Проект автоматизации установки нагревания жидкости

Введение

Развитие промышленности, в том числе и химической, в данное время тесно связано с автоматизацией, позволяющей повысить производительность оборудования, снизить себестоимость продукции, улучшить ее качество и повысить прибыль от реализации.

Для того чтобы повысить выше перечисленные показатели, на производстве усовершенствуется старая, и вводится новая система автоматизированного управления. На рынке средств производства в данное время присутствует высокое разнообразие средств автоматизации технологических процессов, выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями.

Задачи, которые ставятся перед специалистами, требуют не только глубокого знания технологических процессов, но и знания принципов составления автоматических систем, позволяющих управлять процессом наиболее эффективно, а также умение выбирать современные средства автоматизации.

1. Процесс ректификации

В качестве объекта управления при автоматизации процесса ректификации примем установку для разделения бинарной смеси, состоящей из тарельчатой ректификационной колонны выносного кипятильника, дефлегматора и теплообменника для подогрева исходной смеси (функциональная схема). Показателем эффективности его является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта и будет являться целью управления. Состав другого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исходной смеси.

Ректификационная установка является сложным объектом управления со значительным временем запаздывания (например, в отдельных случаях выходные параметры процесса начнут изменяться после изменения параметров сырья лишь через 1-3 ч), с большим количеством параметров характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними, распределенностью и т. д.

Большое значение для процесса ректификации имеет температура исходной смеси. Если смесь начинает поступать в колонну при температуре меньшей, чем температура кипения, она должна нагреваться до этой температуры парами, идущей из нижней части колонны. Конденсация паров при этом увеличивается, что нарушает весь режим процесса ректификации. Поэтому температуру исходной смеси стабилизируют изменением расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник; тем самым ликвидируют одно из возмущений.

Итак, для достижения цели управления необходимо стабилизировать давление и состав жидкости в верхней части колонны путем изменения расхода хладоносителя, поступающего в дефлегматор, и расхода флегмы. Качество регулирования этих параметров зависит от состава и скорости паров, движущейся из нижней исчерпывающей части колонны и определяемых ее технологическим режимом - главным образом давлением, температурой и составом жидкости в кубе колонны.

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: давление, расход, температуру, уровень и концентрацию. Для контроля данных параметров необходимо подобрать приборы.

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

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

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

o   по характеру измеряемой среды (жидкость, газ, твердое вещество);

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 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.

Выпускаемые в настоящее время преобразователи сопротивления с унифицированным выходным сигналом позволяют использовать их с разнообразными вторичными приборами с унифицированным входом без дополнительных преобразователей.

Для данного технологического процесса выбираем термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом ТСМ - 5008, (1-1). Предел измерения (0…4250С), выходной сигнал 4-20мА, вторичным прибором является ДИСК-250И-1321 (1-2).

.2 Измерение уровня

Выбор метода измерения уровня зависит от вида среды, температуры, агрессивности, токсичности, взрыво и пожароопасности среды, а так же параметров окружающей среды.

Измерение уровня в ректификационной колонне осуществляется при помощи гидростатического уровнемера (Метран 100 ДГ) (5-1). С помощью него, возможно, измерить уровень в емкостях с давлением до 0,5 МПа. С уровнемера подается выходной сигнал 4-20 мА, который подается на вторичный прибор ДИСК-250И-1321 (5-2).

2.3 Изменение 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.

Главный параметр, который необходимо контролировать при выборе, является контролируемая среда.

Измерение расхода производится в трубопроводе, по которому движется нагреваемый продукт. Осуществление контроля за расходом производится при помощи камерной диафрагмы (ДКС 0,5 - 50) (3-1, 4-1, 6-1) и преобразователя расхода (Метран 100 ДД) (3-2, 4-2, 6-2). Сигнал 4-20 мА с преобразователя расхода подается на вторичный прибор, выполняющий также функцию регулятора (PI-регулятор) ДИСК-250И-1321 (3-3, 4-3, 5-2, 6-3). Контроль за расходом осуществляется при помощи тиристорного пускателя (ПБР-3А) (4-4, 5-3, 6-4) и исполнительного однооборотного механизма МЭО-73 (4-5, 5-4, 6-5).

2.4 Измерение концентрации

Измерение концентрации компонента исходной смеси производят при помощи концентратомера (КВЧ-5М) (2-1), с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА, который поступает на вторичный прибор ДИСК-250И-1321 (2-3).

3. Расчетная часть

.1 Расчет ротаметра

Таблица 3.1 - Исходные данные

7. Построим градуировочный график в виде зависимости , который изображен на рисунке 3:

Рисунок 4 - График зависимости

Выполним чертеж поплавка ротаметра, трубки ротаметра и чертеж в сборке, которые изображены на рисунке 4, рисунке 5, рисунке 6

Рисунок 4 - Чертеж поплавка ротаметра

Рисунок 5 - Чертеж трубки ротаметра

Рисунок 6 - Ротаметр в сборе

1 - Поплавок

- Стеклянная трубка

- Шкала

- Шпильки

- Металлические головки

Расчет геометрических размеров поплавка

Расчет веса поплавка

Найдем вес поплавка по формуле

 (13)

.

Найдем объем, высверловки м3

 (14)

.

Найдем диаметр высверловки, м3

 (15)

.

Глубина высверловки и длина поплавка, м

 (16)

3.2 Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра типа КСП4

Таблица 3.4 - Исходные данные

Рисунок 7 - Принципиальная компенсационная измерительная схема автоматического потенциометра.

. Определим сопротивление резистора RП:

 Ом; (11)

Ом;

принимаем  Ом и

. Определим приведенное сопротивление реохорда RПР:

 Ом; (12)

 Ом.

Производим проверку правильности определения RПР:

мВ.

. Определим сопротивление контрольного резистора RК:

 Ом; (13)

 Ом;

принимаем сопротивление контрольного резистора  Ом.

. Определим сопротивление резистора Rб:

 Ом; (14)

 Ом;

принимаем значение сопротивления резистора  Ом.

. Найдём сопротивление медного резистора Rм:

 (15)

;

принимаем значение сопротивления медного резистора  Ом.

. Определим значение сопротивления резистора RН:

 Ом; (16)

 Ом;

принимаем  Ом и  Ом.

. Определим значение сопротивления резистора Rbd;

 Ом; (17)

 Ом.

. Определим сопротивление резистора R1 по формуле:

 Ом; (18)

 Ом;

принимаем Ом,  Ом и  Ом.

. Определим изменения показания потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от до  по формуле:

 (19)

ректификационный ротаметр автоматизация нагревание

Заключение

Результатом выполнения курсовой работы была разработана функциональная схема автоматизации установки нагревания Cl2 и была подобрана спецификация средств автоматизации использованных в функциональной схеме.

Расчетная часть содержит расчет ротаметра и потенциометра.

Список использованных источников

1. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, справочное пособие. М. «Энергия» 1980 г.

. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств, М. «Машиностроение» 1983 г.

. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы, 3 изд. перераб. и доп. , М: «Энергия» 1978 г.

. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля /А.С.Клюев, Б.В.Глазов, М.Б.Миндин, С.А.Клюев; Под ред. А.С.Клюева. -3-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатомиздат, 1991.- 432 с.: ил.