Автоматизация процесса нитрования пиридона

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Санкт-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.

Руководитель:

Новичков Ю.А.

Санкт-Петербург

2004

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 3. Температуры:

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 = 1,5 м

5.2 воды в сбросной ёмкости L3 = 3 м

5.3 смеси в стабилизаторе L2 = 1,5 м

5. Вакуум

6.1 в линии отвода окислов 300 гПа

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, Срвых) поступает в стабилизатор (2), где охлаждается холодной водой до температуры ?2 и разбавляется водой в соотношении 1: 2, после чего идёт на стадию кристаллизации (с параметрами Gсм, ?см, Срсм).

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 (для систем управления высокого уровня — универсальный модуль FP2-FMS/DP-M) и PROFIBUS DP (для управления распределенными полевыми устройствами от простых модулей до контроллеров FP1 и FP0 — модуль FP2-DP-M). Универсальный модуль FP2-FMS/DP-M может поддерживать работу обеих сетей одновременно. Количество станций в сети -до 125.

В кросс-платы может быть установлено до 2 модулей PROFIBUS; скорость передачи — от 9,6 кбит/с (расстояние — до 1200 м без репитера и 4800м — с репитером) до 12Мбит/с (расстояние — до 100 м 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 16 и 64 канала. Кроме того, дискретные сигналы (64 линии) могут быть поданы на специализированный модуль ЦПУ FP2-C1D. Характеристики модулей приведены в табл. 1

Табл.1. Характеристики модулей дискретного ввода. |Характеристика |Модуль FP2−16XD2 |Модуль FP2−64XD2; | | | |ЦПУ FP2-C1D | |Число каналов |16 |64 (2 группы по 32) | |Гальваническая развязка |Оптронная |Оптронная | |Номинальное Uвх, В |12 — 24 |24 | |Максимальный Iвх, мА |10 |5 | |Потребляемый модулем ток от | | | |источника питания контроллера, |80 |100 | |мА | | |

2. Модули вывода дискретных сигналов постоянного тока. Модули вывода дискретных сигналов представлены более широко: это прежде всего модули вывода FP2-Y16T и FP2-Y16P — 16 каналов с клеммным соединителем и открытым коллектором на npn и pnp транзисторах соответственно. Аналогичные модули на 64 канала с разъемами: FP2-Y64T и FP2- Y64P. Кроме того, в комплекте модулей УСО FP2 имеются релейные модули вывода FP2-Y6R (6 каналов) и FP2-Y16R (16 каналов). Характеристики модулей приведены в табл.2 Табл.2. Характеристики модулей вывода дискретных сигналов |Характеристика |Модули |Модули |Модули |Модули | | |FP2-Y16T, |FP2-Y64T, |FP2-Y6R*) |FP2-Y16R*) | | |FP2-Y16P |FP2-Y64P | | | |Число каналов |16 (2×8) |64 (2×32) |6 (3×2) |16 (2×8) | |Гальваническая развязка |Оптронная |Оптронная |Оптронная |Оптронная | |Напряжение нагрузки | | |250 (AC), |250 (AC), | |(внешнего источника), В |5 — 24 |5 — 24 |30 (DC) |30 (DC) | |Максимальный ток нагрузки,|0,6 |0,1 |5 |2 | |А | | | | | |Ток потребления от | | | | | |источника питания |100 |250 |70 |120 | |контроллера, мА | | | | | |*) Внимание. Для питания реле эти модули требуют дополнительного источника | |напряжения 24В DC (см. рис. 6Б) |

3. Модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного тока.

В составе FP2 есть комбинированные модули ввода/вывода FP2-XY64D2T и FP2-XY64D2P. Модули имеют по 32 канала на вход и выход с разъемом для соединения с внешними устройствами и характеристиками, по входам совпадающими с характеристиками модулей FP2−64XD2, а по выходам — с модулями FP2-Y64T, FP2-Y64P.

4. Модули ввода аналоговых сигналов постоянного тока.

