Автоматизация адсорбционной установки
Содержание
Введение
. Обоснование выбора параметров контроля и регулирование
. Обоснование выбора приборов и технических средств автоматизации
.1 Датчики давления
.2 Датчики температуры
.3 Измерение расходов
.4 Измерение уровня
.5 Измерение концентрации паров этанола
.6 Программное регулирующее устройство
.7 Вторичные измерительные приборы
.8 Специальные исполнительные устройства
. Спецификация приборов и средств автоматизации
Заключение
Список используемых источников
Введение
Адсорбция обычно проводится на твердых адсорбентах, на которых адсорбируются газы или растворенные вещества. В процессе адсорбции растворенных веществ из воды наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия:
.взаимодействие молекул растворенного вещества с молекулами (атомами) поверхности адсорбента;
.взаимодействие молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе - процесс гидратации.
Адсорбция газов аналогична адсорбции из растворов, за исключением того, что отсутствует конкурирующее действие воды. В процессе адсорбции происходит задержка адсорбата на поверхности адсорбента в течении определенного времени. После чего адсорбат снова может перейти в газовую фазу. Процесс адсорбции из водной (газообразной) фазы идет до установления равновесия. Количество газа или растворенного вещества, которое адсорбируется определенным количеством адсорбента, зависит от вида газа или раствора и от условий:
температура среды;
давление газа;
концентрация растворенных веществ и т.д.
В первый момент сорбции скорость максимальна. В процессе сорбции концентрация адсорбата на поверхности адсорбента увеличивается и при определенных соотношениях может происходить обратный процесс, т.е. переход адсорбционного вещества с поверхности адсорбента в раствор или газ, т.е. наступает равновесие, при котором концентрация извлекаемого вещества в растворе или парциальное давление газа становится постоянным. Эта концентрация раствора называется равновесной концентрацией, а парциальное давление - равновесным.
Абсорбционные установки являются промежуточными стадиями в технологическом процессе, поэтому задача оптимального управления ими подчиняется общей задаче управления процессом в целом. Чаще всего - это задача минимизации технологической составляющей себестоимости готового продукта, характеризующей стадию абсорбции. В зависимости от конкретных условий работы абсорбционной установки такая задача сводится либо к максимизации степени абсорбции, либо к минимизации энергозатрат на разделение смеси.
Автоматизация адсорбционной установки приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда, обеспечивает высокое качество продукции, сокращение отходов, способствует уменьшению затрат на сырье и энергию, уменьшению численности рабочих, удлиняет сроки межремонтного пробега оборудования. Внедрение в производство систем автоматизации способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение воздуха и водоемов промышленными отходами. [6]
1. Обоснование выбора параметров контроля и регулирование
Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента относятся к периодически действующим аппаратам. Смесь этанола и воздуха из охлаждающего калорифера со скоростью 1 м3/с попадается в адсорбер, расход смеси необходимо контролировать. Газ с контролируемой температурой 20 ºС поступает в пространство между стенкой корпуса и наружной стенкой корзины, в которой расположен адсорбент - активированный уголь марки АР-А. При прохождении газа при контролируемом давлении 0,25 МПа через слой адсорбента протекает процесс массообмена, то есть происходит поглощение этилового спирта из парогазовой смеси. После протекания этой реакции очищенный газ через центральный штуцер отводится в атмосферу.
Процесс идет до тех пор, пока на линии отработанного воздуха не будет обнаружен проскок этилового спирта (0,01%), для этого нужно контролировать состав отработанного воздуха. При обнаружение этилового спирта вентили на трубопроводе подачи смеси паров этанола с воздухом вентиль трубопроводе отработанного воздуха закрываются, а вентили на трубопроводах насыщенного пара для отдувки насыщенных паров этанола и вентиль на трубопроводе насыщенных паров открываются.
Процесс регенерации начинается с подачи в адсорбер насыщенного пара с контролируемым давлением 0,25 МПа. Пар через, нижний центральный, штуцер попадает в центральную часть адсорберов. Затем происходит процесс регенерации перфорированных решеток (процесс десорбции), в частности активного угля. При этом температура активированного угля не должна подниматься выше 50 ºС, для этого контролируем температуру угля и при необходимости регулируем подачей насыщенного пара. Образовавшейся конденсат, через нижний правый штуцер, попадает в канализацию. Промывной водяной пар со следами этилового спирта и частицами адсорбента штуцер поступает в циклон.
