1、工业废水处理中的自动控制系统设计摘要：在化工生产中，为了有效控制废水对环境的污染，可以通过各种传感器、控制器、执行器等相结合构成一系列的可靠的废水控制系统系统。本文将对由三种不同废水混合后的废水处理系统进行自动控制的设计并进行分析。 关键词：自动化、控制系统、废水处理 中图分类号：X703 文献标识码： A 1 引言 1.1 背景概述 随着化工业在国内的快速发展，废水的长生是不可避免的，为了有效的控制环境污染，一套可靠的废水处理系统在化工厂中已是不可缺少的一部分。 经过分析，由不同工序所产生的不同组成的含盐废水，通过不同的原料来源，组成会有一定的差异。成分中阳离子主要是钠。阴离子主要是碳酸根、
2、亚硫酸根、硫酸根和氯离子。 本系统的设计将基于三种不同废水进行混合，混合后进行蒸发结晶处理最终得到混盐和水蒸汽。 2 生产工艺流程 2.1 概述 整体流程设计的主导思想是综合考虑设备投资和操作能耗，充分考虑物料特点进行晶体粒度控制，使晶体达到固液分离的要求。 通过实验室验证已得到如下结论： 1. 三种工业废水按比例混合后，加酸调整 pH 值到 7.5 和 10.3，所消耗的 0.1mol/L 盐酸的量不同，消耗酸的质量/混合原料的质量的百分比分别为 9.89%和 0.62%。调 pH 值到不同的值，处理废水工艺的原料消耗和能耗不同。pH 值调到 10.3 能耗和原料消耗均会降低。 2. 三种工
3、业废水按比例混合后，加酸调整 pH 值到 7.5 和 10.3，析盐规律和析盐种类及相对含量均会有所变化。pH 值调到 7.5，则会引起原料废水中的亚硫酸根和碳酸根发生反应，部分生成二氧化硫和二氧化碳以及碳酸氢根。蒸发终点时，两种 pH 值原料，蒸发固体里均含有氯化钠、亚硫酸钠和硫酸钠。不同之处在于，pH=7.5 的废水固相中含有天然碱，氯化钠含量相对高，而 pH=10.3 的废水固相中含有碳酸钠，并且碳酸钠含量最高。 综合考虑以上因素，确定工业化生产过程中，将 pH 值调到 10.3 左右即可，各种盐分不单独分离，将原料废水通过三效蒸发至蒸干得到混盐再另行处理。 2.2 过程的基本原理 经过
4、研究，确定采用三效蒸发结晶工艺处理废水以降低处理能耗。基本过程是通过盐酸调整 pH 值后的混合废水浓缩至饱和程度，继续蒸发溶剂水，准确、稳定控制蒸发结晶系统参数得到混盐晶体产品，离心分离后得到混盐，混盐再另行处理。 2.3 蒸发结晶工艺流程说明 为了节省能耗，采用三效蒸发法处理工业废水，物料流程采用顺流，即预热后的废水先后通过第一效、第二效和第三效蒸发系统，第一效蒸发产生的蒸汽作为第二效换热器的热源，第二效蒸发产生的蒸汽分成两部分，一部分作为预热器的热源对原料进行预热，另一部分作为第三效蒸发换热器的热源，第三效蒸发产生的水通过换热器进行冷凝。系统的真空由真空控制系统控制。混盐另行处理或外售。废
5、水和蒸汽的流向相同，即都由第一小顺序流至第三效。并流加料的优点为：由于后效蒸发室的压强比前效的为低，故溶液再效间的输送可以利用效间的压强差，而不必另外用泵。此外，由于后效溶液的沸点较前效的为低，故前效的溶液进入后效时，会因过热而自动蒸发，因而可以多产生一部分二次蒸汽。 并流加料的缺点为：由于后效溶液的浓度较前效高，且温度又低，所以沿溶液流动方向的浓度逐渐增高，致使传热系数逐渐下降，这种情况再后二效中尤为严重。为克服顺流的缺点，在实际生产过程中增加了备用的进料管路，使废水采用平流进料，即原料分别加入各效。蒸发完成液和蒸汽还是采用顺流方式。 （以顺流为主，而平流和顺流相结合的方式为备用，在下文介绍
