Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации производственных процессов

Пояснительная записка

Автоматизация процесса выпаривания

Разработал:

студент Торгавцов В.Н.

Руководитель:

Должиков В.А.

Содержание

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Выбор средств автоматизации

2.1 Обоснование выбора средств автоматического контроля

2.1.1 Технологические требования

2.1.2 Системные требования

2.1.3 Создание безопасной жизнидеятельности

2.2 Средства автоматизации

2.2.1 Измерение температуры

2.2.2 Измерение уровня.

2.2.3 Измерение расхода

2.2.4 Измерение давления

3. Расчетная часть

3.1 Расчет ротаметра

3.2 Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра типа КСП4

Заключение

Введение

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание.

Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима работы, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопастностью перерабатываемых и получаемых веществ и т.д.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и т.д.

Автоматизация позволяет улучшить основные показатели эффективности производства: увеличение количества, улучшение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции, повышение производительности труда.

Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например: в паровых котлах высокого давления, процесс дегидрирования, в атомных установках и т.д.).

При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха, и водоёмов промышленными отходами.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных химических производств, весьма сложен. От специалистов требуются знание не только устройство различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.

1. Описание технологического процесса

Выпаривание осуществляют для концентрирования растворов, выделения растворенного вещества или получения чистого растворителя. Выпариванию подвергают преимущественно водные растворы нелетучих или малолетучих веществ. В промышленности выпаривание производят в выпарных аппаратах.

Расход свежего раствора можно стабилизировать или изменять для достижения цели управления процессом выпаривания. Его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату и, следовательно, к увеличению концентрации. Это же можно сказать и о расходе упаренного раствора.

Концентрация свежего раствора определяется предшествующими технологическими процессам; ее изменения будут сильными возмущениями для процесса выпаривания. Расход паров растворителя определяется параметрами исходного раствора, а также режимными технологическими параметрами в аппарате: температурой, давлением, концентрацией раствора и интенсивностью подвода тепла.

Если предположить, что цель управления достигнута, то есть концентрация Qуп. на выходе из аппарата постоянна и соответствует заданной, то между температурой и давлением в аппарате будет соблюдаться определенная зависимость. Поэтому достаточно стабилизировать только один из этих параметров. В большинстве случаев это - давление в аппарате, которое можно регулировать изменением отбора пара из аппарата.

Интенсивность подвода тепла к кипятильнику определяется параметрами теплоносителя: расходом, температурой, давлением и энтальпией. К наиболее сильным возмущающим воздействиям относятся изменения расхода теплоносителя. Эти возмущения компенсируют установкой стабилизирующего регулятора расхода. При целенаправленном изменении расхода теплоносителя в объект могут вноситься регулирующие воздействия. Однако при этом может возникнуть «пленочное кипение», что неэкономично. С изменением других параметров теплоносителя в объекте появятся другие возмущения.

Анализ объекта управления показал, что часть параметров, определяющих концентрацию, будет изменяться. Сильным возмущением процесса выпаривания, как правило, является и «засоление» греющей камеры теплообменника. Чтобы при наличии возмущающих воздействий цель управления была достигнута, следует в качестве главной регулируемой величины брать концентрацию, а регулирующее воздействие вносить изменением расхода свежего раствора. Можно в качестве регулирующего воздействия использовать и изменение расхода упаренного раствора, а также расхода теплоносителя. автоматический выпаривание измерительный

Концентрацию упаренного раствора определяют по разности между температурами кипения раствора и растворителя (по температурной депрессии). О ее значениях можно судить и по другим косвенным параметрам: плотности, удельной электропроводности, показателю преломления света или температуре замерзания упаренного раствора.

Для достижения цели управления процессом следует регулировать температурную депрессию, давление в аппарате и расход теплоносителя. Для поддержания материального баланса в аппарате необходимо регулировать уровень раствора изменением расхода упаренного раствора.

В процессе выпаривания контролируют расходы растворов, а также паров растворителя; температуры растворов; температуру, давление и расход теплоносителя; давление, температуру и уровень в аппарате: температурную депрессию. Сигнализации подлежат отклонение концентрации упаренного раствора от заданного значения и прекращение подачи раствора. В последнем случае устройство защиты должно отключить линию теплоносителя для предотвращения порчи продукта и аварии.

2. Выбор средств автоматизации

Для того чтобы получить высококачественную продукцию в результате проведения определенного технологического процесса необходимо эффективно вводить средства автоматизации, которые имеют оптимальные технические данные и возможность работать, управлять и регулировать технологический процесс с наименьшей погрешностью и как можно более длительный отрезок времени.

