离子膜烧碱工艺中二次盐水精制顺序控制方案的设计分析

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　　【摘要】通过认识离子膜烧碱工艺，了解二次盐水精制是离子膜烧碱生产中的核心工序。在二次盐水精制工序中，核心部分是树脂塔的顺序控制问题，利用可编程控制器PLC的逻辑顺序功能，结合DCS，设计二次盐水顺序控制方案，以期对实际生产起到指导作用。
　　【关键词】烧碱 离子膜 DCS 顺序控制 PLC
　　引言
　　烧碱（又称为氢氧化钠）在国民经济中有着重要的作用。广泛应用于造纸、纤维素的生产、洗涤剂、合成脂用酸的生产以及动植物油的提炼。近年来，随着中国国民经济的发展，烧碱在各行各业中的应用也越来越重要。目前，氯碱生产有隔膜法、水银法和离子膜法。无论在技术先进、工艺优越性以及产品质量、节约能源等方面均为离子膜法占优。为了更好的操作控制，离子膜烧碱工艺都已经实现DCS控制。DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，习惯上称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，其中，现场控制站是面向现场的过程接口装置，系统主要的控制功能由它们实现。也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器PLC构成。
　　1、工艺简介
　　1.1 离子膜烧碱工艺简介
　　离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当中最先进的工艺方法，具有能耗低、三废污染少、成本低及操作管理方便等优点。离子膜法电解制碱生产任务是以盐水工序的一次盐水为生产原料，再经过鳌合树脂塔吸附其中的钙镁等离子，制成二次盐水（也称超精制盐水），然后送往离子膜电解槽，二次盐水在直流电的作用下进行电解，生成氯气、氢气、32%的烧碱，32%的碱液被送往成品碱液灌区，氯气送往氯处理工序，氢气送往氢处理工序，淡盐水经过脱除游离氯后送至盐水工段进行配水。按工艺流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、精制盐水电解、液氯的生产、CI2和H2处理等工序，其中核心工序是二次盐水精制和精制盐水电解部分。
　　1.2 二次盐水精制工艺简介
　　二次盐水精制工艺就是将制备好一次精制盐水送人离子交换塔进一步脱除盐水中的多价阳离子制成二次精制盐水。盐水二次精制最主要部分是鳌合树脂塔，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子，得到合格的盐水质量。
　　粗盐经化盐工段制成饱和一次盐水，一次盐水再进入鳌合树脂塔进行二次盐水精制。盐水二次精制工序包括三套鳌合树脂塔吸咐单元、超精制盐水罐及其附属设备。
　　从盐水工段来的饱和盐水被送往盐水换热器和热水加热器，经加热后送往由三塔组成的鳌合树脂吸附单元，以便以除去其中的钙镁离子来满足离子膜电解槽的要求。通常情況下，三塔中两塔串联运行，一塔再生。由泵送来31%HCL与纯水在盐酸喷射器作用下自动配制成浓度为4%的稀HCL，然后送到鳌合树脂塔中用于再生。而来自电解槽的32%NaOH用碱液喷射器与纯水混合混合成5%的烧碱，然后送到螯合树脂塔中再生。
　　在装置运行中所破碎的树脂用树脂捕器集进行捕集。从螯合树脂吸附单元出来的二次盐水被送往超精盐水罐，然后用泵打人个离子膜电解槽中，进行下一步工序电解。在整个的二次盐水精制中，树脂塔的再生是最重要的环节，所以对树脂塔的控制也是至关重要的。
　　2、二次盐水精制顺序控制方案设计
　　离子膜交换塔为离子膜法制碱生产中的关键设备，由于对二次精制盐水要求较高，达不到要求的二次盐水将会对电解槽中的离子膜产生严重不良影响，甚至无法生产，所以盐水在进入电解槽之前必须进行精制。从盐水工段来的饱和盐水被送往盐水换热器和热水加热器，经加热后送往由三塔组成的鳌合树脂吸附单元，以便以除去其中的钙镁离子来满足离子膜电解槽的要求。
　　鳌合树脂塔顺序控制是二次盐水控制的核心部分，也是离子膜控制中比较复杂的部分。鳌合树脂塔顺序控制对执行控制阀等执行部件可靠性要求高，其控制功能现在大多由DCS实现精确控制。本文就是研究如何用DCS系统来完成控制的。
　　离子膜烧碱中DCS系统是由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器PLC构成。整个DCS系统总共包括好几个部分，本文主要介绍二次盐水控制系统部分。一般生产装置中设有离子树脂塔A//B/C三塔串联。正常工作时，二塔串边在线正常运行而另一塔下线再生，第二塔进升为第一台，而再生后的塔上线成为第二塔。下线塔中的树脂吸附了大量的多价阳离子，用盐酸和烧碱再生。也就是说每塔经过洗净Ⅰ、反洗、盐酸再生、洗净Ⅱ、碱液再生、洗净Ⅲ、盐水置换等几个步骤再生一次。
　　离子交换塔切换和树脂再生是根据程序自动进行的。通常，离子交换树脂塔的切换和再生由程序控制每24小时自动进行一次，树脂塔的切换和下线树脂塔的再生都是按照设定好的顺序进行。
　　通过对工艺的分析，自动控制系统可设计为3台离子交换塔（T-160A/B/C）轮换组合操作系统。离子交换树脂塔（T-160A/B/C）由PLC逻辑程序控制。在二次盐水精制开车前必须先进行再生。螯合树脂吸附顺序控制程序采用SFC或ST语言编程，可以设计三种操作模式：手动，半自动，自动3种。手动模式就是指树脂塔的切换和再生都是手动的，在控制盘上设置以下选择开关和按键开关，按按键开关选择塔进行再生。半自动模式就是指下线的树脂塔再生是自动进行的，但塔的切换不是自动的。按按键开关用于选择再生步骤。自动模式就是指树脂塔的切换和再生是自动进行的。塔的再生和切换的每一步都是连续的，直到按停止按钮或紧急事件发生。生产中三种操作方式可结合工艺需要具体选择。
　　3、结论
　　本文首先介绍了离子膜烧碱工艺，进而介绍了离子膜中二次盐水精制的工艺，了解到二次盐水精制是整个烧碱工艺中的核心，二次盐水精制是通过树脂塔来完成的。一般生产装置中，离子膜盐水二次精制中一共有三个交换塔，其中交换塔中两塔串联运行，一塔再生。以再生塔为主线，另外两台塔串联过滤，塔的再生按照顺序来完成的。用DCS系统来实现顺序控制非常容易，程序切换相当简单，方便实现，便于监控。
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