Выбор технических устройств автоматизации процесса ректификации

Учреждение образования  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет  ХТиТ

Кафедра     АППиЭ

Специальность АТПиП

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Технические  устройства автоматизации.

тема:  Выбор технических  устройств автоматизации процесса ректификации

 

 

 

 

Исполнитель: студент 4 курса 4 группы         .

 

 

Руководитель:                       .

 

 

 

 

Курсовая работа защищена с оценкой_____________

Руководитель_________________________          __                    .

^{(подпись)        (инициалы и фамилия)}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012 

Реферат

Отчет 55 стр., рисунков 7, формат А1 – 1, формат А2 – 1, формат А1 - 1, таблиц 3

РЕКТИФИКАЦИЯ, РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОНА, АНАЛИЗАТОР, РЕГУЛЯТОР, СТАБИЛИЗАЦИЯ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ, СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ, ВХОДНОЙ СИГНАЛ, УНИФИЦИРОВАННЫЙ СИГНАЛ.

Цель проекта – разработка функциональной схемы автоматизации и выбор технических средств процесса ректификации.

В курсовом проекте описан технологический процесс, разработана функциональная схема автоматизации, выбраны технические средства автоматизации процесса ректификации, разработана принципиальная схема системы регулирования одного из наиболее важных параметров процесса.

Список использованных источников содержит 7 названий.

 

Оглавление

Введение 4

1 Краткое описание технологического процесса. 7

1.1 Состав  сырого бензола 8

1.2 Общие принципы  переработки сырого бензола 8

1.3 Непрерывная  ректификация 9

2 Выбор контролируемых и регулируемых параметров. 12

3 Выбор технических средств автоматизации. 17

4 Проектирование функциональной схемы автоматизации 30

4.1 Описание  ТСА используемых во всех контурах: 31

4.1 Описание  каждого контура регулирования  с аргументацией выбора ТСА: 33

5 Проектирование принципиальной схемы САР параметра 36

6 Расчет и выбор РО 47

Заключение 50

Список использованных источников 51

 

 

Введение

Автоматизация технологических  процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации  уделяется большое внимание. Это  объясняется сложностью и высокой  скоростью протекания технологических  процессов, а также чувствительностью  их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т. д.

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

В механизированном технологическом  процессе человек продолжает принимать  непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и т. п. Здесь  на человека возложены функции управления механизмами и машинами.

Проведение некоторых  современных технологических процессов  возможно только при условии их полной автоматизации (например, процессы, осуществляемые на атомных установках и в паровых  котлах высокого давления, процессы дегидрирования и др.). 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 атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

Под технологическим  процессом понимают совокупность технологических  операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах, целью которых является получение продукта, обладающего  заданными свойствами. Технологический процесс, реализованный на соответствующем технологическом оборудовании называют технологическим объектом управления (ТОУ).  ТОУ это отдельный аппарат, агрегат, установка, цех, производство, предприятие. Различные внешние возмущающие воздействия (изменение расхода или состава исходного сырья, состояния и характеристик технологического оборудования и т.д.) нарушают работу ТОУ. Поэтому для поддержания его нормального функционирования, а также при необходимости изменения условий его работы, например, с целью ведения технологического процесса по некоторой программе или получения целевого продукта другого качества или состава, ТОУ нужно управлять. При этом цель управления заключается в обеспечении оптимального значения критерия управления, под которым понимается технологический или технико-экономический показатель (производительность установки, себестоимость продукции и т. д.), характеризующие качество ТОУ в целом и принимающий числовые значения в зависимости от подаваемых на него управляющих воздействий – целенаправленных изменений материальных и энергетических потоков. Процесс управления предусматривает: сбор информации о текущем состоянии объекта управления; определения оптимального режима функционирования объекта; вычисление управляющих воздействий; реализацию оптимальных управляющих воздействий.

АСУ. В настоящее время для управления широко применяют автоматизированные системы управления (АСУ) – человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления. При этом под процессом оптимизации понимают выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия управления. Сбор и оперативная обработка информации, вычисление критериев, нахождение оптимальных значений управляющих воздействий в этих системах осуществляется с помощью различных технических средств и электронных вычислительных машин. За управляющим персоналом остаются задачи осмысливания технологической или технико-экономической ситуации в целом и реализация управляющих воздействий.

Управление химическими  предприятиями посредством АСУ  осуществляется по иерархическому принципу на трех уровнях.

АСУП. На высшем уровне обеспечивается оперативное управление химическим предприятием в целом, которое наряду с решением задач технологического управления отдельными производствами, координирует работу этих производств и решает планово-экономические задачи, обеспечивая эффективность работы всего предприятия. Для оперативного управления химическими предприятиями разрабатываются автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП).

АСУТП. На следующем уровне обеспечивается управление технологическим процессом. Для этого используется автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП), предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на ТОУ в соответствии с принятым критерием управления. Задача управления в этом случаи состоит в отыскании оптимальных режимов совместно работающих аппаратов, распределении нагрузок между отдельными агрегатами или параллельно работающими цепочками аппаратов с учетом имеющихся ресурсов сырья, энергии и других показателей. В АСУТП широко применяется весь арсенал средств автоматического управления, включая цифровые вычислительные машины. При управлении технологическим процессом на уровне АСУТП информация о его протекании передается также и на диспетчерские пункты предприятия, обеспечивающие ее анализ, обработку и использование в АСУП при управлении предприятием.

