在线折光仪配套过滤设备监测浓度值

配套设备监测浓度值，是把在线折光仪装到过滤设备上，连续监测浓度值。

过滤设备上原来有压力表、流量计和视镜。压力看滤芯堵没堵，流量看走料快慢，视镜看清料液。浓度值要另装一路仪表来读。糖、盐、提取物、发酵可溶物溶在液体里，滤芯和膜把颗粒挡住，溶解物还在液相里。做膜浓缩时，截留侧的浓度值还会随循环升高。杭州谱石科技按过滤设备的现有管路配套安装在线折光仪，撬边直接读出浓度值，同一路数值送入撬上已有的控制箱。

图1  带缓冲罐的过滤撬。折光仪配套装在循环泵出口立管或滤液出管，管道充满后再读浓度值。画面为过滤设备，未见折光仪本体

    一、三套过滤设备，折光仪分别装在哪

配套安装对着三套过滤设备来做。仪表都装在液体已经充满、持续流动的管子上，滤壳内部和滤壳顶部不放探头。

    1. 缓冲罐过滤撬。罐、立式过滤器和循环泵在同一副支架上，见图1。配套位置有两处。一处是循环泵出口立管，料液自下而上经过探头，再回到罐里，读的是罐内循环的浓度值。另一处是滤液出管，读的是滤完这一路的浓度值。来料浓度值进入窗口，再打开进滤阀。

    2. 三柱并联过滤。一台泵把液体送进三根立式过滤柱。配套位置在泵后稳流段，以及三根滤柱汇到一起的滤液管。泵出口紧挨着的气泡段让开，探头前面留一段直管，管道充满之后再读数。

图2  三柱并联过滤。折光仪配套装在泵后稳流段和滤液汇管，用来读进料浓度值和滤液浓度值。画面为过滤设备，未见折光仪本体

    3. 膜过滤机组。多组立式过滤柱、气动阀和下方收集罐连成一套。透过液浓度值装在收集罐进口管或透过液汇管。浓缩液浓度值装在浓缩回流管或出料管。两路分开装，分开标定。透过液浓度值守在低位，浓缩液浓度值用来判断出料。

图3  膜过滤机组。透过液管读清液浓度值，浓缩回流管读出料浓度值。画面为过滤成套设备，未见折光仪本体

三套设备收成三个安装位置。进料管读来料浓度值，滤液管读清液浓度值，浓缩回流管读出料浓度值。滤壳顶部容易积气，泵出口紧挨着的位置气泡密，这两处留作工艺管，不作为安装点。液体自下而上流过探头，棱镜面被料液不断更新。

图4  配套安装的三个位置：泵后进料管、滤液汇管、浓缩回流管。三处读到的都是浓度值

    二、装上之后，监测的就是浓度值

在线折光仪按临界角测量折射率，温度补偿之后换算成浓度值。表头分三行，依次是折射率、浓度、温度。过滤岗位盯的是中间这一行浓度值。屏上的数字是显示示例，上下限按本厂工艺卡标定。

澄清过滤和膜浓缩，浓度值分成两套来用。

澄清过滤留下的是颗粒，溶解物随滤液走。进料浓度值和滤液浓度值应当靠近，允许的偏差写在工艺卡上。滤液浓度值持续低于进料，先停并罐，查洗水阀和残液，稀液留在过渡罐。换批时，浓度值从旧窗口走到新窗口，走平之后再并入合格滤液罐。

膜浓缩看浓缩侧的浓度值往上走。循环开始时，浓缩液浓度值接近进料。水分从透过侧离开，浓缩液浓度值升高。到工艺卡上限，停止循环，切出料。继续循环越过上限，黏度升高，跨膜压差变大，膜更容易污堵。透过液浓度值单独守低位，正常时接近溶剂或低浓度清液。浓度值抬高并维持住，按膜或密封泄漏处理，这股液体留在检查罐。

循环泵会把料液打热。同一批物料，热读和冷读会差一截。探头同时测介质温度，温度补偿把浓度值拉回约定基准。补偿范围盖住进料温度，也盖住循环升温之后的温度。

折光仪出厂按折射率校准。过滤液里的溶质常常叠着盐、提取物或发酵可溶物。投用时用本厂不同浓度的过程样品做标定，让屏幕上的浓度值对应车间认可的数。换产品、换配方，标定重做。浓度值用于过程放行。出厂检验仍按产品标准抽样。

