離子膜燒堿工藝中二次鹽水精制順序控制方案的設(shè)計(jì)分析

高娟

【摘要】通過(guò)認(rèn)識(shí)離子膜燒堿工藝，了解二次鹽水精制是離子膜燒堿生產(chǎn)中的核心工序。在二次鹽水精制工序中，核心部分是樹(shù)脂塔的順序控制問(wèn)題，利用可編程控制器PLC的邏輯順序功能，結(jié)合DCS，設(shè)計(jì)二次鹽水順序控制方案，以期對(duì)實(shí)際生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】燒堿 離子膜 DCS 順序控制 PLC

引言

燒堿（又稱為氫氧化鈉）在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的作用。廣泛應(yīng)用于造紙、纖維素的生產(chǎn)、洗滌劑、合成脂用酸的生產(chǎn)以及動(dòng)植物油的提煉。近年來(lái)，隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，燒堿在各行各業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越重要。目前，氯堿生產(chǎn)有隔膜法、水銀法和離子膜法。無(wú)論在技術(shù)先進(jìn)、工藝優(yōu)越性以及產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等方面均為離子膜法占優(yōu)。為了更好的操作控制，離子膜燒堿工藝都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)DCS控制。DCS是分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）的簡(jiǎn)稱，習(xí)慣上稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，其中，現(xiàn)場(chǎng)控制站是面向現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程接口裝置，系統(tǒng)主要的控制功能由它們實(shí)現(xiàn)。也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器PLC構(gòu)成。

1、工藝簡(jiǎn)介

1.1 離子膜燒堿工藝簡(jiǎn)介

離子膜法電解制堿是世界上工業(yè)化生產(chǎn)燒堿當(dāng)中最先進(jìn)的工藝方法，具有能耗低、三廢污染少、成本低及操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。離子膜法電解制堿生產(chǎn)任務(wù)是以鹽水工序的一次鹽水為生產(chǎn)原料，再經(jīng)過(guò)鰲合樹(shù)脂塔吸附其中的鈣鎂等離子，制成二次鹽水（也稱超精制鹽水），然后送往離子膜電解槽，二次鹽水在直流電的作用下進(jìn)行電解，生成氯氣、氫氣、32%的燒堿，32%的堿液被送往成品堿液灌區(qū)，氯氣送往氯處理工序，氫氣送往氫處理工序，淡鹽水經(jīng)過(guò)脫除游離氯后送至鹽水工段進(jìn)行配水。按工藝流程順序分為一次鹽水、二次鹽水精制、精制鹽水電解、液氯的生產(chǎn)、CI2和H2處理等工序，其中核心工序是二次鹽水精制和精制鹽水電解部分。

1.2 二次鹽水精制工藝簡(jiǎn)介

二次鹽水精制工藝就是將制備好一次精制鹽水送人離子交換塔進(jìn)一步脫除鹽水中的多價(jià)陽(yáng)離子制成二次精制鹽水。鹽水二次精制最主要部分是鰲合樹(shù)脂塔，使粗鹽水經(jīng)過(guò)樹(shù)脂塔后除去二價(jià)陽(yáng)離子，得到合格的鹽水質(zhì)量。

粗鹽經(jīng)化鹽工段制成飽和一次鹽水，一次鹽水再進(jìn)入鰲合樹(shù)脂塔進(jìn)行二次鹽水精制。鹽水二次精制工序包括三套鰲合樹(shù)脂塔吸咐單元、超精制鹽水罐及其附屬設(shè)備。

從鹽水工段來(lái)的飽和鹽水被送往鹽水換熱器和熱水加熱器，經(jīng)加熱后送往由三塔組成的鰲合樹(shù)脂吸附單元，以便以除去其中的鈣鎂離子來(lái)滿足離子膜電解槽的要求。通常情況下，三塔中兩塔串聯(lián)運(yùn)行，一塔再生。由泵送來(lái)31%HCL與純水在鹽酸噴射器作用下自動(dòng)配制成濃度為4%的稀HCL，然后送到鰲合樹(shù)脂塔中用于再生。而來(lái)自電解槽的32%NaOH用堿液噴射器與純水混合混合成5%的燒堿，然后送到螯合樹(shù)脂塔中再生。

在裝置運(yùn)行中所破碎的樹(shù)脂用樹(shù)脂捕器集進(jìn)行捕集。從螯合樹(shù)脂吸附單元出來(lái)的二次鹽水被送往超精鹽水罐，然后用泵打人個(gè)離子膜電解槽中，進(jìn)行下一步工序電解。在整個(gè)的二次鹽水精制中，樹(shù)脂塔的再生是最重要的環(huán)節(jié)，所以對(duì)樹(shù)脂塔的控制也是至關(guān)重要的。

