Автоматизация ректифікаційної установки
ЗМІСТ
ВСТУП…………………………………………………………………
1.1 Значення і задачі автоматизації ділянки виробництва………………….4
2. Технологія
виробництва…………………………………………………
2.1. Опис техологічного
процесу ділянки виробництва……………..............
2.2. Складання відомості технологічного процесу……………………….........11
3. Види параметрів, які підлягають контролю та регулювання
ділянки
виробництва…………………………………………………
3.1. Вибір обслуговування точок контролю та
регулювання
первинних відбіркових
приладів
та засобів автоматизації………………
3.2. Опис прийнятої схеми контролю та регулювання локальних
систем…………………………………………………………..
3.3. Вибір регулятора……………………………………
3.4. Виконання імпульсних трас……………………………………………………………18
3.5. Заходи з техніки безпеки і охорони праці при
експлуатації
засобів автоматизації………………………
4. Розрахункова
частина……………………………………………………………
4.1. Розрахунок
звужуючого пристрою…………………………………………………..
4.2. Розрахунок
по вибір керівника….......…………
4.4. Складання
відомості покупних виробів…………
5.1. Список використаної
літератури………………………………………………..
ВСТУП
Автоматика — це область теоретичних і прикладних знань про автоматично діючі пристрої і системи. Термін „автоматика" походить від грецького „automatos" — „самодіючий" і вказує на те, що пристрій самостійний, без участі людини, виконує доручені операції. Технічні пристрої, на які переводяться різні функції процесу керування, є автоматичними чи пристроями, засобами автоматики. Використання методів і засобів автоматики для перетворення неавтоматичних процесів в автоматичні називається автоматизацією. При повній автоматизації обслуговуючий персонал відсутній і його функції зведені до періодичного нагляду за роботою устаткування і виправленню виникаючих ушкоджень .При комплексній автоматизації обслуговуючий персонал постійно доглядає за роботою устаткування. При частковій автоматизації автоматизовані окремі агрегати або їх частини. Для забезпечення найбільш стійкої і продуктивної роботи підприємства необхідне точне дотримання режиму ведення процесу.
Завдання автоматизації виробництва зводиться до розробки алгоритму управління та реалізації його технічними засобами автоматики, що забезпечують оптимальність показників техніко-економічної ефективності.
У міру здійснення
автоматизації виробництва
В автоматизованому виробництві роль людини зводиться до складання режимів.
1.1. Значення і задачі автоматизації ділянки
виробництва
У даній роботі проектується система автоматизації брагоректифікаційної установки для виробництва етилового спирту.
Етиловий спирт широко використовується у різних областях промисловості і насамперед у хімічній. З нього одержують синтетичний каучук, оцтову кислоту, барвники, есенції, пластмаси. Тому він знаходить застосування в медицині,парфумерії. Спирт є гарним розчинником і антисептиком.
У великих кількостях етиловий спирт йде для одержання спиртогорілчаний виробів. Етиловий спирт, застосовуваний для технічних цілей, спеціально забруднюють дурно пахучими речовинами. Такий спирт називають денатуратом (для цього спирт підфарбовують, щоб відрізнити його від чистого спирту). .
У хімічній
промисловості вони
2. Технологія виробництва
1 — ємність для вихідної суміші; 2, 9 — насоси; 3 — теплообмінник-підігрівник; 4 — кип'ятильник; 5 — ректифікаційна колона; 6 — дефлегматор; 7 — холодильник дистиляту; 8 — ємність для збору дистиляту; 10 — холодильник кубової рідини; 11 — ємність для кубової рідини.
Рис. 1 Технологічна схема виробництва
Виробництво етилового спирту.
Етиловий спирт - безбарвна, прозора рідина з характерним запахом і пекучим смаком.
Етиловий
спирт змішується з водою в
будь-яких співвідношеннях, температура
кипіння спирту -78,3°, температура
замерзання - мінус 1 17°С. Етиловий спирт
гігроскопічний, має нейтральну реакцію.
