Автоматизація процесу прекристалізації фумарової кислоти

Автоматизація процесу прекристалізації фумарової кислоти
Зміст:

Вступ

Опис технологічної схеми процесу
Аналіз технологічного об’єкта
Опис системи контролю та керування
Специфікація на використані технічні засоби автоматизації

Висновки

Використана література

Вступ

Складність і висока швидкість протікання технологічних процесів у хімічній промисловості, їх чутливість до порушень режиму, а також вибухо- та пожежонебезпечність і шкідливість умов роботи спричиняють підвищену увагу до питань автоматизації хіміко-технологічних процесів. Автоматичні контроль та керування технологічними процесами забезпечують високу якість продукції, раціональне використання сировини та енергії, подовження термінів міжремонтного пробігу устаткування, зменшення чисельності технічного персоналу.

Опис технологічної схеми процесу.

Після синтезу шляхом окиснення фурфуролу хлоратом натрію в присутності каталізатора – п’ятиокису ванадію сира фумарова кислота забруднена кислим малеатом натрію та неорганічними солями, такими як хлорид, хлорат та метаванадат натрію. Вміст основної речовини в сирому продукті 76%. Тому його очищають перекристалізацією з 1н розчину соляної кислоти. 1н соляна кислота готується з продажної 37%-ної HCl шляхом розведення водою у масовому співвідношенні 1:26,4 у реакторі з кислотостійкої сталі. По завершенні синтезу висушену сиру фумарову кислоту за допомогою шнекового постачальника загружають в стальний реактор, що обв’язаний зі збірником 1н соляної кислоти, мірником для останньої та кожухотрубчатим теплообмінником. Перекристалізацію проводять за температури кипіння суміші (100°С). При цьому продукт очищається від вказаних домішків. Після цього продукт фільтрують на нутч-фільтрі та сушать. Вміст основної речовини в готовому продукті становить 99,5%.

Вихід складає 43% від теоретичного значення розрахованого на фурфурол.

Аналіз технологічного об’єкта.

№ п/п	Найменування стадії процесу (технологічний об’єкт), місце заміру параметра	Найменвання параметра, що вимірюється або регулюється	Норми технологічного режиму та допустимі відхилення	Вимоги до схеми автоматизації (вимірювання, регулювання, сигналізація)
1	Приготування 1н HCl, трубопроводи для кислоти та води	Співвідношення витрат концентрованої HCl та води	m(HCl):m(води)= =1:26,4	Регулювання
2	Приготування 1н HCl, реактор для приготування 1н соляної кислоти	Рівень заповнення реактора для приготування 1н соляної кислоти	Не більше 0,7 повного об’єму реактора	Сигналізація
3	Приготування 1н HCl, реактор для приготування 1н соляної кислоти	Температура суміші	Не більше 40°С	Регулювання
4	Приготування 1н HCl, збірник для 1н соляної кислоти	Рівень заповнення	Не більше 0,9 повного об’єму збірника	Сигналізація
5	Приготування 1н HCl, мірник для 1н соляної кислоти	Рівень заповнення	Операційна загрузка 1н соляної кислоти	Регулювання
6	Перекристалізація, реактор для перекристалізації	Рівень заповнення реактора для перекристалізації	Не більше 0,7 повного об’єму реактора	Сигналізація
7	Перекристалізація, реактор для перекристалізації	Температура суміші	100±5°С	Регулювання
8	Перекристалізація, теплообмінник	Температура конденсата	50±5°С	Регулювання

Опис системи контролю та керування

В даній роботі ми розглядаємо процес автоматизації стадії перекристалізації сирого продукту у виробництві фумарової кислоти. Схема складається з наступних об’єктів: реактор для приготування 1н соляної кислоти поз.1, реактор для перекристалізації сирого продукту поз.2, збірник 1н соляної кислоти поз.3, мірник для 1н соляної кислоти поз.4, теплообмінник поз.5.

Автоматизація реактора поз.1.

Приготування 1н соляної кислоти здійснюється шляхом змішування концентрованої 37%-ної 1н соляної кислоти з водою у співвідношенні 1:26,4 за масою. Таке співвідношення потоків вихідних речовин можна забезпечити використавши слідкувальну систему автоматичного регулювання співвідношення витрат. Для цього проводять вимірювання витрат в технологічному потоці соляної кислоти, що реалізується за допомогою встановлення звужувального пристрою 1-1, що приєднаний до пневматичного передавального пристрою 1-2, який передає на відстань сигнал до вторинного показу вального приладу 1-3, що в свою чергу обв’язаний з пропорційно-інтегральним пневматичним регулятором 1-4 співвідношення витрат ПР3.33М1 (система СТАРТ). Даний регулятор 1-4 безпосередньо зв’язаний з пневматичним виконавчим механізмом МИМП ППХ 05В з позиціонером ПП-1 і верхнім дублером (прилад 1-5 на схемі).

