كشور ما از نظر ذخاير گازى، مقام دوم جهان را دارد. آبى كه گاز طبيعى را در منابع آن و چاههاهمراهى می كند می تواند در خطوط لوله ى انتقال گاز و پالايشگاهها مشكلاتى به بار آورد

كشور ما از نظر ذخاير گازى، مقام دوم جهان را دارد. آبى كه گاز طبيعى را در منابع آن و چاههاهمراهى می كند می تواند در خطوط لوله ى انتقال گاز و پالايشگاهها مشكلاتى به بار آورد.

بنابراين اهميت روش هاى اندازه گيرى رطوبت در اين محيط ها منجر به معرفى روش هاى گوناگونىشده است كه در اين مقاله نمونه هايى از آن ها ارايه می شود.

آب، نه تنها مهم ترين مايع روى كره ى زمين است بلكه يكى از پركاربردترين حلال ها در انجام واكنشهاى مهم شيميايى و زيست شيميايى به شمار مى رود. همچنين اندازه گيرى مولكول ها و يون ها در محيط آبى، بخش گسترده اى از تجزيه هاى كمى و كيفى شيميايى را در متون آموزشى شيمى حتى در سطح پايه به خود اختصاص مى دهد.

در همين حال، تعيين و اندازه گيرى مولكو لهاى آب در محيط هاى گوناگون از مسايل چالش برانگيز در علوم و صنايع امروز است چنانكه، هم اكنون طيف گسترده اى از روش ها براى اين نوع اندازه گيری ها، جهت برآورده كردن نيازهاى صنعتى به كار گرفته می شود.

 

نقش رطوبت در صنعت

اندازه گيرى رطوبت در مواد جامد، مايع و گاز، در مقدارهاى كم يا زياد به روش هاى گوناگون انجام مى گيرد. در صنايع غذايى، هواشناسى، خاك شناسى، كشاورزى، سامانه هاى تهويه ى مطبوع، كنترل بيمارى هاى ريه اى، بيهوشى براى عمل جراحى، تهيه ى گازهاى خالص، عايق كردن گازها براى مصرف در نيروگاه ها و ترانسفورماتورها، صنايع هسته اى، صنايع الكترونيك و توليد نيم رساناها، فرايندهاى صنايع هيدروكربنى و سرانجام پالايشگاه هاى نفت و گاز و خطوط انتقال گاز اندازه گيرى و تنظيم رطوبت ضرورى بوده، همچنين در توليد پلاستيك و انواع دارو كنترل رطوبت از اهميت فراوان برخوردار است.

به اين ترتيب از آن جا كه حضور آب در بسيارى از نمونه هاى آزمايشگاهى و فرايندهاى صنعتى مزاحمت هايى را فراهم مى آورد شناخت و نوآورى روش هايى جهت جست و جو و اندازه گيرى مقدار رطوبت ضرورى به نظر مى رسد.

 

تعريف هاى گوناگون رطوبت

تنوع در نيازها و مشكلات موجود در مسير اندازه گيرى مقدار آب، تعريف هاى متفاوتى از رطوبت را برحسب ابعاد مورد اندازه گيرى معرفى می کند كه نمونه هايى از آن به اين قرار است:

 

_  زمينه ى رطوبتى

نسبت جرم بخار آب موجود mw به جرم ماده خشک md است و براى هر سه ماده كاربرد دارد:

MR=mw/md

 

 _

 

عبارت از مقدار بخار آب در حجم معينى از يك گاز است:

AH=mw/Vgas


_ رطوبت اشباع

بيش ترين مقدار آب در يكاى حجم يك گاز در دمايى معين است.

 

_ رطوبت نسبى

نسبت رطوبت مطلق به رطوبت اشباع است كه معمولاً به صورت درصد، با نسبت فشارها به يكديگر بيان می شود. منظور از رطوبت در گفت و گو هاى رايج، همين نوع از رطوبت است.

RH=P/P0 *100

 

P فشار بخار آب و P0 فشار بخار اشباع است.

