次氯酸鈉生產(chǎn)的自動控制

張河儀

(福建省廈鷺電化有限公司，福建 漳州 363900)

福建省廈鷺電化有限公司(以下簡稱“廈鷺電化”)是一家氯堿生產(chǎn)企業(yè)，主要產(chǎn)品為燒堿、氯氣、氫氣、氯化石蠟、次氯酸鈉、鹽酸等，其中次氯酸鈉是廢氯氣環(huán)保處理的副產(chǎn)品。針對次氯酸鈉生產(chǎn)中存在的一些問題進(jìn)行了工藝控制改造，取得了很好的效果。

1 次氯酸鈉生產(chǎn)中存在的問題

1.1 次氯酸鈉生產(chǎn)工藝

來自電解裝置的濕氯氣經(jīng)氯氣干燥工序后，送至氯氣液化工序進(jìn)行液化提純，液化尾氣通過管道送至次氯酸鈉工序與配制好的稀堿溶液(NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)約15%)進(jìn)行反應(yīng)(由冷凍鹽水工序送來的冷凍CaCl2溶液移出反應(yīng)熱)，生產(chǎn)次氯酸鈉產(chǎn)品。產(chǎn)品有效氯為10%～13%，殘余堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%～1.2%(需要一定的殘留堿量，確保后續(xù)存儲的穩(wěn)定性和使用的安全性)。

1.2 生產(chǎn)中存在的問題

該生產(chǎn)過程為人工監(jiān)控。由操作人員監(jiān)控反應(yīng)過程，用pH試紙判斷反應(yīng)終點(diǎn)。在反應(yīng)過程中，氯氣通入過量，會使次氯酸鈉分解放出氯氣，如監(jiān)控不及時，會導(dǎo)致嚴(yán)重的氯氣外泄事故。反應(yīng)原理如下。

正常反應(yīng)時得到次氯酸鈉和氯化鈉：

如果在反應(yīng)完成后，繼續(xù)通入氯氣，會發(fā)生如下反應(yīng)：

2 自動控制改造

針對以上情況，廈鷺電化成立了次氯酸鈉生產(chǎn)工藝研究小組，對原有的生產(chǎn)裝置進(jìn)行改造，在查詢、比較、計算的基礎(chǔ)上，確定了新工藝的基本流程和關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過試驗(yàn)進(jìn)一步完善新工藝的不足之處。新裝置投產(chǎn)后，次氯酸鈉裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行，大大減少了操作人員的勞動強(qiáng)度，并節(jié)約了大量的燒堿費(fèi)用。

2.1 技術(shù)原理

物質(zhì)的導(dǎo)電能力可以用電導(dǎo)率進(jìn)行表示，同物質(zhì)的電導(dǎo)率與濃度和其溫度有密切關(guān)系，因此，可以利用該物質(zhì)在相同溫度下的電導(dǎo)率的變化測量其濃度。本改造利用燒堿溶液電導(dǎo)率(圖1為燒堿溶液不同溫度下的電導(dǎo)率曲線)的變化判斷反應(yīng)終點(diǎn)。

圖1 燒堿溶液不同溫度下的電導(dǎo)率曲線

在通入氯氣的初始階段，因?yàn)闊龎A溶液濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%)較高，其電導(dǎo)率也相對較大；隨著氯氣的通入，次氯酸鈉生成，燒堿溶液濃度慢慢降低，在燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%后，電導(dǎo)率隨燒堿濃度的降低而明顯降低。

根據(jù)所要控制的殘余堿量和實(shí)際生產(chǎn)中的工藝參數(shù)，測算出電導(dǎo)率的預(yù)警及控制值A(chǔ)。當(dāng)在線的電導(dǎo)率儀測定值大于A值時，氯氣通入和燒堿通入由各自的在線設(shè)定值控制，以穩(wěn)定、安全的速度生產(chǎn)次氯酸鈉；當(dāng)在線的電導(dǎo)率檢測儀檢測到溶液的電導(dǎo)率等于或小于A值時，向通氯調(diào)節(jié)閥和燒堿調(diào)節(jié)閥發(fā)出信號，切斷氯氣的通入，增大燒堿溶液的量，確保反應(yīng)安全。

2.2 改造措施

(1)充分利用公司現(xiàn)有的次氯酸鈉生產(chǎn)工藝，利用現(xiàn)有主要的生產(chǎn)工藝設(shè)備：次氯酸鈉反應(yīng)器和換熱循環(huán)系統(tǒng)。

(2)在生產(chǎn)系統(tǒng)增設(shè)電導(dǎo)率儀，取代人工檢測pH值來判斷次氯酸鈉反應(yīng)過程的剩余堿量，通過增加通氯調(diào)節(jié)閥和燒堿調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動化控制，減少人工操作的誤差和出錯概率，確保產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定和生產(chǎn)過程的安全。

(3)在反應(yīng)器周圍增設(shè)在線氯氣檢測器，檢測到氯氣微量泄漏(國家標(biāo)準(zhǔn)，≤1 mg/m3)時，該氯氣檢測器發(fā)出信號，切斷氯氣通入閥，全開燒堿通入閥，確保生產(chǎn)安全、環(huán)境安全及人員安全。

新工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后的次氯酸鈉生產(chǎn)工藝流程示意圖

3 改造效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

生產(chǎn)裝置改為自動控制后，次氯酸鈉溶液的質(zhì)量得到了提高，且節(jié)約了燒堿用量，其殘余堿量波動范圍由0.3%～1.2%穩(wěn)定在0.3%～0.35%；另外，由于生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了自動控制，減少了8個操作人員的開支。福建廈鷺次氯酸鈉年產(chǎn)量約為5萬t，改造完成后，生產(chǎn)1 t次氯酸鈉減少了約0.8%的燒堿消耗，燒堿價格按3 000元/t，僅節(jié)約燒堿費(fèi)用就達(dá)120萬元/a；每人工資按4 000元/月計算，又可節(jié)約38.4萬元。項(xiàng)目投入資金8萬元，節(jié)約費(fèi)用近160萬元。

4 下一步需要解決的問題

裝置自動控制改造后，盡管系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)的安全性得到了本質(zhì)提升，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但因在線電導(dǎo)率儀在高溫環(huán)境下運(yùn)行，為確保使用效果，需要儀表人員每周維護(hù)和校準(zhǔn)，加大了儀表人員的工作量。下一步擬增加換熱器，使其不直接檢測高溫的次氯酸鈉溶液，通過取樣管線將系統(tǒng)中的次氯酸鈉溶液送至換熱器降溫后再檢測，以減少電導(dǎo)率儀的校準(zhǔn)和維護(hù)頻率，同時延長電導(dǎo)率儀的使用壽命。