Оскільки процес розчинення соляної кислоти екзотермічний, то реактор поз.1 обладнано системою вимірювання температури реакційної маси з метою контролю за витратами оборотної води (одноконтурна стабілізувальна система автоматичного регулювання температури з використанням панелі керування). Для цього реактор має бути обладнаний спеціальною гільзою для термоелектричного перетворювача 3-1 для заміру температури; сигнал з 3-1 йде на вторинний показувальний і реєструвальний прилад ДИСК-250 із вмонтованим пропорційно-інтегральним регулювальним пристроєм з пневматичним вихідним сигналом 0,02–0,1 МПа 3-2, а з 3-2 на пневматичну панель керування ДПУ.1 3-3, далі пневмосигнал йде на мембранний пневмопривід В26–41 3-4, що регулює подачу оборотної води.

Оскільки реактор не обладнаний мірним склом, а нам потрібно знати рівень рідини в реакторі, то реактор обладнують акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 4-1, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 4-2 сигнал подають на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 позначений як 4-3. Готова 1н соляна кислота подається в збірник поз.3, розрахований на об’єм кислоти на 2 операції перекристалізації.

Автоматизація збірника поз.3.

Оскільки збірник поз.3 розрахований на 2 операційних об’єми, то необхідно обладнати його акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 5-1, а далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 5-2 сигнал йде на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 5-3. Із збірника поз.3 1н соляна кислота подається в мірник поз.4, розрахований на 1 операційній об’єм кислоти.

Автоматизація мірника поз.4.

Мірник слугує для відносно точного відмірювання об’єму соляної кислоти, необхідного для однієї операції перекристалізації. Отже, його необхідно обладнати рівнеміром. Обираємо акустичний рівнемір ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 61, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 5-2 сигнал поступає на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 5-3. Із мірника поз.4 1н соляна кислота подається самопливом в реактор для перекристалізації поз.2.

Автоматизація реактора поз.2.

В даному реакторі відбувається безпосередньо перекристалізація сирої фумарової кислоти з 1н розчину соляної кислоти. Сира фумарова кислота загружається у реактор поз.2 за допомогою шнекового постачальника. Перекристалізація ведеться при температурі 100°С, тобто суміш нагрівається до кипіння. Нагрівання здійснюється перегрітою водою з температурою 109°С. Для контролю та підтримання температури реакційної маси реактор поз.2 аналогічно до реактора поз.1 має бути обладнаний спеціальною гільзою для термоелектричного перетворювача 8-1 для заміру температури; сигнал з 8-1 йде на вторинний показувальний і реєструвальний прилад ДИСК-250 із вмонтованим пропорційно-інтегральним регулювальним пристроєм з пневматичним вихідним сигналом 0,02–0,1 МПа 8-2, а з 8-2 на пневматичну панель керування ДПУ.1 8-3, далі пневмосигнал йде на мембранний пневмопривід В26–41 8-4, що регулює подачу гарячої води.

Для вимірювання рівня заповнення реактор поз.2 обладнаний акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 4-1, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 4-2 сигнал подають на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 позначений як 4-3. Реакційна маса після перекристалізації подається на нутч-фільтр.

Автоматизація теплообмінника поз.5.

Оскільки в ході перекристалізації потрібно забезпечити повну конденсацію парів на виході з реактора, то необхідно підтримувати певну температуру конденсату на виході з теплообмінника поз.5, а значить і певні витрати холодоагенту. Для цього на виході з теплообмінника ставимо термоелектричний перетворювач 9-1 для заміру температури, сигнал з 9-1 йде на нормувальний перетворювач 9-2, а далі пневмосигнал йде на вториний пневматичний показу вальний прилад 9-3 зі станцією керування; керуючий сигнал зі станції керування подають на пневматичний регулятор 9-4, який керує пневматичним виконавчим механізмом 4-5 який регулює подачу холодної води до теплообмінника.

4. Специфікація на використані технічні засоби автоматизації.

