【正文】 多。目前 ,我國離子膜法裝置生產(chǎn)能力已達(dá) 656 萬 t/年 ,離子膜法生產(chǎn)工藝幾乎占到國內(nèi)燒堿裝置總產(chǎn)能的半壁江山。目前大多數(shù)廠家均采用以離心機(jī)為主體的分離系統(tǒng)，主要的方法是將含有NaCl 晶體的溶液蒸發(fā)后，裝入離心機(jī)進(jìn)行分離，離心工序的任務(wù)是將由蒸發(fā)崗位送來的經(jīng)蒸汽加熱，蒸發(fā)濃縮后的固液混合物經(jīng)旋液分離器、離心機(jī)回收結(jié)晶鹽，鹽經(jīng)溶解后送到鹽水工序，堿液經(jīng)澄清冷卻成隔膜液堿成品。除對設(shè)備壽命有很大影響外，蒸發(fā)堿液濃度變化、操作工的操作水平及責(zé)任心不同，造成離心機(jī)分 離的鹽含堿量偏高，失堿率上升，同時增加了回收鹽水中有用鹽酸消耗，浪費(fèi)極大。分離機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由定時器、中間繼電器和變壓器等部件組成，不但體積大、造價(jià)高，而且安裝，檢修麻煩。使離心機(jī)控制線路大大簡化，可靠性提高。工業(yè)上用電解飽和 NaCl 溶液的方法來制取 NaOH、 Cl2和 H2， 并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。 （ 1） 電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 陽極反應(yīng)： 2Cl2e=Cl2↑（氧化反應(yīng)） H+比 Na+容易得到電子，因而 H+不斷地從陰極獲得電子被還原為氫原子，并結(jié)合成氫分子從陰極放出。因此，電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為： 總反應(yīng) 2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 工業(yè)上利用這一反應(yīng)原理，制取燒堿、氯氣和氫氣。在 工業(yè)生產(chǎn) 中，要避免這幾種產(chǎn)物混合，常使反應(yīng)在特殊的電解槽中進(jìn)行。這一技術(shù)在 20 世紀(jì) 50 年代開始研究， 80 年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。右圖表示的是一個單元槽的示意圖。陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和 氣體 通過，也就是說只允許 Na+通過，而 Cl、 OH和氣體則不能通過。下圖是一臺離子交換膜電解槽（包括 16 個單元槽） 。通電時， H2O 在陰極表面放電生成 H2， Na+穿過離子膜由陽極室進(jìn)入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有 NaOH； Cl則在陽極表面放電生成 Cl2。 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程可以簡單表示如下圖所示： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 + 精 制 鹽 水淡 鹽 水食 鹽 濕 氯 氣濕 氫 氣氫 氧 化 鈉溶 液氯 氣氫 氣氫 氧 化 鈉純 水 （ 含少 量N a O H ）電 解 槽圖 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程 電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，由于粗鹽水中含有泥沙，精制食鹽水時經(jīng)常進(jìn)行以下措施 ： 1） 過濾海水 2） 加入過量氫氧化鈉，去除鈣、鎂離子，過濾 Ca2++2OH=Ca(OH)2（微溶） Mg2++2OH=Mg(OH)2↓ Mg(HCO3)2+2OH=MgCO3+2H2O MgCO3+2H2O=Mg(OH)2+H2O+CO 3）加入過量氯化鋇，去除硫酸根離子，過濾 Ba2++SO42=BaSO4↓ 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 4） 加入過量碳酸鈉，去除鈣離子、過量鋇離子，過濾 Ca2++CO32=CaCO3↓ Ba2++CO32=BaCO3↓ 5） 加入適量鹽酸，去除過量碳酸根離子 2H++CO32=CO2↑+H2O 6） 加熱驅(qū)除 二氧化碳 7） 送入離子交換塔，進(jìn)一步去除鈣、鎂離子 8） 電解 2NaCl+2H2O=(通電 )H2↑+Cl2↑+2NaOH 離子交換膜法制堿技術(shù)，具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個領(lǐng)域。陰極區(qū)的另一產(chǎn)物濕氫氣經(jīng)冷卻、洗滌、壓縮后被送往氫氣貯柜。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電解飽和食鹽水液 堿濕 氯 氣濕 氫 氣H 2有 機(jī) 合 成金 屬 冶 煉有 機(jī) 合 成造 紙玻 璃肥 皂紡 織印 染有 機(jī) 合 成氯 化 物 合 成農(nóng) 藥N a O HC l 2H C l鹽 酸含 氯 漂 白 劑 圖 氯堿工業(yè)產(chǎn)品 離子膜法電解技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展情況 中國離子膜法燒堿歷經(jīng) 30 年的發(fā)展，生產(chǎn)與消費(fèi)居世界第一位，其發(fā)展具有中國特色，即“兩化、四轉(zhuǎn)向”。我國離子膜法電解技術(shù)采取了多元引進(jìn)和自主創(chuàng)新相結(jié)合。二是裝置規(guī)模大型化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)離子膜燒堿企業(yè)規(guī)模達(dá)到和超過 20 萬 t/a 的已達(dá) 30 余家。半個多世紀(jì)來，我國電解法燒堿一直以隔膜法為主，改革開放以來陸續(xù)從國外引進(jìn)先進(jìn)的離子膜法技術(shù)裝置，尤其跨入 21 世紀(jì)離子膜法燒堿得到迅猛發(fā)展，新建和改擴(kuò)建燒堿裝置絕大多數(shù)為離子膜法，到 2020 年，全國燒堿產(chǎn)能達(dá) 萬 t/a，其中，離子膜法為 萬 t/a 占 %；燒堿產(chǎn)量為 萬 t/a，其中，離子膜法 1108 萬 t/a，占 %。 