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行业应用
超声波密度计在结晶工艺晶浆密度测量的应用
发布日期:2020.11.13
 

结(jie)(jie)晶(jing)(jing)工艺(yi)是(shi)在化工、食品、医(yi)药(yao)等行业(ye)被(bei)广(guang)泛应用(yong)的(de)(de)生(sheng)产(chan)过(guo)程,一般分为蒸(zheng)(zheng)发(fa)结(jie)(jie)晶(jing)(jing)和(he)降(jiang)温(wen)结(jie)(jie)晶(jing)(jing)两种类(lei)型。蒸(zheng)(zheng)发(fa)结(jie)(jie)晶(jing)(jing)是(shi)以蒸(zheng)(zheng)发(fa)溶(rong)(rong)(rong)剂(ji)的(de)(de)方式获得过(guo)饱(bao)和(he)溶(rong)(rong)(rong)液,并析(xi)出晶(jing)(jing)体(ti)的(de)(de)过(guo)程;降(jiang)温(wen)结(jie)(jie)晶(jing)(jing)是(shi)以降(jiang)低温(wen)度的(de)(de)方式获得过(guo)饱(bao)和(he)溶(rong)(rong)(rong)液,并析(xi)出晶(jing)(jing)体(ti)的(de)(de)过(guo)程;溶(rong)(rong)(rong)解度对温(wen)度不敏感(gan)(gan)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)质应选用(yong)前者,对温(wen)度敏感(gan)(gan)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)质可(ke)选择后者。

生产过(guo)程中,结出颗粒(li)(li)大(da)(da)且粒(li)(li)度(du)(du)(du)分(fen)布(bu)均匀(yun)的(de)晶体是(shi)所有(you)结晶工(gong)艺(yi)的(de)设计目标,晶浆(jiang)的(de)过(guo)饱(bao)和(he)(he)度(du)(du)(du)是(shi)晶核(he)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)和(he)(he)晶体成(cheng)(cheng)长(zhang)的(de)主(zhu)要推动力,直接影响(xiang)着生产效(xiao)率和(he)(he)产品质量。过(guo)饱(bao)和(he)(he)度(du)(du)(du)越大(da)(da),晶体成(cheng)(cheng)长(zhang)速率越快,生产效(xiao)率越高,但若过(guo)大(da)(da),超过(guo)介稳(wen)区极限,则会自发生成(cheng)(cheng)大(da)(da)量细小晶核(he),影响(xiang)晶体粒(li)(li)度(du)(du)(du)和(he)(he)分(fen)布(bu)。因此必(bi)须准确控制晶浆(jiang)的(de)过(guo)饱(bao)和(he)(he)度(du)(du)(du),保证晶体成(cheng)(cheng)长(zhang)速率的(de)同时,抑制晶核(he)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)速率。

我们(men)知(zhi)道(dao),晶(jing)(jing)(jing)(jing)浆(jiang)过(guo)饱(bao)和度(du)大(da)小(xiao)取决于其(qi)产(chan)生(sheng)速率和消耗速率的动态平(ping)衡,在此(ci)过(guo)程中(zhong),晶(jing)(jing)(jing)(jing)浆(jiang)的固含(han)量在其(qi)中(zhong)有着重要的影响:固含(han)量过(guo)低,设备内(nei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)总表(biao)面积小(xiao),造成过(guo)饱(bao)和度(du)消除的慢而越(yue)过(guo)介稳区(qu),成核(he)占(zhan)优(you)势,导致(zhi)自发生(sheng)成大(da)量细(xi)小(xiao)晶(jing)(jing)(jing)(jing)核(he),降低产(chan)品质(zhi)量;固含(han)量较高(gao),设备内(nei)晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)有足(zu)够的结(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)表(biao)面积,有效保证晶(jing)(jing)(jing)(jing)浆(jiang)过(guo)饱(bao)和度(du)在介稳区(qu)内(nei),生(sheng)长占(zhan)优(you)势,减(jian)少晶(jing)(jing)(jing)(jing)核(he)产(chan)生(sheng),有利于晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)长大(da);但(dan)如(ru)果固含(han)量过(guo)高(gao),则会(hui)加(jia)大(da)晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)之(zhi)间(jian)的碰撞(zhuang)机会(hui),加(jia)剧晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)与(yu)管(guan)路、器壁及搅拌叶轮之(zhi)间(jian)的摩擦,导致(zhi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)(ti)(ti)破裂(lie)并产(chan)生(sheng)过(guo)量二次晶(jing)(jing)(jing)(jing)核(he);

因此,合适的(de)(de)固(gu)含量(liang)(liang)(liang)可有效(xiao)减(jian)少晶体自发成核及二次(ci)成核机率(lv),并有效(xiao)促进晶体长大(da),提高产品质(zhi)量(liang)(liang)(liang),在(zai)工(gong)业生(sheng)产过程中需及时准确测(ce)量(liang)(liang)(liang)和控(kong)制。但由于市场上没有直接(jie)测(ce)量(liang)(liang)(liang)晶浆(jiang)固(gu)含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)仪表,因此无(wu)法实现这一测(ce)量(liang)(liang)(liang)目标,目前行(xing)业内通行(xing)的(de)(de)做法是采用(yong)测(ce)量(liang)(liang)(liang)晶浆(jiang)密度(du)的(de)(de)方法,利用(yong)其与固(gu)含量(liang)(liang)(liang)具(ju)有一定对应(ying)关系,来间接(jie)实现工(gong)艺(yi)过程控(kong)制。

