Элементы и устройства автоматики

легких фракций без  значительного повышения температуры. В полных колоннах, работающих под атмосферным и повышенным давлением, водяной пар применяется для снижения температуры низа колонны или увеличения производительности подогревателя за счет повышения средней разности температур потоков (рис. 1-2, с, б).

При разделении многокомпонентных и сложных  смесей на три и более фракции  применяют несколько последовательно  работающих колонн, одну сложную колонну  либо сочетание простых и сложных  колонн. Сложная колонна — это  колонна с несколькими вводами  питания или боковыми отборами продуктов  по высоте.

При многоколонной  схеме сырьем каждой последующей  колонны могут служить как дистиллят, так и остаток предыдущей колонны. На рис. 1-3 в качестве примера показана схема разделения исходной смеси на четыре фракции тремя простыми колоннами; более тяжелые компоненты или фракции отбираются сверху последующей колонны.

Большое количество возможных вариантов разделения при многоколонной схеме, даже при сравнительно небольшом числе компонентов в смеси или небольшом количестве получаемых фракций сложной смеси, затрудняет определение оптимальной схемы разделения и приводит к необходимости использования электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Отметим, что для указанных целей вполне достаточно провести только статические расчеты разделения. В качестве первого приближения, а также для ускорения расчетного определения с помощью ЭВМ оптимальной схемы разделения можно рекомендовать следующие правила. В первых колоннах следует выделять наиболее летучие компоненты или легко- кипящие фракции при сравнительно небольшом содержании их в сырье. При значительном их содержании в сырье, например при разделении легких углеводородных газов методами абсорбции, с энергетической точки зрения выгоднее в первых колоннах выделять более тяжелые компоненты. Для промежуточных колонн рекомендуется применять схему, обеспечивающую минимальную чистоту промежуточных продуктов.

Предварительную оценку экономичности той или  иной схемы разделения можно проводить  по минимальному расходу тепла на разделение или по суммарному расходу  паров, проходящих через колонны.

С подробным описанием  и выбором многоколонной схемы  разделения можно ознакомиться по специальной литературе.

Рассмотрим сложные  ректификационные колонны, которые  наиболее часто встречаются в схемах разделения нефти (установки АВТ) и широких фракций (установки каталитического крекинга и замедленного коксования).

В атмосферных  колоннах для перегонки нефти (рис. 1-4, а) кроме верхнего и нижнего продуктов, например бензина и мазута, получают также несколько боковых погонов: лигроин, керосин и соляровый дистиллят. Каждый боковой погон, отбираемый из колонны, направляется в свою отгонную колонну, где происходит от- парка легких фракций. Таким образом, атмосферная колонна фактически представляет собой несколько простых колонн, объединенных в одну. Концентрационные части этих колонн расположены в одном корпусе, а отгонные части оформлены в самостоятельные отпарные колонны. При наличии в сложных колоннах одного верхнего орошения разные секции имеют различные паровые и жидкостные нагрузки и флегмовые числа. В связи с этим в каждой секции [10] либо в отдельных секциях создают самостоятельные циркуляционные орошения. Кроме перераспределения нагрузок и флегмовых чисел по высоте колонны, применение циркуляционных орошений позволяет улучшить энергетические показатели процесса за счет использования тепла этих потоков. Например, за счет регенерации тепла горячих потоков, и в том числе циркуляционных орошений атмосферных и вакуумных колонн установки АВТ, удается предварительно нагреть нефть до 160—170° С. Именно благодаря применению циркуляционных орошений установки АВТ характеризуются высоким коэффициентом использования тепла, который для современных укрупненных и комбинированных установок достигает приблизительно 7.

Рассмотрим особенности  технологической схемы вакуумной  колонны для разделения мазута на широкую фракцию и гудрон (рис. 1-4, в). Для получения заданного качества целевой фракции колонна имеет три секции и два дополнительных боковых отбора; верхняя секция предназначена для выделения легких фракций, присутствие которых обычно нежелательно в основном продукте; секция, расположенная ниже отбора основного продукта, обеспечивает качество получаемого продукта по содержанию смолистых и нелетучих соединений. В приведенной технологической схеме показан внешний переток жидкости из концентрационной части в отгонную. В вакуумных колоннах для перегонки мазута, а также в атмосферных колоннах для перегонки нефти подвод тепла в низ колонны ограничен возможностью изменения физико-химических свойств нефтепродуктов, поэтому все необходимое тепло вносится только с сырьем. В связи с этим ограничен также и отвод тепла с орошением, а следовательно, — возможность увеличения флегмового числа колонны. Дополнительный подвод тепла в колонну обеспечил бы дальнейшее увеличение качества получаемых продуктов. Один из возможных вариантов дополнительного подвода тепла в колонну осуществляется следующим образом [9, 11]: жидкость с нижней тарелки концентрационной части забирается насосом, подается в атмосферную колонну и далее — в печь, а затем уже в виде паров поступает в питательную секцию вакуумной колонны. Такое решение позволяет улучшить качество продуктов не только по фракционному составу, но и по цвету, поскольку продукт с нижней тарелки концентрационной части вакуумной колонны содержит наибольшее количество нелетучих и смолистых соединений.