 

اندازه گيرى رطوبت

براى اين منظور، صدها روش متفاوت وجود دارد كه نمونه هايى از آن ها به اين شرح معرفى مى شود:

 

آ) اندازه گيرى رطوبت در جامدها

 

_ روش خشك كردن

از متداو لترين روش ها در اندازه گيرى مقدارهاى زياد آب است. در اين روش به نمونه ى جامد گرما داده می شود تا كاملاً خشك شود. در روش غيرمستقيم، از روى مقدار آب مربوط به يك نمونه ى مشخص و كاهش وزن نمونه ى خشك شده، مقدار آب موجود در نمونه تعيين می شود. در روش مستقيم، افزايش وزن يك ماده ى جاذب آب كه در مسير مناسب، براى جذب آب موجود در نمونه قرار داده شده است، تعيين می شود. اگرچه كه انجام اين روش به سادگى امكانپذير است اما احتمال فرّار بودن اجزايى ديگر در نمونه، تجزيه ى اجزاى سازنده و خروج آن ها به صورت گاز، يا احتمال اكسايش اجزاء هنگام گرم شدن نمونه، از درستى و دقت روش می كاهد.

 

_ تقطير

براى نمونه هايى كه احتمال اكسايش آن ها توسط جريان هوا وجود دارد، از اين روش استفاده می شود مانند نمونه هايى شامل چربى، روغن، غلات، موم و مواد گياهى.

در اين روش، نمونه را با حلالى غيرآبى همچون تولوئن يا زايلن كه نقطه ى جوش بالاتر از آب دارند درمى آميزند و در دستگاهى گرما می دهند تا آب موجود در نمونه در يك تله جمع آورى و اندازه گيرى شود.

 

_ بازتاب پرتوى فروسرخ

مولكول آب در طول موج 1/94 μm جذبى ارتعاشى و قوى دارد كه از آن مى توان در صنايع غذايى، براى تعيين رطوبت در قهوه، عسل، آرد، چيپس و... استفاده كرد. در اين روش، آب نمونه را به كمك دى متيل سولفوكسيد استخراج كرده، جذب فروسرخ آن را در محلول كوارتز تعيين مى كنند. مقدار جذب با مقدار رطوبت نمونه رابطه ى خطى دارد. از اين گذشته مى توان پرتوى فروسرخ را به سطح نمونه ى جامد تابانيد و تغيير شدت آن را براى پى بردن به مقدار رطوبت موجود در سطح جامد به دست آورد.

 

_ تعديل نوترون

به كمك يك منبع پرتوزا مانند مخلوط Be وAm ، نوترون هاى سريع توليد شده، با هيدروژن موجود در مولكول آب كه در سطح جامد وجود دارند، برخورد مى كنند و با از دست دادن انرژى و سرعت خود، به نوترون هاى گرمايى تبديل مى شوند . آشكاركننده هايى همچون شمارنده ى گايگر تعداد نوترونهاى گرمايى را تعيين مى كنند و آن را با مقدار رطوبت موجود در سطح جامد ارتباط مى دهند.

 

_ حسگر الكتريكى

گاهى با اندازه گيرى متغيرهاى الكتريكى يك جسم جامد، مانند مقاومت ظاهرى آن، مى توان به مقدار رطوبت موجود در نمونه پى برد.

 

ب) اندازه گيرى رطوبت در مايع ها

 

_ روش كارل فيشر

اين روش ازجمله روش هاى شيميايى تعيين مقدار آب است كه در سال 1935 توسط شيمىدان آلمانى، كارل فيشر، ارايه شد. با استفاده از شناساگر كارل فيشر كه شامل پيريدين، متانول، گوگرد دى اكسيد، متانول و يد است مقدار آب تعيين مى شود. در جريان اين روش واكنشى به اين شرح روى مى دهد كه به مصرف كامل آب نمونه مى انجامد. سپس به كمك چسب نشاسته يا ابزارهاى الكترونيكى، تعيين مقدار يُد اضافى و تشخيص نقطه ى پايانى، به مقدار آب نمونه نسبت داده مى شود.