在结晶工艺中常见的主要有质量密度差压密度计两种密度测量方法。

质(zhi)量(liang)(liang)密度计的主(zhu)要优(you)点是(shi)测(ce)(ce)量(liang)(liang)精(jing)度高(gao),测(ce)(ce)量(liang)(liang)介质(zhi)范围广,测(ce)(ce)量(liang)(liang)结(jie)果不受(shou)工艺压(ya)力、温度等参(can)数的影(ying)响,并(bing)且可进行质(zhi)量(liang)(liang)、密度、温度等多参(can)数测(ce)(ce)量(liang)(liang)。主(zhu)要缺点是(shi):价格贵,维(wei)修成(cheng)本高(gao),一般企(qi)业承受(shou)能力有(you)限。测(ce)(ce)量(liang)(liang)管(guan)内壁易受(shou)到介质(zhi)磨损,导(dao)致测(ce)(ce)量(liang)(liang)结(jie)果不准确或仪(yi)表损坏,测(ce)(ce)量(liang)(liang)管(guan)易造成(cheng)堵塞,影(ying)响测(ce)(ce)量(liang)(liang)结(jie)果,安装管(guan)道的振动也会影(ying)响测(ce)(ce)量(liang)(liang)精(jing)度等。

差压密度计的主要优点(dian)是(shi)结(jie)构简单,安装(zhuang)方便,价(jia)格相对便宜(yi)。主要缺点(dian)是(shi)测量精度较(jiao)低,传感器膜片(pian)粘上结(jie)晶颗粒以及浆(jiang)液的流(liu)动都(dou)会导(dao)致测量结(jie)果不准确(que),管路容(rong)易造成(cheng)堵塞而(er)不能正常工作(zuo),严重(zhong)情(qing)况下还会导(dao)致停车。

以上两种仪表在测量过程中都存在着一些问题,江苏辽宁宏运科技股份有限公司研发XC-CA超声波密度计因其不仅可直接测量晶浆密度,而且测量精度、产品寿命、管路结构克服了以上两款仪表存在的一些缺点,获得不少结晶工艺技术人员的认可。

以往工况都是通过密度指标控制工艺,其虽与固含量有一定对应关系,但并不完全一致,而密度值并不是影响工艺质量的直接指标,直接指标是晶浆固含量,XC-CA超声波密度计可直接测出晶浆固含量,并可切换质量固含量、体积固含量和密度显示,有效控制工艺进程。

仪(yi)表(biao)传感器(qi)贴在管(guan)道(dao)(dao)(dao)外壁(bi),与管(guan)道(dao)(dao)(dao)介质不(bu)(bu)发生(sheng)直接(jie)接(jie)触,因此(ci)(ci)传感器(qi)不(bu)(bu)受介质特性(xing)以(yi)及(ji)腐蚀性(xing)影(ying)响。直管(guan)段(duan)安(an)装结构,介质在内部流动受到阻力小(xiao),因此(ci)(ci)摩(mo)擦力也(ye)小(xiao),管(guan)道(dao)(dao)(dao)不(bu)(bu)易因磨损导致损坏,即(ji)使有一些(xie)磨损,也(ye)不(bu)(bu)会影(ying)响到仪(yi)表(biao)的测(ce)量精度。根据(ju)工(gong)艺特性(xing)不(bu)(bu)同,仪(yi)表(biao)的主管(guan)段(duan)材质可进行(xing)多种(zhong)选(xuan)择(ze),满足(zu)绝大多数客户及(ji)工(gong)况要求(qiu)。仪(yi)表(biao)建(jian)议(yi)安(an)装于垂直管(guan)段(duan)(晶浆自下而上(shang)),可安(an)装于循(xun)环管(guan)路的旁通管(guan)上(shang),以(yi)便检(jian)修及(ji)维护时(shi)不(bu)(bu)影(ying)响企(qi)业正常生(sheng)产。

仪表测量(liang)时不受晶浆(jiang)气(qi)泡(pao)影响,特(te)别(bie)是(shi)(shi)蒸发结(jie)晶工艺(yi)密度测量(liang),也是(shi)(shi)区别(bie)于国(guo)外超(chao)声波密度计的(de)显著特(te)点(dian)。

仪(yi)表较好的(de)(de)(de)(de)解(jie)决了结晶工艺(yi)晶浆固(gu)含量(liang)(密度)的(de)(de)(de)(de)测量(liang)与控制,因(yin)其价格适中、性(xing)能优异的(de)(de)(de)(de)高性(xing)价比,越来(lai)越多的(de)(de)(de)(de)获得(de)客户的(de)(de)(de)(de)垂青,并将逐渐取代(dai)原有的(de)(de)(de)(de)密度测量(liang)方(fang)式。另外,随着该产品的(de)(de)(de)(de)广(guang)泛采(cai)用,也将改变多年来(lai)延(yan)用密度指(zhi)标(biao)的(de)(de)(de)(de)固(gu)有习惯,引导市(shi)场接受(shou)固(gu)含量(liang)指(zhi)标(biao)的(de)(de)(de)(de)工艺(yi)过程控制。

 
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