Для нормального (безопасного) течения процесса и для получения качественной продукции необходимо контролировать следующие технологические параметры: расход, уровень, плотность и мутность. Для контроля данных параметров необходимо подобрать приборы.

При выборе средств автоматического контроля и регулирования учитываются требования, которые определяются:

o по виду измеряемого параметра (приборы расхода, уровня и т.д.);

o по величине параметра (диапазон шкалы прибора, верхний предел);

o по характеру измеряемой среды (жидкость, суспензия);

o по характеру окружающей среды - внешние воздействующие факторы (механические, электромагнитные, радиационные и т.д.);

o по месту прибора;

o по размещению объекта (расстояние от мест установки датчиков и исполнительных механизмов до щитов контроля и управления).

2.1 Обоснование выбора средств автоматического контроля

При выборе наиболее предпочтительного варианта технических средств для системы, учитывают основные требования:

- технологические;

- системные.

-создание безопасной жизнидеятельности.

2.1.1 Технологические требования

Выбраны технологические требования исходя из следующих параметров:

по виду измеряемого параметра (приборы температуры -термометры сопротивления) Термометр сопротивления ТСМ Метран-5008 (50М) позиции 1-1 и вторичный прибор Диск-250И -1321 позиция 1-2, 2-3, 3-3, 5-2, 6-3, датчик давления - Метран-43ДИ-3156-АП- t8-0,25-1,6мПа-42-БВН02-Р позиция 5-1; Диафрагма ДКС-10-200-Б/Б-1 РД50-411 позиция 3-1 и Концентратомеры кондуктометрические КВЧ 5М позиция 2-1, 2-2; уровня - Преобразователь гидростатического давления Метран-43ДГ-3536-УХЛ3.1-0,5-40кПа-42 ТУ 4212-001-12580824-93 позиции 6-1, 6-2; Для примера рассмотрим датчик температуры:

-по величине параметра (например: выбран термометр сопротивления Термометр сопротивления ТСМ Метран-5008 (50М)

Предел измерения -50-150 С

Нсх преобразования 50М

Основная погрешность, % 0,25

Выходной сигнал, мА 4-20

Исполнение датчика не взрывопожароопасное т.к. для объекта его установки не предъявляется таких требований. В комплекте с датчиком температуры ТСМ Метран-5008 (50М) и вторичным прибором.

2.1.2 Системные требования

- серийности выпуска современных технических средств (выбраны датчики концерна «Метран» позиции 1-1, 1-2, 2-3, 3-1, 3-2, 3-3, 5-1, 5-2, 6-1,6-2, 6-3);

- степени функционального развития (многофункциональность и модификация, комплектность поставки);

- вида потребляемой энергии (электрические);

- унификации входных и выходных сигналов (по току - Метран-45ДД и др.);

- энергетических параметров (напряжение, потребляемая мощность);

- метрологических характеристик (класс точности, предел допускаемой основной погрешности, номинальная статическая характеристика по ГОСТ Р50431 и др., например - выбран термометр сопротивления ТСМ Метран-5008 (50М), у которого предел основной приведенной погрешности 0,25%);

- взрывозащиты (выбраны невзрывозащищенные датчики Метран).

2.1.3 Создание безопасной жизнидеятельности

Так как производство не является пожара и взрывопасным то при автоматизации данного производства применяется электрический способ передачи сигнала и метод измерения.

2.2 Средства автоматизации

2.2.1 Измерение температуры

При выборе средств автоматизации контроля, необходимо учитывать предельные значения температур, в диапазоне которых можно применять различные датчики температуры, а также вид выходного сигнала. При выборе датчиков следует учитывать среду, в которой они должны работать.

Контроль теплоносителя в трубопроводе прямой теплосети один из важнейших параметров работы теплового пункта. Так же имеется система контроля температуры подшипников компрессора.

Для этого применим систему контроля состоящую из следующих приборов и средств измерения.

Прибор регистрирующий Технограф-160 предназначенный для измерения и регистрации сигнала от термопреобразователя сопротивления, прибор имеет устройство преобразования входного сигнала в выходной электрический.

Показывающий и регистрирующий прибор Технограф 160. Назначение: измерения и регистрация активного сопротивления силы и напряжения постоянного тока, а так же не электрических величин преобразованных в указанные выше сигналы.

