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一、用途
1、玻璃工业是纯碱的最大消费行业，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。主要用于浮法玻璃、显像管玻壳、光学玻璃等；
2、重质纯碱可以减少碱尘飞扬、降低原料消耗、改善劳动条件，还可提高产品质量，同时减轻碱粉对耐火材料的侵蚀作用，延长窑 炉的使用寿命；
3、作缓冲剂、中和剂和面团改良剂，可用于糕点和面制食品，按生产需要适量使用；
4、作为洗涤剂用于羊毛漂洗，浴盐和医药用，鞣革中的碱剂；
5、用于食品工业，作中和剂、膨松剂，如制造氨基酸、酱油和面制食品如馒头、面包等。还可配成碱水加入面食中，增加弹性和延展性。碳酸钠还可以用于生产味精；
6、彩电专用试剂；
7、用于制药工业，作解酸药、渗透性轻泻剂；
8、无水碳酸钠用于化学及电化学除油、化学镀铜、铝的浸蚀、铝及合金的电解抛光、铝的化学氧化、磷化后的封闭、工序间的防 锈、电解退除铬镀层和退除铬的氧化膜等，亦用于预镀铜、镀钢、镀钢铁合金电解液中；
9、冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂；
10、印染工业用作软水剂；
11、制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度；
12、定量分析中标定酸液的基准。测定铝、硫、铜、铅和锌。检验尿液和全血葡萄糖。分析水泥中二氧化硅的助溶剂。金属金相分析 等。
二、纯碱的四种形态
1、苏打
是Soda的音译，化学式为Na2CO3。学名叫碳酸钠，俗名除叫苏打外，又称纯碱或苏打粉。带有结晶水的叫水合碳酸钠，有一水碳酸钠(Na2CO3·H2O)、七水碳酸钠(Na2CO3·7H2O)和十水碳酸钠(Na2CO3·10H2O)三种。十水碳酸钠又叫洗濯苏打、洗濯碱或晶碱。
碳酸钠的用途最广，是玻璃、肥皂、纺织、造纸、制革等工业的重要原料。冶金工业以及净化水也都用到它。它还可用于其他钠化合物的制造。早在十八世纪，它就和硫酸、盐酸、硝酸、烧碱并列为基础化工原料-----三酸两碱之一。在日常生活中，苏打也有很多用途，比如它可以直接作为洗涤剂使用，在蒸馒头时加一些苏打，可以中和发酵过程中产生的酸性物质。
2、小苏打
化学式是NaHCO3。学名碳酸氢钠，又称重碳酸钠或酸式碳酸钠。俗名除小苏打外，还有焙烧苏打、发酵苏打和重碱等。白色晶体，溶于水，水溶液呈弱碱性。
在热空气中，它能缓慢分解，放出一部分二氧化碳；加热至270℃时全部分解放出二氧化碳。它也能与酸(如盐酸)作用放出二氧化碳。
小苏打的这些性质，使它在生产和生活中有许多重要的用途：
①、在灭火器里，它是产生二氧化碳的原料之一；
②、在食品工业上，它是发酵粉的一种主要原料；
③、在制造清凉饮料时，它也是常用的一种原料；
④、在医疗上，它是治疗胃酸过多的一种药剂。
3、大苏打
是硫代硫酸钠的俗名，又叫海波Hypo，带有五个结晶水 (Na2S2O3·5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸钠。无色透明的晶体，易溶于水，水溶液显弱碱性。它在33℃以上的干燥空气中风化而失去结晶水。在中性、碱性溶液中较稳定，在酸性溶液中会迅速分解。
①、具有很强的络合能力，能跟溴化银形成络合物。根据这一性质，它可以作定影剂。
②、较强的还原性，能将氯气等物质还原，可以作为绵织物漂白后的脱氯剂。类似的道理，织物上的碘渍也可用它除去。
③、用于鞣制皮革、电镀以及由矿石中提取银等。
4、臭苏打
是硫化钠的俗名，又称臭碱、臭苏打、黄碱、硫化碱，具有臭味。溶解于冷水，极易溶于热水，微溶于醇。