В циклоне смесь паров воды и этилового спирта очищается от пыли и сконденсированных капель пара под действием центробежных сил. Полученный конденсат через нижний штуцер циклона переходит в холодильник <#"justify">Для управления стадиями адсорбции устанавливает программные устройства, которые по жесткой временной программе осуществляет следующие операции: открывает клапаны и закрывает клапаны (операция адсорбции); открывает клапаны и закрывает клапаны (операция десорбции). [1,2,7]
Параметры адсорбции с неподвижным слоем адсорбента приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры технологического процесса
Позиция по функциональной схемеНаименование параметраПока-заниеРегист-рацияСигна-лизацияРегулиро- вание1234561Температура паров этанола с воздухом-+--2Расход паров этанола с воздухом-+-+3Программное устройство---+4Концентрация этанола в отработанном воздухе-+-+5Программное устройство---+6Давление насыщенного пара-+--7Температура активированного угля в адсорбере-+-+8Программное устройство---+9Давление в адсорбере-+-+10Уровень отработанной воды при отдувки паров этанола-+-+11Уровень этанола в циклоне-+-+
. Обоснование выбора приборов и технических средств автоматизации
При выборе технических средств автоматизации следует учитывать пожароопасность производства физико-химические свойства сред.
Выбранные технические средства, ориентированы на новейшие, отечественные и импортные разработки, удовлетворяющие наибольшему количеству вышеперечисленных требований.
2.1 Датчики давления
Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150TG предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин: избыточного давления; абсолютного давления; разности давлений.
·Измеряемые среды: жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси
·Диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0-0,025 кПа; максимальный 0-60 МПа
·Основная приведенная погрешность до ±0,075%
·Диапазон температур окружающей среды от -40 до 80°С
·Дополнительная температурная погрешность до ±0,05%/10°С
·Диапазон перенастроек пределов измерений 50:1
·Высокая стабильность характеристик
·Взрывозащищенное исполнение вида «искробезопасная цепь» и «взрывонепроницаемая оболочка».
2.2 Датчики температуры
Датчики температуры ТСП Метран - 205 предназначены для измерения температуры в различных технологических объектах. Могут быть использованы для измерения температуры воздуха, для измерения температуры жидкостей, вязких сред и пр. в технологических емкостях.
Количество чувствительных элементов: 1 или 2
Диапазон измеряемых температур: от -50 до 450°С или от -196 до 600°С в зависимости от типа чувствительного элемента
Глубина погружения: 60 мм минимум при испытании согласно IEC 751
/321 с минеральной изоляцией внутренних проводов
Температура окружающей среды (общепромышленное исполнение): от -40 до 85°С.
2.3 Измерение расходов
адсорбер датчик автоматизация регулирующий
Для измерения расхода предусмотрен интеллектуальный вихревой расходомер Rosemount 8800DF принадлежит к известному семейству приборов Rosemount SMARTFAMILY.
Принцип действия расходомера основан на эффектеобразования вихрей поочередно с каждойстороны тела обтекания, помещенного в поток среды. Частота образования вихрей прямо пропорциональна скорости среды и соответственно объемному расходу. В конструкции расходомеров отсутствуют пазы и щели, которые могут засоряться в процессе эксплуатации, что повышает стабильность измерений и надежность работы расходомера. Пьезоэлектрический сенсор изолирован от измеряемой среды и конструкция расходомера позволяет произвести его замену без остановки технологического процесса.
2.4 Измерение уровня
Для измерения уровня предусмотрен радарный уровнемер серии Rosemount 5400 придел измерения, выходной аналоговый сигнал 4-20 мА.
Уровнемеры 5400 представляют собой новейшие интеллектуальные приборы, предназначенные для бесконтактных измерений уровня жидкостей в резервуарах, успокоительных колодцах и трубах различного типа и конфигурации. Радарный уровнемер серии Rosemount 5400 представляет собой сложный прибор, предназначенный для проведения бесконтактных измерений уровня различных продуктов. Принцип работы радарных уровнемеров бесконтактное измерение уровня благодаря новаторским решениям, повышающим способность слежения за поверхностью продукта и обработки сигнала. Уровень жидкости измеряется короткими импульсами радара, которые передаются от антенны, находящиеся в верхней части резервуара, по направлению к этой жидкости.
