Автоматизация процесса абсорбции

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Описание процесса автоматизации

2. Выбор параметров контроля и регулирования, главного контура

3. Описание всех регулируемых и измеряемых параметров

4. Выбор технических средств автоматизации

5. Разработка принципиальной схемы автоматизации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Управление каким-либо объектом - это процесс воздействия на него с целью обеспечения нужного протекания процесса в объекте или нужного изменения его состояния.

Автоматическое управление - управление, происходящее без участия человека.

Техническое устройство, осуществляющее автоматическое управление объектом, называется управляющим устройством.

Автоматизация производства приводит к улучшению основных показателей эффективности:

· увеличению количества продукции;

· улучшению качества и снижению цены выпускаемой продукции;

· повышению производительности труда.

Внедрение автоматических устройств обеспечивает сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих.

Развитие технических средств автоматизации (ТСА) является сложным процессом, в основе которого лежат интересы автоматизированных производств потребителей с одной стороны и возможностей предприятия производителя с другой. Стимулом является повышение эффективности работы производств потребителей за счет внедрения новой техники автоматизации. По виду энергии носителя сигнала канала связи, выдачи и обмена информацией различают следующие ветви устройств:

· электрическая ветвь (ЭВ);

· гидравлическая ветвь (ПВ);

· пневматическая ветвь (ГВ);

· комбинированная ветвь (КВ).

Наиболее универсальной является электрическая ветвь. Её приборы и устройства обладают высокой чувствительностью, быстродействием, обеспечивают дальность связи и большую ёмкость передаваемой информации.

Целью управления процессом абсорбции является поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, а также соблюдение материального и теплового балансов абсорбционной установки. В ряде случаев целью процесса абсорбции является получение насыщенного абсорбента заданного состава.

Концентрацию извлекаемого компонента в обедненном газе можно определить по разности количеств извлекаемого компонента, приходящего с сырьем и поглощаемого из нее абсорбентом в единицу времени.

Концентрация извлекаемого компонента в обедненной смеси зависит от его начальных концентраций в газовой и жидкой фазах, расхода поступающей газовой смеси, относительного расхода абсорбента, а также от температуры и давления в абсорбере. Изменения расхода газовой смеси и начальных концентраций извлекаемого компонента в фазах представляют собой выходные величины предыдущих технологических аппаратов, а, следовательно, представляют собой основные возмущения, процесса абсорбции. Регулирующими воздействиями являются расходы свежего абсорбента, обедненного газа и насыщенного абсорбента.

Повышение давления в абсорбере способствует извлечении: ценных компонентов из исходной газовой смеси. Поддержание заданного значения давления в верхней части колонны требует применения регулятора давления, действующего на клапан, установленный на трубопроводе отвода обедненного газа из абсорбера. Для предотвращения проскока газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента в кубе абсорбера собирают некоторое количество жидкости, уровень которой поддерживается регулятором, управляющим клапаном, установленным на линии отвода насыщенного абсорбента в десорберы.

АСР уровня обеспечивает соблюдение материального баланса абсорбера. При эксплуатации установки контролю подлежат расходы и температуры всех материальных потоков, составы исходной газовой смеси и обедненного газа, уровень в кубе абсорбера, давление и перепад давления в нем.

1. Описание процесса абсорбции

Абсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

Кинетика абсорбции - это скорость процесса массообмена. Она определяется движущей силой процесса, свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз. В абсорбционных аппаратах движущая сила, как правило, изменяется по их длине и зависит от характера взаимного движения фаз. При этом возможно осуществление непрерывного или ступенчатого контакта. В абсорберах с непрерывным контактом характер движения фаз не меняется по длине аппарата и изменение движущей силы происходит непрерывно. Абсорберы со ступенчатым контактом состоят из нескольких ступеней, последовательно соединенных по газу и жидкости, причем при переходе из ступени в ступень происходит скачкообразное изменение движений силы.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь.

Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора - десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию не обязательно, так как абсорбент и абсорбтив представляют собой дешевые или отбросные продукты, которые после абсорбции можно вновь не использовать (например, при очистке газов).

В промышленности процессы абсорбции применяют главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств. Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей. При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры, и свойств газовой фазы (парциального давления растворяющего газа в газовой смеси).

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз, поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:

1) поверхностные;

2) насадочные;

3) барботажные (тарельчатые);

4) распыливающие.

Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой).

Насадочные абсорберы. Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы.

Барботажные (тарельчатые) абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки - тарелки.

Распыливающие абсорберы. В абсорберах этого типа тесный контакт между фазами достигается путем распыливания или разбрызгивания различными способами жидкости в газовом потоке.

Регулирование концентрации извлекаемого компонента в насыщенном абсорбенте.