硫化钠为无机化合物，纯硫化钠为无色结晶粉末。吸潮性强，易溶于水。水溶液呈强碱性反应。触及皮肤和毛发时会造成灼伤。故硫化钠俗称硫化碱。
硫化钠能用于染料工业中生产硫化染料，是硫化青和硫化蓝的原料。印染工业用作溶解硫化染料的助染剂。制革工业中用于水解使生皮脱毛，造纸工业用作纸张的蒸煮剂。还可用于纺织工业中棉织物染色的媒染剂、制药工业用于生产解热药。硫化钠还可用于直接电镀中导电层的处理，通过硫化钠与钯反应生成胶体硫化钯，来达到在非金属表面形成良好导电层的目的。
三、生产方法的发展过程
1、实验室方法
实验室制取碳酸钠：
2、吕布兰法
第一步，利用硫酸将食盐转变为硫酸钠：
3、索氏制碱法
4、侯氏制碱法
第二步，碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵，碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。经过滤得到碳酸氢钠固体。（这两步和上面的索氏制碱法相同）。
侯氏制碱法生产流程
四、 生产工艺的控制要求
由于纯碱生产过程工艺流程长，连续性强，存在较强的变量关联和耦合特性，常规的自动控制不能很好的解决这种复杂工业生产控制难题。在纯碱生产过程中，采用先进控制系统APC等先进技术手段，结合纯碱生产装置的生产工艺控制、及实际的工艺操作经验，提高了装置操作平稳性和控制性能，降低了能耗，减少了操作人员的劳动强度，极大地提升了纯碱生产过程的控制效果。
五、先进过程控制系统APC的结构
基本功能:
在受控变量和操纵变量满足位置和速度硬约束的前提下，每个被控变量可以按照指定的闭环性能达到设定值；对可测扰动的前馈控制；局部优化等。APC还充分考虑了实际控制系统中的各种要求，保证了系统性能和控制器的鲁棒性。APC高级多变量预测控制软件实现生产过程的实时控制，提供上传接口，可向企业管理网络实时提供有关数据，为企业过程控制系统与信息系统的数据集成提供方便。
APC采用计算机、网络通讯、工业自动化、技术管理等领域先进成熟的技术并保持关键技术领先，在结构体系上采用先进的分布式多层组件化应用体系，提供分布式软件结构和分布式应用结构。
图1 APC先进过程控制系统的结构原理
先进控制器的每一个功能模块作为控制器的标准件，分别包装不同的先进控制算法和功能，且与程序设计语言无关，可以实现即插即用。而且根据现场需求，控制装置必须与先进控制算法一一对应，组件化的框架恰好满足了这种需求，而且简化了编程，极大的增加了控制系统的稳定性。
5.1、生产工艺的主要流程
采用氨碱法制碱，其工艺过程主要是：
将原盐精制成饱和盐水后，吸氨形成氨盐水，氨盐水与煅烧石灰石产生的二氧化碳气在清洗塔内反应生成预碳化液，预碳化液在碳化塔内与高浓度的二氧化碳气进行碳酸化反应（俗称碳化）生成的碳酸氢钠悬浮液，经过滤得到的碳酸氢钠结晶，在煅烧炉内煅烧获得纯碱产品和高浓度的二氧化碳气，二氧化碳气经冷却、压缩后通入碳化塔参与碳酸化反应。把滤去碳酸氢钠的制碱母液进行加热蒸馏回收母液中的氨。
氨碱法的主要生产流程有：化盐和盐水精制、氨盐水的制备、碳化和重碱过滤、重碱的煅烧、氨的回收以及石灰石的煅烧等。
由于纯碱各生产岗位已全部实现了DCS控制，因此生产效率明显提高，产品次品率大大降低。但常规的控制不能很好的适应纯碱生产过程的一些复杂特性，比如大的纯滞后、多变量的耦合等等，重要工艺过程参数需要操作人员手动控制，因此装置过程参数和产品质量得不到保证，劳动强度较大。
为进一步提高自动化控制水平，在纯碱生产过程的重要工序—石灰窑工序、碳化工序、压缩工序实施了先进控制技术。通过先进控制技术的应用，提高装置操作的平稳性，将关键工艺参数的波动幅度降低，比如石灰窑出灰温度、碳化塔中部温度、碳化塔塔压、碳化塔出碱温度等。并以先进控制系统平稳性提高为前提，实现石灰窑自动出灰、自动配料功能，实现石灰窑、碳化塔生产负荷分配、工况平衡等优化控制，并通过实时调节压缩机的转速满足碳化过程对清洗气、中段气、下段气总流量的需求变化。
