Общая задача управления технологическимпроцессом формулируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) с учетом ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом. решение такой задачи для всего процесса в целом очень трудоемко, а иногда практически невозможно ввиду большого числа факторов, влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных. Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления, подчиненные общей задаче управления процессом в целом.
Задачи управления отдельными стадиями обычно направлены на оптимизацию (в частном случае — стабилизацию) технологического параметра или критерия, легко вычисляемого по измеряемым режимным параметрам (производительности, концентрации продукта, степени превращения, расхода энергии). Оптимизацию проводят в рамках ограничений, задаваемых технологическим регламентом. На основании задач оптимального управления отдельными стадиями процесса формулируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных аппаратов, которые далее рассматриваются как объекты управления.
Объект управления является заданной, неизменяемой частью системы управления. Для того чтобы система достигла цели управления, необходимо, зная свойства объекта управления, создать соответствующую ему управляющую систему. Свойства объекта управления изучают на основании его статических и динамических характеристик. Получить характеристики объекта можно аналитическим методом и экспериментальными методами – активным и пассивным.
Достоинство аналитического метода заключается в возможности составления характеристики объекта управления на стадии проектирования. Однако при этом трудно учесть конкретные особенности данного технологического объекта, такие как измерение активности катализатора, появление накипи и т. п. Поэтому аналитический метод используют для получения характеристик только простых объектов управления.
Активный экспериментальный метод (метод искусственных воздействий) состоит в том, что входному параметру объекта сообщают пробные изменения (ступенчатое, импульсное, в виде гармонических колебаний и т. п.). Регистрируя при этом изменение выходного параметра объекта во времени, получают динамическую характеристику объекта. Достоинство активного метода заключается в его простоте, а также в том, что не требуется значительного времени для наблюдения и обработки результатов. Однако в действующие технологические аппараты не всегда можно вносить изменения входных параметров. Кроме того, в ряде случаев невозможно проследить реакцию объекта только на пробное изменение, так как в объекты, как правило, поступают и другие воздействия.
Пассивный метод (статистический) основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации. В течение длительного времени (6–12 месяцев) фиксируют данные нормально работающей аппаратуры и после их обработки получают характеристики объекта.
Следующим этапом в разработке системы управления является выявление всех существенных входных и выходных переменных из анализа статических и динамических характеристик объекта. На основе математической модели процесса (как первое приближение это может быть статическая модель в виде уравнений материального и теплового балансов) с учетом реальных условий работы аппарата все существенные факторы, влияющие на процесс, разбиваются на следующие группы.
Возмущения, допускающие стабилизацию.К ним относятся независимые технологические параметры, которые могут испытывать существенные колебания, однако по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования. К таким параметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков. Так, расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация температуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник, и т.п. Очевидно, при проектировании системы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возмущений. Это позволит повысить качество управления процессом в целом. В простейших случаях на основе таких систем автоматической стабилизации возмущений строят разомкнутую (по основному показателю процесса) систему управления, обеспечивающую устойчивое ведение процесса в рамках технологического регламента.
Контролируемые возмущения.К ним условно относят возмущения, которые можно измерить, но невозможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температуру окружающей среды и т.п.). Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применения либо замкнутых по основному показателю процесса систем регулирования, либо комбинированных систем, в которых качество регулирования повышается введением динамической компенсации возмущения.
Неконтролируемые возмущения.К ним относятся те возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Первые – это падение активности катализатора, изменения коэффициентов тепло- и массопередачи и т.п. Примером вторых может служить давление греющего пара в заводской сети, которое колеблется случайным образом. Выявление возможных неконтролируемых возмущений – важный этап в исследовании процесса и разработки системы управления. Наличие таких возмущений требует, как и в предыдущем случае, обязательного применения замкнутой по основному показателю процесса системы управления.
