離子膜燒堿工藝中二次鹽水精制順序控制方案的設計分析

高娟

【摘要】通過認識離子膜燒堿工藝，了解二次鹽水精制是離子膜燒堿生產中的核心工序。在二次鹽水精制工序中，核心部分是樹脂塔的順序控制問題，利用可編程控制器PLC的邏輯順序功能，結合DCS，設計二次鹽水順序控制方案，以期對實際生產起到指導作用。

【關鍵詞】燒堿 離子膜 DCS 順序控制 PLC

引言

燒堿（又稱為氫氧化鈉）在國民經濟中有著重要的作用。廣泛應用于造紙、纖維素的生產、洗滌劑、合成脂用酸的生產以及動植物油的提煉。近年來，隨著中國國民經濟的發(fā)展，燒堿在各行各業(yè)中的應用也越來越重要。目前，氯堿生產有隔膜法、水銀法和離子膜法。無論在技術先進、工藝優(yōu)越性以及產品質量、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實現(xiàn)DCS控制。DCS是分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）的簡稱，習慣上稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS的構成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數據采集站等組成，其中，現(xiàn)場控制站是面向現(xiàn)場的過程接口裝置，系統(tǒng)主要的控制功能由它們實現(xiàn)。也可由通用的服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器PLC構成。

1、工藝簡介

1.1 離子膜燒堿工藝簡介

離子膜法電解制堿是世界上工業(yè)化生產燒堿當中最先進的工藝方法，具有能耗低、三廢污染少、成本低及操作管理方便等優(yōu)點。離子膜法電解制堿生產任務是以鹽水工序的一次鹽水為生產原料，再經過鰲合樹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，淡鹽水經過脫除游離氯后送至鹽水工段進行配水。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、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一步脫除鹽水中的多價陽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脂塔，使粗鹽水經過樹脂塔后除去二價陽離子，得到合格的鹽水質量。

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

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

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

2、二次鹽水精制順序控制方案設計

離子膜交換塔為離子膜法制堿生產中的關鍵設備，由于對二次精制鹽水要求較高，達不到要求的二次鹽水將會對電解槽中的離子膜產生嚴重不良影響，甚至無法生產，所以鹽水在進入電解槽之前必須進行精制。從鹽水工段來的飽和鹽水被送往鹽水換熱器和熱水加熱器，經加熱后送往由三塔組成的鰲合樹脂吸附單元，以便以除去其中的鈣鎂離子來滿足離子膜電解槽的要求。

鰲合樹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雜的部分。鰲合樹脂塔順序控制對執(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實現(xiàn)精確控制。本文就是研究如何用DCS系統(tǒng)來完成控制的。

離子膜燒堿中DCS系統(tǒng)是由通用的服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器PLC構成。整個DCS系統(tǒng)總共包括好幾個部分，本文主要介紹二次鹽水控制系統(tǒng)部分。一般生產裝置中設有離子樹脂塔A//B/C三塔串聯(lián)。正常工作時，二塔串邊在線正常運行而另一塔下線再生，第二塔進升為第一臺，而再生后的塔上線成為第二塔。下線塔中的樹脂吸附了大量的多價陽離子，用鹽酸和燒堿再生。也就是說每塔經過洗凈Ⅰ、反洗、鹽酸再生、洗凈Ⅱ、堿液再生、洗凈Ⅲ、鹽水置換等幾個步驟再生一次。

離子交換塔切換和樹脂再生是根據程序自動進行的。通常，離子交換樹脂塔的切換和再生由程序控制每24小時自動進行一次，樹脂塔的切換和下線樹脂塔的再生都是按照設定好的順序進行。

通過對工藝的分析，自動控制系統(tǒng)可設計為3臺離子交換塔（T-160A/B/C）輪換組合操作系統(tǒng)。離子交換樹脂塔（T-160A/B/C）由PLC邏輯程序控制。在二次鹽水精制開車前必須先進行再生。螯合樹脂吸附順序控制程序采用SFC或ST語言編程，可以設計三種操作模式：手動，半自動，自動3種。手動模式就是指樹脂塔的切換和再生都是手動的，在控制盤上設置以下選擇開關和按鍵開關，按按鍵開關選擇塔進行再生。半自動模式就是指下線的樹脂塔再生是自動進行的，但塔的切換不是自動的。按按鍵開關用于選擇再生步驟。自動模式就是指樹脂塔的切換和再生是自動進行的。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。生產中三種操作方式可結合工藝需要具體選擇。

3、結論

本文首先介紹了離子膜燒堿工藝，進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燒堿工藝中的核心，二次鹽水精制是通過樹脂塔來完成的。一般生產裝置中，離子膜鹽水二次精制中一共有三個交換塔，其中交換塔中兩塔串聯(lián)運行，一塔再生。以再生塔為主線，另外兩臺塔串聯(lián)過濾，塔的再生按照順序來完成的。用DCS系統(tǒng)來實現(xiàn)順序控制非常容易，程序切換相當簡單，方便實現(xiàn)，便于監(jiān)控。