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科普知識
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碳膜電位器

pH測量偏差的利與弊,您知道嗎?

發布日期:2022-04-26 點擊率:50

  • 關鍵詞:                                                                pH測量                                                                工藝點                                                                理化指標

  • 摘要:pH值作為一個重要的理化指標,在我們的日常生活、工農業生產制造過程中無處不在。因此,精確可靠的pH測量對許多工藝點至關重要。


pH測量偏差的利與弊,您知道嗎?


pH值作為一個重要的理化指標,在我們的日常生活、工農業生產制造過程中無處不在。


根據《生活飲用水水質準則》規定:飲用水pH范圍為6.5-8.5

?生物制藥中細菌發酵、細胞培養過程,只有在特定的pH環境中細菌/細胞才具有最佳生長速率,從而獲得最佳收益;

?瓶裝啤酒pH控制在3.9-4.1之間,以提高存放的穩定性;

?鋰電正極材料制備時,需控制pH值在11.0左右,以獲得質量最佳的產品;

?火電工業標準要求鍋爐補給水pH控制在8.5-9.3,以降低對設備的腐蝕、確保生產安全。


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但在實際應用中,由于pH 電極老化操作或維護不當等原因,常會產生不同程度的測量偏差


那么,pH測量偏差會對過程產生什么樣的影響呢?

 

  • 被“低估”的氫離子濃度誤差


pH被定義為氫離子活度的負對數,

pH= -log[αH+]

因此,pH值的變化直接反映了氫離子活度的變化,此處活度約等于濃度。


pH 值和氫離子濃度間的關系如下圖所示,從圖中可以算出:pH值偏差0.1,氫離子濃度差超過20%pH值偏差0.5,氫離子濃度差超過3


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對于有 [H+] [OH-]參與的反應過程,氫離子濃度偏差將會影響反應過程和產品質量。因此,有必要從實際工藝出發,充分考量過程控制中pH的精確性


例如,青霉素發酵的最適pH值在6.8左右,若測量電極存在誤差,會影響產品的生產效率;同時,由于青霉素是一種有機弱酸,pH超過7有可能使青霉素水解,造成嚴重的經濟損失

 

  • pH測量偏差會造成原料浪費


pH測量偏差還可能造成原料浪費,下圖使用 0.01MNaOH溶液將0.01M HCl溶液的 pH值從2.0調節到3.0


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從圖中可以看出,pH 偏高0.5時(實際值為3.5NaOH用量比準確值高出14.7%;對每周耗堿量為1t 的某企業而言,就意味著每年會產生7.6t 的堿原料 (NaOH,4000RMB/t) 的浪費,僅由于堿增加的處理成本就高達 3萬元


同時,對許多企業而言,生產中常產生大量的廢水,由于環保要求,排放前需調節pH至排放標準。但廢水的組成一般都較為復雜,水處理過程往往并不是簡單地酸堿中和。


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對于含有重金屬離子的廢水,常需要控制 pH分步沉淀出相應的重金屬離子;在這種情況下,pH偏差會同時造成沉淀劑用量的增加,甚至會使原本已沉淀的重金屬離子絡合水解返溶到溶液。


例如,在使用硫化鈉(Na2S處理含汞廢水時,控制pH 9~10 可完全去除含汞有害物。若pH值產生 0.5的偏差至10.5,則Na2S的用量將增加一倍,且有部分已沉淀出來的汞離子將返溶到溶液中,導致原料成本增加30%,且企業面臨環境污染的風險


1.5.PNG


若溶液中含有僅能部分電離的弱酸或弱堿,弱酸/弱堿就會與其對應的鹽組成緩沖體系,進一步阻礙 pH變化,加大 pH調節的難度。在緩沖體系下調節pH需消耗較多的酸或堿,pH偏差即會引起較為顯著的酸堿浪費


綜上,pH測量偏差使過程工藝偏離最優的控制點,進而影響產品質量、造成原料浪費,嚴重的甚至還會釀成生產事故。因此,精確可靠的pH測量對許多工藝點至關重要


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