20 世紀(jì) 80 年代，采用國外技術(shù)的有 8 家企業(yè)，沒有采用國產(chǎn)化技術(shù)的。進(jìn)入 21 世紀(jì)至今，采用國外技術(shù)的 78 家，采用國產(chǎn)化技術(shù)的 48 家，其比例約為 8:6。 三是離子交換膜由全 部依賴國外進(jìn)口轉(zhuǎn)向由國家支持、廠校科研院所相結(jié)合自主創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)。中國即將成為繼日本、美國之后第 3 個能夠生產(chǎn)全氟離子交換樹脂的國家。中國在 20 世紀(jì) 8090 年代大都采用低電流密度單極槽和復(fù)極槽，復(fù)極槽單臺產(chǎn)能大者不超過 1 萬 t/a，小者不超過 萬 t/a；進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著世界各離子膜法電解槽制造公司紛紛推出高電流密度自然循環(huán)復(fù)極槽，中國各氯堿企業(yè)也紛紛采用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，新建成投產(chǎn)的 128 個離子膜燒堿項(xiàng)目中，就有 95 個采用高電流密度自然循環(huán)復(fù)極槽，其中，采用國產(chǎn)化槽 31 個。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 現(xiàn)階段離子膜法電解技術(shù)裝備的世界發(fā)展動向 近幾年來，世界各馳名公司紛紛推出當(dāng)前和今后一段時期代表離子膜法燒堿電解技術(shù)裝置發(fā)展方向的創(chuàng)新產(chǎn)品，即大型高電 流密度低電流消耗自然循環(huán)復(fù)極槽，并涌現(xiàn)出新的發(fā)展動向，即陰陽極距由窄極距向零極距（膜極距）發(fā)展和單槽產(chǎn)能向大型化發(fā)展（ 2 萬 t/a 及以上）。 離心機(jī)簡介 離心機(jī)的定義 離心機(jī)是利用 離心力 ， 分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機(jī)械。 圖 臥式離心機(jī)原理圖 離心機(jī)的工作原理 當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 此外，物質(zhì)在 介質(zhì) 中沉降時還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。因?yàn)轭w粒越小沉降越慢，而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。 離心就是利用離心機(jī) 轉(zhuǎn)子 高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同 沉降系數(shù) 和浮力密度的物質(zhì)分離開。 中國古代 ， 人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉(zhuǎn)甩動陶罐，產(chǎn)生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期應(yīng)用。這些最早的離心機(jī)都是間歇操作和人工排渣的。 工業(yè)用離心機(jī)按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分為過濾離心機(jī)、沉降離心機(jī)和分離機(jī)三類。懸浮液（或乳濁液）加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動與轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。 離心分離機(jī) 的作用原 理有離心過濾和離心沉降兩種。 還有一類實(shí)驗(yàn)分析用的分離機(jī)，可進(jìn)行液體澄清和固體顆粒富集，或液 液分離，這類分離機(jī)有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結(jié)構(gòu)型 式。它表示被分離物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)所受的離心力與其重力的比值，分離因數(shù)越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。決定離心分離機(jī)處理能力的另一因素是轉(zhuǎn)鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。然后按處理量和對操作的自動化要求，確定離心機(jī)的類型和規(guī)格，最后經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。 離心分離機(jī)未來的發(fā)展趨勢將是強(qiáng)化分離性能、發(fā) 展大型的離心分離機(jī)、改進(jìn)卸渣機(jī)構(gòu)、增加專用和組合轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)、加強(qiáng)分離理論研究和研究離心分離過程最佳化控制技術(shù)等 。發(fā)展大型的離心分離機(jī)，主要是加大轉(zhuǎn)鼓直徑和采用雙面轉(zhuǎn)鼓提高處理能力使處理單位體積物料的設(shè)備投資、能耗和維修費(fèi)降低。 可編程控制器 可編程控制器的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和 大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展，人們曾試圖用小型計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，在 1968 年美國通用汽車公司首先公開招標(biāo)，對控制系統(tǒng)提出的具體要求基本為 ： ① 它的繼電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 、 更改容易 、 接線簡單 、 成本低； ② 它能把計(jì)算機(jī)的功能和繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在通用公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制。