Товарний етиловий спирт, який випускає
промисловість має слабко-
Харчовий спирт одержують біохімічним шляхом з рослинної крохмальовмістної сировини.
Технологія виробництва етилового спирту складається з наступних стадій :
1.підготовка сировини;
2.розварювання крохмальовмістної сировини.
3.оцукрювання крохмальовмістної сировини;
4.культивування дріжджів;
5.зброджування оцукреної маси;
6.виділення спирту з бражки та його очистка;
Виділення спирту з бражки та його очистка.
Одержана внаслідок бродіння бражка має складний склад. Окрім води і етилового спирту вона містить різноманітні органічні і неорганічні речовини, леткі сполуки (ефіри, спирти, альдегіди, кислоти) та ін. Якісний і кількісний вміст домішок залежить від виду сировини, її якості, режимів переробки в ході технологічного процесу.
Для
виділення спирту з бражки
і його очистки
Домішки
спирту-сирця за леткістю поділяються
на три групи - головні, хвостові і проміжні.
До головних належать леткіші за етиловий
спирт компоненти, температура кипіння
яких менша ніж в етилового спирту - альдегіди,
ефіри. Хвостові домішки менш леткі, ніж
етиловий спирт і мають вищу температур)
кипіння. До хвостових домішок належить
ряд спиртів - пропіловий. ізопрошловий,
ізобутиловий, аміловий та ін. - які одержали
назву сивушних масел. Проміжними вважаються
домішки, які в залежності від умов ректифікації
можуть бути або головними, або хвостовими
- ізомасляоетиловий, ізовалеріаноетиловий
ефіри та ін. Очистка спирту від домішок
шляхом ректифікації основана на різниці
коефіцієнтів їх випаровування. Коефіцієнтом
випаровування називають відношення концентрації
даної речовини в паровій фазі до її концетрації
в рідкій фазі. Коефіцієнти випаровування
окремих домішок відрізняються оди від
одного в залежності від вмісту етилового
спирту. Для визначення можливості очистки
етилового спирту від домішок
необхідно порівняти коефіцієнт випаровування
домішки з коефіцієнтом випаровування
етилового спирту. Це відношення називається
коефіцієнтом ректифікації: Кр=Кп/Ке
При коефіцієнті,
який дорівнює 1, перегонка неефективна.
При коефіцієнті, меншому за 1, в дистиляції
менше домішок, ніж у вихідній суміші,
при коефіцієнті більшому за 1 - в дистилації
більше домішок, ніж у вихідній суміші.
Для головних домішок коефіцієнт ректифікації
більше 1, для хвостових - менше.
Спиртові заводи випускають або спирт-сирець, або спирт-ректификат.
Найчастіше у нинішній час спиртові заводи випускають спирт-рекифікат безпосередньо з бражки на брагоректифікаційних установках непрямої дії. До установки входять бражна, епюраційна і ректифікаційна колони. В бражній колоні - вертикальному циліндричному апараті, поділеному по висоті горизонтальними перегородками (тарілками) з бражки виділяють етиловий спирт і леткі домішки. Процес відбувається астурним чином. Зріла бражка подається до дефлегматора, нагрівається і стікає на верхню тарілку бражної колони, в яку знизу поступає пара, яка піднімається догори збагачуючись спиртом, а бражка стікаючи донизу звільняється від спирту. Бражка, яка виходить знизу колони і не містить спирту, називається бардою. Водно-спиртові пари, які піднімаються по колоні, проходячи через тарілки збагачуються спиртом і з верхньої тарілки поступають до дефлегматора,де частково конденсується.
Одержаний в дефлегматорі конденсат, який називається флегмою, стікає до колони. Спиртові пари, несконденсовані у дефлегматорі, надходять до холодильника і конденсуються і одержаний конденсат міцністю 45-55 об.% подається до епюраційної колони, де відділяються головні домішки. З куба епюраційної колони спирт міцністю 40 об.% подається до ректифікаційної колони, де з 4-6 тарілки відбирають спирт-ректифікат міцністю 96,2-96,5 об.%, а з нижніх тарілок відбирають сивушні масла. До складу установки входять також дві додаткові колони - сивушна і остаточної очистки. Сивушна колона призначена для виділення та концентрації фракції вищих спиртів (сивушних масел), а колона остаточної очистки - для додаткової очистки етилового спирту від домішок.
