Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Государственный Технологический институт

(Технический Университет)

Кафедра автоматизации процессов химической промышленности

Дисциплина: "Системы управления химико-технологическими процессами "

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

на тему: Разработка функциональной схемы автоматизации процесса производства аммиака

Санкт-Петербург

2011 г

Содержание

Введение

Техническое задание

1. Краткая характеристика объекта автоматизации

2. Основные технические решения по автоматизации

3. Описание схемы автоматизации

Заключение

Список использованных источников

Введение

Аммиамк -- NH₃, нитрид водорода, при нормальных условиях -- бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика -- около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R -- Refrigerant (хладагент), 7 -- тип хладагента (неорганическое соединение), 17 -- молекулярная масса. Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Хорошо растворим в воде. В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/мі, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак -- хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак -- бесцветные кубические кристаллы.

По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении поглощает тепло, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Запах аммиака ощущается при концентрации 37 мг/мі. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственного помещения составляет 20 мг/мі. Предельно допустимая концентрация аммиака в атмосферном воздухе населённых пунктов равна: среднесуточная 0,04 мг/мі; максимальная разовая 0,2 мг/мі.

В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя. В медицине применяется 10% раствор аммиака - нашатырный спирт.

На долю России приходится около 9 % мирового выпуска аммиака. Россия -- один из крупнейших мировых экспортеров аммиака. На экспорт поставляется около 25 % от общего объёма производства аммиака, что составляет около 16 % мирового экспорта.

Техническое задание

Разработать схему автоматизации процесса производства аммиака согласно заданию с использованием ГОСТ 21.404-85.

Реакция образования аммиака обратима и идёт с выделением тепла. Обычно реакцию проводят при температуре 380-450⁰С. Выход аммиака в этом случае составляет 12-18%.

Для обеспечения автоматической работы установки необходимо разработать функциональную схему автоматизации процесса производства аммиака и выбрать приборы для обеспечения работы автоматизированной системы управления технологическим процессом.

1. Краткая характеристика объекта автоматизации

Первой стадией процесса является сжатие азотоводородной смеси до давления, под которым осуществляется процесс синтеза аммиака. В настоящее время в производстве синтетического аммиака применяются давления от 100 до 1000 ат. Расход энергии на сжатие смеси незначительно возрастает с повышением давления, так как работа сжатия приблизительно пропорциональна логарифму отношения давлений. Азотоводородная смесь нагнетается поршневым компрессором К1 до давления 25МПа.

Сжатый газ после компрессора проходит через масляный фильтр ФМ который служит для очистки сжатого газа от смазочного масла. Там же проводится очистка непрореагировавшей азотоводородной кислоты из компрессора К2.

Схемой предусмотрена колонна предкатализа КК для дополнительной очистки свежего газа. Смесь после фильтра ФМ подается в межтрубное пространство колонны КК. Охлаждение и конденсация части аммиака, содержащегося в смеси, осуществляется встречным потоком холодного газа из аммиачного испарителя И. Сконденсировавшийся аммиак собирается в ёмкости Е, а азотоводородная смесь поступает на синтез в колонну КС. Синтез протекает в присутствии катализатора. Реакция образования аммиака обратима и идёт с выделением тепла. Обычно реакцию проводят при температуре 380-450⁰С. Выход аммиака в этом случае составляет 12-18%.

Колонна синтеза КС состоит из катализаторной коробки и трубчатого теплообменника. Исходная азотоводородная смесь перед катализаторной коробкой нагревается в трубчатом теплообменнике (до температуры, необходимой для начала реакции) за счёт тепла, выделившегося при синтезе смеси предыдущей порции. Часть исходной смеси может подаваться в нижнюю часть колонны, минуя теплообменник, что позволяет осуществлять регулирование температуры.

Контактный газ после колонны синтеза КС поступает в водяной холодильник ВХ, где охлаждается до 30-35⁰С. При этом аммиак, содержащийся в газе, конденсируется. В сепараторе С производится отделение жидкого аммиака от непрореагировавшей азотоводородной смеси, которая направляется в линию всасывания циркуляционного компрессора К2, обеспечивающего компенсацию потерь давления в аппаратах КС, ВХ, С (25МПа) и возможность возврата смеси в ФМ. Жидкий аммиак отводится в ёмкость Е, где из него выделяются растворённые газы.

К1,К2 - многоступенчатые поршневые компрессоры, ФМ - масляный фильтр, КК - конденсационная колонна, И - аммиачный испаритель, КС - колонна синтеза, ВХ - водяной холодильник, С - сепаратор, F - емкость

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема производства аммиака

2. Основные технические решения по автоматизации

В соответствии с описанием технологического процесса необходимо регулировать:

-температуру в колонне синтеза КС с коррекций по давлению в линии подачи азотоводородной смеси в КС;

-температуру на выходе холодильника ВХ, с промежуточной координатой - расход хладогента;

-уровень в сепараторе С помощью изменения расхода в линии слива жидкого аммиака в емкость Е;

-давление в ёмкости Е с помощью изменения расхода выделенных газов. производство аммиак схема автоматизация

А так же обеспечить контроль:

-расхода жидкого аммиака поступающего в емкость Е из сепаратора С;

-давления на линии подачи азотоводородной смеси в колонну КК;

-уровня в емкости Е.