Дата добавления: 2014-10-23 ; Просмотров: 876 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
источник
В данной лекции мы рассмотрим: особенности технологических процессов как объектов управления (распределенность выходных переменных, транспортные запаздывания, многосвязанность, нестационарность, нелинейность); типовые схемы автоматического регулирования технологических переменных (расхода, давления, температуры, уровня, концентрации и т.п.)·
Технологический процесс составляет основу любого производственного процесса, является важнейшей его частью, связанной с переработкой сырья и превращением его в готовую продукцию. Технологический процесс включает в себя ряд стадий («стадия» — по-гречески «ступень»). Итоговая скорость процесса зависит от скорости каждой стадии. В свою очередь, стадии расчленяются на операции. Операция — это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и характеризуемая постоянством предмета труда, орудий труда и характером воздействия на предмет труда. Практически любой конкретный технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных технологических процессов. В соответствии с этим технологическая операция может служить элементарным технологическим процессом. Элементарный технологический процесс Это простейший процесс, дальнейшее упрощение которого приводит к потере характерных признаков технологического процесса.
Поэтому наиболее наглядную структуру технологического процесса можно представить на примере простой операции, обладающей одним рабочим ходом и комплексом вспомогательных ходов и пере: ходов, обеспечивающих ее протекание.
Развитие технологических процессов, а также их важнейшие технико – экономические показатели и построение технических систем происходит в соответствии с определенными закономерностями, которые будут рассматриваться в данной работе, невзирая на скудность информационного поля, вызванного недостаточной степенью изученности данной проблематики.
По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные.
Непрерывным называется такой процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия, катализаторы, управляющие воздействия. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти.
Периодическим является технологический процесс, в котором за сравнительно небольшой промежуток времени (часы или дни) вырабатывается определенное, ограниченное количество конечного продукта. При этом в течение отведенного промежутка времени периодический процесс является непрерывным. Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла в доменной печи.
Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий и т.п.
Большинство технологических процессов требуют четкого управления ими. В общем случае, необходимость управления технологическими процессами диктуется следующими факторами:
· необходимость поддержания состава и количества входных компонентов на заданном уровне для обеспечения необходимого качества готового продукта;
· непрерывное изменение (подстройка) параметров технологического процесса, что связано с постоянным износом орудий труда и переменным составом сырья;
· пуск и остановка некоторых технологических процессов требует выполнения специфических точно синхронизированных операций и др.
Предметом изучения в данном курсе являются проблемы автоматизации основных химических производств. Основные химические производства и составляющие их технологические процессы мы и рассматриваем в данном курсе как объекты управления. Таким образом, мы далее рассмотрим химико-технологические объекты управления (ТОУ).
· ТОУ — это совокупность совместно функционирующих технологического оборудования и реализованного на нем технологического процесса.
· К ТОУ относят как отдельные технологические агрегаты и установки, реализующие локальный технологический процесс, так и целые производства (участки, цехи). Существуют «супер-ТОУ» — установки, включающие сотни технологических аппаратов (на нефтеперерабатывающих заводах).
· Оборудование ТОУ должно быть полностью механизировано и должно безотказно работать в межремонтный период.
· ТОУ должен быть управляем, т.е. разделен на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них изменением материальных и энергетических потоков.
· Возможность воздействия на характеристики оборудования.
· Возможность доступа обслуживающего персонала к местам установки датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих органов.
· Число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму, что возможно в результате установки: ресиверов; емкостей с мешалками; теплообменников, уменьшающих амплитуду и частоту изменения таких параметров, как давление, состав, температура.
Типовая схема технологического производства химических продуктов показана на рисунке 7.1. Типовая технологическая схема производства состоит из стадий подготовки сырья, химического синтеза, выделения и очистки целевых продуктов и др.
Рисунок 7.1 — Типовая схема технологического производства химических продуктов
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8678 — 
| 7103 — 
или читать все.
193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.
1.Научиться анализировать технологические процессы (установки) как объекты управления, выявлять их свойства и характеристики, важные с точки зрения задач автоматизации.