 

I2 + SO2 + CH3OH + 3C5H5N + H2O --> 2C5H5NHI + C5H5NO_SO2_OCH3

 

شناساگر كارل فيشر در تعيين مقدار آب تركيب هاى آلى همچون هيدروكربن هاى سيرشده و سيرنشده، الكل ها، آلدهيدها، اسيدها، استرها،... به طور گسترده كاربرد دارد.

 

_ كروماتوگرافى گازى

در تعيين مقدارهاى جزيى و بسيار كم آب در نمونه هاى كوچك می توان از دستگاه GC بهره گرفت. با اين روش، مقدار آب از چند ppm تا 1درصد جرمى، با خطاى 3 تا 6 درصد تعيين می شود.

 

پ) اندازه گيرى رطوبت در گازها

وسايل مورد استفاده براى اين منظور به اين شرح معرفى می شوند:

 

پسيكرومتر

متداول ترين وسيله براى اندازه گيرى رطوبت هواست و در هواشناسى كاربرد گسترده دارد. اين وسيله شامل دو دماسنج است كه يكى با حباب خشك، و ديگرى با حباب مرطوب نگهدارى مى شود.

تبخير از حباب مرطوب سبب مى شود كه دماسنج مرطوب همواره دمايى پايين تر از دماسنج خشك را نشان دهد. از روى جدول پسيكومترى، مقدار رطوبت مربوط به دماسنج هاى مرطوب و خشك تعيين مى شود و سپس رطوبت نسبى به دست می آيد. از آن جا كه رطوبت نسبى وابسته به دماست جهت كاليبره كردن دستگاه، بايد دما اندازه گيرى شود.

همچنين براى جلوگيرى از يخ زدن دماسنج مرطوب، از يك گرم كن قابل كنترل در اطراف آن استفاده مى شود.

 

_ لوله هاى شناساگر رنگى

هنگامى كه براى اندازه گيرى رطوبت، سرعت عمل بر دقت اندازه گيرى برترى داشته باشد  مانند اندازه گيرى رطوبت در خطوط لوله ى گاز طبيعى  از اين وسيله استفاده مى شود.

هر لوله شامل ماده اى شيميايى است كه هنگام عبور گاز از لوله، جهت تشكيل يك رنگ يا لكه، وارد واكنش مى شود. اين لوله ها يك بار مصرفند. از آن جا كه اين اندازه گيرى به عواملى هم چون قرار گرفتن لوله در مسير گاز، سرعت جريان و روش استخراج گاز بستگى دارد، با خطاى زياد همراه است و مى تواند تا 25 درصد خطا داشته باشد.

 

_ آينه هاى خنك شونده

هنگامى كه گاز از سطحى مى گذرد كه دماى پايينى دارد، رطوبت، روى آن سطح تراكم مى يابد.

به دمايى كه در آن، تراكم روى مى دهد نقطه ى شبنم مى گويند. در اين وسيله، دماى سطح آينه توسط يك دستگاه خنك كننده كاهش مى يابد و دمايى كه در آن نخستين قطره هاى شبنم ظاهر مى شوند ثبت مى شود و به كمك رابطه ى زير، زمينه ى رطوبتى گاز به دست مى آيد:

 

100-5(T-Td) = رطوبت نسبی

 

در اين جا  T، دماى محيط و Td نقطه شبنم است.

 

_ حسگر الكتروليتى يا كولومترى

دو الكترود پلاتينى به موازات يك ديگر، روى يك لوله ى عايق درون حسگر قرار گرفته اند و لايه اى از P2 O5 روى آن ها را پوشانده است.

جذب بخار آب توسط اين پوشش و ايجاد پتانسيل الكتريكى روى الكترودها، جريانى الكتريكى توليد مى كند كه باعث برقكافت آب مى شود. از روى مقدار مصرف جريان، جرم بخار آب وارد شده به حسگر تعيين مى شود.

اين روش ارزان است و هنگامى كه سرعت عمل چندان مورد توجه نباشد كاربرد مناسبى دارد. اما حسگر ياد شده، هنگام تغييرات ناگهانى رطوبت نمى تواند به خوبى پاسخگو باشد.

