Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проект автоматизации процесса ректификации

ФБГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Министерство образования и науки РФ

Факультет: Переработки природных соединений

Кафедра: Автоматизации производственных процессов

ПОРЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОФЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ

Пояснительная записка

(АТП 000000.018.ПЗ)

Руководитель:

Должиков В.А

(подпись)

__________________

(оценка, дата)

Выполнила: студентка гр. 55-9

Абрамова А.В.

(подпись)

__________________

(дата)

ФБГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Министерство образования и науки РФ

Кафедра: Автоматизации производственных процессов

Факультет: Переработки природных соединений

Учебная дисциплина: Автоматизация

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Проект автоматизации процесса процесса ректификации»

Студентка: Абрамова А.В. группа 55-9

Дата выдачи_ _________________2012год

Срок выполнения _____________2012 год

Руководитель: Должиков В.А.

Исходные данные.

Исходная схема автоматизации.
Данные для расчета потенциометра:

Шкала прибора от 0 до 400 ͦ С

Градуировка температуры свободных концов термометра ТМК(Т)

Начальное значение шкалы E(t_н, t₀) = 0 мВ

Конечное значение шкалы E(t_к, t₀) = 20,872 мВ

Диапазон измерений.* Е_д = 20,872 Ом

Данные для расчета ротаметра:

Диаметр трубки в месте нулевого деления шкалы D₀ = 0,0171 м

Объем поплавка V = 3,075*10^-6 м^-3

Диаметр миделя поплавка d = 0,0164 м

Вес поплавка G₀ = 0,191 H

Измеряемая среда Вода

Плотность среды (при t⁰=50⁰) ρ =0,078 МПа

Динамическая вязкость вещества μ₃₀ = 0,5494*10^-3 Па*с

Плотность материала поплавка ρ_н = 7850 кг/м³

Перечень графического материала:

Функциональная схема автоматизации.

Перечень вопросов отраженных в пояснительной записке:

Описание технологического процесса
Выбор средств автоматизации
Расчет потенциометра
Расчет шкалы ротаметра

Рекомендуемая литература:

Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, справочное пособие. М. «Энергия» 1980г.
Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М. «Машиностроение» 1983г.
Преображеникий В.П. Теплотехнические измерения и приборы, 3 изд. перераб. и доп. , М. «Энергия» 1978г.
Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, М.Б. Миндин; под ред. А.С. Клюева – 3-е изд. , перераб. и доп. – .М.«Энергоатомиздат», 1991.- 432 м. :

Руководитель________________________________

Задание принял к исполнению__________________

Реферат

В данном курсовом проекте производится автоматизация ректификационной колонны. Курсовой проект состоит из текстовой и графической части. Текстовая часть состоит из 33 листов. Она включает следующие разделы: описание технологического процесса, выбор средств автоматизации, расчет ротаметра, расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра, заказная спецификация. Графическая связь представлена в виде функциональной схемы.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………….….6

2. Описание технологического процесса…………………………………..……7

2.1 Измерение температуры……………………………………………....9

2.2 Измерение давления……………………………………………...…...11

2.3 Измерение уровня………………………………………………….…12

2.4 Измерение плоскости……………………………………………...….13

2.5 Измерение расхода…………………………………………………....14

3. Расчетная часть…………………………………………………………….….16

3.1 Расчет шкалы ротаметра…………………………………………...…16

3.2 Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра………………………………………...25

4. Заключение…………………………………………………………………....29

Библиографический список……………………………………………………..30

Приложение А. Заказная спецификация на оборудование и материалы…….31

Введение

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а так же чувствительностью их к нарушению режимов работы, вредностью условий работы, взрыво- и пожаробезопасностью перерабатываемых и получаемых веществ.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда.

Автоматизация позволяет улучшить основные показатели эффективности производства: увеличение количества, улучшение качества м снижение себестоимости выпускаемой продукции, повышение производительности труда.

Проведение некоторых технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например: в паровых котлах высокого давления, в атомных установках и т.д.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств, способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферы, водоемов промышленными отходами.

Задачи, которые ставятся перед специалистами, требуют не только глубокого знания технологических процессов, но и знания принципов составления автоматических систем, позволяющих наиболее эффективно управлять процессом.

Описание технологического процесса

Процесс ректификации относится к основным процессам химической технологии. Показателем его эффективности является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исходной смеси. В дальнейшем будем считать целевым продуктом дистиллят.

Ректификационная установка является сложным объектом управления со значительным временем запаздывания (например в отдельных случаях выходные параметры процесса начнут изменятся после изменения параметров сырья лишь через 1-3 часа) с большим числом параметров, характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними, распределенностью их и т.д.