Прибор обеспечивает индикацию измеряемого параметра на цифровом табло циклично или выборочно при одновременной регистрации всех каналов . Регистрация производится на диаграммной ленте также преобразование входного сигнала в цифровой для обмена данными с ЭВМ по RS232 или RS485. Сигнализирует о выходе измеряемого параметра за указанный предел.

-Количество каналов 12.

-Входной сигнал 0-5,4-20,0-20 мА.

-Основная погрешность ±0,25 по цифровой регистрации и ±0,5 по аналоговой.

-Питание 220В, 50гц.

Климатическое исполнение УХЛ категория размещения 4,2 по ГОСТ 15150 для районов с умеренным климатом и температурой окружающего воздуха 5-50єС влажностью 80% t35єС.

В качестве термопреобразователя используется ТСМ Метран 204(100М)

Предел измерения -50-150 С

Нсх преобразования 100М

Основная погрешность, % 0,25

Выходной сигнал, мА 4-20

2.2.2 Измерение уровня

Измерение уровня в отстойнике осуществляется при помощи измерения столба жидкости в нижней части отстойника через разделительные сосуды СРС-250 (поз.6-1,) преобразователем гидростатического давления ДГД-Э (поз. 6-2), с которого поступает стандартный, унифицированный электрический сигнал 4-20 мА на вторичный прибор Технограф-160 позиция (6-3).

2.2.3 Измерение расхода

Количество жидкости (объем или масс), газа или пара, проходящее через данное сечение канала в единицу времени называют расходом и измеряют расходомерами.

Расход газа или жидкости на современных предприятиях измеряют различными способами, подавляющее большинство промышленных установок оснащено дроссельными расходомерами (переменного перепада давлений), основным элементом, которых является сужающее устройство.

Стандартизованы сужающие устройства трёх видов: диафрагма (камерная и бескамерная), сопло и сопло Вентури. Выбор того или иного сужающего

устройства определяется обычно следующими соображениями: диафрагма обычно проще в изготовлении и устройстве, чем сопло, однако сопло позволяет измерять большой расход и в ряде случаев обеспечивает более высокую точность, чем диафрагма. Для контроля за состоянием этого параметра применена система измерительным устройством которой является диафрагма

ДСК-10 с условным проходом 150мм для работы с давлением до 10 МПа. Она предназначена для измерения расхода жидкостей, паров и газов методом переменного перепада давления.

Для преобразования пневматического сигнала от диафрагмы в стандартный токовый используется датчик давления Метран-43 ДД3435, верхний предел измерения 10кПа, класс точности-0,25 предназначенный для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления ходом технологическим процессом и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в стандартный выходной токовый сигнал. Вторичным прибором в этой системе является регулятор. устройство которого позволяет выполнять регулирование и регистрировать изменения расхода.ИРТ-5321. Измеритель -регулятор технологический предназначенный для измерения температуры ,уровня ,расхода а так же не электрических величин преобразованных в указанные выше сигналы.

-Время установления рабочего режима не более 30 мин.

-Потребляемая мощность не более 8 Вт.

-Количество каналов 1.

-Тип регулирования 3-х позиционное.

-Условия эксплуатации-30...50єС.

- Питание 220В, 50гц.

Регулирование расхода производится в согласовании со значениями заданными данным технологическим процессом с помощью регулирующего клапана который установлен после компрессора.

2.2.4 Измерение давления

При выборе средств автоматизации, для измерения давления данного технологического процесса следует учитывать диапазон измеряемых давлений, среду, в которой они работают. Для контроля за давлением во всасывающем и нагнетающем трубопроводе используется преобразователь давления Метран43ДИ4153 классом точности 0,25 и унифицированным токовым выходным сигналом 0-5 мА. установленный по месту, напряжение питания подаётся на него от блока питания КАРАТ-22. Вторичным прибором установленным на щите является Диск-250И -1321 регистрирующим изменение давления в трубопроводе.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет ротаметра

1. Исходные данные

Рассчитать условную шкалу ротаметра на 100 делений для измерения расхода жидкости.

1. Трубка ротаметра имеет конусность К=0.01 и длину шкалы l = 0.25 м.

2. Диаметр трубки в месте нулевого деления шкалы: D₀=0.0171 м.

3. Объем поплавка V=3.075*10^-6 м³.

4. Диаметр минделя поплавка d=0.0164 м.

Поплавок и миндель выполнены из нержавеющей стали X18719T.

