| |||||
МЕНЮ
| Автоматизация процесса нитрования пиридонаАвтоматизация процесса нитрования пиридонаСанкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет) Кафедра автоматизации процессов химической промышленности. “Автоматизация процесса нитрования пиридона”. Пояснительная записка к курсовому проекту по учебной дисциплине “Проектирование систем автоматизации ”. Выполнил студент 891 гр. : Солнцев П.В.
Новичков Ю.А. Санкт-Петербург 2004 Оглавление. Исходные данные. 3 Введение. 3 1. Описание технологического процесса. 5 2. Описание УВК. 5 3. Основные решения по автоматизации. 9 4. Разработка принципиальной схемы автоматизации. 10 5. Компоновка средств автоматизации на щитах. 10 6. Построение электрических схем автоматизации. 10 7. Схемы внешних проводок. 11 Список использованной литературы: 13 Приложения. Исходные данные для проектирования. 1 Расходы (объёмные): 1. хладоагента в рубашках реактора и стаб-ра Gхл = 3,8 м3/час 1.2 кислоты на входе реактора Gк = 0,3 м3/час 2. нитромассы на выходе из реактора Gвых = 1,3 м3/час 3. пиридона на входе реактора Gп = 1 м3/час 4. воды на входе стабилизатора Gвод = 2,6 м3/час 5. готовой смеси на выходе стабилизатора Gкон = 2,6 м3/час 1. Концентрации азотной кислоты 1. на входе в реактор Скн = 0,6 кмоль/м3 2. на выходе из реактора Скк = 0,132 кмоль/м3 2. Объёмы 1. реактора V = 6 м3 2. жидкой фазы в реакторе с коэффициентом заполнения 0,8 Vж = 0,8*6 = 4,8 м3 4.1 нитромассы на выходе реактора ?1 ’ 410C 4.2 смеси на выходе из стабилизатора ?2 ’ 200C 4.3 хладоагента на выходе из реактора ?1хлк ’ 150C 4.4 хладоагента на выходе из стабилизатора ?2хлк ’ 210C 4. Порядок реакции n = 1 5.1 нитромассы в реакторе L1 = 1,5м 5.2 воды в сбросной ёмкости L3 = 3м 5.3 смеси в стабилизаторе L2 = 1,5м 5. Вакуум 6.1 в линии отвода окислов 300 гПа Введение. Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения производственного процесса. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации. В данной курсовой работе разрабатывается проектная автоматизация процесса нитрования пиридона. Целью курсового проекта является разработка функциональной схемы автоматизации, компоновка средств автоматизации на щитах и пультах, построение и оформление электрических и пневматических схем автоматизации, выполнение схем внутренних и внешних проводок. 1. Описание технологического процесса. В качестве объекта автоматизации рассматривается реактор полного смешения непрерывного действия с рубашкой и мешалкой (рис 1). Смесь пиридона с уксусным ангидридом (с параметрами Gп, ?п, Срп)
подаётся на вход реактора (1). Туда же подаётся азотная кислота (с
параметрами Gк, ?к, Скн, Срк). Процесс идёт при температуре ?1; съём тепла
осуществляется подачей холодной воды (с параметрами Gхл, ?хлн, Срхл) в
рубашку реактора. Из реактора нитромасса (с параметрами Gвых, ?вых, Скк, На случай аварии предусмотрена сбросная ёмкость (3), заполненная водой. Все аппараты, содержащие азотную кислоту, соединены с ловушкой окислов азота (4) и линией разряжения. Процесс нитрования пиридона протекает при температуре ?1, давлении Р и уровне жидкости h1. Азотная кислота является ключевым компонентом. Расход уксусного ангидрида с пиридоном определяется производительностью предыдущего аппарата и по нему действует возмущение. 1- реактор полного смешения непрерывного действия; 2 – стабилизатор; 3 – сбросная ёмкость; 4 – ловушка окислов азота. Рисунок 1 - Технологическая схема процесса нитрования пиридона. 2. Описание УВК. В качестве управляющего вычислительного комплекса (УВК) в данном проекте выбран контроллер Matsushta FP2. Matsushta FP2 ( это компактный многоканальный многофункциональный высокопроизводительный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами. Контроллер предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов малого и среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также построения отдельных подсистем сложных АСУ ТП, обеспечивая при этом оптимальное соотношение производительность/стоимость одного управляющего или информационного канала. В составе контроллера FP2 имеются модули выхода на сеть PROFIBUS FMS В кросс-платы может быть установлено до 2 модулей PROFIBUS; скорость передачи – от 9,6 кбит/с (расстояние – до 1200м без репитера и 4800м – с репитером) до 12Мбит/с (расстояние – до 100м без репитера и 400м – с репитером). Порт – 9-контактное гнездо в стандарте RS485 В состав контроллера Matsushta FP2 входят: центральный микропроцессорный блок контроллера, блок питания, от 5 до 14 плат расширения и ряд дополнительных блоков. Кросс плата предназначена для увеличения числа входов-выходов контроллера. Контроллер Matsushta FP2 является проектно - компонуемым изделием. Его состав и ряд параметров определяются потребителем и указываются в заказе. Контроллер имеет встроенную самодиагностику, средства сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе аппаратуры, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по сети и т.п. Для дистанционной передачи информации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы. Конкретный состав остальных изделий оговаривается в заказе. МОДУЛИ ВВОДА/ВЫВОДА 1. Модули ввода дискретных сигналов постоянного тока. Контроллер FP2 имеет в своем составе модули расширения для ввода
дискретных сигналов: FP2-16XD2 (с клеммным соединителем с линиями
датчиков) и FP2-64XD2 (с разъемом) – рис.4. Эти модули имеют соответственно Табл.1. Характеристики модулей дискретного ввода. 2. Модули вывода дискретных сигналов постоянного тока.
