|
Реферат: Автоматизация процесса газоочистки (Технология)
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Участок по производству хлормагниевых щелоков и (или) обезвреживанию
отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп) входит в состав
цеха № 38 пылегазоулавливания ОАО «АВИСМА» и размещается в имеющемся здании
газоочистки № 2, а также на территории, примыкающей к северной стене здания
газоочистки № 2 . Участок предназначен для получения хлормагниевых щелоков
путем абсорбции хлористого водорода, образующегося в результате конверсии
хлора в топке, бруситовой суспензией и (или) для обезвреживания
хлорированных растворов газоочистных сооружений, с утилизацией тепла и
хлористого водорода, образуемых в топке.
Технологический процесс производства хлормагниевых щелоков и
обезвреживания отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп)
состоит из следующих операций:
4.1 Восстановление анодного хлора в хлористый водород в топке в
присутствии кислорода технологических и части сантехнических газов.
4.2 Обработка в топке сантехнических газов при использовании их в
качестве вторичного дутья.
4.3 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией или
отработанным известковым молоком.
4.4 Контрольное доразложение гипохлорита магния или кальция.
4.5 Двухступенчатая очистка отходящих газов известковым молоком.
4.1 Восстановление хлора в хлористый водород в топке в присутствии
кислорода технологических и части сантехнических газов
Технологические газы и часть сантехнических газов (при необходимости)
по трубопроводу вентиляторами непрерывно подаются в смеситель горелочного
устройства топки, через который в поток этих газов непрерывно вводится
анодный хлоргаз и природный газ.
В топке природный газ горит в хлоровоздушной смеси по реакции:
CH4+2Cl2+O2=4HCl+CO2 (4.1)
Избыток природного газа реагирует с кислородом по реакции:
CH4+2О2=CO2+2Н2О (4.2)
В топке хлор, фосген и окись углерода, содержащиеся в технологических
сантехнических газах, нейтрализуются парами воды по реакциям:
Cl2+H2O=2HCl+0,5O2 (4.3)
COCl2+H2O=2HCl+CO2 (4.4)
CO+0,5O2=CO2 (4.5)
Условия проведения реакций выбирают таким образом, чтобы максимально
полнее перевести хлор в хлористый водород. Такими условиями являются:
. подбор равновесного количества природного газа и хлора: [pic];
. тщательное предварительное перемешивание исходных потоков;
. температура в зоне реакции. Из условий стойкости футеровки она составляет
от 1150 до 1200 0С.
В этих условиях степень конверсии хлора в хлористый водород
составляет не менее 95 %, а продуктами реакций является смесь газов,
содержащая хлористый водород, двуокись углерода, азот, кислород, пары воды
и остаточное количество хлора.
4.2 Обработка в топке сантехнических газов при использовании их в
качестве вторичного дутья
Фиксированное количество сантехнических газов по газоходу с помощью
вентилятора подается в межкожухное пространство топки, охлаждая футеровку,
затем поступает в рабочую часть топки, понижая температуру топочных газов.
Хлор, присутствующий в сантехнических газах, частично нейтрализуется
парами воды в топке по реакции (4.3), с образование хлористого водорода и
кислорода.
Избыточное количество сантехнических газов подвергается очистке на
сантехнической системе газоочистки № 2 в соответствии с ТИ 38-008.
4.3 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией или
отработанным известковым молоком
После обработки в топке технологических газов и разбавления
сантехническими газами, топочные газы, обогащенные хлористым водородом и
парами воды, направляются по газоходу в нижний патрубок скруббера нулевой
ступени очистки, где происходит нейтрализация хлористого водорода и
остаточного хлора бруситовой суспензией или отработанным известковым
молоком с использованием тепла топочных газов на упаривание раствора.
Использование того или иного сорбента определяется, главным образом,
потребностью комбината в хлормагниевых щелоках.
Свежий сорбент (бруситовая суспензия или отработанное известковое
молоко) по трубопроводам поступает в аппарат с перемешивающим устройством,
откуда центробежными насосами подается на орошение скруббера нулевой
ступени через разбрызгивающие устройства.
4.3.1 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией
При прохождении газов через скруббер нулевой ступени происходит
практически полное поглощение хлористого водорода и частичное, в пределах
от 25 до 30 %, поглощение хлора за счет химического взаимодействия с
орошающим сорбентом, по реакциям:
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O (4.6)
2Mg(OH)2+2Cl2=MgCl2+Mg(ClO)2+2H2O (4.7)
Образующиеся соли магния, в виде растворов, вместе с орошающим
сорбентом стекают в нижнюю часть скруббера нулевой ступени, откуда по
сточной трубе направляются в работающий на орошение аппарат с
перемешивающим устройством. Из последнего сорбент центробежным насосом
вновь подается на орошение скруббера.
По мере поглощения хлора и хлористого водорода бруситовой суспензией
происходит снижение массовой концентрации гидроокиси магния и повышение
массовой концентрации хлорида и гипохлорита магния. Циркуляция бруситовой
суспензии на нулевой ступени очистки осуществляется до значения рН среды 4-
5. В этих условиях массовая концентрация гипохлорита магния в хлормагниевом
щелоке близка к нулю вследствие протекания следующих реакций:
Mg(ClO)2=MgCl2+О2 (4.8)
Mg(ClO)2+4HCl=MgCl2+2Cl2+2H2O (4.9)
Образование вторичного хлора в скруббере нулевой ступени происходит в
незначительных количествах, ввиду низкой степени поглощения первичного
хлора бруситовой суспензией, и последующего разложения гипохлорита магния
по реакции (4.9).
