Проект автоматизации абсорбентной установки
Министерство образования Российской Федерации
Сибирский государственный
Факультет автоматизации и информационных технологий
Кафедра автоматизации производственных процессов
Проект: АВТОМАТИЗАЦИЯ АБСОРБЕНТНОЙ УСТАНОВКИ
Пояснительная записка
(АПП 000000 043 ПЗ)
Руководитель
_____________ В. А. Должиков
_________________ 2004г.
(оценка,дата)
Выполнил ст-нт гр. 22-02
_____________ В.Н. Рублёв
________________ 2004г.
Министерство образования
Сибирский государственный
Факультет автоматизации и информационных технологий
Учебная дисциплина: Технологические измерения и приборы
Задание
на курсовую работу
Тема: « АВТОМАТИЗАЦИЯ АБСОРБЕНТНОЙ УСТАНОВКИ »
Студент: Рублёв В.Н. гр.22-02
Дата выдачи: 10 февраля 2004 г.
Срок выполнения: 20 мая 2004г.
Руководитель: Должиков В. А.
Реферат
В данном курсовом проекте представлен вариант автоматизации выпарной установки с погружной горелкой. В проекте рассмотрен подбор датчиков и приборов различных систем контроля, расчет потенциометра, расчет ротаметра.
Курсовая работа
содержит пояснительную записку, состоящую
из 26 листов текста, 4 литературных источников,
графическая часть, состоящая из 1 листа
формата А4.
Содержание
Введение
Развитие промышленности, в том числе и химической, в данное время тесно связано с автоматизацией, позволяющей повысить производительность оборудования, снизить себестоимость продукции, улучшить ее качество и повысить прибыль от реализации.
В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протикания процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима работы, вредностью условий работы, взрыво и пожароопаснотью перерабатываемых и получаемых веществ и т.д.
По мере осуществления механизации
производства сокращается тяжелый
физический труд, уменьшается численность
рабочих, непосредственно занятых
в производстве, увеличивается
Автоматизация позволяет улучшить основные показатели эффективности производства: увеличение количиства, улучшение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции, повышение производительности труда. Внедрение автоматичесих устройств обеспечивает высокоекачество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.
Для того чтобы повысить выше перечисленные показатели, на производстве усовершенствуется старая, и вводится новая система автоматизированного управления. На рынке средств производства в данное время присутствует высокое разнообразие средств автоматизации технологических процессов, выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями.
Задачи, которые ставятся перед специалистами, требуют не только глубокого знания технологических процессов, но и знания принципов составления автоматических систем, позволяющих управлять процессом наиболее эффективно, а также умение выбирать современные средства автоматизации.
1.1 Описание технологического процесса « Абсорбции ».
Абсорбция –
это процесс разделение бинарных
или многокомпонентных газовых
смесей, осуществляемых путем избирательного
помещения отдельных
Характерой особенностью процесса абсорбции является независимое от газа формирование потока абсорбента и наличие в нем более тяжелых компонентов, чем в газе. После контакта непрерывных потоков газа и жидкости, газ обогощается легко летучими, а жидкость – тяжелолетучих компанентов из газа в жидкость.
Абсорбционная установка состоит из абсорбционной колонны и двух холодильников – на линиях абсорбента и исходной газовой смеси.
Иисходная газовая смесь поступает в холодильник 1 где она охлаждается до температуры 800 С. Далее исходная газовая смесь посткпает под нижнею тарелку абсорбера 2. На верхнюю тарелку подается абсорбент, который был предварительно охлажден в холодильнике до температуры 1000С. При их взаимном контакте абсорбент поглощает из исходной газовой смеси тяжелолетучие компоненты. Насыщенный абсорбент удаляется с нижней части абсорбционной колонны.
Температура в абсорбере зависит от многих параметров: температуры, теплоемкости и расхода газовой и жидкой фазы, интенсивности массообмена между фазами (процесс абсорбции экзотермичен), потерь тепла в окружающую среду. Регулирование и поддержание температуры на заданном значении в абсорбере осуществляется путем стабилизации температур абсорбента и исходной газовой смеси на входе в абсорбер путем расхода хладоносителя подаваемого в холодильники 1 и 2.