压力和压差继续看滤芯堵没堵，流量继续看走料快慢，视镜和浊度继续看清不清。浓度值专门看溶解物。洗水顶料时，流量和压力仍可以正常，浓度值会先出现下台阶。膜浓缩后期压差上升，出料仍以浓缩管上的浓度值为准。

图5  装上折光仪之后读浓度值。洗水顶料时浓度值先下台阶，膜泄漏时透过液浓度值抬高

杭州谱石科技有限公司从事工业液体浓度在线监测。过滤设备上配套的是带显示和按键的在线折光仪。圆形表头设有 Mode 键、上下方向键、确认键和返回键。产线可按浓度范围、温度和管径选用在线折光仪我们几款都采用临界角折光、温度补偿和现场建模，支持 4～20 mA 与 RS485 / Modbus RTU，输出接入过滤撬控制箱里的 PLC。按键屏留在撬边，通讯值进控制箱，两处看的是同一路浓度值。

图6  带按键的在线折光仪。屏上中间一行是浓度值，同步送入过滤撬 PLC。画面中的数值为显示示例，目标浓度值按本厂工艺窗口标定

浓度值从临界角来。LED 发出的光经光纤进入蓝宝石棱镜，到达棱镜与料液的接触面。液相折射率不同，全反射临界角就不同，明暗分界在棱镜另一侧的位置跟着移动。线性阵列 CCD 读取这个位置，每个位置对应一个折射率。内置模型把折射率换算成浓度值，温度补偿同步完成。测量在安装点原位完成，料液不加试剂。浓度值按秒级刷新，PLC 拿到的就是当前浓度值。

图7  临界角折光原理：明暗分界的位置对应折射率，温度补偿后换算成浓度值

    三、配套安装：接到过滤设备现有的管子上

安装顺着过滤设备已经有的管路走，常用两种接法。

旁路安装从进料管、滤液汇管或浓缩出料管引出一段测量支路，前后用阀门切断，液体自下而上经过仪表。拆洗探头时，过滤主管继续走料。已经在运行的撬，优先走旁路，加表不必停整条线。

罐体循环管道安装把仪表放在缓冲罐或浓缩罐的循环泵出口立管上。料液经泵打上立管，自下而上流过探头，再回到罐里。图1那种带缓冲罐的过滤撬，以及膜浓缩的回流管，优先走这条。棱镜面被料液持续冲刷，浓度值跟着罐里的液体走。

图8  两种配套安装。左为旁路，拆洗探头时过滤主管继续走料；右为罐体循环，缓冲罐过滤撬和浓缩回流优先走这条

卡箍或法兰按现场管径配套。管道必须充满，流向自下而上，探头离开滤壳顶部。进料、滤液、浓缩液的溶质组成不同时，分路建模。澄清过滤的进料浓度值和滤液浓度值可以共用一条曲线。膜浓缩的透过液浓度值和浓缩液浓度值分开标定。

清洗写进这套过滤设备的 CIP 规程。清洗时浓度值会离开产品窗口，那是碱液或酸液本身的折射率。清洗结束，用工艺用水置换，浓度值回到接近水的基线，再进下一批。回不到基线，先查棱镜上是否还有膜层或残液，再做下一次标定。

    四、浓度值进控制箱，用来决定进滤和出料

浓度值的上限和下限写在过滤撬的 PLC 里，并按产品切换。4～20 mA 把浓度值变成一路连续电流，模拟量模块按电流比较上下限。RS485 / Modbus 把浓度值、折射率和温度一起送进控制画面，换产品时限值在画面上改。

进料浓度值进入窗口，才打开进滤阀。上一批残液或洗水还在管内时，浓度值会从稀往正常走，走平再让物料进入滤芯或膜。

滤液浓度值贴着进料走。浓度值突然下台阶，关闭合格滤液阀，改去过渡罐，同时查顶洗、补水和错罐。回到窗口，再并入成品罐。

浓缩液浓度值随循环上升。到工艺卡，停止循环并出料。泵流量和膜通量都在变，出料点以浓度值为准。

透过液浓度值守在低位。抬高并维持，报警并关闭清液并罐阀。这股液体留在检查罐。

图9  浓度值经温度补偿和本厂标定后进入过滤撬 PLC。进料偏离不进滤，滤液变稀去过渡罐，浓缩到点出料，透过液升高则切出清液

    每一批的进料浓度值、滤液浓度值、浓缩液浓度值和温度留在历史曲线里。滤芯压差和流量仍然由撬上原有的压力表、流量计负责。出厂检验按产品标准抽样，浓度值把这一批的过程拉齐。