При достижении вышеуказанных условий отработанный сорбент
подвергается контрольному доразложению гипохлорита магния для чего
производится перевод орошения на резервный аппарат с перемешивающим
устройством, предварительно заполненный бруситовой суспензией.
4.3.2 Нейтрализация хлористого водорода отработанным известковым
молоком
В случае использовании в качестве сорбента отработанного известкового
молока при прохождении топочных газов через скруббер нулевой ступени
происходит разложение гипохлорита кальция с использованием тепла топочных
газов, практически полное поглощение хлористого водорода, а также
незначительная нейтрализация хлора гидроокисью кальция. Причем процесс
нейтрализации хлористого водорода гипохлоритом кальция сопровождается
выделением в скруббере вторичного хлора.
При использовании в качестве сорбента отработанного известкового
молока в скруббере нулевой ступени протекают следующие реакции:
Ca(ClO)2=CaCl2+O2 (4.10)
Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.11)
Ca(OH)2+2HCl= CaCl2+2H2O (4.12)
2Ca(OH)2+2Cl2= CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (4.13)
Образующиеся соли кальция, в виде растворов, вместе с орошающим
сорбентом стекают в нижнюю часть скруббера нулевой ступени, откуда по
сточной трубе направляются в работающий на орошение аппарат с
перемешивающим устройством. Из последнего сорбент центробежным насосом
вновь подается на орошение скруббера.
По мере поглощения хлора и хлористого водорода орошающим сорбентом
происходит снижение концентрации гидроокиси и гипохлорита кальция.
Циркуляция отработанного известкового молока продолжается до значения
массовой концентрации гидроксида кальция в растворе в пределах от 0 до 4
г/дм3 в перерасчете на СаО. В этих условия массовая концентрация
гипохлорита кальция в растворе не превышает 6 г/дм3.
После достижения вышеуказанных условий отработанный сорбент
подвергается контрольному доразложению гипохлорита кальция, для чего
производится перевод орошения на резервный аппарат с перемешивающим
устройством, предварительно заполненный отработанным известковым молоком.
Из верхней части скруббера нулевой ступени топочные газы поступают в
верхнюю часть брызгоуловителя нулевой ступени. Брызгоуловитель имеет
цилиндрическую форму, ввод газов выполнен тангенциальным, благодаря чему
газы внутри корпуса получают вращательное движение. Вследствие центробежной
силы, возникающей в результате вращения, капельки сорбента отбрасываются к
стенкам корпуса и, теряя за счет трения о них скорость движения, стекают в
нижнюю часть брызгоуловителя, откуда по трубопроводу отводятся в работающий
на орошение аппарат с перемешивающим устройством.
Выйдя через центральную трубу брызгоуловителя, газы по газоходу,
направляются в общий для трех систем коллектор, куда также направляется
фиксированное количество сантехнических газов (избыточное для
сантехнической системы). Из общего коллектора смешанные газы направляются
на более тонкую двухступенчатую очистку от хлора и хлористого водорода
известковым молоком.
4.4 Контрольное доразложение гипохлорита магния или кальция
Отработанный сорбент содержит остаточное количество активного хлора,
что недопустимо для дальнейшего использования сорбента, поэтому он
подвергается контрольному доразложению.
Контрольное доразложение допускается проводить с использованием
нижеперечисленных реагентов, при этом могут протекать следующие реакции:
4.4.1 С помощью раствора гидросульфида натрия массовой концентрацией
40-60 г/дм3 NaHS (расход: 0,4 кг NaHS на 1 кг Mg(ClO)2 или Ca(ClO)2):
5Mg(ClO)2+4NaHS=5MgCl2+2Na2SO4+2S+2H2O (4.14)
5Ca(ClO)2+4NaHS=5CaCl2+2Na2SO4+2S+2H2O (4.15)
4.4.2 С помощью раствора сульфида натрия массовой концентрацией 95-101
г/дм3 Na2S (расход: 0,6 кг Na2S на 1 кг Mg(ClO)2 или Ca(ClO)2):
5Mg(ClO)2+4Na2S+H2O=3MgCl2+4NaCl+MgSO4+3S+Mg(OH)2 (4.16)
5Ca(ClO)2+4Na2S+H2O=3CaCl2+4NaCl+CaSO4+3S+Ca(OH)2 (4.17)
Контрольное доразложение ведется до полного разложения гипохлорита
магния или гипохлорита кальция. Остаточное содержание NaHS (Na2S) после
контрольного доразложения не должно превышать 0,5 г/дм3. При более высокой
массовой концентрации содержание NaHS (Na2S) происходит загрязнение
готового продукта примесями, а в случае вывода отработанных щелоков в
кислотную канализацию может произойти выделение в атмосферу сероводорода,
при неполном доразложении гипохлорита магния или гипохлорита кальция –
выделение в атмосферу хлора, в результате протекания следующих реакций:
NaHS+HCl=H2S+NaCl (4.18)
Na2S+2HCl=H2S+2NaCl (4.19)
Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.20)
Mg(ClO)2+4HCl=MgCl2+2Cl2+2H2O (4.21)
После контрольного доразложения готовый щелок, в зависимости от
потребностей комбината, может быть направлен:
- на узел осветления хлормагниевых щелоков - в случае использования в
качестве исходного сорбента бруситовой суспензии;
- на узел осветления растворов хлористого кальция - в случае
использования в качестве исходного сорбента отработанного известкового
молока (гипохлоритных пульп);
- при отсутствии потребности на товарные растворы хлористого кальция,
а также в период пуско-наладочных работ – в кислотную канализацию.
