реферат бесплатно, курсовые работы
 

Автоматизация процесса нитрования пиридона

Автоматизация процесса нитрования пиридона

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

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

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 = 1,5м

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,

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 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

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 (2x8) |64 (2x32) |6 (3x2) |16 (2x8) |

|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. 2в,

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-1-1000х1000–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).

Список использованной литературы:

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


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.