2.Приобрести навыки по разработке схем автоматизации технологических процессов с применением средств локальной автоматики.
1 Методика анализа технологического процесса
Объект управления – динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий. Объектами управления могут быть машины, аппараты в которых протекает технологический процесс. Как известно, регулирование –наиболее распространенная разновидность управления непрерывными технологическими процессами. Как и всякая система управления САР состоит из объекта регулирования и соответствующих технических средств автоматизации.
Технологические параметры, которые характеризуют состояние объекта регулирования и в процессе его работы должны соответствовать определенным значениям, называются регулируемыми параметрами.
Действительные значения регулируемых параметров в каждый момент времени называются текущими значениями.
На состояние объекта регулирования и следовательно на на значения регулируемых параметров влияют факторы, которые называются воздействиями.
Существуют возмущающие воздействия, которые действуют произвольно, вызывая нежелательные отклонения регулируемых параметров от заданных значений; а задача системы регулирования заключается в компенсации влияния возмущающих воздействий на объект регулирования, что достигается целенаправленным изменением других регулирующих воздействий.
Возмущающие и регулирующие воздействия можно рассматривать как входные сигналы для объектов регулирования.
Параметры, действующие на технологический процесс, делятся на три группы:
1. входные параметры, которые характеризуют материальные и энергетические потоки на входе в аппарат;
2. внутренние режимные параметры, которые характеризуют условие протекания процесса в объекте.
Объект управления может быть с распространенными и с сосредоточенными параметрами.
Совокупность значений всех параметров процесса – технологический режим, а совокупность значений параметров процесса, которые обеспечивают решение задачи, поставленной при управлении — нормальный технологический режим.
3. выходные параметры, которые характеризуют материальные потоки на выходе из аппарата.
Как было сказано, что возмущающие воздействия нарушают нормальный режим работы процесса. Их подразделяют на две группы:
Внешние возмущающие воздействия, которые поступают в аппарат извне вследствие изменения входных параметров, некоторых выходных параметров и изменения параметров окружающей среды.
Изменения входных параметров сразу приводит к изменению технологического режима в объекте управления.
Изменения большинства выходных параметров не влияют на ход процесса в объекте управления. Более того, они определяются течением процесса в объекте. Изменения параметров окружающей среды наиболее значительно влияют на технологический режим в случае установки аппаратов под открытым небом.
Внутренние возмущающие воздействия возникают внутри самого объекта
управления вследствие, например, загрязнения и коррозии внутренних
поверхностей аппарата, изменения активности катализатора и т.д.
При решении задачи управления особое внимание следует уделить на внешние возмущающие воздействия, т.к. они поступают в объект управления чаще, имеют ступенчатый характер и большую амплитуду изменения и они могут быть устранены перед поступлением в объект управления.
1.1 Построение локальных систем автоматизации ХТП
Локальные системы – это системы, которые выполняют ограниченные (местные) функции. Территориально системы могут располагаться как на местных пунктах управления, так и в помещениях управления.
Современные системы автоматизации строятся ,как правило, в виде многоуровневых и иерархических структур, относительно объекта управления.
Они занимают самый нижний уровень. Располагаются ближе всего к объекту и в наибольшей степени учитывают его специфику. Для синтеза этих систем необходимы подробные математические модели объектов или их каналов.
— контроль параметров ТП и сигнализации их предельных значений;
— стабилизация (регулирование) ТП на заданном технологическим регламентом уровне;
— программное управление параметрами или объектом по наперед заданным функциями времени, т.е по жестким программам включая пуск и останов;
— защита технологического объекта в предаварийных и аварийных ситуациях;
— технологическая блокировка, определяющая последовательность (включение, отключение) технологического оборудования предотвращающая возникновение аварийной ситуации;
— в случае применения локальных микропроцессорных контроллеров локальные системы выполняют функции сбора, обработки информации.