4.5 Двухступенчатая очистка отходящих газов известковым молоком
После обработки топочных газов в скруббере нулевой ступени отходящие
газы в своем составе содержат значительное количество хлора и остаточное
количество хлористого водорода, концентрация которых превышает допустимые
санитарные нормы. Поэтому эти газы перед выбросом в атмосферу подвергают
двухступенчатой очистке от вредностей в скрубберных системах, орошаемых
известковым молоком.
Каждая ступень очистки включает полый скруббер, брызгоуловитель,
аппарат с перемешивающим устройством и центробежные насосы. Отходящие газы
непрерывно подаются в нижнюю часть скруббера первой ступени и выводятся из
верхней его части, затем вводятся в верхнюю часть брызгоуловителя и выходят
из его нижней части, после чего аналогичным образом последовательно
проходят скруббер второй ступени и брызгоуловитель.
Свежее известковое молоко из сети поступает в аппараты с
перемешивающими устройствами, откуда насосами подается на орошение
скрубберов через разбрызгивающие устройства.
Уловленное в брызгоуловителях известковое молоко через гидрозатворы
непрерывно стекает в аппараты с перемешивающими устройствами.
Процесс поглощение хлора и хлористого водорода протекает по реакциям
(4.13) и (4.12) соответственно.
По мере поглощение хлора и хлористого водорода известковым молоком
происходит постепенное снижение в нем концентрации гидроокиси кальция с
увеличением солей кальция. Поэтому отработанное известковое молоко заменяют
свежим.
При несвоевременной замене известкового молока (массовая концентрация
СаО менее 20 г/дм3) в скруббере могут протекать следующие реакции:
Cl2+H2O=HClO+HCl (4.22)
Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.23)
2Ca(ClO)2+2CO2=2CaCO3+2Cl2+O2 (4.24),
что приводит к значительному снижению степени очистки газов от хлора и
увеличивает его выброс в атмосферу.
Снижение степени улавливания хлора также происходит при снижении
объемного расхода известкового молока, проходящего через 1 квадратный метр
площади сечения скруббера, ниже 40 м3/час, т.е. при сниже-
нии плотности орошения, из-за ухудшения работы циркуляционных насосов или
забивания разбрызгивающих устройств и коммуникаций, а также в случае
одновременной замены известкового молока на свежее в нескольких скрубберах
одной системы. Оборудование и коммуникации следует поддерживать в
состоянии, обеспечивающем их проектные характеристики, и не допускать
совпадения по времени замены известкового молока в нескольких скрубберах
одной системы.
Очищенные газы с помощью вентилятора по газоходам через вентрубу
выбрасываются в атмосферу.
Отработанное известковое молоко со ступеней известковой очистки
отходящих газов направляется на разложение гипохлорита кальция на узел
разложения газоочистки № 2, может быть перекачено с помощью насоса на узлы
разложения газоочисток №№ 1, 3, 4, а также, в случае работы данной
установки по схеме обезвреживания отработанного известкового молока
(гипохлоритных пульп), может перекачиваться в аппараты с перемешивающими
устройствами, предназначенные для орошение скрубберов нулевых ступеней этой
установки.
Разложение гипохлорита кальция на узле разложения газоочистки № 2
производится в соответствии с ТИ 38-008, на узлах разложения газоочисток №№
1, 3, 4 – в соответствии с ТИ 38-21.
При получении хлормагниевых щелоков и обезвреживании отработанного
известкового молока проводится входной контроль сырья, на каждом этапе
производства выполняется отбор проб согласно схеме контроля с регистрацией
полученных результатов анализов в суточном рапорте. Пробы, отобранные на
промежуточной стадии процесса анализирует оператор цеха № 38, пробы готовой
продукции анализируются центральной лабораторией комбината.
