离子膜烧碱生产过程控制方案

离子膜烧碱生产过程控制方案
一、离子膜烧碱工艺简介
离子膜制碱生产主要包括盐水精制、电解、脱氯和蒸发四部分。

盐水精制：通过化学处理方法制备的一次精制盐水经过碳素管过滤器再次脱除盐水中所含的固体悬浮物，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。

电解：可划分为3个部分：阳极液循环部分、阴极液循环部分、电解部分，阳极液循环将二次精制盐水加酸后连续不断送人电解槽用以保持电解盐水的浓度，同时将电解生产出来的氯气送到下游工序；阴极液循环将保持恒定浓度的成品碱送至贮槽，并将电解生产的H2送至下游工序。

脱氯：电解后的淡盐水送至脱氯工序脱除游离氯后送化盐工序。

蒸发：将从金属阳极电解槽出来的电解液经若干蒸发器的蒸发和若干个旋液分离器的分离除盐，使之含碱提高到30％（或42％）、含盐5％（或2％）左右。

其目的一是增浓，二是除盐。

二、主要控制方案
（一）盐水精制工段控制：
精制盐水工艺流程如下：
1 鳌合离子交换树脂塔的顺序控制
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。

一般生产装置中设有离子交换塔两台，平时除再生期间外两塔串联使用，第一塔几乎脱除了全部的多价金属阳离子，第二塔作为保护塔运行，根据一定的条件当第一塔需要再生时，第二塔单独运行，第一塔经过反洗、洗净I 、盐酸再生、洗净II 、碱液再生、洗净III 、盐水置换、等待几个步骤完成树脂的再生后，当作第二塔串联使用.离子交换塔的交换和再生是按照预定的时间表自动进行。

其顺控原理图如下：
（二）电解工段控制
1、烧碱浓度PID 控制
用无离子水加入阴极液循环槽来保持生产的离子膜碱浓度恒定，可以用烧碱的浓度PID 控制回路为主调节回路，用无离子水流量的PID 调节回路为副调节回路构成串级调节，它能克服因无离子水流量和压力的不稳而产生的干扰。

调节回路如下：
烧碱浓度调节无离子水流时
2、氯氢压力双闭环比值调节系统 在离子膜碱的生产过程中，必须保持氯气和氢气压力稳定的同时，还要保持两个压力拥有一定的压力差，我们将氯氢压力的调节构成双闭环比值调节系统，氯气压力为独立的PID 调节，为主动系统，其测量通过一个比值设定单元仪表送给氢气PID 调节单元仪表为设定值，为从动系统。

调节回路如下：
PX比值器
3、系统溶液PH值调节系统
脱氯工序对脱氯前淡盐水的PH值和脱氯后淡盐水的PH值有一定的要求，在离子膜电解的过程中经常需要向阳极液中补充一定量的高纯盐酸，以维持阳极液在一定的酸度。

由于加入酸碱物质摩尔数与PH值呈现明显的非线性，用单回路PID调节很难实现精确的控制，所以采用变增益的基于模糊控制的PID调节器，对非线性控制规律，在不同的偏差上对应不同的调节参数，使调节器的增益与广义对象增益的乘积接近恒定值。

调节回路中主要参数为电解电流和盐水的流量，且知两者存在分段线性关系。

因此我们设计在开停车或生产负载变化时，由电解电流参予控制和加盐流量构成前馈控制，当生产平稳后由阳极液的PH值和盐酸的流量构成多段折线环节的模糊控制系统，并由此来修正电流对加酸量的系数。

控制方框图如下：
模糊控制
（三）蒸发工段控制
1、蒸发工段工艺简介
目前国内烧碱蒸发工艺主要有两大类：顺流工艺和逆流工艺，且以三效顺流工艺居多。

三效顺流工艺的流程简图如下：
1、碱液流程
淡碱从淡碱贮罐用泵经两级预热后打入I效蒸发器，在嫩蒸发器内被蒸发到质量分数为15％后靠压差压入II效蒸发器。

II效内的料液用采盐泵抽出，经旋液分离器，底流进盐碱高位槽，清液回II效，当质量分数达到20％时进入III效。

III效内的料液用出料泵抽出，经旋液分离器，底流进入II效，清液回III效，当质量分数达到30％时出料到浓碱高位槽。

2、盐的流程
III效内结晶析出的盐被采入II效进行晶粒的增长，II效的盐被采入盐碱高位槽，浓碱冷却过程中结晶析出的盐、浓碱贮罐中的沉降盐也一并采入盐碱高位槽，然后用泵经旋液分离器，含盐在60％以上(体积分数)的底流进入离心机进行离心分离．分离的盐用冷凝水化为回收盐水去盐水工序。

3、蒸汽流程
来自电厂的蒸汽进入I效加热室．冷凝水作为二级热源预热淡碱后去电解工序预热精盐水；I效蒸发出的二次汽进II效加热室，冷凝水作为一级热源预热淡碱后去热水罐,II效的二次汽去III效加热室，冷凝水直接去热水罐，m效二次汽被大气上水冷凝吸收形成大气下水。