Кількість виробленого спирту в спиртовій промисловості визначають за об'ємом безводного спирту при температурі +20°С За допомогою мірників об'ємом від 250 до 1000 дал визначають об'єм спирту і по вмісту етилового спирту (міцності) знаходять кількість безводного спирту. Вміст Етилового спирту у водно-спирових сумішах визначають спеціальними ареометрами-спиртометрами.
В залежності
від ступеня очистки спирт
етиловий ректифікований. призначений
для харчових шлей, випускають 1 сорту,
вищої очистки і екстра Спирт
1 сорту і вищої очистки
2.1. Опис
технологічного процесу
Безперервно діючі ректифікаційні установки. Ректифікаційна колона 1 має циліндричний корпус, усередині якого встановлені контактні пристрої у вигляді тарілок або насадки. Знизу нагору по колоні рухаються пари, що надходять у нижню частину апарата з кип'ятильника 2, що перебуває поза колоною. За допомогою кип'ятильника створюється вихідний потік пари. Пари проходять через шар рідини на нижній тарілці, що будемо вважати першої, ведучи нумерацію тарілок умовно знизу нагору.
Вихідна
суміш із проміжної ємності
1 відцентровим насосом 2 подається
в теплообмінник 3, де підігрівається
до температури кипіння.
Стікаючи вниз по колоні, рідина взаємодіє з парою, що піднімається нагору, яка утворюється при кипінні кубової рідини в кип'ятильнику 4. Початковий склад пари приблизно дорівнює складу кубового залишку хw, тобто збіднений легколетким компонентом. У результаті масообміну з рідиною пар збагачується легколетким компонентом. Для більш повного збагачення верхню частину колони зрошують відповідно до заданого флегмовим числом рідиною (флегмою) складу хр, що виходить із дефлегматора 6 шляхом конденсації пари, що виходить з колони. Частина конденсату виводиться з дефлегматора у виді готового продукту поділу — дистиляту, що охолоджується в теплообміннику 7, і направляється в проміжну ємність 8.
З кубової частини колони насосом 9 безупинно виводиться кубова рідина — продукт, збагачений важколетким компонентом, що охолоджується в теплообміннику 10 і направляється в ємність 11.
Таким чином, у ректифікаційній колоні здійснюється безупинний нерівновагий процес поділу вихідної бінарної суміші на дистилят з високим змістом легколеткого компонента і кубовий залишок, збагачений важколетким компонентом.
2.2 Складання відомості технологічного процесу
Формат |
Зона |
Позиція |
Позначення |
Назва |
Кількість |
Примітка |
Документація |
||||||
А1 |
1б 4б
1а 2а 3а
ХТ1 |
КП.АТП.01.16.00.00.А2
КП.АТП.01.16.00.00.Е3
КП.АТП.01.16.00.00.Е4 |
Схема функціональна Прилади і регулятори МІК-51 KR-100N3
Первинні пристрої відбіркові Метран - 55 ТХАУ – Метран 271 Метран-350 Звужуюча діаграма Схема електрична принципова Електроапаратура Стабілізатор напруги Автоматичний вимикач КБЗ-29Р-01
Схема з’єднання Клемна коробка |
3 1
2 1 1
1 7 3
2 |
3. Види параметрів, які підлягають контролю та
регулювання ділянки виробництва
Для забезпечення роботи брагоректифікаційного апарату необхідно використовувати вузли контролю і регулювання, а саме :
1) регулювання температури верхньої частини колони зміною подачі бражки в колону;
2) регулювання тиску в нижній частині колони зміною подачі горючого пару;
3) регулювання
подачі холодної води на
4) вимірювання витрат браги на колону;
5) контроль і
сигналізація недопустимих
6) вимірювання витрат барди.