Технические средства локальных систем
-Первичные измерительные преобразователи;
-автоматические системы защиты и блокировки;
— локальные микропроцессорные контроллеры.
1.3 Этапы построения локальных систем
1.Анализ технологического процесса как объекта управления, выявление его существенных особенностей, важных с точки зрения задач автоматизации.
– Определяется производительность объекта, характер технологического процесса (периодический, непрерывный, смешанный);
— Определяются условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность сред, параметры рабочих сред и их физико-химические свойства;
— Определяются основные эксплуатационные возмущения процесса, их характер и место приложения;
— Определяются показатели инерционных свойств отдельных агрегатов и процессов по основным каналам передачи воздействий, запаздывание по основным каналам передачи воздействий, свойства самовыравнивания агрегатов, распределенность или сосредоточенность параметров объекта.
— Определяются свойства управляемости объекта.
2.Анализ существующей локальной системы автоматизации с точки зрения ее технического совершенства и эффективности.
На этом этапе анализируется:
– совершенство организационной и технической структур;
— взаимодействие людей в системе управления,
— структура существующей системы управления;
— централизованная, децентрализованная, смешанная система управления.
— Анализируется совершенство локальных систем, т.е. правильность выбора схем регулирования (каскадных, комбинированных, многомерных), законов регулирования; наличие и совершенство схем защиты и блокировок; наличие приборов качественного анализа.
— Устанавливаются параметры контроля и регулирования, а также места приложения регулирующих воздействий.
3.Установление технологических параметров, подлежащих автоматическому контролю и регулированию, определение пределов изменения технологических параметров и требуемой точности измерения. Определение методов измерения технологических параметров с целью определения в дальнейшем комплекса технических средств автоматизации.
4.Определение точек отбора импульсов интересующих нас переменных и мест приложения эффективных регулирующих воздействий.
5.Выбор наиболее рациональных схем регулирования и законов регулирования.
6.Определение объемов необходимых автоматических защит и блокировок технологического оборудования.
7.Разработка принципиальных электрических схем сигнализации.
8.Определение способов представления оператором информации о ходе технологического процесса, размещение КИП-овского оборудования в помещении управления.
9.Решение вопроса о видах и средствах производственной связи.
источник
На основании описания технологического процесса, существующих параметров ведения технологического режима необходимо выполнить анализ технологического процесса как объекта регулирования.
На основании анализа важно установить основные технологические параметры процесса, их заданные значения и допустимые отношения, выявить их взаимосвязь между собой.
Далее выбирается система автоматизации технологического процесса, состоящая из первичных датчиков для измерения и регулирования основных технологических параметров и системы управления на базе микропроцессорной техники.
Построение системы для всего процесса является сложной, а иногда и трудно выполнимой задачей из-за присутствия большого числа факторов влияющих на ход технологического процесса, поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, для которых ставится своя подзадача управления, подчиняющаяся главной задаче управления. Для таких участков задачей управления является оптимизация, а в частном случае стабилизация, какого либо технологического параметра, который легко рассчитывается по измеряемым значениям остальных параметров процесса. При этом учитывают ограничения, накладываемые технологическим регламентом.
Далее формируется задача системы регулирования для основных аппаратов, входящих в этот участок. При этом особо важным становится анализ основных аппаратов как объектов регулирования, т.е. выявление всех входных и выходных переменных воздействующих на процесс и анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регулирования. Исходными данными являются математическая модель и как первое приближение модель статики процесса, составленная на основании уравнений материальных и тепловых балансов.
При выполнении проекта автоматизации объекта важно знать параметры, оказывающие возмущающие воздействия на объект, для поддерживания технологического процесса в заданном режиме.
Выделяют следующие виды возмущающих воздействий:
1. Возмущения, допускающие стабилизацию. К таким возмущениям относятся переменные, которые могут испытывать существенные колебания, но по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью САР. Например, питание, поступающее из предыдущего аппарата, может быть стабилизировано (расход), если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания питания из предыдущего аппарата. Можно стабилизировать температуру питания, если перед аппаратом имеется теплообменник.