Давление в абсорбере регулируется путем изменения расхода обедненной газовой смеси.В нижней части абсорбера создается гидравлический затвор путем поддержания некоторого уровня жидкости в абсорбере для исключения поступления исходной газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента. Постоянное количество этой жидкости поддерживается регулированием уровня в абсорбере путем изменение расхода насыщенного абсорбента.
1.2 Выбор средств автоматизации
Для того чтобы получить
высококачественную продукцию в
результате проведения определенного
технологического процесса необходимо
эффективно вводить средства автоматизации,
которые имеют оптимальные
Для нормального (безопасного) течения процесса и для получения качественной продукции необходимо контролировать следующие технологические параметры: давление, расход, температуру, уровень и концентрацию. Для контроля данных параметров необходимо подобрать приборы.
При выборе средств автоматического
контроля и регулирования учитываются сл
1.2.1 Измерение температуры
Измерение температуры в абсорбционной установке при осуществлении технологического процесса на трубопроводах: подача исходной газовой смеси в холодильник (1), подачи абсорбента в холодильник (2), подачи охлаждающей жидкости в холодильники (1,2), удаление обедненной газовой смеси и насыщенного абсорбента, а также температуры в абсорбере, осуществляется с помощью медных термометров сопротивлений ТСМ – 1288 (Поз. 6а–6л). Данный термометр сопротивлений позволяет производить измерения температур жидкости, газообразных и твердых тел в температурном диапазоне от -50 до + 180. Термометры сопративления подключаем к вторичному прибору ПР – 160М – 77 (Поз. 6–м). Измерение температуры исходной газовой смеси после холодильника (1) и абсорбента после холодильника (2) осуществляется медным термометром сопротивления ТСМ 1288 (Поз. 5а,11а), который подключается ко вторичным приборам Диск–250–3331 (Поз. 5б, 11б) со встроенным ПИ регулятором.
1.2.2 Измерение уровня
Измерение уровня в абсорбционной колонне осуществляется при помощи измерения столба жидкости в нижней части колонны преобразователем гидростатического давления Метран 43ДГ 3546 (Поз. 8а ), с которого поступает стандартный , унифицированный электрический сигнал 4–20 мА на вторичный прибор Диск–250 (Поз. 8в). Со вторичного прибора осуществляется управление механизмом электрическим однооборотным МЭОК 73 (Поз. 8г).
1.2.3 Изменение расхода
Измерение расхода абсорбционной установки осуществляется в трубопроводах подачи охлаждающей жидкости в холодильники (1,2), подачи абсорбента в холодильник (2), удаление обедненной газовой смеси и насыщенного абсорбента, осуществляется при помощи метода переменного перепада давления, камерными диафрагмами ДКС 0,6–125 (Поз. 3а, 7а, 9а, 12а, 13а) к которым подключаются преобразователи перепада давления Метран 43ДД 3435 (Поз. 3б, 7б, 9б, 12б, 13б). С преобразователей на вторичные приборы Диск–250 2221 (Поз. 3в, 7в, 9в, 12в, 13в) поступает стандартный, унифицированный электрический сигнал 4-20 мА. Эти вторичные приборы показывают и осуществляют регистрацию расхода. Измерение и регулирование расхода исходной газовой смеси после холодильника (1) осуществляется при помощи метода переменного перепада давления, камерной диафрагмой ДКС 0,6–125 (Поз. 4а) к которой подключается преобразователь перепада давления Метран 43ДД 3435 (Поз. 4б). С преобразователя на вторичный прибор Диск–250 1311 (Поз. 4в). Со вторичного прибора осуществляется управление механизмом электрическим однооборотным МЭОК 73 (Поз. 4г).
1.2.4 Измерение давления
Измерение и регулирование давления в верхней части абсорбционной установки осуществляется преобразователем избыточного давления Метран 43ДИ 3141–01 (Поз. 1а) измерительный сигнал с преобразователя давления в верхней части колонны подается на вторичный прибор Диск–250И 1311 (Поз. 1в) со встроенными ПИ регулятором с которого подается управляющий сигнал на механизм электрический однооборотный МЭО – 73 при помощи которого заслонкой меняем количество удаляемой обедненной газовой смеси в верхней части абсорбционной колонны. Измерение давления в нижней части абсорбционной установки и трубопровода подачи исходной газовой смеси в холодильник (1) осуществляется преобразователями избыточного давления Метран 43ДИ 3141–01 (Поз. 2а, 2б) измерительный сигнал с преобразователей давления подается на вторичный прибор Диск–250 2221 (Поз. 2г).