1-контур Забезпечує регулювання температури верхньої частини колони
2-контур Забезпечує регулювання тиску в нижній частині колони
3-контур Забезпечує регулювання температури в конденсаторі
4,
5, 6 - контура Забезпечує контроль
і регістрацію витрат браги в технологічному
процесі
3.1. Вибір обслуговування точок контролю та регулювання первинних відбіркових пристроїв, вторинних
приладів та засобів автоматизації
В даній системі автоматизації брагоректифікаційного апарату є три контури регулювання та три контура контролю і регістрації, які забезпечують ефективну роботу без втручання людей. Для роботи даної системи потрібен оператор, який спостерігатиме за проходженням процесу виготовлення продукції.
Для вимірювання температури використовується термопару ТХАУ Метран-271 (поз.1а), який встановлюється на верхній частині колони та на конденсаторі. ТХАУ Метран-271 призначений для вимірювання температури рідких і газообразних хімічно неагресивних середовищах. Діапазон вимірювання – 0 - 600°С. Чутливий елемент первинного перетворювача і вбудований в головку датчика мікропроцесорний перетворювач перетворює вимірювальну температуру в уніфікований вихідний сигнал постійного струму, що дає можливість побудови АСУТП без використання додаткових нормуючих перетворювачів.
Для регулювання температури та тиску використовується МІК-51(поз 1б, 2б, 3б).
Мікропроцесорний регулятор МІК-51 призначений для вимірювання, контролю і автоматичного регулювання вхідного технологічного параметра(температура, тиск, рівня). . Для підключення використовується КБЗ-29Р-01 релейний вихід. Для вимірювання тиску застосовують Метран – 55 (поз.2а), який встановлюється в нижній частині колони.
Для вимірювання витрат застосовують Метран-350(поз.4а, 5а, 6а). Мікропроцесорний самопишуючий пристрій KR-100N3 призначений для контролю і регістрації на папері різних технологічних параметрів( температура, тиск, витрати, рівень і т.д.) з високою точністю.
В якості відбіркового пристрою для отримання різниці тисків використовується звужуюча діафрагма.
В якості виконуючих механізмів (поз. 1е, 2е, 3е,) використовується Belimo SM230A.
.
3.2 Опис прийнятої схеми контролю та регулювання локальних систем
1-контур Сигнал з термоперетворювача (поз. 1а), діапазоном 4…20 мА, поступає на регулятор (поз. 1в), який призначений для вимірювання, контролю і автоматичного регулювання вхідного технологічного параметра(температура, тиск, рівня). Регулятор порівнює вхідні дані в дані за датчика, і в разі неспівпадання, подає сигнал на виконуючий пристрій (поз.1е), який в свою чергу здійснює подачу бражки в колону.
Таким чином, відбувається регулювання температури верхньої частини колони.
2-контур Сигнал з датчика тиску (поз. 2а), діапазоном 4…20 мА поступає на регулятор (поз. 2в), який забезпечує індикацію вхідних параметрів та в залежності від вхідного сигналу подає сигнал регулювання на виконуючий механізм (поз. 2е), що забезпечує подачу горючої пари. В даному контурі регулюється тиск в нижній частині колони.
3-контур Сигнал з термоперетворювача (поз. 3а), діапазоном 4…20 мА, поступає на регулятор (поз. 3в), який забезпечує індикацію вхідних параметрів та в залежності від вхідного сигналу подає сигнал регулювання на виконуючий механізм (поз. 3е). Таким чином забезпечується регулювання температури в конденсаторі.
4-контур Сигнал
з вихроакустичних витратомірів (поз.
4а, 4б, 4в), діапазоном 4…20, поступає на мікропроцесорний
самопишуючий пристрій (поз 4г.), який призначений
для контролю і регістрації на папері
різних технологічних параметрів( температура,
тиск, витрати, рівень і т.д.) з високою
точністю. За допомогою приладу Забезпечується
контроль і регістрацію витрат браги в
технологічному процесі
.
