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Pureza de medición del oxígeno con un sensor de la célula del Micro-combustible

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Las concentraciones elevadas de oxígeno se utilizan en muchos procesos químicos para impulsar la producción sin aumentos costados significativos. El enriquecimiento del oxígeno para los procesos químicos se extiende típicamente de 80% a 100%. El oxígeno suministrado a la industria de transformación química tampoco se genera criogénico, o, para moderado al consumo de bajo nivel, es generado por la absorción del oscilación de la presión y/o un método de la adsorción de la vacío-presión.

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Paramagnético-tipo dispositivos de Oxígeno-detección

Los productores y los usuarios del oxígeno han confiado históricamente en el paramagnético-tipo dispositivos de detección del oxígeno para medir pureza del oxígeno. Estos sensores ofrecen resultados altamente exactos, especialmente en las gamas suprimidas del oxígeno el 90% a 100%. Son, sin embargo, costosos, y requieren mantenimiento extenso en términos de calibración frecuente. Además, el paramagnético-tipo sensores es muy sensible a los cambios en el flujo del gas; a la presencia incluso de pequeñas cuentas de macropartículas finas; y a la humedad, a la temperatura, a la presión, y a las vibraciones mecánicas. Los analizadores que incorporan estos sensores por lo tanto casi requieren la calibración sobre una base diaria.

Células del Micro-combustible

Ha habido siempre un interés en las maneras baratas, de bajo mantenimiento, y más versátiles de medir pureza del oxígeno. el Galvánico-tipo células del micro-combustible, que son específica al oxígeno, satisface estos requisitos. Además, son muy simples actuar. Estos dispositivos no se han utilizado para medir niveles elevados del oxígeno (el >90%), sin embargo, porque su señal hizo salir derivas con tiempo. Una comprensión de las razones de esta deriva requiere una familiaridad con la construcción y la operación de una célula del micro-combustible.

Los componentes básicos de una célula típica del micro-combustible se muestran en el cuadro 1. Bajo condiciones de funcionamiento normales, el oxígeno difunde a través de una membrana del Teflon, disuelve en una misma capa delgada del electrólito entre el electrodo de detección y la membrana, y después difunde a la superficie de detección donde se reduce. La reducción del oxígeno es facilitada por la oxidación simultánea de un material del ánodo, lleva típicamente o cadmio.

Reacciones de la célula. Se describen las reacciones de la célula como sigue:

Reacción del O2 + del cátodo de 2H2O + de 4e 4OH

2Pb + 4OH 2PbO + reacción del ánodo de 2H2O +4e

La reacción total de la célula es como sigue:

O2 + 2Pb 2PbO

Los electrones lanzados por la oxidación del ánodo se consumen durante la reducción del oxígeno y atraviesan un circuito externo. La medida del flujo del electrón (corriente) es indicativa de la concentración de oxígeno. Para que una célula del micro-combustible funcione correctamente continuamente, es necesario que:

• La cantidad del material del ánodo es suficiente apoyar la reducción del oxígeno durante varios meses a algunos años.

• La concentración de iones de hidróxido en y cerca de la superficie del electrodo es suficiente siempre.

• La concentración de PbO en y cerca de la superficie del electrodo no aumenta hasta un nivel que pueda causar el bloqueo de la reacción de la reducción del oxígeno.

Límites de cálculo

Tales requisitos plantean ciertas limitaciones en el diseño práctico de la célula del micro-combustible en términos de tamaño físico, cantidad de ventaja/de cadmio usados como el ánodo, y grueso de la membrana del Teflon. Una célula típica del micro-combustible es ~1,25 adentro. diámetro y hasta 1 adentro. de largo. El grueso de la membrana es <1 milipulgada, que produce un tiempo de respuesta del 90% F.S. de <15 S.

Con la concentración de oxígeno en el por ciento bajo a los altos niveles del PPM, el material del ánodo de cerca de 10-15 g proporciona bastante superficie para que la reacción proceda. También, el reactivo y el movimiento del producto de la reacción en y fuera de la capa delgada del electrólito muy eficientemente. Como consecuencia, el sensor proporciona una salida muy estable de la señal

La oxidación del ánodo proporciona la energía requerida para la reducción del oxígeno.

