鹽水精制過程中過堿量的自動調(diào)節(jié)

單海龍，郭來濤，朱光磊

(山東昊邦化學(xué)有限公司，山東 壽光 262725)

山東昊邦化學(xué)有限公司(以下簡稱“山東昊邦”)現(xiàn)有離子膜法燒堿裝置75萬t/a。鹽水工段作為電解鹽水的原料提供工序，產(chǎn)出的鹽水質(zhì)量決定電解槽能否安全穩(wěn)定高效率的運(yùn)行。山東昊邦為提高生產(chǎn)自動化水平，減少員工勞動量，新增1套鹽水過堿量自動檢測設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上自主編程，做到了鹽水過堿量的自動檢測及流量調(diào)節(jié)，且精度達(dá)到較高水平。既提高了自動化水平，又降低了工人勞動強(qiáng)度，更重要的是顯著降低了NaOH和Na2CO3兩堿的消耗。

1 檢測過堿量的重要性

原鹽在精制過程中要除去Ca2+、Mg2+，要求過NaOH量0.1～0.5 g/L，過Na2CO3量0.3～0.6 g/L，除Ca2+、Mg2+反應(yīng)方程式為：

Ca2++2NaOH=Ca(OH)2+2Na+；

Mg2++2NaOH=Mg(OH)2↓+2Na+。

這樣，不僅消耗電解生成的產(chǎn)品堿，而且這些沉淀物會堵塞電解槽內(nèi)的膜，降低膜的滲透性。對離子膜法制燒堿來說，兩者對膜的影響不一樣，鈣離子的沉淀物會在靠近陰極側(cè)表面膜的羧基聚合物層中沉積，造成電流效率的下降,并會造成槽電壓輕微上升；鎂離子沉淀物對電流效率影響較小，但會引起槽電壓上升，鹽水中5 mg/L的鎂離子會使電壓在2天內(nèi)上升10 mV、4天內(nèi)上升200 mV，縮短了離子膜的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本，這對離子膜的性能影響是不可逆的。由此可以看出，要想提高離子膜的壽命，最有效的方法是提高鹽水質(zhì)量。因此，過堿量的穩(wěn)定控制至關(guān)重要。

2 原過堿量檢測方法

山東昊邦為控制過堿量，原操作程序?yàn)椋夯?yàn)人員每小時(shí)對化鹽水取樣檢測過堿量，然后中控室人員根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)NaOH與Na2CO3的流量，保證一次鹽水過堿量在工藝要求范圍內(nèi)。該種操作程序復(fù)雜且耗費(fèi)人力，檢測間隔時(shí)間長，不能準(zhǔn)確及時(shí)地控制鹽水中過堿量，因此，山東昊邦采購了1臺可編程鹽水過堿量自動檢測設(shè)備。

3 設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)行狀況及問題

該設(shè)備檢測頻率為30 min 1次，將檢測結(jié)果傳輸至中控室，中控室人員根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)NaOH與Na2CO3的流量。與之前相比，提高了檢測頻率，對檢測數(shù)據(jù)的控制會更精確；但是，依然無法實(shí)現(xiàn)過堿量自動調(diào)節(jié)，還是需要人工時(shí)刻根據(jù)檢測數(shù)據(jù)去調(diào)節(jié)流量。

4 過堿量的自動化檢測與兩堿流量的自動調(diào)節(jié)

山東昊邦花費(fèi)了近1個(gè)月時(shí)間，經(jīng)過對參數(shù)的調(diào)整，最終整理出1套比較符合山東昊邦實(shí)際運(yùn)行的調(diào)節(jié)參數(shù)，達(dá)到了根據(jù)過堿量檢測結(jié)果自動調(diào)節(jié)兩堿流量的目的。

4.1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)思路為：設(shè)備檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行對比，若介于-0.05～0.05 g/L之間，則設(shè)定流量維持不變；若介于0.05～0.1 g/L，則將在前一周期設(shè)定的流量降低100 L/h作為該周期設(shè)定流量；若介于0.1～0.2 g/L，則將在前一檢測周期設(shè)定的流量降低200 L/h作為該周期設(shè)定值；若介于0.2～0.3 g/L，則將在前一檢測周期設(shè)定的流量降低300 L/h作為該周期設(shè)定值。若檢測結(jié)果比設(shè)定值低，則對流量進(jìn)行相應(yīng)增加。

