Автоматизация управления процессами производства синтетического каучука

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Введение

Проблема управления технологическим процессом возникла одновременно с его появлением. В то время, когда процессы были относительно простыми, функции управления выполнял человек-оператор. Ориентируясь по информации, поступающей от различных датчиков и приборов, он «вычислял» на основании своего опыта работы реакцию процесса на прилагаемые управляющие воздействия. Оператор подмечал, например, насколько надо изменить управляющие воздействия, чтобы показатель качества функционирования процесса изменился на определенную величину.

Таким образом, оператор замыкал контур управления. Он принимал решения и устанавливал значения управляющих параметров. По мере усложнения процессов оператору становилось все сложнее управлять ими, и тогда для решения задач управления стали использовать различные регуляторы. Они позволили обеспечить непрерывное управление отдельными операциями или стадиями процесса, но не были объединены в единую систему и поэтому не могли управлять процессом как единым целым. Функции управления процессом по-прежнему выполнял оператор.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), при создании которых к процессу подходят как к единому целому, представляют собой качественно более высокую ступень управления. Основная задача автоматизированного управления состоит в таком взаимосвязанном управлении всеми регуляторами процесса, при котором достигается максимальная его эффективность. Функции человека при этом сводятся к наблюдению или корректировке действий управляющей системы при возникновении возмущений, не предусмотренных программой управления.

Создание и внедрение АСУТП - сложный процесс. Сложность его обусловлена следующими причинами.

Во-первых, несмотря на единые технические средства и методы разработки, каждая из создаваемых АСУТП может считаться уникальной, так как предназначена для управления конкретным объектом с индивидуальными характеристиками.

Во-вторых, при создании и внедрении АСУТП нельзя воспользоваться обычной схемой внедрения новой техники: создание опытного образца, выпуск и апробирование небольшой партии изделий, корректировка проекта и, наконец, создание окончательного варианта. При внедрении АСУТП отсутствует возможность ее проверки до ввода в эксплуатацию, поэтому неправильные решения и ошибки приходится исправлять на действующем оборудовании.

В-третьих, создание АСУТП заключается в постепенном наращивании ее составляющих, причем освоенные ранее задачи управления не исключаются и не заменяются. Эволюция АСУТП должна тщательно планироваться заранее, на самом первом этапе.

И наконец, почти все объекты управления с течением времени претерпевают существенные изменения, что влечет за собой модернизацию внедренных задач управления. Поэтому АСУТП должны обладать адаптивностью (приспосабливаемостью).

Все перечисленные положения требуют создания и соблюдения общих принципов построения АСУТП.

Принцип первого руководителя состоит в том, что заказ на АСУТП, ее разработка и внедрение должны проводиться под непосредственным контролем первого руководителя, обладающего знаниями и правами, достаточными для успешного внедрения такой сложной системы, как АСУТП.

Принцип непрерывного развития системы. В системе должна быть заложена возможность ее развития, выражающаяся во введении в службу АСУТП подразделений по подготовке новых задач и модернизации старых на базе современных достижений науки и техники. В противном случае АСУТП может стать тормозом для функционирования объекта управления.

Принцип новых задач. При внедрении АСУТП нельзя просто перекладывать на вычислительную технику традиционно сложившиеся методы учета, планирования и оперативного регулирования. Их нужно перестраивать с учетом открывающихся новых возможностей. Полнота, своевременность и оптимальность управления объектом могут быть обеспечены только после тщательного анализа недостатков прежнего управления и связанных с ними потерь (сырья, энергии, времени и т. п.).

Технологические процессы многочисленны и разнообразны из-за вида используемого сырья, количества и формы энергоресурсов, количества стадий преобразования сырья, временных характеристик процесса, вида готовой продукции и т. д. Трудности контроля ряда параметров процессов и учета помех, недостаточная теоретическая изученность, сложность или невозможность постановки экспериментов на действующих объектах, характерные для большинства технологических процессов, превращают задачу их оптимизации в сложную научно-техническую проблему.

Для оценки качества функционирования технологических процессов вводят показатели качества, количественно выражающие степень достижения определенной цели. Выбор таких показателей является важным и ответственным этапом, включающим исследования возможностей технологического процесса, его ограничений, директивных указаний, требований потребителей продукции и т. п.

В целом качество работы объекта характеризуется численным значением критерия управления, используемым для выработки управляющих воздействий при оптимизации функционирования объектов. Наиболее распространенным критерием управления мощных производственных комплексов является прибыль. В отдельных случаях критерием служит производительность установки, или выход целевого продукта, или же один из показателей качества целевого продукта.

