纯碱是一种常见的重要化工原料，广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域。熟悉和掌握纯碱生产工艺、生产设备以及流程控制对化工及相关专业学生巩固课堂上所学的典型工艺、典型化工设备等教学内容具有十分重要的作用。

淮安是中国的“盐都”，依托岩盐资源，每年纯碱产量达400万吨左右。由于纯碱生产工艺中涉及高温、高压和有毒有害工段，学生在进厂实习时面临着安全隐患。因此，本项目采用3D虚拟仿真的手段，模拟学生在纯碱工厂进行认识实习或生产实习的过程。通过本仿真项目学习可达到以下目的：

1、熟悉纯碱生产工厂厂区布局、车间布局，加深学生对真实纯碱工厂生产环境的认知；

2、掌握工业上氨碱法纯碱生产基本原理，了解其生产过程控制的基本知识，树立化工装置开停车的严格性、规范性、安全性等意识；

3、了解纯碱生产设备，熟悉纯碱生产装置的操作方法，掌握基于工业装置的冷态开车、正常停车及生产单元的工艺参数控制和常见生产事故的处理；

4、掌握氨碱法纯碱生产工艺中各工段的流程、生产原理以及各工段中的核心设备的功能与操作方法；

5、培养学生的工程实验方案设计、优化及结果评判能力，提升学生在面对复杂工程问题时自主学习的能力；

6、培养学生团队协作能力以及面对生产事故或安全事故的处理能力，牢记安全生产理念和理论知识。

氨碱法纯碱生产工艺的主要反应原理如下：

第一、CO₂和石灰乳制备：石灰石煅烧制取CO₂和生石灰，CO₂送入碳酸化工段制备NaHCO₃（第二步），而生石灰消化制成熟石灰送入蒸氨工段（第四步）。

第二、NaHCO₃制备：饱和盐水吸氨、碳酸化制成NaHCO₃（也称重碱），副产的NH₄Cl送入蒸氨工段（第四步）。

第三、NaHCO₃煅烧：加热煅烧过滤洗涤后的NaHCO₃制得纯碱，副产CO₂进入第二步循环使用。

第四、蒸氨：将含有氯化铵的滤液与石灰乳混合加热，副产NH₃送入吸氨工段（第二步）循环使用。

第一阶段：工艺及厂区设计规范认识实习，采用“介绍认知，自主学习”。学生可以以正常视角进行厂区漫游，也可以以上帝视角（即飞行模式）方式鸟瞰纯碱工厂的整体布局，设备分布等。同时，全景地图亦为学生整体宏观了解厂区提供了方便。

第二阶段：进入相关设备的认知实习。首先，学生需要对蒸氨、吸氨和碳酸化的工艺流程、设备介绍等内容进行了解；其次，学生点击界面相关设备或功能按钮，结合现场图及DCS图工艺流程理解相关工艺，点击设备或者知识点按钮，可查看阀门、泵气等设备的文字、图片介绍；最后，学生通过观看视频和图片等演示，加深对知识点的理解。

第三阶段：工艺工段装置开停车操作，按照任务需要完成以下操作步骤。

蒸吸系统开车操作：

①蒸汽暖塔：逐渐打开控制阀TV304开度至50%，通入低压蒸汽，打开调节阀VD3001开度至50%，将减温水通入减温减压装置。低压蒸汽经减温减压装置后，送入固定氨塔及游离氨塔内暖塔。塔出气温度达到75℃时，即表示暖塔完成。

②蒸氨系统通入滤过母液：打开控制阀门TV301，手动状态下调节TV301阀门开度为50%，向游离氨塔内输入滤过母液，当游离氨塔T301液位达到50%时，关小TV301至20%。

③湿法加灰：开启预灰桶搅拌电机，打开预热母液输送泵P302前阀VP302I，启动泵P302，然后打开泵的后阀VP302O。分别打开阀门组FV302的前后阀FV302I、FV302O，并开启控制阀，调节开度至20%，向预灰桶内通入预热母液。开灰乳输送阀门VD3002，开度约20%，向预灰桶内加入灰乳。

④固定氨塔输液：待沉砂器显示液位达到30%时，打开调和液输送泵P303前阀VP303I，启动泵P303，然后打开后阀VP303O；分别打开阀门组FV303的前后阀FV303I、FV303O，然后打开控制阀FV303，设定开度约20%。