5. Шкала имеет одиннадцать оцифрованных делений, расстояние от нулевого деления равны: l₀=0; l₁=0.025; l₂=0.05; l₃=0.075; l₄=0.1; l₅=0.125; l₆=0.15; l₇=0.175; l₈=0.2; l₉=0.225; l₁₀=0.25.

- вещество Аргон;

- t=20⁰C;

-Р=1кгс/см²;

- с₄₀=1,57 кг/м³;

- м₄₀=22,1*10^-6 Па*с;

G₀=0.162 кг

2 Определяем диаметр D₁₀ трубки ротаметра в месте деления шкалы для максимального расхода [Q]:

[1]

3.Определим высоту поднятия поплавка над сечением трубки, диаметр которого равен диаметру миделя поплавка:

[2]

4. Определяем расстояние от нулевого сечения диаметра D₀ до сечения диаметром d (высота нулевой отметки):

[3]

[4]

h₀=0.07+00=0.07м; h₁=0.07+0.025=0.095м;

h₂=0.07+0.025*2=0.12м; h₃=0.07+0.025*3=0.145м;

h₄=0.07+0.025*4=0.17м; h₅=0.07+0.025*5=0.195м;

h₆=0.07+0.025*6=0.22м; h₇=0.07+0.025*7=0.245м;

h₈=0.07+0.025*8=0.27м; h₉=0.07+0.025*9=0.295м; h₁₀=0.07+0.025*10=0.32м.

Результаты расчета заносим в таблицу 1

Таблица 1. Значения высот нулевых отметок.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
h,м	0.07	0.095	0.12	0.145	0.17	0.195	0.22	0.245	0.27	0.295	0.32

5. Вычисляем безразмерный параметр для оцифрованных отметок шкалы:

;[5]

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

.

Данные расчета заносим в таблицу 2

Таблица 2. Значение безразмерного параметра a.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a	4.27	5.79	7.32	8.84	10.37	11.89	13.41	14.94	16.46	18	19.51

6. Определим вес поплавка в измеряемой среде:

[6]

G=0.16195

7. Определим кинематическую вязкость, значение безразмерной величины и значение ее десятичного логарифма:

[7]

десятичный логарифм

[8]

8. Определим значение безразмерной величины :

Для нахождения этой величины воспользуемся графиком, который изображен на рисунке 1.

Рисунок 1 -График для определения безразмерной величины

Для нахождения промежуточных значений а_i воспользуемся формулой нелинейной интерполяции:

;[9]

где ч - расстояние от искомой точки до нижней кривой;

- значение нижней кривой;

- значение верхней кривой;

b - расстояние между верхней и нижней кривой.

Результаты расчета заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Определение недостающих расчетных данных

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
X	0,03	0,19	0,11	0,04	0,02	0,08	0,06	0,03	0,02	0,07	0,05
	3.55	3.56	3.73	3.86	3,94	3.97	4,05	4,1	4,18	4.19	4.24
Q*,м3/с	516	746,5	937,5	1065	1232	1508	1698	1881	2113	2434	2587

Все полученные данные переносим в таблицу 4

Таблица 4 - расчетные данные

					V*d, м3/с	Q*10-6, м3/с	Q, л/час
0	4.268	-9,08164	3,55	3819,6	1,35*10-7	516	1856.483
0,025	5.793		3,56	5529,1		746,5	2687.347
0,05	7.317		3,73	6943,8		937,5	3374.937
0,075	8.841		3,86	7888,2		1064,9	3833.937
0,1	10.366		3,9435	9125,4		1232	4435.275
0,125	11.89		3,9675	11174,2		1508,6	5431.065
0,150	13.414		4,045	12573,9		1697,6	6111.365
0,175	14.939		4,111	13933,7		1881	6772.29
0,2	16.463		4,179	15649,7		2112,9	7606.335
0,225	17.988		4,19	18025		2433,6	8760.82
0,250	19.512		4,24	19161,9		2587	9313.373

На основании полученных результатов (таблица 4) построим градуировочный график в виде зависимости Q(л/ч)=f(l_i), который изображен на рисунке:

Рисунок 2 - График зависимости Q(л/ч)=f(l_i).

На градуировочном графике по оси X отложены оцифрованные значения шкалы принятые в процентах (диапазон шкалы от 0 до 100%).

9. Выполним в масштабе чертеж поплавка ротаметра, трубки ротаметра и чертеж в сборке, которые изображены на рисунке 3, на рисунке 4, на рисунке 5.