Необходимо предусмотреть световую сигнализацию отклонения следующих параметров:

-падение давления в линии подачи азотоводородной смеси (Р8<P8min);

-рост температуры в колонне КС (T1>T1max);

-выход из заданного диапазона значения уровня в сепараторе С (L9min<L9<L9max).

3. Описание схемы автоматизации

3.1 Регулирование температуры в колонне синтеза КС с коррекцией по давлению в линии подачи азотоводородной смеси в колонну синтеза КС (Р_зд=20МПа, Т=50С, Dу=50мм):

В качестве первичного преобразователя для измерения основной координаты - температуры используется термопреобразователь сопротивления ТСМ-0281 (поз.1-1), сигнал с которого в виде электрического сопротивления, пропорционального измеренной температуре поступает на нормирующий преобразователь П282А (поз.1-2). С помощью преобразователя электрический неунифицированный сигнал преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока в диапазоне 4…20 мА, который подается на самопишущий прибор КСУ2-086 (поз.1-3) для показания и регистрации текущего значения температуры. Прибор снабжен сигнальной лампой (поз.HL1) показывающей рост температуры в колонне КС (T>Tmax). Далее сигнал подается на первый вход блока аналогового регулирования Р27 (поз.1-4). На второй вход регулятора поступает заданное значение температуры РЗД-22 (поз. 1-5) в виде сигнала постоянного тока 4..20 мА.

В качестве измерительного преобразователя для коррекции температуры по давлению используется измерительный преобразователь избыточного давления Сапфир-22ДИ-2170 (поз. 8-1), сигнал с которого в виде унифицированного сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20мА, пропорционального измеренному давлению подается на показывающий и регистрирующий прибор КСУ2-086 (поз.8-2). Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению давления, также подается на устройство для реализации корректирующего воздействия (поз.8-3), с которого сигнал подаётся на третий вход блока аналогового регулирования Р27 (поз.1-4). Сигнал регулирующего воздействия в виде импульсов 24 В поступает на блок ручного управления БРУ-32 (поз.1-6). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (поз.1-7), который коммутирует силовые цепи управления электродвигателем исполнительного механизма (поз.1-8). При вращении выходного вала исполнительного механизма, связанный с ним регулирующий клапан (25нж920нж) увеличивает или уменьшает проходное сечение трубопровода.

3.2 Каскадное регулирование температуры на выходе холодильника ВХ с промежуточной координатой - расход хладоагента

В качестве первичного преобразователя для измерения основной координаты - температуры используется термопреобразователь сопротивления ТСМ-0281 (поз.2-1), сигнал с которого в виде электрического сопротивления, пропорционального измеренной температуре поступает на нормирующий преобразователь П282А (поз.2-2). С помощью преобразователя электрический неунифицированный сигнал преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока в диапазоне 4…20 мА, который подается на самопишущий прибор КСУ2-086 (поз.2-3) для показания и регистрации текущего значения температуры, имеющий сигнализирующее устройство, отвечающее за рост температуры выше максимально допустимого. Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению температуры, также подается на первый вход блока аналогового регулирования Р27 (поз.2-4). На второй вход регулятора поступает заданное значение данной температуры в виде сигнала постоянного тока, формируемое вручную с помощью ручного задатчика РЗД-22 (поз.2-5).

В качестве измерительного преобразователя для измерения промежуточной координаты - расход хладоагента используется камерная диафрагма типа ДКС 0.6-50 (поз.9-1) сигнал с которой поступает на промежуточный преобразователь Сапфир-22ДД (поз. 9-2), унифицированный сигнал с которого в виде сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20 мА подается на самопишущий прибор КСУ2-086 (поз.9-3). Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению расхода, также подается на вход блока аналогового регулирования Р17.2 (поз.9-4). Сигнал регулирующего воздействия в виде токового сигнала 4…20мА подается на второ1 вход блока аналогового регулирования Р27 (поз.2-4).

Сигнал регулирующего воздействия в виде импульсов 24 В поступает на блок ручного управления БРУ-32 (поз.2-6). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (поз.2-7), который коммутирует силовые цепи управления электродвигателем исполнительного механизма (поз.2-8). При вращении выходного вала исполнительного механизма, связанный с ним регулирующий клапан увеличивает или уменьшает проходное сечение трубопровода подачи хладоносителя.