Такая цель управления часто ставится при проведении процесса абсорбции в производстве кислот. В этом случае необходимо поглощение такого количества компонента, чтобы концентрация кислоты оставалась постоянной. В качестве главной регулируемой величины следует взять концентрацию извлекаемого компонента в насыщенном абсорбенте, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода абсорбента.

Регулирование при переменном расходе газовой смеси.

Такое регулирование проводится, когда расход газовой смеси определяется технологическим режимом предыдущего процесса. Изменение расхода газовой смеси, как было сказано, является сильным возмущающим воздействием. Для получения хорошего качества регулирования необходимо компенсировать возмущения до поступления их в абсорбер. Эту задачу решает регулятор соотношения расходов газовой смеси и абсорбента с коррекцией по концентрации извлекаемого компонента в обедненной смеси.

Регулирование при постоянной концентрации извлекаемого компонента в газовой смеси.

Если на установку поступает смесь постоянного состава, то есть отсутствует сильное возмущающее воздействие, достаточно вместо регулирования концентрации извлекаемого компонента в обедненной смеси ограничиться стабилизацией расходов газовой смеси и абсорбента. Если расход газовой смеси меняется при постоянной концентрации поглощаемого компонента в ней, устанавливают регулятор соотношения расходов газовой смеси и абсорбента.

Регулирование температуры в абсорбере при наличии внутреннего охлаждения.

Некоторые процессы абсорбции протекают с большим тепловым эффектом, что ухудшает массопередачу. Возникает необходимость в установке змеевиков для отбора тепла. Расход хладоносителя в них должен определяться тепловым режимом всего абсорбера. Если змеевики установлены на всей высоте абсорбера, то параметром, характеризующим этот режим, будет температура хладоносителя на выходе из абсорбера. Если же змеевики установлены только в нижней части абсорбера, регулируемой величиной является температура насыщенного абсорбента.

Регулирование состава абсорбента, поступающего в абсорбционную колонну.

Абсорбент, возвращаемый с участка десорбции, может содержать большое количество компонентов газовой смеси, что значительно ухудшает процесс абсорбции. В этом случае необходимо постоянно выводить часть абсорбента из системы и вводить такое же количество свежего. Регулирование осуществляется следующим образом. Стабилизируется состав абсорбента на входе в абсорбер путем изменения расхода свежего абсорбента. Баланс между расходами свежего и отработанного абсорбентов обеспечивается регулятором уровня путем изменения расхода отработанного абсорбента, выводимого из системы.

Регулирование нескольких последовательно установленных абсорбционных колонн.

Система автоматического регулирования последовательно установленных абсорберов в принципе не отличается от САР одного абсорбера. Концентрация поглощаемого компонента в обедненной газовой смеси, уходящей из установки, регулируется изменением подачи абсорбента, поступающего в первый по ходу абсорбента аппарат. Стабилизируются уровни в каждом абсорбере, температуры газовой смеси и абсорбента на входе в установку и давление в последнем по ходу газа абсорбере. В тех случаях, когда между абсорберами установлены промежуточные холодильники для охлаждения абсорбента, необходимо предусмотреть регулирование температуры абсорбента перед абсорберами за счет изменения расхода хладоносителей.

2. Выбор параметров контроля и регулирования, главного контура

Основная регулирующая величина в процессе абсорбции - это концентрация определенного компонента в полученном продукте или содержание в нем примесей, которые будут определяться при помощи оптико-акустического газоанализатора.

Положение рабочей линии зависит от начальной и конечной концентрации компонента в обеих фазах, а положение равновесной линии - от температуры и давления в аппарате. Из этого следует, что концентрация извлекаемого компонента в обеденной смеси зависит от его начальных концентраций в газовой и жидких фазах, от расхода поступающей газовой смеси, от относительного расхода абсорбента, а также от температуры и давления в абсорбере.

Регулировать в процессе абсорбции будем уровень, давление, температуру и расход абсорбента. Для регулирования используем электрический привод прямоходовой. Данный привод включает в себя преобразователь и регулирующий орган. В качестве главного контура возьмём контур регулирования давления в абсорбере с помощью расхода.

Температура измеряется при помощи термопреобразователя с унифицированным выходным сигналом 4…20 мА (например, Метран - 276). Расход в трубопроводе измерять при помощи расходомера (например, Метран - 360 - R100F). Также требуется измерять и регулировать уровень жидкости в абсорбере. Измерять его будем при помощи дифмонометра (ВМ100). Давление будем измерять при помощи датчика КОРУНД-ДД-105, который питается от 24В постоянного напряжения. На выходе из датчика получаем унифицированный токовый сигнал 4…20 мА, который поступает на наш регулятор, где сигнал преобразуется при помощи ПИД закона.