При получении результата анализа пробы, отобранной от готовой
продукции, не отвечающего предъявляемым к ней требованиям, продукция
возвращается в цикл для прохождения дополнительной обработки согласно
операциям, описанным в п.п. 4.3, 4.4
РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Таблица Х
|Наименование технологических параметров |Единицы |Значение |
| |измерения | |
|1 Объемный расход природного газа при |м3/час |500-1000 |
|нормальных условиях: |м3/час |250-750 |
|- на топку | | |
|- на горелку | | |
|2 Объемный расход первичного дутья при |м3/час |8000-16000 |
|нормальных условиях: |м3/час |4000-10000 |
|- на топку | | |
|-на горелку | | |
|3 Объемный расход анодного хлоргаза при |м3/час |500-1500 |
|нормальных условиях: |м3/час |250-1000 |
|- на топку | | |
|- на горелку | | |
|4 Объемный расход сантехнических газов при |м3/час |не более 150000|
|нормальных условиях, |м3/час | |
|в т.ч на топку | |10000-32000 |
|5 Температура в топке |0С |1150-1200 |
|6 Температура газов на входе в скруббер |0С |400-800 |
|нулевой ступени | | |
|7 Температура газов на выходе из скруббера |0С |не более 120 |
|нулевой ступени | | |
|8 Вакуумметрическое давление (разрежение) в|кПа |0-0,01 |
|топке |мм вод.ст. |0-10 |
|9 Вакуумметрическое давление (разрежение) в|кПа |0,5-0,7 |
|газоходе после скруббера нулевой ступени |мм вод.ст. |50-70 |
|10 Вакуумметрическое давление (разрежение) |кПа | не менее 0,9 |
|в газоходе перед скруббером первой ступени |мм вод.ст. |не менее 90 |
|11 Давление природного газа перед |кПа |8-10 |
|смесителем |кгс/см2 |0,08-0,1 |
|12 Давление первичного дутья перед |кПа |10-12 |
|смесителем |кгс/см2 |0,1-0,12 |
|13 Давление анодного хлоргаза в |кПа |70-120 |
|хлоропроводе перед регулирующим клапаном |кгс/см2 |0,7-1,2 |
|14 Массовая концентрация вредных веществ в |г/м3 |не более 4,0 |
|технологических газах: |г/м3 |не более 1,4 |
|- хлор |г/м3 |не более 0,2 |
|- хлористый водород |г/м3 |не более 25 |
|- фосген | | |
|- окись углерода | | |
|15 Массовая концентрация вредных веществ в |г/м3 |не более 0,2 |
|сантехнических газах: |г/м3 |не более 0,2 |
|- хлор | | |
|- хлористый водород | | |
|16 Величина рН раствора в баке скруббера |ед. рН |4-12 |
|нулевой ступени | | |
|17 Значение массовой концентрации MgO в |г/дм3 |не менее 100 |
|свежей бруситовой суспензии | | |
|18 Значение массовой концентрации СаО в |г/дм3 |не менее 100 |
|свежем известковом молоке | | |
|19 Массовые концентрации контролируемых |г/дм3 |не менее 20 |
|веществ в отработанном известковом молоке: |г/дм3 |20-100 |
|- СаО | | |
|- Clакт | | |
|20 Массовая концентрация NaHS в рабочем |г/дм3 |40-60 |
|растворе гидросульфида натрия | | |
|21 Массовая концентрация Na2S в рабочем |г/дм3 |95-101 |
|растворе сульфида натрия | | |
|22 Массовые концентрации контролируемых |г/дм3 |не более 1 |
|веществ в хлормагниевом щелоке перед | | |
|контрольным доразложением: | | |
|- Clакт | | |
|22 Температура растворов в баке скруббера |0С |25-85 |
|нулевой ступени | | |
|23 Плотность раствора хлормагниевого щелока|г/см3 |1,26-1,3 |
|перед контрольным доразложением | | |
|24 Массовые концентрации контролируемых | | |
|веществ в обезвреженном известковом молоке | | |
|перед контрольным доразложением: | | |
|- СаО |г/дм3 |не более 4 |
|- Clакт |г/дм3 |не более 6 |
|25 Остаточная массовая концентрация | | |
|примесей в хлормагниевом щелоке при | | |
|перекачке на осветление: | | |
|- Clакт |г/дм3 |отсутствует |
|- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 |
|26 Остаточная массовая концентрация | | |
|примесей в обезвреженном известковом молоке| | |
|при перекачке на осветление: | | |
|- Clакт |г/дм3 |отсутствует |
|- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 |
|27 Плотность раствора обезвреженного |г/см3 |1,3-1,4 |
|известкового молока при перекачке на | | |
|осветление | | |
|28 Остаточная массовая концентрация | | |
|примесей в обезвреженном щелоке перед | | |
|выводом в канализацию: | | |
|- Clакт |г/дм3 |отсутствует |
|- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 |
|29 Массовая концентрация вредных веществ в | | |
|газах, поступающих на очистку известковым | | |
|молоком, при производстве хлормагниевых | | |
|щелоков: | | |
|- Cl2 |г/м3 |не более 1,5 |
|- HCl |г/м3 |не более 1 |
|30 Массовая концентрация вредных веществ в | | |
|газах, поступающих на очистку известковым | | |
|молоком, при обезвреживании отработанного | | |
|известкового молока (гипохлоритных пульп): | | |
|- Cl2 | | |
|- HCl |г/м3 |не более 15 |
| |г/м3 |не более 3 |
|31 Значение массовой концентрации СаО в |г/дм3 |не менее 20 |
|поглотительном растворе в процессе очистки | | |
|газов | | |
|32 Уровень раствора в аппарате с |м |1,0-2,8 |
|перемешивающим устройством | | |
|33 Объемный расход газов, выбрасываемых в |м3/час |не более 288000|
|трубу, при нормальных условиях | | |
|34 Массовая концентрация вредных веществ в | | |
|отходящих газах перед трубой при | | |
|производстве хлормагниевых щелоков: | | |
|- Cl2 |г/м3 |не более 0,01 |
|- HCl |г/м3 |не более 0,03 |
|- COCl2 |г/м3 |отсутствует |
|- CO |г/м3 |не более 0,09 |
|35 Массовая концентрация вредных веществ в | | |
|отходящих газах перед трубой при | | |
|обезвреживании отработанного известкового | | |
|молока (гипохлоритных пульп): | | |
|- Cl2 |г/м3 |не более 0,072 |
|- HCl |г/м3 |не более 0,03 |
|- COCl2 |г/м3 |отсутствует |
|- CO |г/м3 |не более 0,09 |
Реферат на тему: Автоматизация процесса нитрования пиридона
Санкт-Петербургский государственный технологический
институт
(Технический университет)
Кафедра автоматизации процессов химической промышленности.
“Автоматизация процесса нитрования пиридона”.
Пояснительная записка к курсовому проекту по учебной дисциплине
“Проектирование систем автоматизации ”.