3.3 Регулирование уровня в сепараторе С

В качестве измерительного преобразователя уровня используется датчик уровня ёмкостной ДУЕ-1О (поз.3-1), сигнал с которого в виде унифицированного сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20мА, пропорционального измеренному уровню подается на показывающий и регистрирующий прибор КСУ2-086 (поз.3-2). Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению уровня, также подается на первый вход блока аналогового регулирования Р27 (поз.3-3). На второй вход регулятора поступает заданное значение данного уровня в виде сигнала постоянного тока 4-20 мА, формируемое вручную с помощью ручного задатчика РЗД-22 (поз. 3-4). Сигнал регулирующего воздействия в виде импульсов 24 В поступает на блок ручного управления БРУ-32 (поз.3-5). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (поз.3-6), который коммутирует силовые цепи управления электродвигателем исполнительного механизма (поз.3-7) в соответствии со знаком и длительностью регулирующих импульсов. При вращении выходного вала исполнительного механизма, связанный с ним регулирующий клапан увеличивает или уменьшает проходное сечение трубопровода слива аммиака.

3.4 Стабилизация давления в ёмкости Е

В качестве измерительного преобразователя (датчика) давления используется измерительный преобразователь избыточного давления Сапфир-22ДИ-2170 (поз.4-1), сигнал с которого в виде унифицированного сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20мА, пропорционального измеренному давлению подается на самопишущий прибор Диск-250 (поз.4-2) для показания и регистрации текущего значения давления. Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению давления, также подается на первый вход блока аналогового регулирования Р17.2 (поз.4-3). На второй вход регулятора поступает заданное значение данного давления в виде сигнала постоянного тока 4-20 мА, формируемое вручную с помощью ручного задатчика РЗД-22 (поз.4-4). Сигнал регулирующего воздействия в виде импульсов 24 В поступает на блок ручного управления БРУ-32 (поз.4-5). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (поз.4-6), который коммутирует силовые цепи управления электродвигателем исполнительного механизма (поз. 4-7) в соответствии со знаком и длительностью регулирующих импульсов. При вращении выходного вала исполнительного механизма, связанный с ним регулирующий клапан увеличивает или уменьшает проходное сечение трубопровода вывода газов.

3.5 Контроль расхода жидкого аммиака на входе в емкость Е

В качестве измерительного преобразователя (датчика) используется ультразвуковой расходомер ЭХО-Р-02 (поз.5-1), сигнал с которого идет на преобразователь сигнала ИР-10-039 (поз.5-2). Далее в виде унифицированного сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20мА, пропорционального измеренному уровню сигнал подается на показывающий и регистрирующий прибор КСУ2-086 (поз. 5-3).

3.6 Контроль давления на линии подачи азотоводородной смеси в колонну КК

В качестве измерительного преобразователя (датчика) давления используется измерительный преобразователь избыточного давления Сапфир-22ДИ-2130 (поз. 6-1), сигнал с которого в виде унифицированного сигнала постоянного тока в диапазоне 4…20мА, пропорционального измеренному давлению подается на самопишущий прибор Диск-250 (поз. 6-2) для показания и регистрации текущего значения давления. Прибор снабжен сигнальной лампой (поз.HL2) показывающей падение давления в линии подачи азотоводородной смеси (Р<Pmin).

3.7 Контроль уровня в емкости Е

В качестве измерительного преобразователя (датчика) используется датчик уровня акустический ЭХО-3 тип АП-3 (поз. 7-1), сигнал с которого идет на ППИ-137 (поз. 7-2). Сигнал, пропорциональный измеренному уровню подается на показывающий и регистрирующий прибор Диск-250 (поз. 7-3) для показания и регистрации текущего значения уровня. Прибор снабжен сигнальными лампамий (поз.HL3 и HL4) показывающей выход из заданного диапазона значения уровня (Lmin<L<Lmax).

Заключение

В данном курсовом проекте был рассмотрен процесс производства аммиака. При ознакомлении с технологической схемой были сделаны следующие выводы о необходимости управления процессом: выход аммиака должен поддерживаться на максимальном уровне, что достигается путём контроля и поддержания температуры и давления на заданном уровне с помощью средств автоматизации, так же для поддержания непрерывной и стабильной работы установки контролируемыми должны параметры уровня в аппаратах.

Согласно заданию курсового проекта проведена разработка схемы автоматизации учитывающая все необходимые контуры регулирования, контроля и сигнализации, а так же проведён подбор приборов для разработанной схемы. Итогом автоматизации производства должно стать повышение производительности установки и качества выпускаемой продукции, что отвечает современным тенденциям на внутреннем и мировом рынках.

Список использованных источников

1. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учеб. для техникумов. - М.: Химия, 1985г.

2. Емельянов А. И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

3. Автоматическое управление в химической промышленности / Под общей ред. Г.Г. Дудникова.- М.: Химия, 1987.

4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

5. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Системы управления химико-технологическими процессами. Учебник для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007.-690с.

6. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессов: Метод. Указания / Под ред.: Харазова В.Г. - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1992. - 60 с.

7. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ Под ред. В.В. Черенкова. - Л.: 1987г.

8. Приборы и средства автоматизации технологических процессов: Метод. Указания / Под ред.: Харазова В.Г. ЛТИ им. Ленсовета. - Л., 1990. - 56 с.

9. Методические указания № 387, 571,450.

Размещено на Allbest.ru