1.2.5 Измерение концентрации.
Измерение концентрации углерода в трубопроводе удаления обедненной газовой смеси с верхней части абсорбера осуществляется при помощи датчика газоанализатора КГС–ДУМ с унифицированным выходным сигналом 0–10В (Поз. 10а), который поступает на вторичный прибор Диск–250П (Поз. 10в). Со вторичного прибора осуществляется управление механизмом электрическим однооборотным МЭОК 73 (Поз. 10г).
2 Расчетная часть
2.1 Расчет ротаметра
Таблица 2.1 – Исходные данные
Наименование |
Обозначение |
Значение |
1. Конусность трубки ротаметра |
k |
0,01 |
2. Длина шкалы ротаметра (шкала имеет 11-ть оцифрованных делений с градацией Dl = 0,025 м) |
l |
0,25 м |
3. Диаметр трубки ротаметра в месте нулевого деления шкалы |
D0 |
0,0171 м |
4. Объём поплавка |
V |
3,075×10-6 м3 |
|
5. Диаметр миделя поплавка |
d |
0,0164 м |
6. Материал поплавка |
Сталь Х18719Т |
— |
7. Вес поплавка |
G0 |
0,162Н |
8. Измеряемая среда |
Углекислый газ |
— |
9. Температура измеряемой среды |
t0 |
500 |
|
10. Плотность среды (при t0 = 300) |
1,84 кг/м3 | |
|
11. Динамическая вязкость вещества |
m50 |
16,3×10-6 Па×с |
2.1.1 Описание ротаметра
Ротаметр является расходомером постоянного перепада давлений. Так же к ним относятся поплавковые и поршневые расходомеры. Наибольшее применение имеют ротаметры и поплавковые расходомеры, шкалы которых практически равномерны. Их можно использовать для измерения малых расходов, так как потери давления в них незначительны и не зависят от расхода. Ротаметры и поплавковые расходомеры имеют большой диапазон измерения (Qmax/Qmin = 10:1).
Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются. При равновесии сил поплавок устанавливается на некоторой высоте, зависящей от расхода.
На поплавок ротаметра сверху вниз действуют две силы: сила тяжести (где - объём поплавка; - плотность материала поплавка; - ускорение свободного падения) и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка (где - среднее давление потока на единицу площади верхней поверхности поплавка; - площадь наибольшего поперечного сечения поплавка).
Снизу вверх на поплавок действуют также две силы: сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка и сила трения потоков о поплавок (где - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; - средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; - площадь боковой поверхности поплавка; - показатель, зависящий от скорости).
Поплавок уравновешен в случае, если соблюдается равенство
из (2.1) получаем:
.
Если допустить, что при всех расходах – величина постоянная (с увеличением расхода увеличивается площадь кольцевого канала), то правая часть уравнения (2.1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора неизменны. Следовательно, разность давлений на поплавок , т.е. ротаметр является прибором постоянного перепада давления
Коэффициент расхода a для ротаметров зависит от большого числа величин, которые не поддаются аналитическому определению, поэтому ротаметры градуируют экспериментально. Для экспериментальной градуировки ротаметров, предназначенных для измерения расхода жидкостей или газов, применяют в качестве градуировочной среды воду или воздух (ГОСТ 13045 - 81). Экспериментальная градуировка шкалы ротаметра точна лишь в том случае, если при эксплуатации значения всех величин соответствуют градуировочным условиям. Изменение температуры потока меняет плотность среды и её вязкость, а следовательно, и коэффициент расхода. Ещё большей степени будут изменяться величины в случае, если ротаметр применяют для измерения расхода среды, отличающейся от градуировочной.