Локальные системы. На низшем уровне задача сводится к стабилизации необходимых режимов процессов, протекающих в отдельных аппаратах, путем поддержания заданных значений характерных технологических величин (расход, температура, качественные показатели получаемых продуктов и др.). Кроме того, выполняется оптимизация процессов с учетом их особенностей (процесс проводится при условии максимальной выработке целевого продукта из единицы сырьевого материала, минимальных удельных затрат энергии на получение продукта заданного качества или при других условиях). Одновременно осуществляется сигнализация о нарушении заданного режима, защита и блокировка оборудования, его пуск и останов, дистанционное управление процессом и т.д. Эти задачи решаются с помощью локальных автоматических систем, входящих в АСУТП.

С усложнением задач, решаемых автоматизированной системой управления химическим предприятием в целом, возрастают требования к качеству работы локальных  систем. Поэтому при автоматизации  химических производств и предприятий  в первую очередь необходимо создавать  надежные и качественно работающие локальные автоматические системы.

Курсовой проект посвящена разработке функциональной схемы автоматизации, выбору технических средств автоматизации процесса ректификации, разработке принципиальной схемы системы регулирования одного из наиболее важных параметров процесса, приведению спецификации на технические средства автоматизации процесса ректификации.

 

1 Краткое описание технологического процесса.

Ректификация – процесс  разделения гомогенных смесей летучих  жидкостей путём двустороннего  массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу.

Ректификация представляет собой процесс многократного  частичного испарения жидкости и  конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и  жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно легколетучий или  низкокипящий компонент, которым обогащаются  пары, а из паров конденсируется преимущественно труднолетучий  или высококипящий компонент, переходящий  в жидкость. Такой двухсторонний  обмен компонентами, повторяемый  многократно, позволяет получить, в  конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации  в отдельном аппарате образуют дистиллят (ректификат) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны  и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим  компонентом. Достаточно высокая степень  разделения однородных жидких смесей на компоненты может быть достигнута путем ректификации.

Так, одним из способов получения  бензола является ректификация. Бензол (C₆H₆) — ароматический углеводород – входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Основными областями применения чистого бензола, является синтез этилбензола для производства синтетического каучука и пластмасс.

Толуол, применяется в  основном для производства тринитротолуола, а также в качестве добавки  к мототопливам, в ряде случаев толуол, находит применение как растворитель и при производстве фармацевтических препаратов.

1.1 Состав сырого бензола

Сырой бензол представляет собой смесь большого количества разнообразных химических соединений. Основная масса его компонентов  выкипает до 180º.

 

Выше этой температуры  кипят содержащиеся в сыром бензоле  компоненты поглотительного масла, называемые сольвент-нафтой, и некоторые  непредельные соединения. Обычно все  расчеты при определении содержания отдельных компонентов в сыром  бензоле и их выходов в процессе переработки производится на отгон  до 180º.

Наиболее важные по ценности компоненты – бензол и его гомологи, а также некоторые виды непредельных соединений.

Бензол (С6Н6) – первый член гомологического ряда бензольных углеводородов (СnH2n-6),является основным компонентом сырого бензола, содержание которого достигает 55-80%. Температура кипения бензола 80,1 ºC.

Толуол (С6Н5СН3) – следующий  за бензолом по своему содержанию компонент  сырого бензола. Температура кипения  толуола 110,6 ºC. Содержание толуола в  сыром бензоле зависит от условий  коксования и составляет 10-15%.

Все бензольные углеводороды чрезвычайно горючи, легко воспламеняются, а их пары с воздухом образуют взрывоопасные смеси. Это требует большой осторожности и определенных мер безопасности при работе с ними.

На переработку сырого бензола больше всего влияет температура  кипения. Благодаря значительному  различию температуры кипения бензола, толуола, ксилолов и триметилбензолов, разделение их процессов ректификации не представляет особой сложности.

Разность температур кипения  соседних пар при давлении 101,3 кПа (760 мм рт.ст) составляет, ºC:

- сероуглерод-бензол - 33,6

- бензол-толуол - 30,5

- толуол-ксилол - 27,0

- ксилол-сольвент - 25,0

1.2 Общие принципы переработки сырого бензола

Основная цель переработки  сырого бензола – выделение важнейших  ароматических соединений, возможно более чистом виде, с наименьшими потерями и получение наряду с этим полезных для народного хозяйства продуктов и ароматических примесей.

Процесс ректификации сырого бензола осуществляется в колоннах барботажного типа, имеющих внутри колпачковые или ситчатые ректификационные тарелки, на которых осуществляется противоточное взаимодействия потоков пара и жидкости.

В результате многократно  чередующих процессов частичного испарения  остатка и частичной конденсации  паров в колонне, достигается  практически полное выделение легкокипящего  компонента в паровую фазу и отделение  от него, высококипящих компонентов, остатка, который выводится снизу  колонны. Основным достижением требуемой  степени разделения компонентов  в колонне, является подвод тепла  вниз колонны и подача холодного  агента, на орошение верха колонны.