⑤抽真空：开启真空管道总阀VD4012，逐渐开启低真空尾气吸收塔塔顶压力控制阀PV402，开度至50%，抽真空。

⑥向淡液塔内进液：打开冷凝液输送泵P301前阀VP301I，启动泵P301，并开启后阀VP301O；打开阀组阀门FV401的前后阀FV401I、FV402O，逐渐开启阀门FV401至50%；淡液塔液位达到20%后，打开蒸汽阀门VD4012向塔内通入低压蒸汽；淡液塔储桶液位达到50%时，打开液位控制阀LIC401，向过滤工段输送洗水，控制淡液塔T401液位30-70%。

⑦稳定出塔气温度：打开循环冷却水阀门VD4005，向冷却水箱通入冷却水，稳定塔顶气温度55℃。

⑧向高、低真空尾气洗涤器加精盐水：打开精盐水输送阀门VD4010向高真空尾气吸收塔T403输送精盐水；打开精盐水输送阀门VD4011向低真空尾气吸收塔T405内输送精盐水。

⑨输送废淡液：当塔T403和T405液位达到30%时，分别打开T403和T405塔底排液阀VD4002和VD4003；启动废淡液输送泵P401，打开泵后调节阀VD4001，阀门开度调节至30%，向高真空吸收塔T402输送废淡液，待T403和T405液位达到50%时，可将阀门开度调至50%。

⑩输送半氨盐水：高真空吸收塔T402储桶液位达到30%时，打开半氨盐水输送泵P402前阀VP402I，启动P402，开启泵后阀VP402O；打开调节阀VD4013，调节开度至50%，向低真空吸收塔内输送半氨盐水。

11冷却水箱上水：打开阀门VD4006，向高真空吸收塔冷却水箱通入冷却水；打开VD4007阀门，向高真空尾气吸收塔冷却水箱通入冷却水；打开阀门VD4008，向低真空吸收塔冷却水箱通入冷却水；打开阀门VD4009，向低真空尾气吸收塔冷却水箱通入冷却水。

12进入智能评分系统：查看每一步操作得分。

蒸吸系统停车操作：

①停加灰：关闭灰乳输送阀门VD3002，停止向预灰桶加灰。

②停滤过母液：关闭滤过母液流量控制阀TV301，停止过滤母液向蒸氨系统的输送；关闭泵P301的后阀VP301O，停泵P301，并关闭泵P301的前阀VP301I；关闭阀组阀门FV401的前后阀FV401I、FV401O，并关闭控制阀FV401。

③拉空游离氨塔，停预热母液：待游离氨塔储罐液位空时，关闭泵P302后阀VP302O，停泵P302，关闭前阀VP302I；关闭阀组阀门前后阀FV302I、FV302O，关闭流量控制阀FV302；关闭预灰桶搅拌。

④停调和液：沉砂器液位达到20%时，关闭调和液输送泵P303后阀VP303O，停P303，关闭前阀VP303I；关闭阀组阀门FV303前后阀FV303I、FV303O，并关闭流量控制阀FV303。

⑤干蒸后停蒸汽：继续向固定氨塔输入低压蒸汽，干蒸约半分钟（实际生产为半小时）后停蒸汽，关闭减温减压冷水输送阀门VD3001，关闭低压蒸汽流量控制阀TV304。

⑥拉空固定氨塔：固定氨塔T302液位为空时，关闭泵P304后阀VP304O，停P304，关闭前阀VP304I；关闭阀组阀门FV301的前后阀FV301I、FV301O，并关闭流量控制阀FV301。

⑦停塔顶水箱冷却水：关闭各塔冷却水箱冷却水输送，关闭阀门VD4005、VD4006、VD4007、VD4008和VD4009。

⑧停蒸汽：继续向淡液塔通入低压蒸汽，干蒸塔约一分钟（实际生产时间为一小时）后，关闭淡液塔T401低压蒸汽阀门VD4012。

⑨停进吸收塔氨盐水、炉气冷凝液：关闭高真空尾气吸收塔氨盐水进气阀门VD4010，停止向塔T403进氨盐水；关闭低真空尾气吸收塔氨盐水进气阀门VD4011，停止向塔T405进氨盐水。停止炉气冷凝液输送，关闭炉气冷凝液流量控制阀FV402。