В составе FP2 есть комбинированные модули ввода/вывода FP2-XY64D2T и 4. Модули ввода аналоговых сигналов постоянного тока. Аналоговые сигналы в FP2 принимаются отдельным модулем УСО FP2-AD8
3. Основные решения по автоматизации. В процессе нитрования пиридона показателем эффективности является концентрация азотной кислоты в реакторе, и целью управления является её поддержание на заданном уровне (Скк = Сккзд). Расход пиридона на входе в реактор определяется предыдущим технологическим процессом и по нему действуют возмущения, а, следовательно, по нему нельзя регулировать концентрацию Скк, поэтому изменяют расход азотной кислоты. Для выполнения материального баланса по жидкой фазе, определяемого уровнем нитромассы в реакторе, изменяют расход нитромассы в реакторе. Для выполнения теплового баланса регулируются температуры в реакторе и в стабилизаторе путём изменения расхода охлаждающей воды на выходе из рубашки реактора и стабилизатора. Для обеспечения соотношения перемешивания нитромассы с водой в стабилизаторе 1:2 используется регулятор соотношения расходов, использующий в качестве канала управления расход воды на входе в стабилизатор. Уровень смеси в стабилизаторе поддерживается постоянным путём изменения расхода готовой смеси на выходе стабилизатора. При недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота (что может быть вызвано повышением давления в реакторе или неисправностью вакуум- насоса в линии разряжения) нитромасса из реактора сбрасывается в сбросную ёмкость. Система регулирования состоит из 4-х подсистем: На чертеже функциональной схемы автоматизации процесса нитрования пиридона (КП. ПСА.891.А2.01) представлена структура технологического процесса, а так же оснащение его приборами и средствами автоматизации. Схема состоит из девяти контуров регулирования. Контур 1 (регистрация и регулирование концентрации азотной кислоты в нитромассе Концентрация азотной кислоты в нитромассе определяется первичным преобразователем АЖК-3101 (поз. 1а), устанавливаемым на байпасе трубопровода. Унифицированный сигнал 4…20 мА с него поступает на регистратор А542М и на контроллер Matsushita FP-2. Расход пиридона с уксусным ангидридом измеряется с помощью преобразователя РЭН-1 (поз. 1б), откуда поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В контроллере реализован комбинированный регулятор с подключением компенсатора на вход регулятора. Управляющий сигнал с контроллера поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA1), с помощью которого можно выбрать режим управления: автоматическое управление с помощью МПК или ручное дистанционное с помощью переключателей “больше”, “меньше”. Далее управляющий сигнал поступает на бесконтактный пускатель ПБР-2М (поз.1ж), который с помощью этого маломощного управляющего сигнала обеспечивает коммутацию цепей управления исполнительного механизма МЭО-90 (поз. 3), который в свою очередь воздействует на регулирующий орган. Сигнализация осуществляется с помощью сигнальных ламп, расположенных на щите, и включаемых схемой сигнализации (см. КП.ПСА.891.А2.03). Контур 2, 7 (регистрация и регулирование температуры ?1 в реакторе по подаче охлаждающей воды Gхл1, температуры ?2 в стабилизаторе по подаче охлаждающей воды Gхл2 и сигнализация существенных отклонений) Температуры в реакторе и стабилизаторе измеряются термопарами ТХК-104 Контуры 3, 4, 6 (регулирование уровня h нитромассы в реакторе по отбору нитромассы Gвых, уровня воды hв в сбросной ёмкости по подаче воды Gв1, регистрация уровня в стабилизаторе hсм по отбору готовой смеси Gсм) Уровень в реакторе, стабилизаторе и сбросной ёмкости определяется
буйковым уровнемером LT-100 (поз. 3а, 4а, 6а) с унифицированным выходным
сигналом 4…20 мА. Выходной сигнал с первичных преобразователей передаётся
на самопишущие миллиамперметры А542М и на аналоговые входы МПК. Управляющие