2. Контролируемые возмущения. К ним относятся, те переменные, которые можно измерить, но невозможно или не целесообразно стабилизировать. Например, температура окружающей среды. Наличие таких возмущений требует комбинированных, каскадных и взаимосвязанных САР.
3. Неконтролируемые возмущения. К ним относят переменные, которые невозможно или нецелесообразно измерять или контролировать. К первым относятся падение активности катализатора, снижение коэффициентов массопередачи. Ко вторым — колебания давления пара заводской магистрали, которые носят случайный характер.
4. Возможные регулирующие воздействия — это материальные или тепловые потоки, которые можно изменять для поддержания регулируемой величины на заданном значении.
5. Выходные параметры — из них выбирают регулируемые координаты, например, уровень жидкой фазы, характеризует выполнение материального баланса по жидкой фазе; давление характеризует соблюдение материального баланса по газовой фазе; температура характеризует соблюдение теплового баланса; концентрация целевого продукта характеризует состав продукта по целевому компоненту.
Для анализа технологического производства рассмотрим основные объекты процесса обогатительной фабрики №8, отвечающих за готовую продукцию.
Перемешивающее устройство КСН -12 поз. 46-2;
источник
Ректификация относится к основным процессам химической технологии. Показателем его эффективности является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей целевым продуктом может быть как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта и является целью управления. В дальнейшем будем считать целевым продуктом дистиллят.
Ректификационная установка представляет собой сложный объект управления со значительным временем запаздывания с большим числом параметров, характеризующих процесс, с многочисленными взаимосвязями между ними.
В объекте возникают такие возмущения, как изменения начальных параметров исходной смеси, а также тепло- и хладо-носителей, изменения свойств теплопередающих поверхностей, что связано с отложением веществ на стенках.
Концентрация искомого компонента в дистилляте — показатель эффективности — зависит самым непосредственным образом от начальных параметров исходной смеси. Расход сырья можно стабилизировать, используя регулятор расхода. Диафрагма и исполнительное устройство этого регулятора должны быть установлены до теплообменника.
Рассмотрим возможности регулирования режимных параметров верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны, которые непосредственно определяют состав дистиллята.
Зависимость состава паров, выходящих из укрепляющей части колонны (а значит, и состава дистиллята), определяется концентрацией целевого продукта в сырье, температурой кипения жидкости и давлением паров над жидкостью. Для получения определенной концентрации в соответствии с правилом фаз следует поддерживать на определенном значении только два из перечисленных параметров.
Давление легко стабилизировать изменением расхода пара из колонны. Исполнительное устройство при этом устанавливают не на шлемовой трубе, соединяющей верхнюю часть ректификационной колонны с дефлегматором, а на линии хладо-носителя, поступающего в дефлегматор.
Стабилизация давления в верхней части колонны необходима не только для поддержания заданного состава целевого продукта, но и для обеспечения нормального гидродинамического режима колонны. Сравнительно просто регулировать также и концентрацию изменением расхода флегмы: чем выше этот расход, тем больше низкокипящего компонента будет в жидкости, и наоборот.
На практике часто регулируют состав паров (а в отдельных случаях и непосредственно состав дистиллята) изменением расхода флегмы. Регулирующий орган во всех случаях может быть установлен как на линии флегмы, так и на линии дистиллята, что равноценно. В качестве анализаторов состава в промышленности используют хроматографы и газоанализаторы.
Итак, для достижения цели управления необходимо стабилизировать давление и состав жидкости в верхней части колонны. Необходимость стабилизации давления паров в кубе отпадает, так как ректификационная колонна обладает хорошо выраженными свойствами самовыравнивания по этому параметру. Этого нельзя сказать о температуре (составе) жидкости в кубе. Изменение расхода флегмы с целью регулирования второго параметра приводит к изменению параметров в кубе колонны лишь через несколько часов. В связи с этим для поддержания нормального режима в кубе возникает необходимость независимого регулирования одного из этих параметров. Обычно стабилизируют температуру. Итак, в кубе колонны следует регулировать температуру.