Выполнил студент 891 гр. :
Солнцев П.В.
Руководитель:
Новичков Ю.А.
Санкт-Петербург
2004
Оглавление.
Исходные данные. 3
Введение. 3
1. Описание технологического процесса. 5
2. Описание УВК. 5
3. Основные решения по автоматизации. 9
4. Разработка принципиальной схемы автоматизации. 10
5. Компоновка средств автоматизации на щитах. 10
6. Построение электрических схем автоматизации. 10
7. Схемы внешних проводок. 11
Список использованной литературы: 13
Приложения.
Исходные данные для проектирования.
1 Расходы (объёмные):
1. хладоагента в рубашках реактора и стаб-ра Gхл = 3,8 м3/час
1.2 кислоты на входе реактора Gк = 0,3 м3/час
2. нитромассы на выходе из реактора Gвых = 1,3 м3/час
3. пиридона на входе реактора Gп = 1 м3/час
4. воды на входе стабилизатора Gвод = 2,6 м3/час
5. готовой смеси на выходе стабилизатора Gкон = 2,6 м3/час
1. Концентрации азотной кислоты
1. на входе в реактор Скн = 0,6 кмоль/м3
2. на выходе из реактора Скк = 0,132 кмоль/м3
2. Объёмы
1. реактора V = 6 м3
2. жидкой фазы в реакторе с коэффициентом заполнения 0,8
Vж = 0,8*6 = 4,8 м3
3. Температуры:
4.1 нитромассы на выходе реактора ?1 ’ 410C
4.2 смеси на выходе из стабилизатора ?2 ’ 200C
4.3 хладоагента на выходе из реактора ?1хлк ’ 150C
4.4 хладоагента на выходе из стабилизатора ?2хлк ’ 210C
4. Порядок реакции n = 1
5.1 нитромассы в реакторе L1 = 1,5м
5.2 воды в сбросной ёмкости L3 = 3м
5.3 смеси в стабилизаторе L2 = 1,5м
5. Вакуум
6.1 в линии отвода окислов 300 гПа
Введение.
Автоматизация технологических процессов является одним из решающих
факторов повышения производительности и улучшения производственного
процесса. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или
иной степени оснащаются средствами автоматизации.
В данной курсовой работе разрабатывается проектная автоматизация
процесса нитрования пиридона.
Целью курсового проекта является разработка функциональной схемы
автоматизации, компоновка средств автоматизации на щитах и пультах,
построение и оформление электрических и пневматических схем автоматизации,
выполнение схем внутренних и внешних проводок.
1. Описание технологического процесса.
В качестве объекта автоматизации рассматривается реактор полного
смешения непрерывного действия с рубашкой и мешалкой (рис 1).
Смесь пиридона с уксусным ангидридом (с параметрами Gп, ?п, Срп)
подаётся на вход реактора (1). Туда же подаётся азотная кислота (с
параметрами Gк, ?к, Скн, Срк). Процесс идёт при температуре ?1; съём тепла
осуществляется подачей холодной воды (с параметрами Gхл, ?хлн, Срхл) в
рубашку реактора. Из реактора нитромасса (с параметрами Gвых, ?вых, Скк,
Срвых) поступает в стабилизатор (2), где охлаждается холодной водой до
температуры ?2 и разбавляется водой в соотношении 1:2, после чего идёт на
стадию кристаллизации (с параметрами Gсм, ?см, Срсм).
На случай аварии предусмотрена сбросная ёмкость (3), заполненная
водой. Все аппараты, содержащие азотную кислоту, соединены с ловушкой
окислов азота (4) и линией разряжения.
Процесс нитрования пиридона протекает при температуре ?1, давлении Р и
уровне жидкости h1. Азотная кислота является ключевым компонентом. Расход
уксусного ангидрида с пиридоном определяется производительностью
предыдущего аппарата и по нему действует возмущение.
1- реактор полного смешения непрерывного действия; 2 – стабилизатор; 3
– сбросная ёмкость; 4 – ловушка окислов азота.
Рисунок 1 - Технологическая схема процесса нитрования пиридона.
2. Описание УВК.
В качестве управляющего вычислительного комплекса (УВК) в
данном проекте выбран контроллер Matsushta FP2.
Matsushta FP2 ( это компактный многоканальный многофункциональный
высокопроизводительный микропроцессорный контроллер, предназначенный для
автоматического регулирования и логического управления технологическими
процессами. Контроллер предназначен для построения управляющих и
информационных систем автоматизации технологических процессов малого и
среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим
диапазоном изменения технологических параметров, а также построения
отдельных подсистем сложных АСУ ТП, обеспечивая при этом оптимальное
соотношение производительность/стоимость одного управляющего или
информационного канала.
В составе контроллера FP2 имеются модули выхода на сеть PROFIBUS FMS
(для систем управления высокого уровня – универсальный модуль FP2-FMS/DP-M)
и PROFIBUS DP (для управления распределенными полевыми устройствами от
простых модулей до контроллеров FP1 и FP0 - модуль FP2-DP-M). Универсальный
модуль FP2-FMS/DP-M может поддерживать работу обеих сетей одновременно.
Количество станций в сети –до 125.