3.3. Вибір регулятора
Знаючи динамічні характеристики об’єкту виконую вибір регулятора:
Параметри об’єкту:
Коефіцієнт передачі об’єкту K0 – 1,5
Постійна часу об’єкту Т0 – 210сек
Час запізнення τ – 45
Система регулювання має забезпечувати перехідний процес з 20% пере регулюванням, а параметри якості не мають перевищувати допустимі значення:
Динамічна похибка регулювання y1доп.- 0,12
Статична похибка регулювання yстдоп.- 0,02
Час регулювання tрег – 450сек
При цьому регулююча воздія відповідає максимальній зміні збуреньx0=0,25.
- Визначаю максимальне відхилення регулюючої величини:
y0 = K0 • x0
y0 = 1,5 • 0,25 = 0,375
- Визначаю відношення часу запізнення τ до постійної часу:
Визначаю по графіку залежності оптимальних ізодромних настройок ПІД-регуляторів, від динамічних властивостей стійких об’єктів регулювання.
- Динамічний коефіцієнт передачі Rд: (див. Гінзбург ст.241)
Для І-регулятору – 0,6
П-регулятору – 0,4
ПІ-регулятору – 0,32
ПІД-регулятору – 0,2
Визначаю максимальне допустиме відхилення регулюючої величини по формулі: y1 = Rд•y0
Для І-регулятору - y1 = 0,375•0,6=0,225
П-регулятору - y1 = 0,375•0,4=0,15
ПІ-регулятору - y1 = 0,375•0,32=0,12
ПІД-регулятору - y1 = 0,375•0,2=0,075
У зв’язку з тим, що допустиме значення відхилення – динамічна похибка регулювання y1доп.- 0,12, то І-регулятор y1 = 0,225, не може вводитись в експлуатацію на даному об’єкті регулювання.
Для статичного регулятора продовжу перевірку по статичній похибці. По таблиці 16.4(Гінзбург ст.241) визначаємо y*ст. – статичну допустиму похибку для П-регулятору:y*ст. = 0,5
Тоді визначаємо yст = y*ст. • y0 = 0,5 • 0,225 = 0,1125
yст перевищує yст доп (0,02), отже П-регулятор не забезпечить задану якість регулювання.
По
часу регулювання перевіряю ПІ-
tрег = 12τ (Гінзбург ст. 245)
tрег = 12 • 45 = 540сек
ПІ-регулятор
перевищує заданий час
tрег = 8τ
tрег = 8 • 45 = 360сек
ПІД-регулятор забезпечує задані параметри якості. Вибирає ПІД-регулятор, оскільки він має достатню швидкодію і здатний виводити параметри на задане знання. Для ПІД-регулятора визначаю оптимальні значення параметрів налагодження.
Ті = 2,4 • τ = 2,4 • 45 = 109сек
Тn = 0,4 • τ = 18сек.
3.4. Виконання імпульсних трас
Схеми з’єднань зовнішніх проводок – це комбінована схема, на якій вказані електричні трубні зв’язки між приладами і засобами автоматизації, встановлені на технологічному обладнанні, ззовні щитів і на щитах, а також підключення приладів і проводок до щитів. Схемі присвоюють назву : „Схема з’єднань зовнішніх проводок”. Схема підключення зовнішніх проводок виконується окремими документами, тільки при наявності одиничних багатосекційних або складових щитів, великого числа з’єднувальних трубок, коробок, групових стояків приладів, коли підключення до них ускладнюють читання схеми з’єднань.
Схеми з’єднань і підключень зовнішніх проводок виконуються на основі наступних матеріалів:
схем
автоматизації технологічних
- принципових, електричних, пневматичних схем ;
- експлуатаційної документації на прилади і засоби автоматизації;
- таблиці з’єднань і підключень проводок щитів і пультів;
- креслень, розміщень технологічного, сантехнічного обладнання.