Аналоговые сигналы в FP2 принимаются отдельным модулем УСО FP2-AD8 (8 каналов) и специализированным ЦПУ (для малых систем) FP2-C1A (4 канала на ввод и 1 на вывод). Оба модуля имеют клеммный блок для соединения с датчиками и характеристики, приведенные в табл.5. Каждый канал может быть автономно настроен на любой допустимый диапазон входного напряжения, в том числе на приме сигналов от термопар и термометров сопротивления, с помощью переключателей на задней панели модулей. Модуль ЦПУ FP2-C1A может быть установлен только на кросс-плате ЦПУ (а не на плате расширения)

Табл. 3. Характеристики модулей аналоговых вводов |Характеристики |FP2-AD8 |FP2-C1A | |Количество каналов | | | |(автономная настройка каждого |8 |4 | |канала) | | | | |Напряжение |(10В; 2 — 5В; (100мВ | | | | | |Входной | | | |сигнал | | | | |Ток |(20мА; 4 — 20мА | | |Термопара |S (0−15000C); L (-200+7000C); K | | | |(-200+10000C); | | | |T (-200+2500C); R (0−15000C) | | |Термосопротивление |Pt100 (-100+5000C); Pt1000 (-100+100 0C) | |Погрешность |1%; 16 бит | |Гальваническая развязка |Между входами и внутренней схемой (между | | |каналами нет) | |Потребляемый модулем ток от | | | |источника питания, мА |500 |1060 |

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:. подсистема контроля контролируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры охлаждающей воды на выходах реактора и стабилизатора, нитромассы и смеси в аппаратах, уровни нитромассы в реакторе, смеси в стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход нитромассы на входе стабилизатора, пиридона на входе реактора, давление в линии отвода окислов. подсистема контроля регулируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры в реакторе и в стабилизаторе, уровни нитромассы в реакторе, смеси в стабилизаторе и воды в сбросной ёмкости, расход воды в стабилизатор. подсистема сигнализации сигнализируются: отклонение концентрации азотной кислоты в нитромассе, отклонение температур в реакторе и в стабилизаторе от заданных, аварийно-опасная ситуация (повышение давления в реакторе либо отсутствие разряжения в линии отвода окислов азота). подсистема защиты при отсутствии подачи одного из компонентов прекращается подача и второго, при возникновении опасности взрыва реактора нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость, при недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость (во избежание попадания окислов азота в цех)

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 Скк по расходу азотной кислоты Gк, сигнализация существенных отклонений; компенсация возмущений по Gп)

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 (поз. 2а, 7а), имеющих НСХ «L»; сигнал с них поступает на самопишущие миллиамперметры А542М и на аналоговые входы контроллера. Управляющие сигналы с контроллера поступают на блоки ручного управления БРУ-42 (поз. SA2, SA7) и, далее, на бесконтактные реверсивные пускатели ПБР-2М (поз. 2 В, 7в), которые с помощью этого маломощного управляющего сигнала обеспечивают коммутацию цепей управления исполнительных механизмов МЭО-90 (поз. 3, 15), которые в свою очередь воздействуют на регулирующие органы. При существенных отклонениях температур подаётся сигнал на соответствующий контактор в схеме сигнализации, вследствие чего зажигается сигнальная лампа.

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, SA6) и, далее, на бесконтактные пускатели ПБР-2М (поз. 2в), которые с помощью этих маломощных сигналов обеспечивают коммутацию цепей управления исполнительных механизмов МЭО-90 (поз. 7, 9, 13), который в свою очередь воздействует на регулирующие органы.

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 (выходной сигнал 4…20мА), подключенными к двухканальному регистратору А542М и параллельно к контроллеру.

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. Принципиальные схемы составляются, исходя из заданных алгоритмов функционирования систем контроля, регулирования, управления, сигнализации и управления.

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 ЩШК-2-ЗП-1−1000×1000-УЧ-РОО-ОСТ 3613−76

6. Построение электрических схем автоматизации.

Принципиальные электрические схемы (ПЭС) включают:

. схему сигнализации;. схему управления.

Схемы выполнены без соблюдения масштаба и действительного пространственного расположения элементов. На ПЭС управления отражена схема организации регулирования соотношения расходов путём изменения подачи воды.

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. Схема подключения внешних проводок выполнена на формате А2 (см. прил. КП. 891. А02. 04).

Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; Под ред. А. С. Клюева. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 464 с.

Емельянов А.И., Капник О. В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 400 с.

Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В. В. Баранов, Т. Х. Беановская, В. А. Бек и др.; Под общ. ред. В. В. Черенкова. — Л.: Машиностроение, 1987. — 847 с.

Шувалов В.В., Огаджанов Г. А., Голубятников В. А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. — М.: Химия, 1991. — 480 с.

Методические указания №№ 450, 387, 397, 571. ----------------------- Пиридон Gп, ?п, Срп

4

В линию разряжения

М

На кристаллизацию Gсм, ?см, Срсм

3

Вода

2

Вода Gхл2

Нитромасса Gвых, ?вых, Скк, Срвых

М

М

Вода G0

Вода Gхл, ?хлн, Срхл

1

Азотная кислота Gк, ?к, Скн, Срк

4

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой