盐水精制过程中过碱量的自动调节

单海龙，郭来涛，朱光磊

(山东昊邦化学有限公司，山东 寿光 262725)

山东昊邦化学有限公司(以下简称“山东昊邦”)现有离子膜法烧碱装置75万t/a。盐水工段作为电解盐水的原料提供工序，产出的盐水质量决定电解槽能否安全稳定高效率的运行。山东昊邦为提高生产自动化水平，减少员工劳动量，新增1套盐水过碱量自动检测设备，并在此基础上自主编程，做到了盐水过碱量的自动检测及流量调节，且精度达到较高水平。既提高了自动化水平，又降低了工人劳动强度，更重要的是显著降低了NaOH和Na2CO3两碱的消耗。

1 检测过碱量的重要性

原盐在精制过程中要除去Ca2+、Mg2+，要求过NaOH量0.1～0.5 g/L，过Na2CO3量0.3～0.6 g/L，除Ca2+、Mg2+反应方程式为：

Ca2++2NaOH=Ca(OH)2+2Na+；

Mg2++2NaOH=Mg(OH)2↓+2Na+。

这样，不仅消耗电解生成的产品碱，而且这些沉淀物会堵塞电解槽内的膜，降低膜的渗透性。对离子膜法制烧碱来说，两者对膜的影响不一样，钙离子的沉淀物会在靠近阴极侧表面膜的羧基聚合物层中沉积，造成电流效率的下降,并会造成槽电压轻微上升；镁离子沉淀物对电流效率影响较小，但会引起槽电压上升，盐水中5 mg/L的镁离子会使电压在2天内上升10 mV、4天内上升200 mV，缩短了离子膜的使用寿命，增加了生产成本，这对离子膜的性能影响是不可逆的。由此可以看出，要想提高离子膜的寿命，最有效的方法是提高盐水质量。因此，过碱量的稳定控制至关重要。

2 原过碱量检测方法

山东昊邦为控制过碱量，原操作程序为：化验人员每小时对化盐水取样检测过碱量，然后中控室人员根据化验结果通过网络远程调节NaOH与Na2CO3的流量，保证一次盐水过碱量在工艺要求范围内。该种操作程序复杂且耗费人力，检测间隔时间长，不能准确及时地控制盐水中过碱量，因此，山东昊邦采购了1台可编程盐水过碱量自动检测设备。

3 设备投运后运行状况及问题

该设备检测频率为30 min 1次，将检测结果传输至中控室，中控室人员根据检测数据调节NaOH与Na2CO3的流量。与之前相比，提高了检测频率，对检测数据的控制会更精确；但是，依然无法实现过碱量自动调节，还是需要人工时刻根据检测数据去调节流量。

4 过碱量的自动化检测与两碱流量的自动调节

山东昊邦花费了近1个月时间，经过对参数的调整，最终整理出1套比较符合山东昊邦实际运行的调节参数，达到了根据过碱量检测结果自动调节两碱流量的目的。

4.1 设计思路

设计思路为：设备检测结果与设定值进行对比，若介于-0.05～0.05 g/L之间，则设定流量维持不变；若介于0.05～0.1 g/L，则将在前一周期设定的流量降低100 L/h作为该周期设定流量；若介于0.1～0.2 g/L，则将在前一检测周期设定的流量降低200 L/h作为该周期设定值；若介于0.2～0.3 g/L，则将在前一检测周期设定的流量降低300 L/h作为该周期设定值。若检测结果比设定值低，则对流量进行相应增加。

通过编程，根据检测设备的检测结果，由程序控制气动阀来调节两碱的流量，达到全自动化控制。

4.2 运行调试

编程完成后，对两碱用量进行了设定，NaOH过量值为0.248 g/L，Na2CO3过量值0.391 g/L(人工检测时，因人工调节精度低，故控制值比自动控制高，NaOH过量控制值为0.325 g/L,Na2CO3过量控制值为0.43 g/L)。自动控制装置投运后，为验证自动检测效果，人工检测与自动化检测同时进行，并选取了几个日期的检测结果进行对比。

2019年7月1日过碱量人工与自动化检测数据结果如表1所示，NaOH过量检测数据对比如图1所示，Na2CO3过量检测数据对比如图2所示。

表1 7月1日过碱量检测数据对比

图1 7月1日NaOH过量检测数据对比

图2 7月1日Na2CO3过量检测数据对比

2019年7月19日过碱量人工与自动化检测数据如表2所示，NaOH过量检测数据对比如图3所示，Na2CO3过量检测数据对比如图4所示。

表2 7月19日过碱量检测数据对比

图3 7月19日NaOH过量检测数据对比

图4 7月19日Na2CO3过量检测数据对比

2019年7月20日过碱量人工与自动化检测数据如表3所示，NaOH过量检测数据对比如图5所示，Na2CO3过量检测数据对比如图6所示。

表3 7月20过碱量检测数据对比

图5 7月20日NaOH过量检测数据对比

图6 7月20日Na2CO3过量检测数据对比

2019年7月22日过碱量人工与自动化检测数据如表4所示，NaOH过量检测数据对比如图7所示，Na2CO3过量检测数据对比如图8所示。

表4 7月22日过碱量检测数据对比

图7 7月22日NaOH过量检测数据对比

图8 7月22日Na2CO3过量检测数据对比

通过数据表及对应的曲线图可以看出：在线检测结果与人工检测结果的变化趋势基本是一致的，即实现了过碱量的自动化调节。

过碱量检测画面如图9所示，过碱量调节画面如图10所示。

图9 过碱量检测画面

图10 过碱量调节画面

过碱量连续检测数据如表5所示。

表5 过碱量连续检测数据

由表5可以看出，过碱量检测结果均在控制范围内，且在7 h之内，过碱量很好地完成了自动调节，达到了自动化控制的目标。

5 编程后过碱量检测设备运行效果

完成编程及投运后,自动检测设备运行稳定,检测结果及时准确。为了防止设备故障及其他问题的发生，化验人员4 h取样化验1次，与仪器检测结果进行对比。除此之外，不需要人员操作,将盐水车间现场操作人员的精力从过碱量控制中解放出来，主要精力放在提升盐水质量控制和异常处理的工作中。

经过2年的运行，过碱量自动调节设备运行较为稳定，调节及时，检测结果准确，减少了化验人员和盐水工段的现场操作人员。

该设备也存在问题，如部分原件使用寿命较短，检测元件校准频次较高等，通过后续部件的更换，这些问题已基本解决。

6 经济效益

过碱量采用自动化控制后，两碱用量控制更精确，与2019年相比，2021年吨碱降低氢氧化钠0.23 kg，碳酸钠0.26 kg，每年可节省可观的精制剂费用，经济效益显著，达到了节能降耗的目的。

7 结语

过碱量自动调节后,减轻了职工的工作量,提高了劳动效率,减少了运行成本，降低了事故隐患中人的因素的影响,更利于企业安全生产。