Вміст схем: Схеми в загальному випадку повинні мати: первинні прилади; щити; пульти; зовнішньо щитові прилади; групові установки приладів; зовнішні електричні трубні проводки; захисне занулення систем автоматизації. В необхідних випадках схеми з’єднань можуть вміщати додаткові таблиці не стандартизованих умовних позначень і таблицю Первинні прилади:
На схемах з’єднань зверху поля креслення, а при великій насиченості схеми приладами зверху і знизу - зображають дзеркально.
Розміри строк таблиці слідує приймати, виходячи із розміщених у даних графах текстових написів.
Якщо повний об’єм зовнішніх проводок для даного щита, пульта, штатива , не вміщається на одному листі, то на даному листі або документі роблять обрив їх із відповідними проводками показується на
наступному листі або документі із зустрічним вказуванням в місці обриву листа або документа, на якому зображено продовження цього щита, пульта.
При наявності на щитах, пультах приладів проводки до яких не допускають розриву на зажимах щита, пульта в прямокутниках, вказують умовно прилад, йог зовнішню проводку.
Тепер необхідно
вирахувати діаметр захисного трубопроводу
враховуючи степінь важкості протяжки
для обраних кабелів:
Де D-діаметр трубопроводу; d-діаметр кабелю.
КВВГ4х1 діаметр кабелю 9,1
D=1,4x9,1=12,74 обираю захисну трубу Тр.ст.12х2,5
АККВГ4х2,5 діаметр кабелю 10,6
D=1,4х10,6=14,84 обираю захисну трубу Тр.ст.15х2,5
КВВГ19х1 діаметр кабелю 15,7
D=1,4х15,7=21,98 обираю захисну трубу Тр.ст.25х2,5
Позицію на схемі автоматизації до яких безпосередньо підключають
- Заходи з техніки безпеки і охо
рони праці при експлуатації засобів автоматизації.
Техніка безпеки при експлуатації ректифікаційний установок визначається тим, що пари спирта і його добавок, в тому числі і в визначених відношеннях з повітрям створюють пожежо- і вибухонебезпечну суміш.
В таблиці приведені вогне- та вибухонебезпечні властивості спирта і сумішей і гранично допустимі концентрації (ГДК) їх в повітрі, встановленими санітарними нормами.
Будівництво приміщень
ректифікаційних відділень слід
проводити із чітким дотриманням
норм і правил пожежної безпеки для
будівель, які відносяться до категорії
А. По вибухонебезпечності
В ректифікаційному
відділенні необхідно контролювати
і попереджувати створення
Приміщення повинне мати надійно працюючу приточно – витяжну вентиляцію, забезпечену пристроями для автоматичного пожежогасіння (парою, піною або діоксином вуглерода).
Електропроводка, електродвигуни і пускові пристрої до них допускаються тільки в вибухозахисному виконанні.
В процесі експлуатації
ректифікаційних установок
- працювати з підтьоками спирта в сальниках, трубопроводах, фланцевих з’єднаннях і інших елюентах установки;
- використовувати відкритий вогонь, виконувати роботи з нагрітим металічними предметами (паяльниками), з обладнанням і інструментами, які можуть дати іскру;
- зберігати в ректифікаційному відділенні самозгораємі матеріали;
- перевищувати надлишковий тиск в апаратурі вище значення, встановлені в паспорті завода – виробника;
- проводити чистку окремих апаратів ректифікаційних установок під час їх роботи.

- Автоматизация релейно-контактной схемы управления
- Автоматизация рельсового транспорта
- Автоматизация ресторана
- Автоматизация ресторанного бизнеса
- Автоматизация решения алгебраических уравнений. Метод половинного деления
- Автоматизация решения задачи по выявлению путей укрепления финансовой устойчивости ООО ПКФ «Промресурс»
- Автоматизация робота сборочного конвейера автомобилей
- Автоматизация регистрации документов
- Автоматизация регистрации документов
- Автоматизация регистрации документов
- Автоматизация регистрации документов
- Автоматизация регистрации документов в делопроизводстве
- Автоматизация регистрации и обработки заказов
- Автоматизация редукционно-охладительной установки