Con la concentración de oxígeno elevada (el >90%), se consumen los iones de hidróxido rápidamente y su concentración cerca de las disminuciones de la superficie del electrodo. Al mismo tiempo, la concentración de PbO en y cerca de la superficie del electrodo aumenta y eventual alcanza un nivel donde PbO comienza a precipitarse y cubre los sitios activos en el electrodo de detección

óxido de ventaja (PbO) en o cerca de la superficie de detección.

Ambos factores hacen la salida de la señal de la célula del micro-combustible caer lentamente con tiempo. Un método común de reducir el índice de producción del producto de la reacción es utilizar una membrana gruesa para disminuir el periodo de oxígeno que alcanza la superficie del electrodo. Este acercamiento produce una célula del micro-combustible con salida muy estable de la señal, pero el tiempo de respuesta a los cambios en los aumentos de la concentración de oxígeno tanto (tan alto como 60 s) que el dispositivo llega a ser poco práctico para el uso en corrientes del proceso.

Nueva tecnología de la célula del Micro-combustible

Analytical Industries Inc., con métodos propietarios, ha podido controlar el índice de producción del producto de la reacción sin sacrificar el tiempo de respuesta de la célula del micro-combustible. Un ejemplo típico de la nueva célula con un pequeño tamaño físico (1,25 adentro. por 0,75 adentro.) ofrece un tiempo de respuesta del 90% F.S. de <13 s, con una vida prevista en el oxígeno 100% de hasta dos años. Esta célula fue probada durante 14 meses en el oxígeno 100% y se ha encontrado muy estable. Las pruebas fueron conducidas poniendo la célula en una cámara de la temperatura guardada en 85°F, ±1°F. La presión ambiente fue supervisada con un transductor de presión barométrica de Motorola y la salida de la célula era variaciones de presión ambiente compensadas. El caudal de muestreo fue fijado en 0,1 LPM (la salida de la célula era insensible a los cambios en flujo del gas de la muestra de hasta 1,0 LPM) con la muestra expresada a la atmósfera vía un 1/4 adentro. tubo para minimizar la contrapresión en la célula.

Con la célula del micro-combustible en una cámara de temperatura controlada y la salida compensó las variaciones de presión ambiente, él era posible medir el oxígeno en las gamas suprimidas del oxígeno 90%-100% con menos el de ±1% de exactitud de F.S. (oxígeno del ±0.1%). La calibración fue comprobada periódicamente y encontrada para estar dentro del ±1% de F.S. durante un período de 14 meses.

La salida de una célula del micro-combustible cuando está expuesta al oxígeno 99,5% durante cuatro semanas se traza en el cuadro 4. La variación máxima en la señal es menos del oxígeno del ±0.1% durante 24 períodos de la hora y es debida principalmente a la variación en temperatura ambiente. Durante un semestre, la deriva máxima en la salida de la señal era menos del oxígeno del ±0.5%.

concentración de oxígeno. La escala se amplía aquí para mayor clareza.

Estas innovaciones en tecnología de la célula del micro-combustible ofrecer una alternativa muy simple con todo confiable y barata a la técnica paramagnética para medir pureza del oxígeno en las gamas suprimidas. Advanced Instruments Inc. ha incorporado una de estas células en su analizador modelo del oxígeno GPR-31. El analizador exhibe estabilidad excelente en 100% periodos de tiempo extendidos demasiado el oxígeno. El analizador es insensible a los cambios de menor importancia en el régimen del gas de la muestra e inafectado por las macropartículas y la humedad. El intervalo de la calibración podía ser extendido a partir de un mes a seis meses. El analizador cuesta analizadores perceptiblemente menos que paramagnéticos con todo ofrece estabilidad y sensibilidad excelente, respuesta rápida, larga vida, reemplazo barato del sensor, y mantenimiento muy mínimo.