3. Описание всех регулируемых и измеряемых параметров

абсорбционный контур автоматизация

Одним из измеряемых параметров в данном технологическом процессе является температура. Измеряется температура свежего абсорбента, насыщенного и обедненного газов, насыщенного абсорбента, где предел измерения температуры составляет 60?, 18?, 25? и 30? соответственно, а допустимое отклонение составляет ±5%.

Следующим параметром, подлежащему контролю и регулированию, является расход:

Расходуемое вещество	Значение расхода	Допустимое отклонение
Насыщенный газ	9300 м/ч	2%
Обеднённый газ	7800 м/ч	4%
Насыщенный абсорбент	2800 м/ч	5%
Свежий абсорбент	2850 м/ч	3%

Одним из важнейших параметров является концентрация насыщенного, обедненного газа, а также концентрация насыщенного абсорбента, которые равны 10%, 1.5% и 40% соответственно с допустимым отклонением ± 0,5%.

Для благополучного протекания процесса абсорбции необходимо также регулировать давление и уровень жидкости в абсорбере. Давление в абсорбере должно колебаться в диапазоне от 0,388 до 0,412 МПа, а уровень от 0,315 до 0,385 м.

Каждый параметр измеряется определенным датчиком. Далее сигнал попадает на регулятор, где в соответствие с ПИД - законом осуществляется регулирование и из датчика сигнал поступает на исполнительный механизм, который в свою очередь перемещает шток регулирующего органа, изменяя при этом расход вещества для поддержания процесса в заданных условиях.

4. Выбор технических средств автоматизации

Датчик давления КОРУНД-ДД-105 до 4 МПа. Датчики устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха в диапазоне рабочих температур от -40°С до +80°С. Датчики выдерживают кратковременное (импульсное, скачкообразное с последующим спадом до рабочих условий) воздействие температуры контролируемой среды в пределах от -60°С до +125°С. При этом погрешность датчика за пределами диапазона рабочих температур не нормируется. Датчики, в зависимости от заказа, могут поставляться для работы во взрывоопасных и взрывобезопасных условиях Датчик с выходным сигналом 4-20 мА Пределы допускаемой основной погрешности датчиков, выраженные в процентах от диапазона изменения выходного сигнала, равны ±0,15; ±0,25; ±0,5; ±1,0 %

Вариация выходного сигнала датчика не превышает 0,05%. Зона нечувствительности датчика не превышает 0,1% от диапазона измерений. Напряжение питания датчиков Uпит=24.

В качестве датчика температуры будем использовать термопреобразователь ТСПУ Метран - 276.

Технические характеристики данного термопреобразователя приведены в таблице:

Напряжение питания 24В постоянного напряжения. Схема подключение приведена ниже:

Следующим измерительным преобразователем будет кориолисовый расходомер Метран - 360 - R100F. Измеряемая среда - газы и жидкости, эмульсии и суспензии, а также нефть и т.д. Параметры измеряемой среды:

- температура -40…125?

- рабочее избыточное давление в трубопроводе до 30 МПа

- пределы основной относительной погрешности измерений массового и объёмного расходов жидкостей ±0,5%



Основные преимущества прибора:

· высокая точность измерения параметров в течение длительного времени;

· возможность работы вне зависимости от направления потока;

· отсутствие прямолинейных участков трубопровода до и после расходомера;

· надежность работы при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давлении рабочей среды;

· длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей.

Основные технические характеристики приведены в таблице:

На выход расходомера подаётся унифицированный токовый сигнал 4…20 мА.

Питание 24В постоянного напряжения. Электрическая схема подключения имеет вид:

Следующим измерительным прибором будет датчик разности давления Метран-100-ДД.



- Измеряемые среды: жидкость

- Диапазон измерения давления: от 4 до 250 кПа

- Основная приведенная погрешность измерения до ±0,1%

- Диапазон перенастроек пределов измерений до 25:1

- Исполнения: обыкновенное и взрывозащищенное

- Межповерочный интервал - 3 года

- Гарантируемый срок эксплуатации - 3 года

Датчик гидростатического давления (уровня) могут использовать для измерения уровня в резервуаре открытых, закрытых, но соединенных с атмосферой, в закрытых под давлением. Давление столба жидкости определяется таким факторами, как уровень жидкости от объёма резервуара и его формы и определяется по формуле:

Для закрытого резервуара установка имеет вид:



Датчик питается от 24В постоянного напряжения. На выходе токовый сигнал 4…20 мА. Электрическая схема подключения имеет вид:

Оптико-акустический газоанализатор КЕДР-М

Микропроцессорный газоанализатор КЕДР-М является автоматическим и непрерывно действующим прибором, предназначенным для определения концентрации одного из компонентов в сложной газовой смеси. КЕДР-М может быть использован для: * технологического контроля различных производств, в т.ч. производств аммиака, ацетилена, метанола * оптимизации процессов горения по данным о составе дымовых газов контроля содержания оксида углерода в отходящих газах топливосжигающих установок различных типов - водогрейных котлов, ТЭЦ, асфальтовых заводов. Принцип действия Избирательное поглощение инфракрасного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси.

