纯碱工业自动控制解决方案.doc

纯碱工业自动控制解决方案无水碳酸钠，俗名纯碱。它在化学工业上用途极广，是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。所以它是基本化学工业的重要产品，它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。1.纯碱的工业制法纯碱的学名叫碳酸钠，工业上利用石灰石和食盐为原料来制造纯碱。从化学成份上来看，na2co3中的na+取自食盐，co32-取自石灰石，但这两种原料直接混和是不能得到纯碱的，人们运用下列氨碱法就能制得碳酸钠。氨碱法，又称苏尔维法它是比利时工程师苏尔维（18381922）于1892年发明的纯碱制法。以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨为原料来制取纯碱。(1) 煅烧石灰石制取二氧化碳和消石灰caco3caoco2cao+h2o=ca(oh)2(2) 制备碳酸氢钠先把氨气通入饱和食盐水中充分溶解后，再在加压条件下通入二氧化碳，发生下列反应：nh3+co2+h2o=nh4hco3nh4hco3nacl=nahco3+nh4cl钠盐几乎全部溶于水，但碳酸氢钠的溶解度比较小，20时每100g水中只溶解9.6g，氨碱法就是利用这一性质使钠盐从溶液里沉淀析出。(3)加热碳酸氢钠制得纯碱2nahco3na2co3co2+h2o(4)氨的循环使用上面分离出碳酸氢钠后的母液里含有氯化铵，加入消石灰后生成氨气，氨可以回收并循环使用。nh4clca(oh)2=cacl22nh3+2h2o氨碱法生产纯碱的关键设备是碳酸化塔(图1)，在碳酸化塔中，二氧化碳、食盐、氨气混和得到碳酸氢钠悬浊液。氨碱法的全部过程除得到na2co3以外，还有cacl2。从理论上看氨气没有损失。其工业生产的简单流程如图2所示。氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半食盐成分里的钠离子（）和石灰石成分里的碳酸根离子（32）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（）和石灰石的另一成分钙离子（2）却结合成了没有多大用途的氯化钙（2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有7274，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。图2氨碱法生产的工艺流程 氨碱法的优点是价格低廉，生产不太复杂。但大量的副产品氯化钙用途不大，食盐的利用率又不高，仅70。我国著名工业化学家侯德榜对氨碱法作了重大改进，他根据氯化铵和氯化钠溶解度曲线的差异，在碳酸化塔流出的母液(含有nh4cl和nacl)中，加入磨细的食盐，再降低温度使氯化铵析出。使有广泛用途的氯化铵作为副产品。析出氯化铵后的母液再进入碳酸化塔使用，这样食盐的利用率提高到96。这就是制碱工艺上著名的“侯氏制碱法”。以后侯德榜又将纯碱工业和合成氨工业联合起来，把氨厂的副产品二氧化碳供制造纯碱用，纯碱厂中含有食盐的溶液供氨厂生产氯化铵用。联合制碱法,又称侯氏制碱法它是我国化学工程专家侯德榜（18901974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气：2（气）22（气）22联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。其工业生产的简单流程如图3所示。图3联合制碱法生产的工艺流程 联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。 2.控制方案 某10万吨/年制碱企业控制网络系统将厂区6个生产车间共9个监测控制点进行组网。1000多个温度、压力、流量和液面的模拟量及各种执行机构的开关量及模拟量等测控点在生产调度中全集中监控。 控制站分配如下: 石灰车间: 石灰站 重碱车间: 碳化站，蒸吸站 煅烧车间: 煅烧站 压缩车间: 压缩站，盐水站 盐硝车间: 制盐站，提硝站，冷冻站 主控制器能够独立监测所属车间的现场设备，仪表的实际参数值，同时又可以自动独立地对设备进行控制。在每个现场控制器上联机的工业计算机可以就地显示所在车间的生产工艺、仪表参数、设备状态等工况，还可以由现场操作员进行手动，自动控制，可以进行声光报警。 中央控制室的计算机上运行的监控软件可以显示全厂的生产工艺图，动态显示所有设备，仪表的状态及参数等生产流程的监控。对重要参数的进行趋势图跟踪，系统报警等。通过该系统也可以进行现场的设备的控制及对有关的参数进行修改。