通過編程，根據(jù)檢測設(shè)備的檢測結(jié)果，由程序控制氣動閥來調(diào)節(jié)兩堿的流量，達(dá)到全自動化控制。

4.2 運(yùn)行調(diào)試

編程完成后，對兩堿用量進(jìn)行了設(shè)定，NaOH過量值為0.248 g/L，Na2CO3過量值0.391 g/L(人工檢測時(shí)，因人工調(diào)節(jié)精度低，故控制值比自動控制高，NaOH過量控制值為0.325 g/L,Na2CO3過量控制值為0.43 g/L)。自動控制裝置投運(yùn)后，為驗(yàn)證自動檢測效果，人工檢測與自動化檢測同時(shí)進(jìn)行，并選取了幾個(gè)日期的檢測結(jié)果進(jìn)行對比。

2019年7月1日過堿量人工與自動化檢測數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示，NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖1所示，Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖2所示。

表1 7月1日過堿量檢測數(shù)據(jù)對比

圖1 7月1日NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比

圖2 7月1日Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比

2019年7月19日過堿量人工與自動化檢測數(shù)據(jù)如表2所示，NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖3所示，Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖4所示。

表2 7月19日過堿量檢測數(shù)據(jù)對比

圖3 7月19日NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比

圖4 7月19日Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比

2019年7月20日過堿量人工與自動化檢測數(shù)據(jù)如表3所示，NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖5所示，Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖6所示。

表3 7月20過堿量檢測數(shù)據(jù)對比

圖5 7月20日NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比

圖6 7月20日Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比

2019年7月22日過堿量人工與自動化檢測數(shù)據(jù)如表4所示，NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖7所示，Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比如圖8所示。

表4 7月22日過堿量檢測數(shù)據(jù)對比

圖7 7月22日NaOH過量檢測數(shù)據(jù)對比

圖8 7月22日Na2CO3過量檢測數(shù)據(jù)對比

通過數(shù)據(jù)表及對應(yīng)的曲線圖可以看出：在線檢測結(jié)果與人工檢測結(jié)果的變化趨勢基本是一致的，即實(shí)現(xiàn)了過堿量的自動化調(diào)節(jié)。

過堿量檢測畫面如圖9所示，過堿量調(diào)節(jié)畫面如圖10所示。

圖9 過堿量檢測畫面

圖10 過堿量調(diào)節(jié)畫面

過堿量連續(xù)檢測數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 過堿量連續(xù)檢測數(shù)據(jù)

由表5可以看出，過堿量檢測結(jié)果均在控制范圍內(nèi)，且在7 h之內(nèi)，過堿量很好地完成了自動調(diào)節(jié)，達(dá)到了自動化控制的目標(biāo)。

5 編程后過堿量檢測設(shè)備運(yùn)行效果

完成編程及投運(yùn)后,自動檢測設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,檢測結(jié)果及時(shí)準(zhǔn)確。為了防止設(shè)備故障及其他問題的發(fā)生，化驗(yàn)人員4 h取樣化驗(yàn)1次，與儀器檢測結(jié)果進(jìn)行對比。除此之外，不需要人員操作,將鹽水車間現(xiàn)場操作人員的精力從過堿量控制中解放出來，主要精力放在提升鹽水質(zhì)量控制和異常處理的工作中。

經(jīng)過2年的運(yùn)行，過堿量自動調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行較為穩(wěn)定，調(diào)節(jié)及時(shí)，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，減少了化驗(yàn)人員和鹽水工段的現(xiàn)場操作人員。

該設(shè)備也存在問題，如部分原件使用壽命較短，檢測元件校準(zhǔn)頻次較高等，通過后續(xù)部件的更換，這些問題已基本解決。

6 經(jīng)濟(jì)效益

過堿量采用自動化控制后，兩堿用量控制更精確，與2019年相比，2021年噸堿降低氫氧化鈉0.23 kg，碳酸鈉0.26 kg，每年可節(jié)省可觀的精制劑費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

7 結(jié)語

過堿量自動調(diào)節(jié)后,減輕了職工的工作量,提高了勞動效率,減少了運(yùn)行成本，降低了事故隱患中人的因素的影響,更利于企業(yè)安全生產(chǎn)。