Автоматизация процесса очистки метанола

Министерство  образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА

Институт  Металлургии

Кафедра  АПП

Группа  

Дисциплина ПСА

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

Автоматизация процесса очистки метанола

Пояснительная записка

 

 

 

Руководитель  проекта _________________________ 

Разработал  студент _________________________ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КРАСНОЯРСК 2003

Министерство  образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА

Институт  Металлургии

Кафедра  АПП

Дисциплина ПСА

Группа

задание по курсовому проекту

1 Тема проекта: Автоматизация процесса очистки метанола.

2 Исходные  данные: Метанол, содержащий 10-12% воды, непрерывно поступает в испаритель, туда же подается воздух, который барботирует через слой водного метанола и насыщается его парами. Паровоздушная смесь идет в реактор, температура в котором 500-600 °С. Реакционные газы сразу же попадают в холодильник, где происходит охлаждение смеси и предотвращается распад продукта.

3 Специальная  часть: Предусмотреть:

1) Автоматический  контроль расхода метанола (F_м = 3 м³/ч); расхода воздуха (F_в = 30 нм³/ч); давления пара (Р_п = 0,5 МПа);

2) Автоматическое  регулирование соотношения расходов (1:3) воздух-метанол с коррекцией  по уровню в испарителе (L = 1м); температуры в реакторе изменением подачи воды в холодильник;

3) Сигнализацию  давления воздуха и верхнего  значения уровня метанола в испарителе.

4 Перечень графического материала:

1) Схема автоматизации функциональная;

2) Схема электрическая принципиальная АСР температуры газа в реакторе;

3) Чертёж общего вида щита АСР температуры газа в реакторе;

4) Монтажно-коммутационная  схема АСР температуры газа в реакторе;

5) Схема внешних электрических и трубных проводок.

 

 

 

 

Дата  выдачи задания  «___»__________________ 2003 г.

Срок  сдачи проекта  «___»__________________ 2003 г.

Руководитель  проекта    _____________________ 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………	4
1 Описание технологического процесса……………………………………………….	5
1.1 Контролируемые параметры……………………………………………………….	5
1.2 Регулируемые параметры…………………………………………………………..	5
2 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации …..................................	6
3 Описание функциональной схемы автоматизации………...……………………….	9
4 Описание принципиальной электрической схемы………………………………….	10
5 Описание чертежа общего вида щита …..………………….………………………..	11
6 Описание монтажно-коммутационной схемы щита ….……………………………	12
7 Описание схемы внешних электрических и трубных проводок…………………...	13
Заключение…………..…………………………………………………………………..	13
Приложение А…………………………………………………………………………...	14
Список литературы...………...…………………………….……………………………	17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Проектами наиболее сложных производств, особенно в черной металлургии, нефтепереработке, химии и нефтехимии, на объектах производства минеральных удобрений, энергетики и в других отраслях промышленности, предусматривается комплексная автоматизация ряда технологических процессов.

Интенсификация и усложнение металлургических процессов, рост единичной мощности агрегатов и повышение требований к качеству готовой продукции привело к внедрению сложных многоуровневых систем автоматизации с применением вычислительной техники – автоматизированных систем управления технологическими процессами.

АСУ ТП становятся неотъемлемой частью новых крупных производственных агрегатов, технологических линий и производств и являются качественно новым этапом автоматизации производства, позволяющим комплексно автоматизировать технологический процесс.

До появления АСУ ТП и управляющих  вычислительных машин эффективно эксплуатировались различные локальные системы автоматизации. Основное назначение АСУ ТП – объединить их в единую, взаимоувязанную систему, обеспечивающую управление на качественно новом уровне – с использование в управлении технико-экономических параметров и критериев.

Как известно, для реализации систем необходимо составить проект, являющийся основанием для финансирования работ, комплектирования технических средств, выполнения монтажа и внедрения. Проектирование осуществляется на основе технико-экономических обоснований или другой предпроектной документации, подтверждающей экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость создания проектируемой системы.