сигналы с МПК поступают на блоки ручного управления БРУ-42 (поз. SA3, SA4, Контур 5 (регулирование концентрации готовой смеси в стабилизаторе по подаче воды Gв2) Задачей данного контура является обеспечение требуемого соотношения расходов воды и нитромассы на входе стабилизатора (1:2). Для этого, с помощью диафрагмы ДК16 (поз. 5а), соединённой импульсными трубками с измерительным преобразователем Сапфир-22ДД (поз. 5б), измеряется расход нитромассы на входе стабилизатора. Выходной сигнал (4…20 мА) с преобразователя поступает на регистратор А542М и, также, на контроллер. В контроллере формируется управляющий сигнал, обеспечивающий расход воды на входе стабилизатора в ДВА раза больший расхода нитромассы. Этот сигнал поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA5) и на бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М (поз. 5в) Контур 8 (блокировка, контроль и сигнализация разряжения в линии отвода окислов азота P) В процессе функционирования реактор требует отвода опасных для здоровья окислов азота. Для этого используется вакуумная линия отвода окислов, разрежение в которой не должно быть выше 600 гПа. Это разрежение измеряется преобразователем вакуума Метран-22ДВ, соединённым с трубопроводом (линией отвода) импульсной трубкой. Унифицированный сигнал с преобразователя поступает на самопишущий миллиамперметр А542М и на контроллер, формирующий сигналы блокировки (подаваемый на магнитный пускатель ПМЕ-121 (поз. 8в)) и сигнализации для срабатывания аварийной сирены. Магнитный пускатель, в свою очередь, коммутирует цепь управления электромагнитного клапана ЭМК (поз. 17), открывающего сбросный трубопровод, соединяющий реактор со сбросной ёмкостью. Контур 9 (контроль температур охлаждающей воды после реактора ?хл1 и после стабилизатора ?хл2) Контроль температуры хладоагента на выходе охлаждаемого объекта
осуществляется с целью перегрева последнего. Температуры охлаждающей воды
на выходах реактора и стабилизатора измеряются термометрами сопротивления 4. Разработка принципиальной схемы автоматизации. Принципиальные схемы автоматизации предназначены для отражения
взаимосвязей между приборами, средствами автоматизации и вспомогательными
элементами, входящими в состав системы автоматизации, с учетом
последовательности их работы и принципа действия. На принципиальной схеме в условном виде нанесены приборы, аппараты, средства связи между элементами, блоками и модулями этих устройств. Схема изображена на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.01). 5. Компоновка средств автоматизации на щитах. Щиты и пульты предназначены для размещения приборов, средств автоматизации, аппаратуры управления, сигнализации, защиты, питания, коммутации и т.п. Щиты и пульты располагаются в производственных и специальных щитовых помещениях (операторских, диспетчерских и т.п.). Щит изображен на листе формата А2 (см. прил. КП.891.А02.03). При
компоновке средств автоматизации был использован двухсекционный щит 6.Построение электрических схем автоматизации. Принципиальные электрические схемы (ПЭС) включают: . схему сигнализации; Схемы выполнены без соблюдения масштаба и действительного
пространственного расположения элементов. Технологическая сигнализация в данной работе служит для контроля безопасности рабочих цеха и выполнения технологического регламента. Схема сигнализации обеспечивает подачу световых и звукового сигнала, съем звукового сигнала, проверку исправности средств сигнализации. ПЭС изображены в приложении на листе формата А2 (КП.891.А02.02). 7.Схемы внешних проводок. Схема соединений внешних проводок — это комбинированная схема, на
которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами
автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и
на щитах. Список использованной литературы: Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации
технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1983. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В.В. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация
производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1991. Методические указания №№ 450, 387, 397, 571. 4 В линию разряжения М На кристаллизацию 3 Вода 2 Вода Нитромасса М М Вода Вода 1 Азотная кислота 4 |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|