大顆粒尿素水分測(cè)定干擾原因分析與處理

楊平+王鵬展

摘 要 在大顆粒尿素用電位滴定法進(jìn)行水分測(cè)定過程中發(fā)現(xiàn)測(cè)定結(jié)果異常偏高，在查找原因后判斷部分回溶尿素帶入干擾物質(zhì)影響了尿素水分測(cè)定。本文對(duì)其中干擾原因的判斷和處理方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 大顆粒尿素；電位滴定；干擾；水分

中圖分類號(hào) S143 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0267-02

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司擁有年產(chǎn)100萬噸合成氨、175萬噸大顆粒尿素生產(chǎn)能力，其中55%以上的產(chǎn)量遠(yuǎn)銷海外，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異一直是“中煤”牌尿素的形象保證。公司兩套“5080”系列尿素裝置，采用添加甲醛造粒的工藝，先有過量甲醛與尿素反應(yīng)生成UF溶液，然后將該溶液定量加入到濃縮后尿素溶液中進(jìn)行造粒。甲醛的加入起到增加尿素顆粒強(qiáng)度，降低粉塵、緩釋氮的作用。

2016年4月中旬，中煤鄂爾多斯能源化工有限公司化驗(yàn)室在使用梅特勒V20水分測(cè)定儀測(cè)定大顆粒尿素水分過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，因此針對(duì)自動(dòng)電位滴定中表現(xiàn)異常的原因進(jìn)行了分析排查并加以處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

梅特勒V20水分測(cè)定儀，無水甲醇，KFR-06卡爾·費(fèi)休溶液（T≈3mg/L）。

1.2 分析原理

存在于尿素中的水分，與已知水滴定度的卡爾·費(fèi)休試劑進(jìn)行定量反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

H2O+I2+3C5H5N+SO2→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3 C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5NH·OSO2OCH3

1.3 測(cè)定方法

用逗號(hào)稱量管稱取1g左右尿素樣品（精確至0.0001g），在V20水分測(cè)定儀上選擇已經(jīng)編制好的方法進(jìn)行測(cè)定。要求稱取的樣品量消耗卡爾·費(fèi)休試劑體積不超過10mL，儀器自動(dòng)計(jì)算分析結(jié)果（以質(zhì)量百分比計(jì)）。若發(fā)現(xiàn)在滴定過程中尿素未完全溶解則需要更換甲醇后重新稱樣分析。計(jì)算結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，取平行測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值作為測(cè)定結(jié)果。

1.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

2016年4月16日14時(shí)，在Ⅱ系列尿素皮帶采樣做水分測(cè)定，測(cè)定結(jié)果為0.39%（高于0.3%的內(nèi)控指標(biāo)），報(bào)送結(jié)果提醒工藝車間進(jìn)行調(diào)整以保證產(chǎn)品質(zhì)量。17時(shí)，再取樣分析結(jié)果為0.43%，在多次交替測(cè)定的尿素樣品時(shí)發(fā)現(xiàn)僅Ⅱ系列尿素測(cè)定過程中有以上現(xiàn)象，而Ⅰ系列尿素測(cè)定正常；更換同型號(hào)水分測(cè)定儀做上述樣品，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同，經(jīng)對(duì)比判斷儀器和試劑正常。繼續(xù)取樣Ⅱ系列尿素分析測(cè)定結(jié)果還在上升，且在測(cè)定過程中出現(xiàn)滴定池內(nèi)滴定溶液顏色偏深紅，滴定終點(diǎn)明顯延遲，平行測(cè)定超允許差的現(xiàn)象。后經(jīng)工藝車間調(diào)整，停止加入回溶尿素后測(cè)定結(jié)果突然降低，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。經(jīng)分析判斷回溶尿素的加入干擾影響了Ⅱ系列尿素水分含量的測(cè)定。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

1）兩個(gè)系列尿素水分測(cè)定異常和正常狀況下的亞甲基二脲、強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1。

2）對(duì)上述過程中一種可疑樣品送樣至國家天然氣煤化工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行了檢驗(yàn)，送檢時(shí)，因事先對(duì)可疑樣品存在干擾進(jìn)行了說明和討論，最終確定對(duì)樣品稱量質(zhì)量減半進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并且在本實(shí)驗(yàn)室采用同樣和其他方式進(jìn)行了測(cè)定，對(duì)比數(shù)據(jù)如表3。