При разработке проектов должны обеспечиваться передовой технический уровень и высокая экономическая эффективностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологического процесса с обоснованием контролируемых и регулируемых параметров

Технологический процесс, рассматриваемый  в работе, представлен тремя взаимосвязанными объектами. В испарителе происходит испарение метанола. Метанол, содержащий 10-12% воды, непрерывно поступает в испаритель, туда же подается воздух, который барботирует через слой водного метанола и насыщается его парами. Затем паровоздушная смесь идет в реактор. Паровоздушная смесь попадает в реактор, температура в котором 500-600°С. Реакционные газы сразу же попадают в холодильник, где происходит охлаждение смеси и предотвращается распад продукта.

Рисунок 1 - Технологическая схема процесса

Входными параметрами данного  технологического процесса являются: расход метанола, расход воздуха, уровень метанола, давление воздуха в испарителе, температура в реакторе и расход воды в холодильнике.

Выходными параметрами данного технологического процесса являются: температура реакционных газов и давление пара в холодильнике.

 

1.1 Контролируемые параметры

Контролируемыми параметрами в  испарителе являются: расход метанола, расход воздуха и давление пара. По технологическим требованиям расход метанола должен составлять F_м = 3м³/ч, расход воздуха F_в = 30 нм³/ч.

Контролируемыми параметрами в  реакторе являются давление пара, которое  по технологическим требованиям должно составлять Р_п = 0,5 МПа.

 

1.2 Регулируемые параметры

Регулируемым параметром в испарителе является соотношение расходов воздух-метанол, причем регулирование происходит с  коррекцией по уровню метанола в испарителе. Уровень метанола в испарителе составляет L = 1м.

Регулируемым параметром в реакторе является температура. Температура в реакторе регулируется изменением подачи воды в холодильник. По технологическим требованиям температура в реакторе должна находиться в диапазоне 500-600°С.

Рисунок 2 - Структурная схема технологического процесса

 

2 Выбор и обоснование средств автоматизации

На функциональной схеме изображены все средства автоматизации, необходимые  для контроля и регулирования  параметров которые в свою очередь  обеспечивают стабильность работы связанных между собой агрегатов.

Наиболее важным параметром в нашей схеме является температура в реакторе. Для ее регулирования необходимы следующие средства автоматизации:

В данной схеме, как наиболее оптимальный, выбираем контактный метод измерения  температуры. В качестве датчика  выбираем термоэлектрический преобразователь или термопару, которая обладает унифицированным сигналом, воспринимаемым вторичным прибором без нормирующего преобразователя. Чувствительный элемент термопары представляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой на рабочем конце в термопару (спай) и изолированных по всей длине при помощи одно- или двухканальных трубок и бус из пирометрического фарфора и окиси алюминия. Чувствительный элемент помещается в защитную арматуру, в комплект которой входит водозащищенная головка с колодкой зажимов. Двойные термометры имеют два электрических изолированных чувствительных элемента. Спай поверхностного термоэлектрического термометра электрически соединен с защитной арматурой. Свободные концы термометра через колодку зажимов присоединяются к вторичному прибору или преобразователю. Существует несколько видов термопар, такие как: хромель-копелевая, хромель-алюмелевая, вольфрам-рениевая, платинородиевая, платиновая и т.д. Для диапазона 500-600°С подходит хромель-копелевая термопара ТХК 0179, пределы измерения которой 50-600°С.

Сигнал с термопары поступает  на вторичный прибор, в качестве которого выбираем показывающий и регистрирующий прибор Диск-250, предназначенный для измерения и регистрации активного сопротивления, силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные сигналы.

Диск-250 имеет входные искробезопасные электрические цепи уровня ia. Прибор, устанавливается только вне взрывоопасных помещений и имеет маркировку Exia II С.

Все приборы серии Диск-250 могут работать с серийно выпускаемыми датчиками, не имеющими собственного источника питания, индуктивности, емкости, которые могут устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно гл. 7.3 ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим установку электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Приборы рассчитаны на работу с входными сигналами от термопреобразователей сопротивления с номинальной статической характеристикой преобразования 0-5 и 4-20 мА; 0-5 и 0-10 В, 0-50, и 0-100 мВ.

