定步驟

（1）將2個(gè)U型干燥管洗凈，并烘干后裝入無(wú)水氯化鈣，再將磨口塞涂上潤(rùn)滑油，兩端密封好，放干燥器中備用。

（2）將已知質(zhì)量的吸收瓶和飽和后的干燥管、吸收瓶組裝，將預(yù)測(cè)的氯化氫氣體以80～100 mL/min的流量通過(guò)干燥管，通氣時(shí)間為40～60 min，吸收質(zhì)量控制在 40～60 g。

（3）無(wú)水氯化鈣通過(guò)處理后，再通以干燥氮?dú)?～5 min排出管內(nèi)多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻30 min稱(chēng)重，稱(chēng)準(zhǔn)至0.000 1 g。

1.2.5 計(jì)算

氯化氫氣體含水=[（m2－m1）/（m4-m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的質(zhì)量，g；

m2—吸收后干燥管的質(zhì)量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質(zhì)量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質(zhì)量，g。

1.2.6 無(wú)水氯化鈣分析法缺點(diǎn)

（1）U型管在使用一定周期后，內(nèi)部脫脂棉變色，被腐蝕或氣體壓力過(guò)大時(shí)會(huì)將其吹出，導(dǎo)致分析結(jié)果偏小。

（2）稱(chēng)重時(shí)不統(tǒng)一，有的分析人員一次性稱(chēng)量2只U型管，有的分2次稱(chēng)量，導(dǎo)致稱(chēng)量結(jié)果存在一定稱(chēng)量誤差。

（3）重量法分析受環(huán)境影響較大，取樣環(huán)境濕度大于60%時(shí)，水份分析不能正常進(jìn)行，導(dǎo)致分析時(shí)間延誤，不能及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。

（4）取樣吸收質(zhì)量不能小于100 g，按分析流量取樣時(shí)間在1小時(shí)左右，期間分析人員必須在現(xiàn)場(chǎng)守候，防止吸收液過(guò)飽和，氯化氫氣體泄漏引起環(huán)境污染事故，在中控人員短缺的情況下也是一種人力浪費(fèi)。

（5）無(wú)水氯化鈣取樣時(shí)間少于1小時(shí)吸收質(zhì)量低于100 g，結(jié)果偏大。

（6）取樣口取樣前用濾紙清理周?chē)愇?，使用?zhuān)用乳膠管連接，取樣前排氣5～10 min；不排氣或不清理取樣口會(huì)使分析結(jié)果偏大。

2 儀器分析法（便攜式微量水分析儀）

2.1 工作原理

五氧化二磷傳感器利用電解水分子為氫氣與氧氣原理，此傳感器由1個(gè)玻璃材質(zhì)的圓柱和2根并行的電極組成。根據(jù)具體應(yīng)用來(lái)選擇電極材質(zhì)（通常有鉑或銠金屬絲制成），并在2根電極之間涂有很薄的一層磷酸，在兩電極之間出現(xiàn)的電流，使酸中的水分解為氫氣和氧氣。此過(guò)程的最終產(chǎn)物是五氧化二磷。五氧化二磷是高吸收濕性物質(zhì)，因此從樣氣中吸收水分，通過(guò)連續(xù)的電解過(guò)程，最終在樣氣的水分含量與電解后的水分之間建立平衡。電極電流與樣氣中水分含量成正比例，信號(hào)經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)部信號(hào)放大器處理，然后顯示并數(shù)據(jù)讀出。

2.2 測(cè)定步驟

（1）做好電極的再生準(zhǔn)備，使探頭通電干燥顯示數(shù)據(jù)為“0”，滴加磷酸使酸均勻分布，玻璃棒周?chē)袣馀?，說(shuō)明電極再生完成。

（2）使用干燥的氮?dú)獯祾邇x器管路，顯示數(shù)據(jù)為 150×10-6左右。

（3）因?yàn)楦稍锏穆然瘹錅囟却笥?0℃，分析時(shí)進(jìn)樣口乳膠管的長(zhǎng)度不應(yīng)低于3 m。

（4）取樣前排氣15 min，連接好儀器，做好廢氣吸收工作，開(kāi)始取樣。

（5）取樣時(shí)間控制在40 min左右，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后停止取樣。

（6）根據(jù)氯化氫分析量計(jì)算水份含量，氯化氫氣體含水=儀器顯示數(shù)據(jù)×水分子量/氯化氫分子量。

3 手工與儀器分析數(shù)據(jù)對(duì)比及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

選取系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定的時(shí)間段，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2017年3月15日至2017年3月30日，氯化鈣重量法、五氧化二磷重量及便攜式微量水分析儀分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析總結(jié)

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以看出微量水分析儀最大值為 120.15×10-6，最小值 103.29×10-6，平均值115.49×10-6，波動(dòng)值 7.93×10-6；五氧化二磷分析法最大值為 148.69×10-6，最小值 117.51×10-6，平均值136.88×10-6，波動(dòng)值 24.39×10-6；無(wú)水氯化鈣分析法最大值為 146.32×10-6，最小值 102.19×10-6，平均值119.65×10-6，波動(dòng)值 21.71×10-6。由于微量水分析儀平均值穩(wěn)定，波動(dòng)范圍小，最終確定分析干燥氯化氫含水方法為儀器法，因?yàn)閮x器分析方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）儀器法不需要吸收藥劑，只需要50 mL左右的廢堿就可以夠取樣分析，減少了分析藥劑和U型管的材料消耗。由于干燥的氯化氫中含有硫酸氣，U型管在使用四五次后脫脂棉變色老化，需要重新填充，填充后的U型管還需要在現(xiàn)場(chǎng)通氣30 min，此時(shí)U型管內(nèi)的藥劑分布均勻，此過(guò)程需要2人配合用時(shí)6 h左右，增加分析人員的工作量。

（2）儀器法對(duì)取樣環(huán)境溫度和濕度要求不高，陰雨天取樣不受環(huán)境影響，攜帶方便。

（3）取樣時(shí)間為30～50 min，相對(duì)于重量法時(shí)間上縮短了50min左右，節(jié)約時(shí)間及人力資源。

（4）分析結(jié)果波動(dòng)范圍小，數(shù)據(jù)直接讀取計(jì)算，減少了分析過(guò)程中的人為操作誤差。

（5）儀器法密封性好，連接好后不存在漏氣現(xiàn)象，可以杜絕取樣引起報(bào)警儀報(bào)警現(xiàn)象，安全性高。

通過(guò)以上說(shuō)明在分析干燥后的氯化氫氣體含水時(shí)最適宜的分析方法應(yīng)選用儀器法，即便攜式微量水分析儀。

參考文獻(xiàn)：

［1］張 宇.陜西北元化工集團(tuán)有限公司化工分公司.氯堿分廠中控分析操作規(guī)程.2016.