纯碱工艺及控制方案教学内容

纯碱碳化过程的DCS 控制方案

纯碱生产的方法主要有三种：天然碱加工、氨碱法、联合制碱法（侯氏制碱

法）。而氨碱法（即索尔维制碱）是当今世界大规模制造纯碱的通用工业方法之一其生产工艺经过百多年的生产实践考验，工艺包的技术成熟，稳定可靠。

一. 氨碱法纯碱生产流程概述：氨碱法是一种复杂的化学制造工艺，它主要包括一系列的化工单元操作，共分九个工序：盐水精制工序、盐水吸氨工序、碳化工序、过滤工序、蒸馏工序、压缩工序、石灰工序、煅烧工序、包装工序。氨碱法生产纯碱的主要原料：石灰石、食盐、焦碳、氨等。

氨碱法生产工艺流程：

首先用水将原盐溶解制成饱和粗盐水，再用石灰—纯碱法除去杂质得精盐水。精盐水吸氨得氨盐水，冷却在吸收塔内与由蒸馏塔蒸出的氨逆流吸收制成氨盐水，冷却后氨盐水在碳化塔内与二氧化碳作用生成碳酸氢钠，带有结晶的悬浮液由塔低压出，经出碱液槽送往真空过滤机分离出重碱。

过滤得到的NaHCO滤饼在煅烧工序经加热分解，制得轻质纯碱和炉气，轻质

纯碱通过运输设备送往水合机，采用固相水合法或液相水合法制得重质纯碱，经干燥、包装得商品重质纯碱（重灰）；轻质纯碱经凉碱塔冷却，包装即为商品轻质纯碱（轻灰）。

分解过程逸出的二氧化碳经分离、冷却、净化后，由压缩机抽吸和压缩返回碳化过程。

由真空过滤机抽出的过滤母液，被送往蒸馏塔与由石灰石煅烧分解和消化所得的石灰乳兑和反应蒸出氨，返回吸收塔循环使用。

蒸馏废液则排入渣场。石灰石用焦炭在石灰窑内煅烧制得生石灰，再通过化灰机

与水反应制成石灰乳，分别送至蒸馏工序和盐水工序使用。

石灰窑产生含40%CO勺窑气与煅烧炉产生的含80%以上CQ的炉气通过压缩机

送碳化工序使用。

二系统配制

1系统配制图

2.系统配置说明 整套装置DC 系统通常配置11个操作员站、其中1个兼工程师站、3台冗余现 场控

制站及I/O 模块。其中操作员站，服务器，网络，电源和重要 I/O 模块冗 余配置。

服务站主要负责对域内系统数据的集中管理和监视，包括：报警、日 志、等

事件的捕捉和记录管理，并为域内其他各站的数据请求（包括实 时数据、时

件信息和历史记录）提供服务和为其他域的数据请求提供服 务。

工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图 形、

控制算法、报表的组态，参数配置，操作员站、服务站、现场控制 站及过程

I/O 模块的配置组态，数据下装和增量下装等。

操作员站进行生产现场的监视和管理，包括：工艺流程图显示，报表打

印，控制操作，历史趋势显示，报警管理等。

现场控制站又称 I/O 站，是系统实现数据采集和过程控制的重要站点， 主要

完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过 系统网络

将数据和诊断结果传送到系统服务器等功能。

现场控制站由主控单元、智能 I/O 单元、电源单元和专用机柜四部分组 成，

石灰工序 包裝及成品库工序 八个工序

从服务器 王服务器

100M 冗余工业以太网

1#DC 控制柜 2# DC 控制柜 3# DC 控制柜

在主控单元和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软

件。

现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制站的

主控单元，冗余配置。主控单元通过控制网络( CNET与各个智能

IO单元实现连接。

系统采用FM係列I/O模块及DP主站组成现成控制站，采用ProfibusDP现场

总线技术，构成先进的、可靠的DCS分布式控制系统。I/O模块和底座组成现

场模块单元(FMU，在现场总线控制系统中成为DP从站。现场控制站主要由

I/O模块、底座、电源模块、终端匹配器、DP主站接口卡组成。

系统网络构架：系统的网络由上到下分为、系统网络和控制网络二个层次，系统网络实现工程师站、操作员站、打印服务站，现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯。

系统网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统的网络的拓扑结构为星型，中央节点为服务器。

系统网络(SNET)由100MT业以太网构成，用于工程师站、操作站、系统服务器与现场控制站、通信控制站的连接，完成现场控制站、通讯控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。

控制网络(CNET)由PROFIBUS-D总线构成，用来实现过程I/O模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。PROFIBUS-D是专门

为自动控制系统与在设备级分散I/O 之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，

又有简单实用、经济性强等特点。

三.主要控制回路

纯碱装置典型控制回路及方案：

1. 盐水精制工序：

除钙塔出卤温度的控制：

除钙塔底圈温度高，则有利于除钙反应的进行和碳酸钙结晶的生成和长大以加速碳酸钙的沉降；底圈温度较底则反之。但过高的温度必然带来能源的消耗，这往往不经济又增加吸氨的冷却负荷。所以为达到经济合理、技术先进的要求，兼顾除镁、除钙对温度的需要，除钙塔底圈的适宜温度应维持在50C左右，以保证二次盐水的除钙效率和浊度指标。灰乳流量的控制：

加灰除镁后的一次盐水，在质量上应符合以下要求：

（1）必须将镁离子完全清除；

（2）一次盐水的浊度必须维持在100PPM以下。

为达到要求，必须使粗盐水和石灰乳充分混合，并且石灰乳的加入量必须过剩，其大小应以一次盐水过剩灰的大小作为调节依据。

杂水温度的控制：

为了加快氢氧化镁沉淀的沉降速度，调和液必须维持适宜的温度。而这通

过调节化盐用的杂水温度在42~50C来实现。为了防止盐水在一次澄清桶内发生对流影响澄清，杂水温度要维持衡稳，切忌波动幅度太大。

化盐桶料位的控制：

维持化盐桶的盐层料位在杂水液面以下1M 以内，使粗盐水浓度达到规定要求。

化灰池酸度的控制：

用PH酸度计测试调和液过剩灰的大小，通过调节加灰量，使之符合指标要求。

蒸汽流量控制：

为了调控杂水温度在合适的范围内。

电气控制:

为常规开停车控制，监控电机的运行电流。

2. 盐水吸氨工序：蒸馏总量的控制：

上段、下段冷却水总管压力控制：冷却器操作的好坏，关系到氨盐水温度及各段吸收温度合格与否，是制约吸氨能力和全厂总生产能力的因素之一。对于钛板冷却器来说，通过对上、下段压力的检测，可了解冷热流体传热情况及流量的分配是否均匀，流动是否通畅，通过调节各出口阀门，达到流量均匀衡稳，提高冷却水的利用率。

氨盐水温度控制：

氨盐水温度是重要的技术条件之一，对碳化塔制碱能力及氨、盐、CO利用

率影响很大。其适宜的范围是：32~38C。氨盐水温度的降低取决于冷却操作情况及冷却面积、给水量是否足够等，可通过增减循环氨盐水量，以调节底圈温度，使氨盐水温度达到要求。

冷却塔出气温度控制：

出气温度不能超过40C，以提高氨回收率，减少尾气损失。如过高，发生“热顶”