Регулирующие воздействия в нижней части колонны можно осуществлять изменением расходов кубового остатка и теплоносителя, подаваемого в кипятильник. Если учесть, что один из них, а именно расход остатка, следует использовать для поддержания материального баланса, то единственным регулирующим воздействием при регулировании температуры является изменение расхода теплоносителя.
Таким образом, если целевым продуктом является дистиллят, то для достижения цели управления следует регулировать расход исходной смеси, температуру исходной смеси, давление в верхней части колонны, состав жидкости в верхней части колонны, температуру и уровень жидкости в кубе. Контролю подлежат: расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, остатка, тепло- и хладоносителей; состав и температура конечных продуктов; температура исходной смеси, тепло- и хладоносителя; уровень в кубе колонны; температура по высоте колонны; давление в верхней и нижней частях колонны, а также перепад этих, давлений.
Каскадно-связанное регулирование.Ректификационные колонны являются объектами управления с большими запаздываниями, поэтому возмущения успевают существенно изменить режим всей колонны, прежде чем изменится состав целевых продуктов и начнется их компенсация основными регуляторами. Улучшения качества управления процессом можно добиться введением дополнительных контуров регулирования.
Каскадно-связанное регулирование почти всегда применяют при регулировании состава конечных продуктов. В качестве вспомогательного параметра при регулировании состава в верхней части колонны (или на контрольной тарелке) используют расход флегмы.
При регулировании состава кубового остатка вспомогательными параметрами могут быть расход теплоносителя (либо его давление, если в качестве теплоносителя используют пар) или температура в нижней части колонны, или же оба параметра.
Когда расход исходной смеси определяется предыдущим технологическим процессом и сильно изменяется во времени, большой эффект могут дать регуляторы соотношения расходов исходной смеси и флегмы (или исходной смеси и теплоносителя, подаваемого в кипятильник) с коррекцией по составу дистиллята (или остатка).
Регулирование при использовании экстремальных регуляторов и вычислительных машин.При управлении процессом ректификации решаются такие задачи, как получение продуктов максимально возможной чистоты, достижение максимальной производительности колонны, получение минимальной себестоимости целевого продукта и т. п., что требует применения экстремальных регуляторов или управляющих вычислительных машин.
Экстремальный регулятор, например, позволяет изменять расход флегмы для получения максимально возможной чистоты дистиллята. На работу такого регулятора накладываются ограничения по расходу флегмы.
Ректификация является одним из самых сложных процессов химической технологии, поэтому большой эффект может дать применение управляющих машин, на которые возлагаются следующие функции: вычисление оптимальной нагрузки колонны и установление задания регулятору расхода смеси; вычисление оптимальных соотношений расходов смеси и флегмы, смеси и теплоносителя и установление задания регуляторам расхода флегмы и теплоносителя; корректировка вычисленных соотношений расходов по составу целевого продукта; вычисление номера оптимальной тарелки питания и переключение устройств ввода питания на эту тарелку; вычисление оптимального значения энтальпий исходной смеси и установление задания регулятору расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник для нагревания смеси; переход от одного алгоритма управления к другому при изменении цели управления, при переходе с пускового режима на нормальный и с нормального режима на останов (алгоритм машины включает ограничения, например, по качеству целевых продуктов) и т. д.
источник
Основной задачей автоматизации технологических процессов перекачки нефти по магистральным трубопроводам является поддержание необходимых технологических режимов, принятых на основании технологических расчетов, а также экономичной и безаварийной работы нефтепроводов.
Система автоматизации предназначена для контроля, защиты и управления оборудованием НПС. Она должна обеспечивать автономное поддержание заданного режима работы и его изменение по командам с пульта оператора-технолога из операторной и из вышестоящего уровня управления по каналам телемеханики.