Ротаметр со стеклянной трубкой (рисунок 2.2) состоит из конической трубки 1, закреплённой в двух металлических головках 2 и 3, снабжённых сальниками и фланцами для монтажа в вертикальном трубопроводе. Головки соединены несколькими тягами 4, образующими вместе с поперечными 5 защитную решетку вокруг стеклянной трубки. Внутри трубки 1 свободно перемещается поплавок 6, имеющий форму волчка. В нижней головке имеется седло, на которое опускается поплавок при прекращении потока. Верхняя головка снабжена ограничителем хода поплавка. Седло и ограничитель хода не позволяют поплавку выйти за пределы стеклянной трубки. Шкала 7 прибора вытравлена на поверхности стеклянной трубки; отсчёт ведут по верхней горизонтальной плоскости поплавка.
В верхней части поплавка иногда делают косые прорези, благодаря чему поплавок вращается вокруг вертикальной оси. При вращении поплавок центрируется внутри трубки, не соприкасаясь со стенками; его чувствительность повышается. По вращению поплавка определяют состояние прибора (отсутствие трения и засорения).
Ротаметры со стеклянной трубкой изготовляют на давление жидкости или газа не более 0,58 МПа. При более высоких давлениях жидкости или газа, а также для измерения расхода пара применяют ротаметры с металлической конусной трубкой.
Ротаметры имеют следующие недостатки: невозможность регистрации показаний и передачи их на расстояние; недостаточная четкость шкал приборов.
- Определяем диаметр трубки ротаметра D10 в месте усиления шкалы для максимального расхода Qmax по формуле:
, (м). (2.3)
м.
- Определяем расстояние от нулевого сечения шкалы D0 до сечения диаметром d (высота нулевой отметки) по следующей формуле:
, (м). (2.4)
м.
3 Вычисляем безразмерный параметр аi для оцифрованных отметок шкалы:
; (2.5)
где
; (2.6)
; (2.7)
т.к , то получим:
|
h, м |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
0,07 |
0,095 |
0,12 |
0,145 |
0,17 |
0,195 |
0,22 |
0,245 |
0,27 |
0,295 |
0,32 |
Исходя из полученных данных, вычислим:
а |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
4,268 |
5,793 |
7,317 |
8,841 |
10,366 |
11,89 |
13,415 |
14,939 |
16,463 |
17,988 |
19,512 |
4 Определим вес поплавка в измеряемой среде:
кг (2.8)
5 Определим значение
м2/с ; (2.9)
получим:
; (2.10)
(2.11)
6 Определим значение
Для нахождения этой величины воспользуемся графиком, который изображен на рисунке 2.
Рисунок 3 – График для определения безразмерной величины
Для нахождения промежуточных значений аi воспользуемся формулой нелинейной интерпретации:
; (2.12)
где:
х – расстояние от искомой точки до нижней кривой;
- значение нижней кривой;
- значение верхней кривой;
b – расстояние между верхней и нижней кривой.
Получим:
Таблица 2.2 – Определение недостающих расчетных данных
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | |
Х |
0,032 |
0,183 |
0,103 |
0,045 |
0,02 |
0,095 |
0,043 |
0,029 |
0,015 |
0,05 |
0,038 |
|
3,032 |
3,373 |
3,453 |
3,495 |
3,57 |
3,715 |
3,743 |
3,779 |
3,815 |
3,88 |
3,898 |
, м3/с |
1,564 |
3,427 |
4,128 |
4,54 |
5,394 |
7,537 |
8,046 |
8,737 |
9,479 |
11,01 |
11,47 |
Все полученные данные сведем в таблицу 2.3:
Таблица 2.3 – Расчетные данные
|
|||||||
|
0 |
4,268 |
3,032 |
1,077 |
|
1,564 |
0,563039 | |
0,025 |
5,793 |
3,373 |
2,359 |
3,427 |
1,234 | ||
0,05 |
7,317 |
3,453 |
2,841 |
4,128 |
1,486 | ||
0,075 |
8,841 |
3,495 |
3,125 |
4,54 |
1,634 | ||
0,1 |
10,366 |
3,57 |
3,713 |
5,394 |
1,942 | ||
0,125 |
11,89 |
3,715 |
5,188 |
7,537 |
2,713 | ||
0,15 |
13,415 |
3,743 |
5,538 |
8,046 |
2,897 | ||
0,175 |
14,939 |
3,779 |
6,014 |
8,737 |
3,145 | ||
0,2 |
16,463 |
3,813 |
6,524 |
9,479 |
3,412 | ||
0,225 |
17,988 |
3,88 |
7,581 |
11,01 |
3,965 | ||
0,25 |
19,512 |
3,898 |
7,898 |
11,47 |
4,131 |
7 Построим градуировочный
Рисунок 4 – График зависимости
Линейная зависимость.