從以上數(shù)據(jù)分析：樣品直接減半稱樣質(zhì)量降低干擾效果明顯，增加溶劑量而稱樣量不變時(shí)有一定的降低干擾效果，新?lián)Q溶劑且清洗電極后也有明顯效果。

2 干擾原因分析和處理方法

1）通過上述數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Ⅱ系列尿素水分測(cè)定異常時(shí)，亞甲基二脲數(shù)值都在0.46%，且最高時(shí)達(dá)到0.48%，尿素顆粒強(qiáng)度Ⅱ系列也明顯高于Ⅰ系列。說明干擾物會(huì)與UF溶液中過量甲醛進(jìn)行反應(yīng)，致使尿素強(qiáng)度增加，水分測(cè)定過程中溶解所需時(shí)間明顯延長。正常狀態(tài)下1g尿素溶解時(shí)間約260s左右，而異常時(shí)達(dá)到了420s以上。

2）正常生產(chǎn)狀態(tài)下不同系列不同月份數(shù)據(jù)對(duì)比說明：在正常生產(chǎn)而且干擾源同樣存在的狀態(tài)下，只要其濃度不高則不會(huì)使尿素強(qiáng)度增高，Ⅱ系列尿素水分測(cè)定亦不會(huì)異常偏高。且不會(huì)因UF溶液濃度波動(dòng)和除亞甲基二脲、亞甲基三脲以外的其它長鏈聚合物的存在影響水分測(cè)定造成誤差。

3）干擾物主要來源于回溶尿素的運(yùn)輸皮帶磨損下來的顆粒物，但無法確定干擾物的成分。在兩個(gè)系列的尿素裝置生產(chǎn)能力、工藝條件等各方面相同的情況下，僅在Ⅱ系列存在尿素回溶槽，采用蒸汽加熱溶解用以回收皮帶運(yùn)輸過程中落地尿素和粉末，而在收集這部分尿素的過程中難免會(huì)帶入橡膠皮帶磨損后的碎屑，碎屑在加熱、甲醛反應(yīng)等多種條件的影響下溶解產(chǎn)生不明結(jié)構(gòu)的聚合物，含量雖然不大，但會(huì)在水分測(cè)定中影響測(cè)定電極對(duì)終點(diǎn)的判斷。且該影響因素雖然長期存在，但正常生產(chǎn)中完全可以忽略。只有在回溶尿素中碎屑含量達(dá)到一定濃度時(shí)，且Ⅱ系列尿素的UF溶液控制量偏高，尿素產(chǎn)品的顆粒強(qiáng)度達(dá)到約43N以上的時(shí)候才表現(xiàn)出來，干擾源停止加入或消化一段時(shí)間后則不影響測(cè)定。對(duì)比沒有回溶槽的Ⅰ系列尿素產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)，在同樣工藝條件下尿素產(chǎn)品顆粒強(qiáng)度達(dá)到約43N甚至更高時(shí)因?yàn)闆]有回溶尿素的加入，水分含量從未出現(xiàn)異常偏高現(xiàn)象。

4）干擾情況雖然不能消除，但可以盡量減小。通過上述對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以采取以下方法減小水分測(cè)定的干擾：

（1）在能滿足分析需要的情況下減少取樣量，降低干擾物質(zhì)帶入，通過試驗(yàn)稱樣量減半干擾最小。

（2）增加溶劑量稀釋干擾源，在減量還影響明顯時(shí)可適當(dāng)增加溶劑甲醇量來稀釋干擾。

（3）更換溶劑，再清洗或更換電極，若采用以上兩種方式還不能減小干擾時(shí)采用鉻酸洗液清洗電極30s或更換新電極再測(cè)定。

3 結(jié)論

在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，即便是有回溶尿素帶入的干擾物影響，只要加以控制是不會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和分析檢驗(yàn)造成影響；若遇異常情況出現(xiàn)，采用適當(dāng)手段后完全可以減小該因素對(duì)水分測(cè)定的影響。

參考文獻(xiàn)

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[3]黃素艷.影響卡爾費(fèi)休法測(cè)定尿素中水分的因素.大慶石化公司化肥廠.