但這一時期它主要用于順序控制，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想 ， 但當(dāng)時只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程序邏輯控制器，簡稱PLC（ Programmablc Logic Controller)。這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程序控制器，簡稱 PC（ Programmablc Controller)。 PLC 的定義及工作原理 可編程控制器簡稱 PLC (Programmable Logical Controller)，以微處理器為核心，綜合微機(jī)技術(shù)、電 子應(yīng)用技術(shù)、自動控制技術(shù)及通信技術(shù)而發(fā)展起來的工業(yè)自動化控制裝置 。 可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體 ， 易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì) 。 通過運(yùn)行存儲于 PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息交換實(shí)現(xiàn)控制。入出信息交換式靠運(yùn)行存儲于內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)的。系統(tǒng)程序提供了運(yùn)轉(zhuǎn)平臺，同時還為 PLC 用戶程序的可靠運(yùn)行及信號與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。 PLC 的輸入電路要對輸入信號進(jìn)行濾波處理，去掉高頻干擾，在內(nèi)部與計(jì)算機(jī)電路進(jìn)行光電隔離，靠光耦原件或繼電器建立連接。 PLC 的工作過程 ： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 可編程控制器的工作過程 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的方式是以掃描方式為主，中斷方式為輔的控制方式。 PLC 的功能與特點(diǎn) （ 1） PLC 的功能 隨著自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC 的功能日益增多。 PLC 具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實(shí)現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開關(guān)控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 閉環(huán)過程控制 使用 PLC 不僅可以對模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。 定時、定位、計(jì)數(shù)控制 PLC 具有定時控制的功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時間可以由用戶在編寫 程序時設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時或延時控制。 PLC 提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實(shí)現(xiàn)各種需求的定位控制。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫程序時設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)控制。 網(wǎng)絡(luò)通信 現(xiàn) 代 PLC 具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對遠(yuǎn)程 I/O 進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn) PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信，從而構(gòu)成 “ 集中管理，分散控制 ” 的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動化。 PLC 還可與其它智能控制設(shè)備 （ 如變頻器、數(shù)控裝置 ） 實(shí)現(xiàn)通信。 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 （ 2） PLC 的特點(diǎn) 通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)。同時，由于 PLC采用存儲邏輯，北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時，不必改變PLC的硬件，只需改變程序，改變控制邏輯，其連線少，體積小，加之 PLC中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論上無限制，因此，靈活性和擴(kuò)展性都很好 。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了 PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動、振動、電磁干擾等的干擾。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。光電隔離和故障診斷、自動恢復(fù)等措施，有的 PLC 還采用了冗余技術(shù)等，進(jìn)一步增強(qiáng)了 PLC 的可靠性。用梯形圖編程出錯率比匯編語言低得多。 模塊化結(jié)構(gòu)、安裝簡單、調(diào)試方便 PLC的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O等均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來 ， 由于配置靈活，使擴(kuò)展、維護(hù) 更加 方便。調(diào)試工 作大部分是室內(nèi)調(diào)試，用模擬開關(guān)模擬輸入信號，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)可以觀察 PLC上相應(yīng)的發(fā)光二 極 管，可以根據(jù)