2.5 Измерение концентрации паров этанола
Для измерения концентрации паров этанола выбираем стационарный взрывозащищённый оптический датчик-газоанализатор СГОЭС-М11 применяется для непрерывного контроля взрывоопасных концентраций углеводородов, этилового, метилового или изопропилового спиртов в смеси с азотом или воздухом, а также для контроля загазованности рабочей зоны парами реальных промышленно-используемых продуктов нефтепереработки.
Газоанализатор может использоваться как часть автоматизированной системы сигнализации либо абсолютно независимо, как газоанализатор горючих паров и газов.
Определяемые газыметан, пропан, бутан, изобутан, пентан, циклопентан, гексан, пропилен, метанол, этанол, этан, этилен, ацетон, бензол, толуол, метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), орто-ксилол, пара-ксилол, гептан, изопропанол, этилбензол, циклогексан, пары нефтепродуктов
Диапазон измерений, % НКПР0 - 100
Тип сенсораинфракрасный
Материал корпусаалюминий / нержавеющая сталь SS316
Напряжение питания, В24
Рабочий диапазон напряжения питания, В18 - 32
режим обогрева выключен, 24 В3,6
режим обогрева включен, 24 В5,5
пиковая нагрузка, 32 В3,5
Выходные сигналытрёхцветная светодиодная индикация
унифицированный аналоговый сигнал (4 - 20) мА в диапазоне показаний с протоколом HART
2.6 Программное регулирующее устройство
В качестве программного регулирующего устройства выбрано устройство программно-временное микроэлектронное, технические характеристики УВПМ-1-128
УВПМ-1 устройство программно-временное микроэлектронное предназначено для коммутации электрических цепей с определенными предварительно установленными выдержками времени и применяется в промышленной аппаратуре различного назначения, для получения выдержек времени в схемах промышленной автоматики и релейной защиты.
-Гарантийная наработка 10000 ч.
-Напряжение питания постоянного тока 27 ± 2,7
-Максимальное отклонение мгновенного значения пульсирующего напряжения с частотой следования не более 200 кГц от среднего уровня напряжения постоянного тока, В 2,7
-Диапазон выдержки времени:0-750 сек
2.7 Вторичные измерительные приборы
В качестве вторичных измерительных приборов применяем автоматические показывающие потенциометры КП140. Автоматические показывающие потенциометры КП140 предназначены для измерения температуры и других величин, изменение значений которых может быть преобразовано в сигнал постоянного тока или напряжения, имеют сигнализирующее (регулирующее) трёхпозиционное устройство.
Отдельные модификации приборов одновременно с измерением и сигнализацией осуществляют дистанционную передачу показаний на дублирующий прибор посредством встроенного реостатного устройства.
Типы первичных преобразователей:
термоэлектрический преобразователь;
датчик напряжения постоянного тока 0-10 mV, 0-100 mV;
термоэлектрический преобразователь ТПР;
датчик напряжения постоянного тока 0-1 V, 0-10 V;
датчик постоянного тока 0-5 mA, 0-20 mA, 4-20 mA.
Технические характеристики
Основная погрешность приборов, выраженная в процентах от нормирующего значения измеряемой величины по показаниям:
диапазон измерения свыше 10 mV±0.5
диапазон измерения до 10 mV±1.0
по каналу сигнализации, не более±1.5
по каналу с реостатным устройством, не более±1.0
Мощность, потребляемая прибором, VA, не более19
Габаритные размеры, мм140Х140Х405
Масса, кг, не более8.5
Прибор устойчиво работает при воздействии вибрационных нагрузок от 5 до 100 Hz с ускорением 9.8 m/s2. При воздействии ударных нагрузок - частота следования импульсов в пределах 40¸180 в мин., общее число ударов - не менее 1000, максимальное ускорение удара - 100 m/s2.