Трудность регулирования процесса объясняется также частотой и амплитудой возмущения. Возмущениями являются изменение начальных параметров исходной смеси, тепло- и хладоносителей, изменение свойств теплопередающих поверхностей, отложение веществ на стенках и т.д.

Показатель эффективности процесса – концентрация искомого компонента в дистилляте, самым непосредственным образом зависит от начальных параметров исходной смеси. С их изменением в процессе могут наступать наиболее сильные возмущения, в частности по каналу состава исходной смеси, так как состав определяется предыдущими технологическим процессом.

Большое значение для процесса имеет температура исходной смеси. Если смесь начинает поступать в колонну при температуре ниже температуры кипения, она должна нагреваться до этой температуры парами, идущими из нижней части колонны. Конденсация паров при этом возрастает, что нарушает весь режим ректификации. Поэтому температуру исходной смеси стабилизируют изменением расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник, тем самым ликвидируя одно из возмущений.

Стабилизация давления в верхней части колонны необходима нетолько для поддержания заданного состава целевого продукта, но и для обеспечения нормального гидродинамического режима колонны. Так как при понижении давления может произойти «захлебывание» колонны (восходящий поток пара начинает препятствовать стеканию жидкости по тарелкам вниз), а при его повышении уменьшается скорость парового потока, что связано с уменьшением производительности установки.

При значительном гидродинамическом сопротивлении колонны стабилизация давления в верхней ее части не обеспечивает постоянства давления в нижней. Если в колонне разгоняется смесь, состав которой более чувствителен к изменению давления, чем к изменению температуры, то стабилизируют давление не только в верхней части колонны, но и в нижней части изменением расхода теплоносителя в кипятильник

2. Выбор средств автоматизации.

При выборе наиболее предпочтительного варианта технических средств автоматизации, учитываются основные требования: технологические и системные.

К технологическим требованиям относятся:

вид и величина измеряемого параметра;
характер измеряемой и окружающей среды;
место установки датчиков исполнительных механизмов.

К системным требованиям относятся:

степень функционального развития (многофункциональность, комплектность поставки);
вид потребляемой энергии, энергетические характеристики (напряжение, потребляемая мощность);
унификация входных и выходных сигналов;
метрологические характеристики (класс точности, предел измерения параметра и др.).

Также при выборе технических средств необходимо ориентироваться на их серийность, по возможности стремиться применять однотипные средства государственной системы приборов (ГСП), входящих в состав локальных систем автоматического контроля, регулирования и управления.

Руководствуясь этими требованиями, датчики и преобразователи выбраны, преимущественно, промышленной группой «Метран», так как промышленная группа «Метран» поставляет практически все оборудование нижнего уровня систем автоматизации необходимое для измерения и поддержания основных параметров в заданных пределах. В качестве вторичных показывающих, регистрирующих и сигнализирующих приборов выбраны приборы ДИСК – 250.

2.1 Измерение температуры.

При выборе средств автоматизации контроля, необходимо учитывать определенные значения температур, в диапазоне которых можно применять различные датчики температуры, а также вид выходного сигнала. При выборе датчиков необходимо учитывать среду, в которой они должны работать.

Выпускаемые в настоящее время преобразователи сопротивления с унифицированным выходным сигналом позволяют использовать их с разнообразными вторичными приборами с унифицированным входом без дополнительных преобразователей.

Для данного технологического процесса выбираем термометр электрического сопротивления с унифицированным выходным сигналом ТСПУ Метран-276 (поз. 4-1). Предназначен для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

Рисунок 2.1 – Габаритные размеры ТСПУ Метран 276.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Датчик выбран с учетом того, что предел измерения параметра составляет (60-177 ͦ С), вид выходного сигнала (4-20 мА). Погрешность при измерении (0,25%). Сигнал с термоэлектрического преобразователя поступает на вторичный прибор ДИСК-250И (поз. 4-2), со встроенным блоком питания на – 24 В, так как для цепи с токовым сигналом 4-20 мА необходимо питание 24 В, то измерительную цепь запитываем от ДИСК-250 (таким же образом производится питание преобразователей Метран – 55 – ДСП, Rosemount 5600, ПЛОТ – 3М, АД-4М и Rosemount 8700 (в контурах измерения давления, уровня, плотности и расхода).

Рисунок 2.2 – Схема внешних электрических подключений.

2.2 Измерение давления.

Давление в верхней части колонны измеряем преобразователем избыточного давления Метран – 55 – ДС200П (поз. 1-1) предел измерения до 0,7 МПа унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 мА и температурой рабочей среды до 177 ͦ С, совместно с разделительным сосудом исполнение 4, так как рабочая среда агрессивна. С датчика Метран – 55 – ДС200П унифицированный стандартный электрический сигнал (4-20 мА) поступает на вторичный показывающий, сигнализирующий, регистрирующий прибор ДИСК- 250И (поз. 1-2).