6、时，终点介绍顺流方式，另外方式操作方式类似顺流操作方式。 ） 3 流程图及有关控制系统设计 3.1 工艺流程图 过程控制主要是监测过程的基本参数和控制，主要包括温度、压力、流量、液位等。各效液位在生产中要求稳定，是实现连续、稳定操作的基本保障，因此各效液位均采用自动控制。同时，晶体料浆的排料是保证结晶过程稳定操作的基础，因此，排料的晶浆浓度作为排料的基本参数进行控制。 3.2 控制系统的要求 3.2.1 设定值跟踪控制点 本系统为连续稳态操作，在整个生产周期内有如下几个重要的变量要跟踪工艺设计给定的操作条件进行控制。一效、二效蒸发室和三效蒸发结晶器内的液位。以及二三效蒸发结晶器内的浓度和晶浆密
7、度。 3.2.2 画面图形监控 为了使操作人员直观地监控过程，要求将流程及设备画成图形，并且可以根据需要随时显示不同的画面。 要求对画面的关键部位进行动态显示： a把各种数据实时地动态显示于图中设备的相应位置。 b液位要用矩形棒图动态显示，其高度随实际液位值的大小而变动。c各管道要用不同颜色表示有流与无流两种不同的情况，并与有关的阀门相关联，阀门的开与关也用不同颜色表示。此外，不同的物料要用不同的颜色表示。 d对几个重要模拟量要有实时的动态曲线显示。 图形画面操作。 操作人员可根据不同工控在计算机上修改必要的工艺操作参数；点击屏幕按钮完成结晶过程操作、历史数据察看、打印。 3.3 控制方案 根
8、据该装置的工艺特点，选用一套 PLC 作为整个装置的控制系统，进行工艺参数的监控。同时装置中所有涉及到局部或全厂性安全生产的工艺参数均由该系统进行集中的显示，控制，连锁。 同时，操作室内另设一辅助操作台，上设紧急停车按钮及重要温度、液位的硬连接监视。以确保在紧急情况时，由人工干预使整个装置处于安全连锁状态。 3.3.1 一效、二效、三效蒸发器 蒸发室内的液位由进料控制。 蒸发器液位波动信号输出给对应蒸发器进料调节阀门开启大小，高于设定值 500mm 进料阀全关，低于设定值 300mm 进料阀全开，同时计量流量。 平衡桶液位波动信号输出给平衡桶冷凝水排出调节阀门开启大小，高于设定值 200mm
9、冷凝水排出阀全开，低于设定值 300mm 冷凝水排出阀全关。 3.3.2 淘洗腿 晶浆密度与三效蒸发结晶器晶浆采出两位开关阀门，高于设定值1550kg/m3 排料阀全开，低于设定值 1350kg/m3 排料阀全关，同时计量流量 3.3.3 细晶消除控制 晶浆槽内晶浆温度波动信号输出给冷却水调节阀门开启大小,高于设定值 45冷却循环水排出阀全开，低于设定值 40冷却循环水排出阀全关。 4 总结 要进行一套可靠的自动控制设计，首先必须对工艺要求有一个深度的了解，随后制定出相关的控制方案及连锁要求，尤其是对于一些设计到安全的连锁，必须通过 SIS 计算并确保符合国家的相关规定。在完成控制方案设计后，就需要寻找合适的传感器、控制器及执行器，选型时尤其要注意材料及形式，使整体回路满足工况及精度要求。 5 参考文献 1自动化仪表选型设计规定 HG/T 20507-2000 2信号报警，安全联锁系统设计规定 HG/T 20511-2000