2、二次鹽水精制順序控制方案設(shè)計(jì)

離子膜交換塔為離子膜法制堿生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，由于對(duì)二次精制鹽水要求較高，達(dá)不到要求的二次鹽水將會(huì)對(duì)電解槽中的離子膜產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響，甚至無(wú)法生產(chǎn)，所以鹽水在進(jìn)入電解槽之前必須進(jìn)行精制。從鹽水工段來(lái)的飽和鹽水被送往鹽水換熱器和熱水加熱器，經(jīng)加熱后送往由三塔組成的鰲合樹(shù)脂吸附單元，以便以除去其中的鈣鎂離子來(lái)滿足離子膜電解槽的要求。

鰲合樹(shù)脂塔順序控制是二次鹽水控制的核心部分，也是離子膜控制中比較復(fù)雜的部分。鰲合樹(shù)脂塔順序控制對(duì)執(zhí)行控制閥等執(zhí)行部件可靠性要求高，其控制功能現(xiàn)在大多由DCS實(shí)現(xiàn)精確控制。本文就是研究如何用DCS系統(tǒng)來(lái)完成控制的。

離子膜燒堿中DCS系統(tǒng)是由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器PLC構(gòu)成。整個(gè)DCS系統(tǒng)總共包括好幾個(gè)部分，本文主要介紹二次鹽水控制系統(tǒng)部分。一般生產(chǎn)裝置中設(shè)有離子樹(shù)脂塔A//B/C三塔串聯(lián)。正常工作時(shí)，二塔串邊在線正常運(yùn)行而另一塔下線再生，第二塔進(jìn)升為第一臺(tái)，而再生后的塔上線成為第二塔。下線塔中的樹(shù)脂吸附了大量的多價(jià)陽(yáng)離子，用鹽酸和燒堿再生。也就是說(shuō)每塔經(jīng)過(guò)洗凈Ⅰ、反洗、鹽酸再生、洗凈Ⅱ、堿液再生、洗凈Ⅲ、鹽水置換等幾個(gè)步驟再生一次。

離子交換塔切換和樹(shù)脂再生是根據(jù)程序自動(dòng)進(jìn)行的。通常，離子交換樹(shù)脂塔的切換和再生由程序控制每24小時(shí)自動(dòng)進(jìn)行一次，樹(shù)脂塔的切換和下線樹(shù)脂塔的再生都是按照設(shè)定好的順序進(jìn)行。

通過(guò)對(duì)工藝的分析，自動(dòng)控制系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為3臺(tái)離子交換塔（T-160A/B/C）輪換組合操作系統(tǒng)。離子交換樹(shù)脂塔（T-160A/B/C）由PLC邏輯程序控制。在二次鹽水精制開(kāi)車前必須先進(jìn)行再生。螯合樹(shù)脂吸附順序控制程序采用SFC或ST語(yǔ)言編程，可以設(shè)計(jì)三種操作模式：手動(dòng)，半自動(dòng)，自動(dòng)3種。手動(dòng)模式就是指樹(shù)脂塔的切換和再生都是手動(dòng)的，在控制盤上設(shè)置以下選擇開(kāi)關(guān)和按鍵開(kāi)關(guān)，按按鍵開(kāi)關(guān)選擇塔進(jìn)行再生。半自動(dòng)模式就是指下線的樹(shù)脂塔再生是自動(dòng)進(jìn)行的，但塔的切換不是自動(dòng)的。按按鍵開(kāi)關(guān)用于選擇再生步驟。自動(dòng)模式就是指樹(shù)脂塔的切換和再生是自動(dòng)進(jìn)行的。塔的再生和切換的每一步都是連續(xù)的，直到按停止按鈕或緊急事件發(fā)生。生產(chǎn)中三種操作方式可結(jié)合工藝需要具體選擇。

3、結(jié)論

本文首先介紹了離子膜燒堿工藝，進(jìn)而介紹了離子膜中二次鹽水精制的工藝，了解到二次鹽水精制是整個(gè)燒堿工藝中的核心，二次鹽水精制是通過(guò)樹(shù)脂塔來(lái)完成的。一般生產(chǎn)裝置中，離子膜鹽水二次精制中一共有三個(gè)交換塔，其中交換塔中兩塔串聯(lián)運(yùn)行，一塔再生。以再生塔為主線，另外兩臺(tái)塔串聯(lián)過(guò)濾，塔的再生按照順序來(lái)完成的。用DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制非常容易，程序切換相當(dāng)簡(jiǎn)單，方便實(shí)現(xiàn)，便于監(jiān)控。