1、蒸发器内液位测量及故障诊断
目前蒸发器内液位多采用电极棒位式测量，但由于碱中存在较多的盐分和液面的剧烈波
动常常造成虚假液位指示，于是我们在此基础上附加故障诊断模型如下：
设：Z1=D101⊕D102(⊕为逻辑异或)
Z2＝D101·Z1 D101为1而D102为0时为假液位；
Z3＝D101D103
Z4＝D101·Z3 D101为1而D103为0时为假液位；
Z5＝D102D103
Z6＝D102·Z5 D102为1而D103为0时为假液位；
Z7＝D102·D103
Z8＝Z7·(K11·T1)
出料阀开足一定时间而D102和D103仍为1〔T1为K12触发的滞后置位式时间继电器〕时为假液依。

则有：
L E1＝Z2十Z4十Z6十Z8 (1)
式〔1〕即为I效虚假液位的故障诊断模型。

当L E1结果为1时，可以肯定电极由于结盐而使测量的液位是假的。

L E1的结果可以作为报警、也可以作为控制冲洗水阀Kst的条件而实现自动冲洗，也可作为过料阀的控制条件而避免事故的发生。

2 液位控制方案
各效体内液位的稳定是蒸发操作中的重要一环。

液位过高，蒸发器内汽液分离空间变小，会造成二次汽带碱多，碱损失过大；液位过低，降低了加热室的压力，使料液过早地在加热室内沸腾，造成加热室结盐快，恶化了蒸发操作。

在实际操作中，一般设高、中、低3个液位(电极)，采用延时的方式将液位控制在低、中液位之间。

高液位作为液位报警用。

由于本蒸发罐存在冲刷、结晶、高温、高压、强腐蚀等原因而难以选用传统的模拟仪表测量蒸发罐的液位，故我们采用液位电极多点位测量液位，用两位式油压球阀实现两位式调节，并用布尔算式实现开关控制。

逻辑图如下：
D103D104
D105
D106
正常情况下液位控制模型为：
K01-A （n ）=101D *1*102TIMER D *（102D *TIMER2+103D +K01（n-1）） (2)
当虚假液位诊断模型诊断出发生液位故障后的液位控制模型为：
K01-B(n)=3*)102*101(TIMER D D *4*103*102*101TIMER D D D *[L E1+K01(n-1)] (3) 当故障发生后(L E1＝1)，(2)式的输出始终为0，过程将陷入失控状态；当模型被切换到
(3)式的控制律后，则系统将进入自恢复控制过程，即容错控制模型将让K0l 继续行使液位控制的职责，一直到这种故障状态被自动消除。

K0l 在液位故障状态下的这种运行模式将在保证罐内液体不发生溢出的前提下(跑碱将会造成严重环境污染和影响使用冷凝水的锅炉岗
位的正常运行)，使发生故障的液位电极和平衡管的下半部分全部淹没在沸腾的液碱中，电极上的盐层会很快被溶化掉。

随着电极上盐层的溶化，虚假液位故障也就逐渐自动消除了，同时L E1恢复为0，K0l 的控制权又交给了正常控制模型K0l —A 。

3、动放碱控制方案
自动放碱的逻辑控制框图如下：
M3RS1V731A
M13D109M3RS2D109D108
K30
K31
M3：浓度模型 M13：Ⅲ效假液位诊断模型 RS1：放碱下限 V731A ：放碱罐高液位 RS2：放碱上限
附：双效逆流蒸发工艺简介以及控制
电解液自电解液储罐，经电解液泵打至进料闪蒸罐，闪蒸后碱液进入II 效换热器，再经过II 效降膜蒸发器，蒸发至39％NaoH 溶液，再经过碱液循环泵送至碱液预热器，预热后的39％碱液进入I 效换热器，再经过I 效降膜蒸发器，碱液浓度达到50％，热碱经泵送至碱液预热器换热，经碱液冷却器冷却至45Y ，送至碱液成品罐和打至固碱。

蒸汽由I 效换热器加入，再经过I 效降膜蒸发器分离出来的二次蒸汽进入II 效换热器，经II 效降膜蒸发器后分离出来的蒸汽送入表面冷却器，未冷凝的不凝气由真空泵抽出排至大气。

由I 效换热器下来的工艺冷凝液经水蒸气冷凝罐气液分离后，冷凝液经预热器换热后排至热水罐、由II 效换热器下来的冷凝液经蒸汽冷凝罐气液分离后，冷凝液经热水输送泵分别用于蒸汽过热、丝网冲洗、泵轴封，其余送至热水罐。

I 效蒸发为正压操作，II 效蒸发为真空操作。

通过一个蒸汽流量调节来保证生产上蒸汽流量的稳定，避免热传输效率的降低。

冷却蒸汽收集在蒸汽冷凝罐中．用液位控制来保护泵。

在稀碱液人口处安装一个流量指示记录仪与II 效蒸发器气碱分离器的液位进行串级调节，保证进料量的稳定。

蒸发液浓度的控制采用如下：在I 效和II 效蒸发气碱分离器和加料闪蒸罐上安装差压变压器显示和检查丝网压差，如果压差>l kPa 报警，意味着丝网压差过高蒸发效果降低。

碱液浓度控制：
由于碱液浓度难以检测，故我们采用间接方法（温差法），根据不同的气相压力对应于不同的碱液温度，那么碱液温度与饱和水温度之差。