Особенности датчиков давления:

погрешность измерений ±0,15%; ±0,25%; ±0,5%;
диапазон перенастройки 10:1;
самодиагностика;
встроенный фильтр радиопомех;
микропроцессорная электроника;
возможность простой и удобной настройки значений выходного сигнала.

Диапазон измеряемых давлений:

минимальный 0-0,06 МПа;
максимальный 0-100 МПа
выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА
температура окружающего воздуха: -40...70°С

Исполнения:

взрывозащищенное (ЕхiaIICT5X, ЕхibIICT5X, 1ExdsIIBT4/H₂X)
межповерочный интервал: 3 года
степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65

Рисунок 2.3 – Датчик давления Метран – 55 – ДС200П.

2.3 Измерение уровня.

Выбор метода измерения уровня зависит от вида среды, температуры, агрессивности, токсичности и взрыво и пожаробезопасности среды, а так жа от параметров окружающей среды. Измерение уровня в ректификационной колонне осуществляется при помощи радарного уровнемера Rosemount 5600 фирмы «Метран» (поз. 2-1). С помощью него возможно измерить уровень в емкостях с давлением 0,7 МПа, диапазон измерения до 5 метров, теипература процесса -40 – 300 ͦ С, исполнение взрывоопасное (2Exde [ia] [ib] ПСТ6Х), с

уровнемера подается выходной сигнал 4-20 мА на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 2-2).

Радарный уровнемер Rosemount 5600 представляет собой интеллектуальный измерительный прибор, обеспечивающий отсутствие контакта с технологической средой. Высокопроизводительный микропроцессорный модуль позволяет осуществлять усовершенствованную обработку сигналов и самое точное отслеживание отраженного сигнала. Благодаря своей чувствительности радарный уровнемер Rosemount 5600 может обнаруживать и отлеживать все отраженные сигналы внутри емкости. Уровнемер серии 5600 помогает пользователю успешно осуществлять конфигурирование при измерении уровня как в простых, так и в сложных условиях технологического процесса.

В уровнемерах Rosemount 5600 используется современная микроволновая технология для достижения высокой надежности и точности измерений уровня жидкостей и сыпучих веществ. Уровнемер применяется в широком диапазоне значений температуры и давления, в применениях с парогазовыми смесями и другими условиями технологического процесса.

Измеряемые среды: нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные напитки, глина, извести, руды и бумажная пульпа, гранулиро-ванные материалы от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и др. Диапазон измерений: от 0 до 50 м. Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART или Foundation Fieldbus. Наличие взрывозащищенного исполнения. Межповерочный интервал - 1 год.

Рисунок 2.4- Общий вид Rosemount 5600.

2.4 Измерение плотности.

Плотность дистиллята на выходе дефлегматора измеряется с помощи проточного плотномера ПЛОТ-3М фирмы «Инкор» (поз. 5-1). Диапазон измеряемых плотностей от 420 до 1600 кг/м^3.. Диапазон температур от -40 до 300 ͦ С. Выходной сигнал – импульсный ток с уровнем логической «1» от 5 до 20 мА. Уровень логического «0» от 0 до 0,1 мА со скоростью передачи 2400 бит/с. Сигнал поступает на промежуточный преобразователь Адаптер АД-4М фирмы «Инкор» (поз. 5-2), у которого выходной токовый сигнал 4-20 мА. Далее унифицированный токовый сигнал поступает на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 5-3).

Плотномер ПЛОТ-3 АУТП.414122.006 ТУ предназначен для автоматического измерения плотности жидкости с максимальной кинематической вязкостью до 200 мм2/с(200 сСт) в диапазоне температур от минус 40 до 300 ͦ С и передаче измеренных значений по запросу извне в контроллер измерительной системы или в персональный компьютер (ПП ЭВМ) по интерфейсу "токовая петля" (RS-232, RS-485 с использованием адаптеров АД-1, АД-2).

Принцип работы Принцип действия - вибрационный: частота колебаний чувствительного элемента, погруженного в жидкость, функционально связана с плотностью жидкости, а добротность колебательной системы с кинематической вязкостью. В качестве термометра используется встроенный стандартный платиновый преобразователь сопротивления.

Рисунок 2.5 - ПЛОТ-3М.

2.5 Измерение расхода.

Количество жидкости (объем или масса), газа или пара, проходящее через данное сечение канала в единицу времени называют расходом и измеряют расходомерами.