В кросс-платы может быть установлено до 2 модулей PROFIBUS; скорость
передачи – от 9,6 кбит/с (расстояние – до 1200м без репитера и 4800м – с
репитером) до 12Мбит/с (расстояние – до 100м без репитера и 400м – с
репитером). Порт – 9-контактное гнездо в стандарте RS485
В состав контроллера Matsushta FP2 входят: центральный
микропроцессорный блок контроллера, блок питания, от 5 до 14 плат
расширения и ряд дополнительных блоков. Кросс плата предназначена для
увеличения числа входов-выходов контроллера. Контроллер Matsushta FP2
является проектно - компонуемым изделием. Его состав и ряд параметров
определяются потребителем и указываются в заказе. Контроллер имеет
встроенную самодиагностику, средства сигнализации и идентификации
неисправностей, в том числе при отказе аппаратуры, выходе сигналов за
допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по сети и т.п. Для
дистанционной передачи информации об отказе предусмотрены специальные
дискретные выходы.
Конкретный состав остальных изделий оговаривается в заказе.
МОДУЛИ ВВОДА/ВЫВОДА
1. Модули ввода дискретных сигналов постоянного тока.
Контроллер FP2 имеет в своем составе модули расширения для ввода
дискретных сигналов: FP2-16XD2 (с клеммным соединителем с линиями
датчиков) и FP2-64XD2 (с разъемом) – рис.4. Эти модули имеют соответственно
16 и 64 канала. Кроме того, дискретные сигналы (64 линии) могут быть поданы
на специализированный модуль ЦПУ FP2-C1D. Характеристики модулей приведены
в табл.1
Табл.1. Характеристики модулей дискретного ввода.
|Характеристика |Модуль FP2-16XD2 |Модуль FP2-64XD2; |
| | |ЦПУ FP2-C1D |
|Число каналов |16 |64 (2 группы по 32) |
|Гальваническая развязка |Оптронная |Оптронная |
|Номинальное Uвх, В |12 - 24 |24 |
|Максимальный Iвх, мА |10 |5 |
|Потребляемый модулем ток от | | |
|источника питания контроллера, |80 |100 |
|мА | | |
2. Модули вывода дискретных сигналов постоянного тока.
Модули вывода дискретных сигналов представлены более широко: это прежде
всего модули вывода FP2-Y16T и FP2-Y16P - 16 каналов с клеммным
соединителем и открытым коллектором на npn и pnp транзисторах
соответственно. Аналогичные модули на 64 канала с разъемами: FP2-Y64T и FP2-
Y64P. Кроме того, в комплекте модулей УСО FP2 имеются релейные модули
вывода FP2-Y6R (6 каналов) и FP2-Y16R (16 каналов). Характеристики модулей
приведены в табл.2
Табл.2. Характеристики модулей вывода дискретных сигналов
|Характеристика |Модули |Модули |Модули |Модули |
| |FP2-Y16T, |FP2-Y64T, |FP2-Y6R*) |FP2-Y16R*) |
| |FP2-Y16P |FP2-Y64P | | |
|Число каналов |16 (2x8) |64 (2x32) |6 (3x2) |16 (2x8) |
|Гальваническая развязка |Оптронная |Оптронная |Оптронная |Оптронная |
|Напряжение нагрузки | | |250 (AC), |250 (AC), |
|(внешнего источника), В |5 - 24 |5 - 24 |30 (DC) |30 (DC) |
|Максимальный ток нагрузки,|0,6 |0,1 |5 |2 |
|А | | | | |
|Ток потребления от | | | | |
|источника питания |100 |250 |70 |120 |
|контроллера, мА | | | | |
|*) Внимание. Для питания реле эти модули требуют дополнительного источника |
|напряжения 24В DC (см. рис.6Б) |
3. Модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного тока.
В составе FP2 есть комбинированные модули ввода/вывода FP2-XY64D2T и
FP2-XY64D2P. Модули имеют по 32 канала на вход и выход с разъемом для
соединения с внешними устройствами и характеристиками, по входам
совпадающими с характеристиками модулей FP2-64XD2, а по выходам – с
модулями FP2-Y64T, FP2-Y64P.
4. Модули ввода аналоговых сигналов постоянного тока.
Аналоговые сигналы в FP2 принимаются отдельным модулем УСО FP2-AD8
(8 каналов) и специализированным ЦПУ (для малых систем) FP2-C1A (4 канала
на ввод и 1 на вывод). Оба модуля имеют клеммный блок для соединения с
датчиками и характеристики, приведенные в табл.5. Каждый канал может быть
автономно настроен на любой допустимый диапазон входного напряжения, в том
числе на приме сигналов от термопар и термометров сопротивления, с помощью
переключателей на задней панели модулей. Модуль ЦПУ FP2-C1A может быть
установлен только на кросс-плате ЦПУ (а не на плате расширения)
Табл. 3. Характеристики модулей аналоговых вводов
|Характеристики |FP2-AD8 |FP2-C1A |
|Количество каналов | | |
|(автономная настройка каждого |8 |4 |
|канала) | | |
| |Напряжение |(10В; 2 – 5В; (100мВ |
| | | |
|Входной | | |
|сигнал | | |
| |Ток |(20мА; 4 – 20мА |
| |Термопара |S (0-15000C); L (-200+7000C); K |
| | |(-200+10000C); |
| | |T (-200+2500C); R (0-15000C) |
| |Термосопротивление |Pt100 (-100+5000C); Pt1000 (-100+100 0C) |
|Погрешность |1%; 16 бит |
|Гальваническая развязка |Между входами и внутренней схемой (между |
| |каналами нет) |
|Потребляемый модулем ток от | | |
|источника питания, мА |500 |1060 |
3. Основные решения по автоматизации.