5.2、控制方案
设计三个APC控制器以控制纯碱生产过程中的石灰窑、碳化塔和压缩机装置：
1、石灰系统控制器，下设石灰工序控制器；
2、碳化系统控制器，下设碳化工序控制器；
3、压缩系统控制器，下设压缩工序控制器。
它们之间的联系通过物料平衡、工艺计算等来体现。针对装置的特殊要求，基于自定义控制器技术为石灰窑、碳化塔和压缩机装置制定了特殊的控制和优化策略。先进控制系统控制方案的总体框架如图2所示。
纯碱生产装置先进控制系统是在DCS集散控制系统平台上实施的，先进控制系统软件运行在此集散控制系统的上位机中。先控上位机以DCS提供的接口软件作为OPC Server，通过HUB进行数据双向交换，从而可靠的实现了上位机与DCS的双向数据通讯。
5. 3、先进过程控制系统的控制器结构
控制结构是被控变量和调节变量关于控制要求的完整描述。APC采用的控制结构具有较强的可操作性，可以是固定的，也可以由用户在线修改。
其中包括：
（1）操作变量的描述
·约束：最小、最大和速度；
·理想滞留值（IRV）：数值和趋向IRV 值的速率；
·最大化（或最小化）：数值和趋向最大（或最小）值的速率。
（2）受控变量（辅助变量）的描述
·约束：最小、最大和速度；
·设定值控制：闭环时间响应；
·区域设定值控制：设定值区域边界，边界内及边界外闭环时间响应；
·理想滞留值（IRV）：数值和趋向IRV 值的速率；
·最大化（或最小化）：数值和趋向最大（或最小）值的速率。
（3）容错控制功能
不同的工作条件及操作模式下控制目标可能不同，各种变量的具体要求也可能不同。当传感器或执行器失效，控制对象将发生改变。对于这种意外情况，APC提供安全的解决方案，包括：改变受控变量和操纵变量集，实时调度控制结构等。
5.4、APC运行效果
纯碱生产过程先进控制系统—石灰窑先进控制系统、碳化塔先进控制系统、压缩机先进控制系统投运后效果显著，主要表现在如下几个方面：
①、根据设定目标值实时自动调节相关参数，降低了操作人员的劳动强度，并大大减少了人为调节所带来的干扰；
②、使各装置的运行参数趋向平稳，波动范围减小；
③、根据并联生产装置的运行工况进行生产负荷协调，既充分发挥出各装置的潜力又平衡了各装置的工况；
④、通过平稳装置的各项运行指标，使石灰石有效分解率、窑气浓度及碳化转化率保持在较高的水平。
⑤、通过实时调节压缩机的转速，满足碳化工序对清洗气、中段气、下段气的实时需求，降低了劳动强度，平稳了生产。
纯碱生产过程的三个子系统在先进过程控制系统运行前、后的实际运行状况：
1、石灰窑系统
石灰窑窑底温度是石灰窑系统的重要控制参数，是反映石灰窑运行状况的主要指标，下边是先进控制系统投运前后比较：
石灰窑先进控制系统投运前：
石灰窑先进控制系统投运后：
2、碳化塔系统
碳化塔的中部温度、塔底压力是碳化操作的重要指标，这些参数直接反映出碳化塔的运行是否平稳，转化率是否达到要求。因此，控制好这些运行指标是优质高产的前提。下面是先进控制系统投运前后的碳化塔塔底压力的变化情况比较。
制碱塔先进控制系统投运前的塔底压力：
碳化塔先进控制系统投运后的塔底压力：
3、压缩机系统
压缩机先进控制系统通过实时调节压缩机的转速来实时调整清洗气、中段气、下段气总流量，满足碳化工序对三段气各自总流量的需求变化，实现了气量平衡。下面是先进控制系统投运前后的中段气变化情况比较。
压缩机先进控制系统投运前的中段气流量设定值与实际值：
压缩机先进控制系统投运后的中段气流量设定值与实际值：
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