Измерение расхода производится в трубопроводе, по которому движется нагреваемый продукт. Осуществление контроля за расходом,

производится при помощи расходомера электромагнитного Rosemount 8700 (поз.3-1). Погрешность при измерении 0,25%, давление измеряемой среды 0,05 – 4 МПа, предел расхода измеряемой среды 2,3 м³/ч, вид выходного сигнала 4-20 мА, взрывозащищенное исполнение. Диапазон температур от -28 до 177 ͦ С. С уровнемера подается выходной сигнал 4-20 мА на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 3-2).

Расходомеры электромагнитные серии 8700 предназначены для измерений объемного расхода электропроводных жидкостей. Используются в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в энергетике, химической, пищевой, бумажной и других отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей.

Основные преимущества:

Применение для измерения расхода агрессивных сред;
Широкий размерный ряд;
Расширенное предложение по материалам электродов и футеровки;
Высокая точность измерений;
Отсутствие движущихся частей;
Малые потери давления.

Технические характеристики:

Диаметр условного прохода 4…900 мм
Пределы основной относительной погрешности ±0,5% в диапазоне скоростей измеряемой среды от 0,3 до 10 м/с
Давление измеряемой среды 0,05…4,00 МПа
Выходные сигналы: 4-20 мА, HART, импульсный, Foundation Fieldbus

Измеряемые среды: электропроводные жидкости, имеющие минимальную электропроводность 5•10-4 См/м (для расходомера с датчиком 8707 минимальная электропроводность 5•10-3 См/м)

Рисунок 2.6 - Rosemount 8700.

Более подробная о выбранных средствах автоматизации приведена в заказной спецификации на оборудование и материалы (Приложение А).

3. Расчетная часть.

3.1 Расчет ротаметра.

Таблица 1 – Исходные данные.

Наименование	Обозначение	Значение
1. Конусность трубки ротаметра	k	0,01
2. длинна шкалы ротаметра (шкала имеет одиннадцать оцифрованных делений с границей Δl = 0,025 м)	l	0,025 м
3. Диаметр трубки ротаметра в месте нулевого деления шкалы	D₀	0,0171 м
4. Объем поплавка	V	3,075*10^-6 м^-3
5. Диаметр миделя поплавка	d	0,0164 м
6. Материал поплавка	Сталь X18H19T
7. Вес поплавка	G₀	0,191 H
8. Измеряемая среда	Вода
9. Температура измеряемой среды	t₀	50 ͦ
10. Плотность измеряемой среды	ρ	0,078МПа
11. Динамическая вязкость вещества	μ₃₀	0,549410^-3 Пас

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 (Q _max / Q _min = 10 : 1).

Проходящий через ротаметр (Рисунок 3.1) 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.

Рисунок 3.1 – Поплавок.

На поплавок ротаметра с верху в низ действуют две силы: сила тяжести G_n = V ρ_п g , (где V- объем поплавка; ρ_п – плотность материала поплавка; g – ускорение свободного падения) и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка p’₂ s (где p’₂ – среднее давление потока на единицу площади верхней поверхности поплавка; s – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка).

Снизу вверх на поплавок так же действуют две силы: Сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка p’₁ s, и сила трения потоков о поплавок q_т = kvⁿ_k s_б.(где: k – коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; v’_k – средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; s_б. – площадь боковой поверхности поплавка; n – показатель зависящий от скорости).

Поплавок уравновешен если соблюдается равенство

V ρ_пg + p’₂ s = p’₁ s + kvⁿ_k s_б(3.1)

Из (3.1) получаем

p’₁- p’₂ = (3.2)

Если допустить что v_k при всех расходах величина постоянная (с увеличением расхода увеличивается площадь кольцевого канала), то правая часть уравнения (3.1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора неизменны. Следовательно разность давлений на поплавок p’₁ - p’₂ = const, то есть ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Коэффициент расхода ɑ для ротаметров зависит то большого величин, которые не поддаются аналитическому определению, по этому ротаметры градуируются экспериментально. Для экспериментальной градуировки ротаметров предназначенных для измерения расходов жидкостей или газов , применяют в качестве градировочной среды применяют воду или воздух (ГОСТ 13045-81). Экспериментальная градуировка шкалы ротаметра точна лишь в том случае, если при эксплуатации значения всех величин соответствуют градировочным условиям. Изменение температуры потока меняет плотность среды и ее вязкость, а следовательно и коэффициент расхода.

Еще большей степени будут изменятся величины в случае, если ротаметр применяют для измерения расхода среды отличающейся от градировочной.

Ротаметр со стеклянной трубкой (Рисунок 3.1) состоит из конической трубки 1, закрепленной в двух металлических головках 3 и 4 снабженных сальниками и фланцем для монтажа в вертикальном трубопроводе. Головки соединены несколькими тягами образующие вместе с поперечинами решетку вокруг стеклянной трубки. Внутри трубки 1 свободно перемещается

Проект автоматизации процесса ректификации