В процессе нитрования пиридона показателем эффективности является
концентрация азотной кислоты в реакторе, и целью управления является её
поддержание на заданном уровне (Скк = Сккзд). Расход пиридона на входе в
реактор определяется предыдущим технологическим процессом и по нему
действуют возмущения, а, следовательно, по нему нельзя регулировать
концентрацию Скк, поэтому изменяют расход азотной кислоты.
Для выполнения материального баланса по жидкой фазе, определяемого
уровнем нитромассы в реакторе, изменяют расход нитромассы в реакторе.
Для выполнения теплового баланса регулируются температуры в реакторе
и в стабилизаторе путём изменения расхода охлаждающей воды на выходе из
рубашки реактора и стабилизатора.
Для обеспечения соотношения перемешивания нитромассы с водой в
стабилизаторе 1:2 используется регулятор соотношения расходов, использующий
в качестве канала управления расход воды на входе в стабилизатор.
Уровень смеси в стабилизаторе поддерживается постоянным путём
изменения расхода готовой смеси на выходе стабилизатора.
При недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота (что может
быть вызвано повышением давления в реакторе или неисправностью вакуум-
насоса в линии разряжения) нитромасса из реактора сбрасывается в сбросную
ёмкость.
Система регулирования состоит из 4-х подсистем:
. подсистема контроля
контролируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе,
температуры охлаждающей воды на выходах реактора и стабилизатора,
нитромассы и смеси в аппаратах, уровни нитромассы в реакторе, смеси в
стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход нитромассы на входе
стабилизатора, пиридона на входе реактора, давление в линии отвода окислов
. подсистема контроля
регулируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры
в реакторе и в стабилизаторе, уровни нитромассы в реакторе, смеси в
стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход воды в стабилизатор
. подсистема сигнализации
сигнализируются: отклонение концентрации азотной кислоты в
нитромассе, отклонение температур в реакторе и в стабилизаторе от заданных,
аварийно-опасная ситуация (повышение давления в реакторе либо отсутствие
разряжения в линии отвода окислов азота)
. подсистема защиты
при отсутствии подачи одного из компонентов прекращается подача и
второго, при возникновении опасности взрыва реактора нитромасса
сбрасывается в сбросную ёмкость, при недостаточном разряжении в линии
отвода окислов азота нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость (во
избежание попадания окислов азота в цех)
На чертеже функциональной схемы автоматизации процесса нитрования
пиридона (КП. ПСА.891.А2.01) представлена структура технологического
процесса, а так же оснащение его приборами и средствами автоматизации.
Схема состоит из девяти контуров регулирования.
Контур 1
(регистрация и регулирование концентрации азотной кислоты в нитромассе
Скк по расходу азотной кислоты Gк, сигнализация существенных отклонений;
компенсация возмущений по Gп)
Концентрация азотной кислоты в нитромассе определяется первичным
преобразователем АЖК-3101 (поз. 1а), устанавливаемым на байпасе
трубопровода. Унифицированный сигнал 4…20 мА с него поступает на
регистратор А542М и на контроллер Matsushita FP-2. Расход пиридона с
уксусным ангидридом измеряется с помощью преобразователя РЭН-1 (поз. 1б),
откуда поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В
контроллере реализован комбинированный регулятор с подключением
компенсатора на вход регулятора. Управляющий сигнал с контроллера поступает
на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA1), с помощью которого можно
выбрать режим управления: автоматическое управление с помощью МПК или
ручное дистанционное с помощью переключателей “больше”, “меньше”. Далее
управляющий сигнал поступает на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.1ж),
который с помощью этого маломощного управляющего сигнала обеспечивает
коммутацию цепей управления исполнительного механизма МЭО-90 (поз. 3),
который в свою очередь воздействует на регулирующий орган. Сигнализация
осуществляется с помощью сигнальных ламп, расположенных на щите, и
включаемых схемой сигнализации (см. КП.ПСА.891.А2.03).
Контур 2, 7
(регистрация и регулирование температуры ?1 в реакторе по подаче
охлаждающей воды Gхл1, температуры ?2 в стабилизаторе по подаче охлаждающей
воды Gхл2 и сигнализация существенных отклонений)
Температуры в реакторе и стабилизаторе измеряются термопарами ТХК-104
(поз. 2а, 7а), имеющих НСХ «L»; сигнал с них поступает на самопишущие
миллиамперметры А542М и на аналоговые входы контроллера. Управляющие
сигналы с контроллера поступают на блоки ручного управления БРУ-42 (поз.
SA2, SA7) и, далее, на бесконтактные реверсивные пускатели ПБР-2М (поз. 2в,
7в), которые с помощью этого маломощного управляющего сигнала обеспечивают
коммутацию цепей управления исполнительных механизмов МЭО-90 (поз. 3, 15),
которые в свою очередь воздействуют на регулирующие органы. При
существенных отклонениях температур подаётся сигнал на соответствующий
контактор в схеме сигнализации, вследствие чего зажигается сигнальная
лампа.