Диск-250 и его разновидности имеют следующие выходные устройства:

1. Устройство преобразования входных сигналов в выходной непрерывный электрический сигнал 0-5 или 4-20 мА;
2. Пропорционально-интегральное регулирующее;
3. Регулирующее с бесконтактным и контактным (релейным) выходом для формирования трехпозиционного закона регулирования с независимой установкой нижнего и верхнего пределов зоны регулирования;
4. Два двухпозиционных устройства сигнализации с релейным выходом.

Установки предназначены для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С и верхнем значении относительной влажности 80% при 35°С и более низких температурах без конденсации влаги. Они являются восстанавливаемыми изделиями и не создают индустриальных радиопомех.

С учетом вышесказанного Диск-250 наиболее оптимальный вариант. В пользу этого говорит и то, что он обладает унифицированным выходным сигналом возможностью подключения к ЭВМ. Диск 250 имеет габаритные размеры такие же, как и у КСП, КСД или КСМ, которые безнадежно устарели, следовательно, на их место смело можно ставить Диск-250.

В качестве регулятора, реализующего ПИД-закон регулирования, возьмем Ремиконт Р-130, который входит в состав всех трёх АСР. Ремиконт Р-130 – регулирующий микропроцессорный контроллер. Выбор этого контроллера обусловлен тем, что «Ремиконт» Р-130 представляет собой компактный микропроцессорный контроллер, имеющий 28 каналов ввода/вывода и оснащенный интерфейсным каналом цифровой последовательной связи. На лицевой панели контроллера расположены органы оперативного управления, с помощью которых реализуют большое число оперативных команд. Ремиконт Р-130 реализует функции одноконтурного, каскадного, программного, супервизорного и многосвязного регулирования, а также логико-программное управление с последующим использованием команд и алгебры логики, что обеспечивает высокий уровень регулирования. Кроме того, Р-130 осуществляет:

1) Ручную установку или автоматическую коррекцию параметров настройки в алгоритмах;

2) Безударное изменение режимов управления, а также конфигурирование контуров любой сложности;

3) Избирательное оперативное управление и контроль за контурами регулирования, дистанционное управление используемыми механизмами, контроль технологических координат и идентифицирование аварийных ситуаций;

4) Запись информации в перепрограммируемое ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием;

5) Самодиагностику, сигнализацию и идентификацию неисправностей, в том числе выявление отказов аппаратуры, выходов за допустимые границы, короткие замыкания по нагрузке, нарушение обмена информации по локальной сети.

Кроме того, Ремиконт Р-130 имеет сравнительно невысокую стоимость, что позволяет его широко применять в металлургии.

АСР стабилизации температурного режима реализуется на микроконтроллере следующими блоками: блок демпфирования – для сглаживания входного сигнала; блок аналого-цифрового преобразования; блок суммирования, где сигнал сравнивается с задающим воздействием; блок аналогового регулятора; блок сравнения с зоной нечувствительности без изменения направления срабатывания.

В качестве ключа выбора рода работ мы выбираем БРУ-32. Блок типа БРУ-32 выполняет следующие функции: дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно, кнопочное управление исполнительными устройствами «больше-меньше», световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства «больше-меньше» с импульсным входным сигналом, определение положения регулирующего органа.

В качестве исполнительного механизма выбираем МЭО-40/63.

Управление механизмами (пуск, останов, изменения направления движения) осуществляется контактными и бесконтактными устройствами. При контактном управлении используют реверсивные электромагнитные пускатели или реле. Бесконтактное управление механизмами МЭО реализуются бесконтактными реверсивными пускателями типа ПБР-2М, которые содержат асинхронный однофазный конденсаторный электродвигатель типа ДАУ или синхронный реверсивный конденсаторный электродвигатель типа ДСР.

В качестве регулирующего органа выберем  вентиль регулирующий с электроприводом – 15с997нж.

Запорные и регулирующие угловые  вентили применяются на трубопроводах для жидких и газообразных сред с рабочей температурой от –30 до +200°С.

Управление вентилем осуществляется от электропривода и при помощи ручного  тумблера. Дополнительно вентиль  имеет указатель крайних положений  затвора, что обеспечивает легкость и простоту эксплуатации.