Система регулирования НПС призвана обеспечить поддержание заданного давления при различных гидравлических возмущениях, не допуская падения давления на линии всасывания станции ниже некоторого минимального значения, а на линии нагнетания — не выше некоторой максимальной уставки. Минимальное давление на линии всасывания станции зависит от кавитационных характеристик насоса, а максимальное давление на линии нагнетания определяется прочностью трубопровода.
Насосные станции магистральных нефтепроводов оборудуются центробежными насосами. На цикле перекачки обычно устанавливают четыре последовательно соединённых насосов, из которых один резервный. Автоматизация насосной станции включает в себя управление основными насосами в режимах запуска и остановки, автоматический контроль, защиту и сигнализацию насосных агрегатов и в целом станции по контролируемым параметрам, автоматическую остановку, контроль, защиту и сигнализацию по вспомогательным установкам насосной станции, автоматическое регулирование режима работы и защиты насосной станции. Система управления насосными агрегатами работает в режимах дистанционного пооперационного управления, программной остановки насосов и аварийной остановки.
Для насосных станций нефтепроводов большое значение имеет схема запуска основных насосов. Имеются различные программы запуска насосов в зависимости от характеристик насосов и схем электроснабжения. Агрегаты, переведенные в положение резервных для системы автоматического включения резерва (АВР), включаются также по программе. Таким образом, система автоматизации НПС должна обеспечивать выполнение следующих основных функций:
— защита оборудования НПС и линейной части (общестанционными и агрегатными защитами);
— управление оборудованием НПС; регулирование давление в магистральном нефтепроводе;
— контроль технологических параметров и параметров состояния оборудования;
— отображение и регистрация информации; связь с другими системами автоматизации.
Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования, противоаварийной защиты.
Основным способом контроля режима магистрального нефтепровода является контроль давления в характерных точках общей технологической схемы нефтепровода. Контроль выполняется во всех точках технологической схемы, где возможно возникновение давлений, опасных для магистрального нефтепровода и его оборудования.
На линии всасывания станции давление должно поддерживаться в определённой зоне, как правило, достаточно малой. Поскольку снижение давления на всасывании насосных агрегатов приводит к кавитации, вызывающей повреждение агрегатов, требуется контроль давления на всасывании.
Регулирование давления на выходе станции необходимо для ограничения максимального давления, обусловленного механической прочностью нефтепровода.
Для НПС, в которых применяется автоматическое регулирование давлений способом дросселирования на выходе станции, давление контролируется также перед исполнительным механизмом системы дросселирования. Необходимость независимого контроля объясняется возможным повышением давления, опасным для насосов, арматуры насосной при прикрытии исполнительного механизма в процессе регулирования.
Перепад давления на регулирующем органе равен разности давлений на входе и выходе из регулирующего органа. При больших перепадах давления нефти в регулирующем органе из-за значительных скоростей перекачиваемой жидкости могут возникнуть кавитационные условия, при которых происходит сильный износ дроссельных поверхностей, а также сильный шум и повышенная вибрация. А в случае недостаточной мощности привода при достижении определённого перепада заслонка становится неуправляемой, её «заклинивает». В таких случаях приходится искусственным путём понижать давление до заслонки, чтобы обеспечить возврат к нормальной работе.
По приведённым выше обоснованиям системой автоматики станции «Субханкулово» предусматривается измерение и контроль технологических параметров:
— давления до регулирующих заслонок НПС;
— давления на выходе станции (после регулирующих заслонок) НПС;
— перепада давления на регулирующих заслонках.
Для предупреждения аварийных ситуаций, связанных с неисправностью магистральных насосных агрегатов, необходимо предусматривать контроль параметров, отражающих нормальный режим работы агрегата.