.8 Специальные исполнительные устройства
В качестве специальных исполнительных устройств применяют клапан регулирующий двухседельный фланцевый 25ч48нж - 16, 25, 40 атм. Рабочая среда - Вода, пар, воздух и др. жидкие и газообразные среды, нейтральные к материалам деталей, соприкасающихся со средой
3. Спецификация приборов и средств автоматизации
Таблица 1 - Спецификация приборов и средства автоматизации [3,4,5]
Поз.Наименование и техническая характеристикаТип, модель, маркаИзготовительКоличествона один аппаратна все аппараты1234561-1 по местуТемпература паров этанола с воздухом (19±2ºС). Термометр сопротивления платиновый Измерительная среда пар. выходной сигнал 4-20 мАМетран - 205Промышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск112-1 по местуРасход паров этанола с воздухом (1±0,01 м3/с) Интеллек. датчик Измерительная среда пар. выходной сигнал 4-20 мАRosemont 8800 DFПромышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск113-1 5-1 8-1 на щитеПрограммно-временное устройствоУВПМ-1-128ООО компания «Электроника и связь» г.Воронеж,1 1 1 1 1 1 4-1 по местуКонцентрация этанола в отработанном воздухе (0,1±0,001 %) Газоанализатор Измерительная среда пары этанола выходной сигнал 4-20 мАСГОЭС-М11ООО «Аналитприборы» г. Смоленск,116-1 по местуДавление насыщенного пара (0,25±0,01 МПа) Интеллек. датчик Измерительная среда пар.выходной сигнал 4-20 мАМетран 150 TGПромышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск117-1 по местуТемпература активированного угля в адсорбере (18±2 ºС)Метран - 205Промышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск119-1 по местуДавление в адсорбере (0,25±0,01 МПа)Метран 150 TGПромышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск1110-1 по местуУровень отработанной воды в адсорбере (0,1±0,001 м). Радарный уровнемер t=40-150ºС, Р=0,1-1МПа выходной сигнал 4-20мАRosemont 5400Промышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск119-1 по местуУровень конденсата в циклоне (5±0,1 м).Rosemont 5400Промышленная группа заводов «МЕТРАН», г. Челябинск112-2 4-2 6-2 7-2 10-2 11-2Вторичный показывающий потенциометрКП140ОАО «Теплоприбор», г. Челябинск1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 12-3 4-3 6-3 7-3 10-3 11-3Клапан регулирующий односедельный фланцевый 25с947нж25с947нжТехномаркет групп Санкт-Петербург1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1
Заключение
В данной работе был рассмотрен процесс адсорбции. Это широко используемый процесс для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы. Приведены результаты разработки схемы автоматического управления процессом адсорбции в адсорбенте с неподвижным слоем адсорбента, позволяющие повысить производительность и улучшить качество адсорбции. Подобраны и обоснованы параметры контроля, регулирования и сигнализации процесса. Обоснован выбор первичных приборов для каждого параметра.
Список используемых источников
1.Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 22-е изд., исправленное/Под ред. Рабиновича В.А. - Л.: Химия,1982 г.
2.ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. -М.: Изд-во стандартов, 1985. - 18 с.
.Зингель Т.Г. Системы управления химико-технологическими процессами. Функциональные схемы автоматизации: Учебное пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования для студентов химико-технологических специальностей всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2004. - 212 с.
.Зингель, Т.Г. Системы управления химико - технологическими процессами: Учебное пособие для самостоятельного изучения дисциплины студентами химико - технологических специальностей всех форм обучения [Текст] / Т.Г. Зингель. - Красноярск: СибГТУ, 2003. - 344с.
.Зингель, Т.Г. Системы управления химико - технологическими процессами. Функциональные схемы автоматизации: учебное пособие к практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию для студентов химико - технологических специальностей очной и заочной форм обучения. - Издание второе, переработанное и дополненное / Т.Г. Зингель. - Красноярск: СибГТУ, 2012. - 270 с.
.Золотова Ю.А., Дорохова Е.Н. и др. Основы аналитической химии.- М.; Химия, книга 2, -2000 г.
.Стабников В.Н., Ройтер И.М., Процюк Т.Б.. Этиловый спирт - М.; Изд-во Пищевая промышленность, - 1976 г.