Технические характеристики КЕДР-М

Прибор имеет ряд исполнений, каждое из которых имеет один диапазон измерения одного из измеряемых компонентов (общая доля, %)
SO2	0-0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20 %
Основные характеристики
Время установления показаний	9 секунд
Выходной сигнал	0-5 мА или 4-20 мА (по желанию заказчика)
Цифровой выход	через интерфейс RS-232
Индикатор	цифровой
Время прогрева	не более 30 мин
Прибор выполнен в обыкновенном исполнении и устанавливается во взрывобезопасном помещении
Температура окружающего воздуха	5-50 °C
Время работы без подстройки	не менее 30 суток
Питание	от сети 220 В 50 Гц
Потребляемая мощность	45 Вт
Габаритные размеры	180*360*420 мм
Масса	12 кг

Автономный цифровой индикатор Метран - 620

Автономный цифровой индикатор Метран - 620 предназначен для отображения различных параметров, измеряемых датчиками с унифицированным выходом сигналом 4-20 мА, установленными в полевых условиях или труднодоступных местах.

Основные технические характеристики:

- питание индикатора осуществляется от токовой петли датчика, напряжение питания не превышает 4 В;

- относительная погрешность индикации текущего значения измеряемой величины ±0,5%

- масса не более 0,2 кг

Для датчиков выберем блок питания Метран - 602.

Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжение 24 В и питания датчиков с унифицированным токовым сигналом.

Данный блок питания состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты. Схема электронной защиты предназначена для защиты питания от перегрузок и короткого замыкания при нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания при нагрузке.

В качестве исполнительного механизма возьмем AVF 234S SUT Привод клапана с возвратной пружиной для контроллеров с аналоговым (0...10 V и/или 4...20 мА) или переключаемым выходом (2- или 3-позиционным управлением). Привод клапана имеет пружинную функцию с заданным конечным положением в случае сбоя питания или срабатывания ограничителя. Характеристика клапана (линейная / равнопроцентная / квадратичная) устанавливается на позиционере. Мотор постоянного тока, управление производится электроникой, визуализация с помощью LED, передаточный механизм из закаленной стали, не требует ухода, стержни монтажа из нержавеющей стали, и монтажная консоль из чугуна легкого металла для установки на клапан. Другие свойства: электронное отключение по нагрузке с помощью упора на приводе или клапане, автоматическая калибровка к ходу клапана, кодирующие переключатели для установки характеристики и времени хода, пусковая рукоятка для ручного управления на корпусе (с выключением двигателя и для вызова повторной инициализации). Возможно переключение направления действия извне (питание на разъем 2a или 2b). Электроразъёмы (не более 2,5 мм2) с винтовыми разъемами. Три открываемых кабельных ввода для M20Ч1,5 (2Ч) и M16Ч1,5. Монтаж от вертикального (не перевернутого) до горизонтального положения.

Технические характеристики



Рис. 3.8. Типовая схема автоматизации процесса абсорбции:

1, 3 - холодильники; 2 - абсорбционная колонна

5. Разработка принципиальной схемы автоматизации

В качестве главного регулирующего контура я выбрал регулирование давления в абсорбере при изменении расхода обедненного газа. Для измерения расхода я выбрал датчик КОРУНД - ДД - 105.



Сигнал, выходящий из датчика, является унифицированным токовым 4-20 мА. Далее сигнал поступает на исполнительный механизм. В данной курсовой работе я выбрал исполнительный механизм марки SAUTER AVF 234S SUT.

Поступивший сигнал преобразуется в перемещение штока, а перемещение штока будет регулировать наш расход. Таким образом, добьёмся нужной цели для нашего технологического процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была разработана схема автоматизации процесса абсорбции. Для этого были подобраны определённые приборы и датчики, рассмотрены их характеристики, монтаж, наладка и работа в абсорбционной колонне. Выбор приборов производился по их характеристикам, таким как:

· пределы измерений;

· схема соединения;

· безопасность;

· лёгкость использования

и по другим параметрам.

Выполнив все эти действия, мы достигли нужной цели для данного процесса.

Поскольку в процессе абсорбции приходится регулировать большое количество параметров, то автоматизация этого процесса заметно облегчает эту задачу, сокращая его трудоёмкость. Ввиду того, что автоматизация приводит к сокращению брака и отходов, затраты на автоматизацию быстро окупятся.

Размещено на Allbest.ru

...