Рисунок 3 - Чертеж поплавка ротаметра

Рисунок 4 - Чертеж трубки ротаметра



Рисунок 5 -Устройство ротаметра со стеклянной конусной трубкой в сборке

Устройство ротаметра со стеклянной конусной трубкой 1, которая зажата в патрубках 2 и 3, снабженных сальниками.

Оба патрубка между собой связаны тягами 4 с надетыми на них ребрами 5. Эта армировка придает прибору необходимую прочность.

Внутри патрубка 2 имеется седло, на которое опускается поплавок 6 при нулевом расходе жидкости или газа.

Верхний патрубок 3 снабжен ограничителем хода поплавка 7.

Шкала наносится непосредственно на внешней поверхности стеклянной конусной трубки.

Указателем у ротаметров со стеклянной трубой служит верхняя горизонтальная плоскость поплавка.

3.2 Расчет потенциометра

Рисунок 7 - Принципиальная компенсационная измерительная схема автоматического потенциометра.

Задано

Шкала прибора......	.от 0 до 300 0С
Градуировка термоэлектрического термометра.	..ХК
Расчетное значение температуры свободных
концов термометра.....	..t0 = 200C
Возможное значение температуры свободных
концов термометра.....	..t0' = 400C
Начальное значение шкалы....	Е(tн, t0) = 0 мВ
Конечное значение шкалы....	Е(tк, t0) = 9.564 мВ
Диапазон измерений.....	.Ед = 9.564 мВ
Нормированное номинальное значение реохорда	.Rн.р = 90 Ом
Нерабочие участки реохорда (л=0,025)..	.2л = 0,05
Нормированное номинальное значение падения
напряжения на резисторе Rк...	.Uк = 1019 мВ
Выходное напряжение ИПС-148П...	.Uи.п=5 В
Номинальное значение силы тока в цепи ИПС-148П.	I0=5 мА
Сопротивление нагрузки ИПС-148П..	..Rи.п=1000 Ом
Номинальное значение силы тока в верхней ветви
измерительной схемы прибора...	.I1=3 мА
Номинальное значение силы тока в нижней ветви
измерительной схемы прибора...	.I2=2 мА
Температурный коэффициент электрического
сопротивления меди 1.....	.б = 4,25*10-3 К-1

¹ Точное значение б для данной медной проволоки определяют опытным путем.

По формуле определим R_п:

,Ом[12]

где R_н.р - нормированное сопротивление реохорда;

Е_д - диапазон измерения прибора;

I₁ - номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной схемы прибора

принимаем R_п^'=3,50,05 Ом.

Определим приведенное сопротивление реохорда R_пр по формуле:

[13]

Произведем проверку правильности определения R_пр по формуле:

[14]

Определим R_к по формуле:

[15]

Принимаем значение сопротивления контрольного резистора

R_к=509,50,2 Ом

По формуле определим R_б:

[16]

принимаем значение сопротивления резистора R_б = 336,40,5 Ом

Найдем сопротивление медного резистора по уравнению с учетом:

E(t_ср',t₀)=мВ[17]

[18]

принимаем значение сопротивления медного резистора

R_м=0,90,01 Ом.

Определим значение сопротивления резистора R_н по формуле:

[19]

принимаем R_н=0,520,05Ом.

Определим, пользуясь уравнением значение R_bd, Ом

[20]

Определим R_I по формуле:

= 1000-204,16 = 795,84 Ом[21]

ринимаем R_I=1000 Ом R'_I=7961Ом.

Определим изменение показаний потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от t₀=0⁰С до t'₀=300⁰С по формуле:

[22]

Заключение

Результатом выполнения курсовой работы была разработана функциональная схема автоматизации отстойника со скербовым устройством и была подобрана спецификация средств автоматизации использованных в функциональной схеме.

При разработке проектов, и подготовке технических условий на заказы оборудования необходимо:

значительно сократить число типоразмеров применяемого оборудования, поставив целью устанавливать однотипное оборудование для расширения и реконструкции;

обеспечить высокую степень готовности монтажных блоков близкую к 100%, и тем самым заложить условия сокращения продолжительности монтажа до 6-18 месяцев;

резко сократить вспомогательные устройства зданий, сооружений и объектов, а также затраты материалов;

применять современную автоматику и принципы резервирования трубопроводов, арматуры и вспомогательного оборудования.

Расчетная часть содержит расчет ротаметра и потенциометра, а также схему его подключения.

Размещено на Allbest.ru

...