Расчетная зависимость.
8 Выполним чертеж поплавка ротаметра, трубки ротаметра и чертеж в сборке, которые изображены на рисунке 4, рисунке 5, рисунке 6
Рисунок 4 – Чертеж поплавка ротаметра
Рисунок 5 – Чертеж трубки ротаметра
Рисунок 6 – Ротаметр в сборе
3.12 Расчет геометрических размеров поплавка
Расчет веса поплавка
Найдем вес поплавка по формуле
(2.13)
.
Найдем объем, высверловки м3
(2.14)
.
Найдем диаметр высверловки, м3
(2.15)
.
Глубина высверловки и длина поплавка, м
(2.16)
2.2 Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра типа КСП4
Таблица 2.4 – Исходные данные
Наименование |
Обозначение |
Значение |
1. Шкала прибора |
300 – 1600 0С | |
2. Градуировка температуры свободных концов термометра |
ПР | |
3. Расчетное значение температуры свободных концов термометра |
t0 |
20 0C |
4. Возможное значение температуры свободных концов термометра |
tI0 |
50 0C |
5. Начальное значение шкалы |
E(tн, t0) |
0,431 мВ |
6. Конечное значение шкалы |
E(tк, t0) |
11,257 мВ |
7. Диапазон измерений |
EД |
10,826 |
8. Нормированное номинальное сопротивление реохорда |
RН.Р. |
90 Ом |
9. Нерабочие участки реохорда |
2l |
0,05 |
10. Нормированное номинальное значение падения напряжения на резисторе RК |
UК |
1019 мВ |
11. Выходное напряжение ИПС – 148П |
UИ.П. |
5 В |
12. Номинальное значение силы тока в цепи ИПС – 148П |
I0 |
5 мА |
13. Сопротивление нагрузки ИПС – 148П |
RИ.П. |
1000 Ом |
14. Номинальное значение силы тока в верхней ветви измерительной схемы прибора |
I1 |
3 мА |
15. Номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной схемы прибора |
I2 |
2 мА |
16. Температурный коэффициент электрического сопротивления меди |
a |
4.25 *10-3 К-1 |
Рисунок 7 – Принципиальная компенсационная измерительная схема автоматического потенциометра.
Rк – контрольный резистор;
Rм – медное сопротивление;
Rпр – сопротивление реохорда;
Rип – сопротивление нагрузки ИСП;
Rн – резистор для установления начального значения шкалы;
Rб – баластный резистор;
Rп – резистор для установления диапазона измерения;
R1 и R1 – резистор в цепи ПС для ограничения и регулирования раб. тока;
НИ – нуль индикатор;
1. Определим сопротивление
Ом; (2.11)
Ом;
принимаем Ом и
2. Определим приведенное
Ом; (2.12)
Ом.
Производим проверку правильности определения RПР:
мВ.
3. Определим сопротивление
Ом; (2.13)
Ом;
принимаем сопротивление контрольного резистора Ом.
4. Определим сопротивление
Ом; (2.14)
Ом;
принимаем значение сопротивления резистора Ом.
5. Найдём сопротивление медного резистора Rм:
(2.15)
где:
;
Ом
принимаем значение сопротивления медного резистора Ом.
6. Определим значение сопротивления резистора RН:
Ом; (2.16)
Ом;
принимаем Ом и Ом.
6. Определим значение сопротивления резистора Rbd;
Ом; (2.17)
Ом.
7. Определим сопротивление резистора R1 по формуле:
Ом; (2.18)
Ом;
принимаем Ом, Ом и Ом.
8. Определим изменения показания потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от до по формуле:
(2.19)
Вывод: Мы расчитали сопротивления
измерительной схемы
Заключение.
Результатом выполнения курсовой работы была разработана функциональная схема автоматизации выпарной установки с погружной горелкой для выпаривания раствора MgCl2 и была подобрана спецификация средств автоматизации использованных в функциональной схеме.