⑩停抽真空：关闭低真空尾气吸收塔T405塔顶压力控制阀PV402；关闭高真空尾气吸收塔T403塔顶压力控制阀PV401；关闭抽真空总管阀门VD4012。

11拉空吸收塔储桶：当高真空尾气吸收塔T403储桶为空时，关闭塔底出液阀VD4002；当低真空尾气吸收塔T405储桶为空时，关闭塔底出液阀VD4003，停泵P401，关闭调节阀VD4001；当高真空吸收塔T401储桶液位为空时，关闭泵P402后阀VP402O，停泵P402，关阀门VP402I，并关闭调节阀VD4013；当低真空吸收塔T404储桶液位为空时，关闭泵P403后阀VP403O，停泵P403，关闭泵前阀VP403I，关闭阀组阀门FV403前阀和后阀FV403I、FV403O，关闭流量控制阀FV403。

12拉空淡液塔：待淡液塔T401储桶为空时，关闭液位控制阀门LV401。

碳酸化系统开车操作：

①清洗塔通入氨盐水：打开清洗塔T501的氨盐水输送阀门VD5002，向清洗塔内输送氨盐水。

②清洗塔通入清洗气：打开清洗塔T501的清洗气输送阀门VD5005，向清洗塔内通入清洗气。

③塔顶尾气排出：打开清洗塔T501塔顶尾气阀门，开度约50%。

④中和水输送：打开清洗塔T501塔底中和水阀门VD5006，开中和水输送泵P501前阀VP501I，启动泵P501，打开后阀VP501O；打开阀组阀门FV501的前后阀FV501I、FV501O，开启流量控制阀FV501。

⑤制碱塔通入中和水：开启制碱塔T502中和水入塔阀门VD5013，开度约50%；开启制碱塔T503中和水入塔阀门VD5023，开度约50%；开启制碱塔T504中和水入塔阀门VD5033，开度约50%。向制碱塔输送中和水。

⑥通下段气：打开制碱塔T502下段气阀门VD5014，向塔T502通下段气；打开制碱塔T503下段气阀门VD5024，向塔T503通下段气；打开制碱塔T504下段气阀门VD5034，向塔T504通下段气。

⑦开塔顶尾气阀门：分别打开制碱塔T502、T503、T504塔顶尾气排放阀门PIC502、PIC503、PIC504。

⑧通中段气：打开制碱塔T502中段气阀门VD5011，向塔内T502通中段气；打开制碱塔T503中段气阀门VD5021，向塔内T503通中段气；打开制碱塔T504中段气阀门VD5031，向塔内T504通中段气。

⑨拉出碱液：塔中部温度升至40℃时开出碱液阀门，打开阀门VD5017、VD5027、VD5037；打开晶桨输送泵P502的前阀VP501I，启动泵P502，打开泵的后阀VP502O。

⑩通冷却水：打开清洗塔、制碱塔冷却水上水阀门VD5008、VD5018、VD5028、VD5038，向塔上冷却水箱通入冷却水。

11自动化生产：当稳定后，点击碳酸化制碱程控系统自动按钮，进行自动化生产。生产制度为三分钟清洗九分钟制碱，模拟真实生产8小时清洗，24小时制碱的生产制度。

碳酸化系统停车操作：

①投手动：由自动化生产状态切换为手动控制状态，点碳酸化制碱程控系统手动按钮，生产状态已由自动化控制变为人工控制。

②下段气切换清洗气：关闭所有制碱塔的下段气阀门，同时开清洗气阀门，进行下段气改清洗气的切换。

③切断中段气：关闭所有制碱塔的中段气阀门，停中段气的供应。

④停中和水：关闭中和水输送泵P501的后阀，停泵P501，关闭泵的前阀；关闭阀组阀门FV501的前后阀FV501I、FV501O，关闭流量控制阀FV501；关闭清洗塔塔底中和水出水阀。

⑤氨盐水入塔：打开所有制碱塔氨盐水输送阀，向制碱塔输送氨盐水。

⑥碱液取出：开所有碳酸化塔塔底碱液出口阀，拉出碳酸化塔内碱液。

⑦停冷却水：关闭碳酸化塔冷却水上水阀门VD5008、VD5018、VD5028和VD5038，切断冷却水供应，停冷却水。

⑧停氨盐水：关闭所有碳酸化塔氨盐水输送阀VD5002、VD5012、VD5022和VD5032，切断氨盐水的供应。

⑨停出碱液阀门及泵：关闭出碱液泵P502后阀VP502O，停泵P502，关闭前阀VP502I；依次关闭各碳酸化塔塔底出碱阀门VD5007、VD5017、VD5027和VD5037。

⑩停清洗气：关闭所有清洗气输送阀门VD5005、VD5015、VD5025、VD5035，切断清洗气供应。

11关闭尾气排放阀门：关闭各碳酸化塔塔顶的尾气排放阀门FIC501、FIC502、FIC503和FIC504。