По-

зи-

ція

Найменування

заміру та місце

заміру параметру

Назва

приладу

Тип

приладу

Місце

монтажу

Допустимі

Значення

Одиниці

Виміру

Кількість

1-1

1-2

1-3

1-4

1-5

2-1

2-2

3-1

3-2

3-3

3-4

4-1

4-2

4-3

5-1

5-2

5-3

6-1

6-2

6-3

7-1

7-2

7-3

8-1

8-2

8-3

8-4

9-1

9-2

9-3

9-4

9-5

Вимірювання витрат в технологічному потоці

Вимірювання тиску, місцевий прилад

Співвідношення витрат

Регулювання витрат

Регулювання витрат, місцевий прилад

Вимірювання витрат в технологічному потоці

Вимірювання тиску, місцевий прилад

Вимірювання температури

Регулювання витрат, місцевий прилад

Вимірювання рівня місцевий

Вимірювання рівня

Вимірювання рівня місцевий

Вимірювання рівня

Вимірювання рівня місцевий

Вимірювання рівня

Вимірювання рівня місцевий

Вимірювання рівня

Вимірювання температури

Регулювання витрат, місцевий прилад

Вимірювання температури

Вимірювання

тиску

місцевий

Вимірювання температури

Вимірювання температури, місцевий

Діафрагма камерна

Пневматичний передавальний перетворювач перепаду

тиску

Вторинний пневматичний показувальний реєструвальний прилад зі станцією керування

Регулятор співвідношення пневматичний пропорційно-інегральний

Пневматичний виконавчий механізм

Діафрагма камерна

Пневматичний передавальний перетворювач перепаду тиску

Термоперетво-

рювач опору

мідний, 50М

Вторинний

показувальний

реєструвальний

прилад

Пневматична

панель

керування

Пневматичний виконавчий механізм

Первинний перетворювач рівнеміра ЕХО

Проміжний

перетворювач

Вторинний

показу вальний

прилад

Первинний перетворювач рівнеміра ЕХО

Проміжний

перетворювач

Вторинний

показувальний

прилад

Первинний перетворювач рівнеміра ЕХО

Проміжний

перетворювач

Вторинний

показувальний

прилад

Первинний перетворювач рівнеміра ЕХО

Проміжний

перетворювач

Вторинний

показувальний

прилад

Термоперетво-

рювач опору

мідний, 50М

Вторинний

показувальний

реєструвальний

прилад

Пневматична

панель

керування

Пневматичний виконавчий механізм

Манометричний

Термометр,

0-50С

Пневматичний передавальний перетворювач перепаду тиску

Пневматичний

Вторинний

прилад зі

станцією

керування

Пневматичний регулювальний

блок

Пневматичний

виконавчий

механізм

ДСК-50

13ДД11

ФК0071

ПР3.33

М1

(система СТАРТ)

МИМП ППХ 05В, позиціо-нер ПП-1

Трубо-провід

На щиті

На вентилі

трубо-проводу

Шт.

ДСК-50

13ДД11

ТСМ-364

-01

ДИСК-250

ДПУ.1

МИМП ППХ 05В, позиціо-нер ПП-1

АП-3

ПП-3

М1830

АП-3

ПП-3

М1830

АП-3

ПП-3

М1830

АП-3

ПП-3

М1830

ТСМ-364

-01

ДИСК-250

ДПУ.1

МИМП ППХ 05В, позиціо-нер ПП-1

ТКП-100

13ДД11

ПВ 10, 1П

ФР0091

МИМО

ОПХ01

Трубо-провід

Реактор

поз.1.

На щиті

На вентилі

трубо-проводу

Реактор

поз.1.

На щиті

Збірник

поз.3.

На щиті

Мірник

поз.4.

На щиті

Реактор

поз.2.

На щиті

Реактор

поз.2.

На щиті

На вентилі

трубо-проводу

Вихід з теплооб-мінника

На щиті

На вентилі

трубо-проводу

Шт.

Висновки

У процесі виконання розрахункової роботи нами були отримані практичні знання та навички з таких питань:

– самостiйний аналiзу технологiчних процесiв з позицiй автоматизацiї;

–квалiфiковане формулювання завдання на автоматизацiю технологiчних процесiв;

– засвоєння принципів дії та особливостей застосування основних типів первинних вимірювачів (датчиків) технологічних параметрів;

–ознайомлення з алгоритмами керування та функціональними можливостями автоматичних регуляторів (позиційних, аналогових, мікропроцесорних), особливостями конструкції та умовами експлуатації пристроїв безпосереднього впливу на технологічні процеси (виконавчі механізми та регулювальні органи);

– робота схем та пристроїв сигналізації, автоматичного блокування і захисту, дистанційного керування технологічним електроустаткуванням;

– вдосконалення техніки читання та розробки схем автоматизацiї технологiчних процесiв, ознайомлення з чинними стандартами в царинi контролю та керування хіміко-технологiчними процесами.

Використана література:

Керівництво до виконання розрахункової роботи з курсу «Контроль і керування хіміко-технологічними процесами»,

Розроб.: Лукінюк М.В., Київ, «Політехніка», 2012р.

Автоматизація процесу прекристалізації фумарової кислоти