Контуры 3, 4, 6
(регулирование уровня h нитромассы в реакторе по отбору нитромассы
Gвых, уровня воды hв в сбросной ёмкости по подаче воды Gв1, регистрация
уровня в стабилизаторе hсм по отбору готовой смеси Gсм)
Уровень в реакторе, стабилизаторе и сбросной ёмкости определяется
буйковым уровнемером LT-100 (поз. 3а, 4а, 6а) с унифицированным выходным
сигналом 4…20 мА. Выходной сигнал с первичных преобразователей передаётся
на самопишущие миллиамперметры А542М и на аналоговые входы МПК. Управляющие
сигналы с МПК поступают на блоки ручного управления БРУ-42 (поз. SA3, SA4,
SA6) и, далее, на бесконтактные пускатели ПБР-2М (поз. 2в), которые с
помощью этих маломощных сигналов обеспечивают коммутацию цепей управления
исполнительных механизмов МЭО-90 (поз. 7, 9, 13), который в свою очередь
воздействует на регулирующие органы.
Контур 5
(регулирование концентрации готовой смеси в стабилизаторе по подаче
воды Gв2)
Задачей данного контура является обеспечение требуемого соотношения
расходов воды и нитромассы на входе стабилизатора (1:2). Для этого, с
помощью диафрагмы ДК16 (поз. 5а), соединённой импульсными трубками с
измерительным преобразователем Сапфир-22ДД (поз. 5б), измеряется расход
нитромассы на входе стабилизатора. Выходной сигнал (4…20 мА) с
преобразователя поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В
контроллере формируется управляющий сигнал, обеспечивающий расход воды на
входе стабилизатора в ДВА раза больший расхода нитромассы. Этот сигнал
поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA5) и на бесконтактный
реверсивный пускатель ПБР-2М (поз. 5в)
Контур 8
(блокировка, контроль и сигнализация разряжения в линии отвода
окислов азота P)
В процессе функционирования реактор требует отвода опасных для
здоровья окислов азота. Для этого используется вакуумная линия отвода
окислов, разрежение в которой не должно быть выше 600 гПа. Это разрежение
измеряется преобразователем вакуума Метран-22ДВ, соединённым с
трубопроводом (линией отвода) импульсной трубкой. Унифицированный сигнал с
преобразователя поступает на самопишущий миллиамперметр А542М и на
контроллер, формирующий сигналы блокировки (подаваемый на магнитный
пускатель ПМЕ-121 (поз. 8в)) и сигнализации для срабатывания аварийной
сирены. Магнитный пускатель, в свою очередь, коммутирует цепь управления
электромагнитного клапана ЭМК (поз. 17), открывающего сбросный трубопровод,
соединяющий реактор со сбросной ёмкостью.
Контур 9
(контроль температур охлаждающей воды после реактора ?хл1 и после
стабилизатора ?хл2)
Контроль температуры хладоагента на выходе охлаждаемого объекта
осуществляется с целью перегрева последнего. Температуры охлаждающей воды
на выходах реактора и стабилизатора измеряются термометрами сопротивления
(выходной сигнал 4…20мА), подключенными к двухканальному регистратору А542М
и параллельно к контроллеру.
4. Разработка принципиальной схемы автоматизации.
Принципиальные схемы автоматизации предназначены для отражения
взаимосвязей между приборами, средствами автоматизации и вспомогательными
элементами, входящими в состав системы автоматизации, с учетом
последовательности их работы и принципа действия.
Принципиальные схемы составляются, исходя из заданных алгоритмов
функционирования систем контроля, регулирования, управления, сигнализации и
управления.
На принципиальной схеме в условном виде нанесены приборы, аппараты,
средства связи между элементами, блоками и модулями этих устройств. Схема
изображена на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.01).
5. Компоновка средств автоматизации на щитах.
Щиты и пульты предназначены для размещения приборов, средств
автоматизации, аппаратуры управления, сигнализации, защиты, питания,
коммутации и т.п. Щиты и пульты располагаются в производственных и
специальных щитовых помещениях (операторских, диспетчерских и т.п.).
Щит изображен на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.03). При
компоновке средств автоматизации был использован двухсекционный щит
ЩШК–2–ЗП-1-1000х1000–УЧ-РОО–ОСТ 3613-76
6.Построение электрических схем автоматизации.
Принципиальные электрические схемы (ПЭС) включают:
. схему сигнализации;
. схему управления.
Схемы выполнены без соблюдения масштаба и действительного
пространственного расположения элементов.
На ПЭС управления отражена схема организации регулирования соотношения
расходов путём изменения подачи воды.
Технологическая сигнализация в данной работе служит для контроля
безопасности рабочих цеха и выполнения технологического регламента. Схема
сигнализации обеспечивает подачу световых и звукового сигнала, съем
звукового сигнала, проверку исправности средств сигнализации.
ПЭС изображены в приложении на листе формата А2 (КП.891.А02.02).
7.Схемы внешних проводок.
Схема соединений внешних проводок — это комбинированная схема, на
которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами
автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и
на щитах.
Схема подключения внешних проводок выполнена на формате А2 (см. прил.
КП.891.А02.04).
Список использованной литературы:
Проектирование систем автоматизации технологических процессов:
Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев;
Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.
Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации
технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
- 400 с.
Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В.В.
Баранов, Т.Х. Беановская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова.
- Л.: Машиностроение, 1987. - 847 с.
Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация
производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1991.
- 480 с.
Методические указания №№ 450, 387, 397, 571.
-----------------------
Пиридон
Gп, ?п, Срп
4
В линию
разряжения
М
На кристаллизацию
Gсм, ?см, Срсм
3
Вода
2
Вода
Gхл2
Нитромасса
Gвых, ?вых, Скк, Срвых
М
М
Вода
G0
Вода
Gхл, ?хлн, Срхл
1
Азотная кислота
Gк, ?к, Скн, Срк
4
| |