 

_ جذب پيزوالكتريك

اساس اندازه گيرى اين روش بر مقايسه ى تغييرات فركانس يك نوسانگر پوشش يافته با كوارتز، در اثر جذب رطوبت تكيه دارد. با اين مقايسه، رطوبت نسبى تعيين مى شود. به هرحال، استفاده از اين روش براى گاز طبيعى، تداخل ميان برخى مواد مانند گليكول، متانول و مزاحمت ناشى از هيدروژن سولفيد، نتايجى نامنظم و پيش بينى ناپذير را به همراه دارد.

همچنين با آن كه خودِ حسگر ارزان و دقيق است اما كاليبره شدن آن دقت چندانى ندارد.

براى جلوگيرى از ايجاد اختلال در سامانه ى اندازه گيرى، نياز است كه نوك حسگر در برابر جريان بلندمدت آبى كه گاز طبيعى را همراهى مى كند خشك شود و اين، خود به صرف زمان زياد نيازمند است.

 

_ طيف سنجى جذبى

اين روش ساده شامل عبور نور از ميان يك نمونه ى گازى است. با اندازه گيرى مقدار جذب نور در طول موجى كه جذب توسط آب صورت مى گيرد، مقدار رطوبت به دست مى آيد.

يادآورى مى شود جذب متانول در ناحيه ى جذبى آب قرار دارد. از اين رو، بايد از طيف سنجى با قدرت تفكيك طول موجى بسيار بالا و دقيق استفاده كرد تا چنين هم پوشانى ميان پيك جذبى آب و مولكول هاى ديگر روى ندهد.

بنا به قانون بير  لامبرت مقدار نور جذب شده توسط يك گاز متناسب با مقدار گازى است كه در مسير نور قرار گرفته است. با اين روش مقدار رطوبت به طور مستقيم اندازه گيرى مى شود.

بهره گيرى از طيف سنجى جذبى با ديود ليزر ى تنظيم پذير، نياز به صرف هزينه هاى بالاتر دارد اما مطمئن ترين روش براى تعيين رطوبت در گاز طبيعى شناخته شده است.

 

_ استفاده از اكسيدهاى فلزى متخلخل

حسگرهاى شامل اكسيدهاى فلزى، از ماده اى جاذب و بى اثر و دولايه ى دى الكتريك ساخته شده اند كه هريك به رطوبت حساسند.

مولكول هاى آب از ميان خلل و فرج هاى سطحى عبور مى كنند و باعث تغيير خاصيت فيزيكى لايه ى پايينى مى شوند. مقدار اين تغيير به مقدار رطوبت وابسته است.

اين حسگرها نسبتاً ارزان بوده، در فشار مربوط به خطوط انتقال گاز قابل نصبند و مولكول هاى آب براى جريان در منفذها، فرصت كافى دارند. برخى آلاينده ها و مواد خورنده مى توانند منفذها را مسدود كنند اما با عوض كردن نوك حسگر مى توان اين كاستى را برطرف كرد. با اين حال، در اين حسگرها نيز مانند حسگرهاى الكتروليتى و پيزوالكتريك مزاحمت متانول و گليكول وجود دارد و كاليبره بودن اين حسگرها با غيرفعال شدن سطح و گرفتگى منفذها افت شديد مى يابد.

 

نتيجه گيرى

درپى آگاهى از اثر و مزاحمت هاى آب در مواد و محيط هاى گوناگون، اندازه گيرى محتواى آب مورد توجه قرار گرفته است تلاش در جست و جوى روش هايى به اين منظور، انواع گوناگونى از روش هاى مناسب ويژه ى هريك از حالت هاى ماده در اختيار قرار داده است. در صنايع گوناگون و در انتقال طبيعى استفاده از نوع مناسبى از اين روش در توليد فراورده هاى بهتر و كارايى فرايندها نقش مؤثرى دارد.


منبع:رشد

 

حجم : 275 کيلوبايت
فرمت : .pdf
رمز : ندارد