اندازه گیری سریع و دقیق آمونیاک در شرایط دما و فشار بالا با استفاده از طیف سنجی جذب لیزری قابل تنظیم: توسعه روش، اعتبارسنجی و کاربرد

اندازه گیری دقیق و بلادرنگ آمونیاک (NH₃) در محیط های صنعتی با دما و فشار بالا، یکی از چالش های اساسی در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و تولید کود به شمار می رود. حضور آمونیاک در مقادیر خارج از محدوده کنترل، علاوه بر کاهش بازده فرایند، منجر به افزایش آلایندگی زیست محیطی و بروز مشکلات ایمنی می شود. روش های متداول اندازه گیری، نظیر کروماتوگرافی گازی و سنسورهای الکتروشیمیایی، به دلیل پاسخ زمانی کند، نیاز به نمونه برداری و محدودیت عملکرد در شرایط سخت صنعتی، قابلیت پایش بلادرنگ را به طور موثر فراهم نمی کنند. در این پژوهش، یک سامانه اندازه گیری آمونیاک مبتنی بر طیف سنجی جذب لیزری قابل تنظیم (TDLAS) برای کاربرد در شرایط دما و فشار بالا توسعه داده و ارزیابی شده است. این سامانه با بهره گیری از لیزرهای قابل تنظیم و مسیر نوری چندگذر، امکان اندازه گیری غیرتماسی و پیوسته غلظت NH₃ را با پاسخ زمانی بسیار کوتاه فراهم می کند. به منظور افزایش دقت اندازه گیری در محیط های صنعتی واقعی، الگوریتم های پیشرفته حذف پس زمینه و مدل سازی طیفی برای جبران اثرات تغییرات دما، فشار و تداخل گازهای زمینه به کار گرفته شده اند. عملکرد سامانه پیشنهادی در گستره وسیعی از دما و فشار مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که سیستم قادر است غلظت آمونیاک را با خطای نسبی کمتر از ۲.۵%± و پاسخ زمانی کمتر از ۱۰۰ میلی ثانیه اندازه گیری کند. حساسیت سیستم در محدوده زیر ppm ارزیابی شد که برای پایش لغزش آمونیاک و کنترل بلادرنگ فرایندهای صنعتی کاملا مناسب است. مقایسه عملکرد سامانه با روش های مرجع نشان دهنده برتری TDLAS از نظر سرعت پاسخ، پایداری و قابلیت کاربرد در شرایط عملیاتی سخت است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که استفاده از TDLAS، همراه با پردازش پیشرفته سیگنال، یک راهکار دقیق، سریع و قابل اعتماد برای پایش آمونیاک در محیط های صنعتی با دما و فشار بالا فراهم می کند. این فناوری می تواند نقش مهمی در بهینه سازی فرایند، کاهش آلاینده ها و افزایش ایمنی و بهره وری واحدهای صنعتی ایفا کند.

کلیدواژه ها:

طیف سنجی جذب لیزری قابل تنظیم(TDLAS) ، آمونیاک (NH₃) ، اندازه گیری بلادرنگ ، دما و فشار بالا ، حذف پس زمینه طیفی ، پایش صنعتی ، لیزرهای قابل تنظیم