При ректификации мазута на масляные дистилляты в вакуумных колоннах с обычными технологическими схемами [7] наблюдаются значительные налегания температур начала и конца кипения получаемых продуктов, что, однако, в. большинстве случаев удовлетворяет требованиям к их качеству, так как определяющими параметрами обычно являются не температуры кипения, а вязкость, температура вспышки и цвет продукта.

Улучшение качества продуктов современных схем вакуумной  перегонки мазута, так же как и  при атмосферной перегонке нефти, достигается применением выносных отпарных колонн с кипятильниками вместо подачи в низ отпарных колонн водяного пара.

При необходимости  четкого разделения мазута без налегания  соседних фракций и при сохранении прежних показателей по вязкости, температуре вспышки и цвету применяют двухступенчатую перегонку с давлением во второй ступени меньшим, чем в первой, и составляющим, например, 60 и 25 мм рт. ст. вверху колонн [9].

Сложные колонны  установки каталитического крекинга (рис. 1-4, б) предназначены для разделения широкой фракции обычно на три продукта: бензин, легкий газойль и. тяжелый газойль. Как и остальные сложные колонны, они кроме верхнего орошения имеют промежуточные циркуляционные орошения и от- парные колонны. Особенностью сложных колонн установок каталитического крекинга является наличие специальной секции с каскадными промывными тарелками над вводом сырья, с циркулирующей флегмой для охлаждения перегретых паров сырья, поступающих в колонну, и отмывки от катализаторной пыли. Для последующего отделения катализаторной пыли от жидкости нижняя часть колонны может иметь специальный отстойник.

Значительные  изменения в технологические схемы ректификационных аппаратов внесены в связи с уменьшением энергетических затрат на разделение. Уменьшение энергетических затрат при ректификации достигается путем рационального использования тепла конденсации орошения, за счет уменьшения неравновесности встречных потоков в сечении ввода питания и уменьшения потерь, обусловленных термодинамической необратимостью. Рассмотрим наиболее интересные решения, осуществленные в таких энергоемких процессах, как разделение воздуха и углеводородных газов. Воздухоразделительный аппарат состоит обычно из двух колонн, соединенных между собой теплообменником (рис. 1-5, а) [12]. При давлении в верхней колонне, равном 5 ат, и в нижней 1,5 ат теплообменник одновременно выполняет роль конденсатора и подогревателя верхней и нижней колонн соответственно, что и позволяет использовать тепло конденсации орошения нижней колонны для создания парового потока верхней колонны. В нижней колонне воздух разделяется на жидкость, обогащенную кислородом, и пары азота с небольшим содержанием кислорода. В верхней колонне происходит дальнейшее извлечение азота из обогащенной кислородом смеси. В результате сверху аппарата отбирается азот, а сбоку — почти чистый кислород.

Разработан также  воздухоразделительный аппарат, состоящий  из трех колонн (рис. 1-5,6) [13] под давлением, соответственно 9,8; 5,6 и 0,7 ат, работающих по схеме, аналогичной описанной выше. В схеме на рис. 1-5, б показана также укрепляющая колонна для получения аргона.

2. По описанию работы технологической установки начертите ее принципиальную схему с указанием точек контроля

3. На основании принципиальной схемы выполнить функциональную схему автоматизации. (MS Visio)

4. Описание в виде таблицы системы контроля и регулирования, показанные на функциональной схеме, с указанием позиции на схеме

5. Описание принцип работы каждого использованного в схеме прибора

Расходомер — прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство со счетчиком и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.

Индукционные расходомеры: электромагнитные датчики расхода, предназначенные для измерения текущего и суммарного расхода электропроводящих жидкостей, в том числе - суспензий. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике, движущемся в магнитном поле, наводится ЭДС.

В магнитно-индуктивном методе измерения расхода роль движущегося  проводника играет поток среды. Индуцируемое напряжение, пропорциональное скорости потока, подается на усилитель через  пару электродов. Магнитное поле генерируется постоянным током с переключающейся  полярностью. Допускают наличие значительного количества включений. Использование индукционных расходомеров оказывается удобным (а иногда и единственным) решением в случаях, где другие типы измерителей из-за принципа своего действия не обеспечивают требуемой точности, быстро выходят из строя или вовсе неприменимы.

Уровнемер — прибор, предназначенный для определения уровня, содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе и газообразующие, а также сыпучие и другие материалы. Уровнемеры так же называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения.

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических  средств, решающих задачу измерения  и контроля уровня. Средства измерения  уровня реализуют разнообразные  методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространённым методам измерения уровня, которые  позволяют преобразовать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в системы АСУ ТП относятся:

• контактные методы:
• волноводный;
• поплавковый,
• ёмкостной,
• гидростатический,
• буйковый;
• бесконтактные методы:
• зондирование звуком,
• зондирование электромагнитным излучением,
• зондирование радиационным излучением.

Манометр (греч. manos — редкий, неплотный, разрежённый) — прибор, измеряющий давление жидкости или газа.

Принцип действия манометра  основан на уравновешивании измеряемого  давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более  чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.