1. Технологическая схема производства

дегазация коагуляция автоматизация управление

Бутадиен-концентрат, стирол-ректификат и стирол-дистиллят, непрерывно подаваемые из емкостей 1, 2 и 3, смешиваются в трубопроводе. Полученная углеводородная фаза охлаждается в теплообменнике 4 и поступает в смеситель фаз 5. Водная фаза, предварительно охлажденная в холодильнике 6, также поступает в смеситель фаз 5. Образующаяся в смесителе эмульсия подается в полимеризатор 7-первый аппарат полимеризационной батареи, состоящей из 12 последовательно включенных полимеризаторов 7 - 18.

Процесс полимеризации осуществляется в эмульсии в присутствии компонентов окислительно-восстановительной системы и модификатора молекулярной массы при перемешивании и пониженных температурах (4 - 8°С). Для прекращения процесса вводится прерыватель полимеризации в смеситель 19.

Полученный в результате полимеризации латекс содержит незаполимеризовавшиеся мономеры (бутадиен и стирол), содержание которых позволяет судить о конверсии мономеров. Для выделения незаполимеризовавшихся мономеров проводят дегазацию. В колонне 20 происходит удаление основной массы незаполимеризовавшегося бутадиена за счет подачи водяного пара, увлажненного умягченной водой, под небольшим избыточным давлением.

Пары воды и углеводородов поступают из колонны 20 в отбойник 21, где отделяются унесенные капли латекса (для предотвращения забивки конденсаторов в линию паров после отбойника подается ингибитор). Отделенный бутадиен после конденсатора 22 направляется на компримирование и последующую очистку, а конденсат - стиролъная вода - подается на переработку.

Латекс из колонны предварительной дегазации 20 направляется в вакуумную колонну 23, предназначенную для удаления незаполимеризовавшегося бутадиена до остаточного его содержания не более 0,2%. В колонну 23 подается также водяной пар, увлажненный умягченной водой. Пары воды и углеводородов поступают из колонны 23 в отбойник 24 (в линию паров после отбойника также подается ингибитор) и далее в конденсатор 25. Конденсат - стирольная вода - подается на переработку. Частично дегазированный латекс с остаточным содержанием бутадиена не более 0,2% (масс.) для предотвращения вспенивания подают в противоточную колонну 26, работающую под глубоким вакуумом, создаваемым пароэжекционной установкой.

В линию латекса перед колонной предварительной дегазации 20 и противоточной колонной 26 подается эмульсия пеногасителя. Отгонка стирола из латекса в колонне 26 производится с помощью увлажненного водяного пара, подаваемого противотоком потоку латекса.

В дегазированный латекс вводят антиоксидант и направляют его в цех выделения каучука. Пары воды и углеводородов поступают в конденсатор 27. Конденсат - стирольная вода - направляется на совместную переработку с конденсатом из аппаратов 22 и 25.

Дегазированный латекс усредняется и анализируется в емкости 28 цеха выделения каучука и через фильтр 29 подается на коагуляцию. Предварительно латекс в смесителе 30 смешивается с нефтяным пластификатором.

Коагуляцию латекса проводят электролитом - водным раствором поваренной соли и разбавленным раствором поваренной соли с рециклом серума. Вместо электролита может быть использована другая коагулирующая добавка. Раствор коагулянта смешивается с латексом в смесителе 31. Полученный в аппарате 31 флокулят направляется в аппарат коагуляции 32, куда подается также циркулирующий серум, подкисленный разбавленной серной кислотой. Пульпа каучука из верхней части коагуляционного аппарата 32 перетекает в дозреватель 33. Отсюда пульпа направляется в концентратор 34. Серум после концентратора 34 поступает в сборник 35, откуда возвращается на коагуляцию в аппараты 31 и 32.

Крошка каучука из концентратора 34 поступает в промывную емкость 36. Из емкости пульпа направляется в концентратор 37, а оттуда - в отжимную машину (экспеллер) 38. Вода из промывной машины и экспеллера сбрасывается в канализацию. После экспеллера каучук поступает в молотковую дробилку 39, откуда пневмотранспортером 40 подается в сушилку 41. Сушка крошки каучука осуществляется в многосекционной воздушной конвейерной сушилке. В процессе сушки каучука циркуляционные вентиляторы осуществляют постоянный рецикл горячего воздуха через калориферы. При этом производится подпитка циркуляционного горячего воздуха свежим, подаваемым из помещения цеха через специальные окна в сушилке. Отработанный воздух из сушилки вытяжными вентиляторами подается в атмосферу или в печи для каталитического окисления примесей углеводородов. Высушенная крошка системой транспортеров 42 подается на брикетировочный пресс 43 и далее в оберточную машину 44. Брикеты каучука, обернутые в полиэтиленовую пленку, поступают в машину 45 для упаковки в бумажные мешки и транспортером передаются на склад.

2. Автоматизация процессов приготовления эмульсии и полимеризации

Критерием управления процессом полимеризации является степень конверсии мономеров. Постоянства этого параметра является одним из важнейших условий стабильности свойств полимеров. Выполнение этого условия является целью управления процессом полимеризации.

Конверсия определяется чистотой мономеров, составами углеводородной и водной фаз, расходами инициатора, модификатора (регулятора) молекулярной массы, соотношением расходов углеводородной и водной фаз, продолжительностью полимеризации.

Мономеры, используемые для приготовления углеводородной фазы, должны удовлетворять строгим требованиям по содержанию примесей, оказывающих существенное влияние на скорость полимеризации. Устранить многие из перечисленных возмущений при управлении процессом полимеризации невозможно.

Нагрузку всего производства по углеводородной фазе стабилизируют регулятором расхода. Ее состав стабилизируют регулированием соотношения расхода углеводородной фазы и расходов бутадиена и стирола дистиллята.

Соотношение расходов углеводородной и водной фаз, углеводородной фазы и инициатора, эмульсии и модификатора (регулятора) молекулярной массы обеспечивается регуляторами соотношения.

Температура в полимеризаторах автоматически изменяется таким образом, чтобы при наличии возмущений была достигнута цель управления. Для этого предусматривается двухконтурная АСР, в которой основным является регулятор конверсии мономеров, а вспомогательными-регуляторы температуры (на схеме показан только регулятор температуры последнего полимеризатора). Чтобы исключить влияние колебаний начальной температуры эмульсии на процесс полимеризации, температуру углеводородной фазы после теплообменника 4 стабилизируют.

Расход прерывателя должен определяться количеством неза-полимеризовавшихся мономеров. Это обеспечивается двухконтурной системой, в которой основным является регулятор конверсии мономеров, а вспомогательным - регулятор расхода прерывателя.

Расход пеногасителя стабилизируют на постоянном значении.

3. Автоматизация процесса дегазации

При управлении процессом дегазации необходимо поддерживать на определенном значении температуру в отгонных колоннах. Стабилизацию температурного режима в колоннах 20 и 26 осуществляют коррекцией работы регулятора соотношения расходов латекса и увлажненного водяного пара, а в колонне 23 - двухконтурной АСР в которой основным является регулятор температуры, а вспомогательным -регулятор расхода увлажненного водяного пара. Кроме того, стабилизируют температуры продуктов после теплообменников 22, 25 и 27 изменением расхода обратного рассола. Расход пеногасителя в колонну 26 стабилизируют.

Расход антиоксиданта должен определяться расходом латекса, что обеспечивается регулятором соотношения этих расходов.

4. Автоматизация процесса коагуляции

При управлении процессом коагуляции поддерживают постоянными нагрузку на коагуляционные аппараты (стабилизирующим регулятором), а также соотношения расхода латекса и расходов коагулянта и пластификатора (регуляторами соотношения).

Расход свежей серной кислоты должен быть таким, чтобы значение рН смеси серной кислоты и возвратного серума было постоянным. Для этого используют двухконтурную АСР, где главным является регулятор рН, а вспомогательным - регулятор расхода. Расходы кислоты в коагуляционные аппараты стабилизируют.

Промывку каучука осуществляют при постоянном расходе воды, подаваемой в емкость 36. Для этого устанавливают стабилизирующий регулятор.

5. Автоматизация процесса сушки

При управлении процессом сушки стабилизируют температуру в сушилке 41 с помощью двухконтурной АСР, в которой главной регулируемой величиной является температура, а вспомогательной - расход пара к калориферу сушилки.

Заключение

Замена ручного труда человека в операциях управления на управление с помощью технических средств называется автоматизацией. Аппарат, оборудование в которых протекает управляемый технологический процесс, называется объектом управления. Совокупность объекта управления и средств автоматического управления называются автоматической системой управления (АСУ).

Технологические процессы находятся под воздействием внутренних и внешних возмущений, нарушающих равновесный режим. Поэтому к технологическому процессу извне или изнутри прикладываются управляющие воздействия так, чтобы скомпенсировать указанные возмущения. Системы, вырабатывающие на основе информации о состояние управляемого процесса определенный алгоритм (закон) управления, нейтрализующий действие возмущающих воздействий и приводящий управляемую величину к заданному значению, называются автоматическими системами регулирования (АСР). Для максимальной производительности и минимизации ручного труда, для производства синтетических каучуков, необходима автоматизация оборудования.

Список используемой литературы

1. Абдулин С.Ф. «Автоматизация химических производств»,140 с., Омск, 2002 г.

2. Скутин Е.Д. «Системы управления химико-технологическими процессами получения органических веществ»,143 с., Омск,2004 г.

Размещено на Allbest.ru