У агрегата непрерывно контролируется ряд технологических параметров, аварийные значения которых требуют отключения и блокировки его работы. В зависимости от параметра или условия, по которому сработала защита, может выполняться:
— закрытие агрегатных задвижек;
— отключение подпорной вентиляции;
— температура корпуса насоса;
— температура холодного/горячего воздуха в корпусе электродвигателя;
— температура подшипников насоса и электродвигателя;
— сила тока электродвигателя;
— давление масла в трубопроводе к МНА;
— давление на входе/выходе МНА;
— температура обмоток статора.
Существующие защиты и управляющие воздействия.
Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации основного и вспомогательного оборудования нефтеперекачивающие станции имеют разветвленную систему средств контроля работы, сигнализации и блокировки как отдельных перекачивающих агрегатов, так и станции в целом [4].
Общестанционные защиты и сигнализации служат для аварийного отключения НПС в случае превышения технологическими параметрами регламентированных, необходимых для нормального хода технологического процесса. Общестанционная защита срабатывает автоматически без участия оператора с выдержкой времени. При этом на экране монитора в операторной НПС-6 и на местном диспетчерском пункте в Туймазинском нефтепроводном управлении отображается узел, в котором произошла авария.
Защита при аварийной загазованности в отделении насосов осуществляет отключение всех вспомогательных систем насосной, за исключением вентиляционных установок. Это требуется для предотвращения возможности взрыва в насосной. Отключение МНА производится по программе, с закрытием задвижек на всасывании и нагнетании каждого агрегата. Таким образом, при срабатывании этой защиты прекращается доступ нефти в насосный зал.
Одновременно со срабатыванием защиты при загазованности в отделении насосов автоматически включается световая и звуковая сигнализация, для оповещения обслуживающего персонал о необходимости покинуть помещение.
Защита при пожаре в отделении насосов срабатывает так же, как и защита при загазованности, за исключением того, что отключаются также и все вентиляционные установки. Одновременно со срабатыванием защиты при пожаре включается система автоматического пожаротушения, подающая пену в соответствующее помещение перекачивающей насосной, и включаются световая и звуковая сигнализации в насосной.
Защита при затоплении отделения насосов срабатывает при проливе в насосной больших количеств нефти и заполнении ею всех каналов насосной. Хотя содержание нефтяных паров в воздухе насосной часто намного меньше нижнего предела взрывоопасной концентрации, и сигнализаторы загазованности не срабатывают. Но непосредственно над поверхностью нефти имеется взрывоопасная концентрация, и при появлении искры может произойти взрыв.
Защита при максимальном аварийном уровне в резервуаре-сборнике утечек из насосных агрегатов осуществляет отключение всех МНА перекачивающей насосной.
Отключение МНА требуется для прекращения поступления нефти в резервуар-сборник утечек и предотвращения, таким образом, попадания нефти из этого резервуара на территорию станции.
Защита при аварии вспомогательных систем НПС, обеспечивающих циркуляцию смазочного масла и воды, а также подачу воздуха в воздушные камеры электродвигателей, осуществляется отключением МНА.
Анализ существующей системы автоматизации.
В 2002 году была проведена реконструкция существующей системы релейной автоматики внедрением микропроцесорной системы автоматизации (МПСА)
технологического оборудования НПС на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) серии ЭК-2000 производства ЗАО «ЭМИКОН».
Существующая система управления нефтеперекачивающей станции «Субханкулово» выполняет следующие функции:
— сбор информации о состоянии технологического объекта;
— поддержание технологических параметров на заданных значениях-уставках;
— контроль за технологическими параметрами;
— сигнализация о параметрах, значения которых вышли за пределы, рассматриваемые как предельно допустимые;
— блокировка управлений, являющихся результатом ошибочных действий технологического персонала (запрет запуска агрегата);
— противоаварийная защита (ПАЗ) процесса при возникновении аварийных ситуаций [5].
Для сбора информации, как правило, используются датчики с унифицированным выходным токовым сигналом 4-20 мА. Обработка сигналов однотипных датчиков (температуры, вибрации и т.д.) производится специализированными комплексами: для датчиков вибрации СВКА-01; для датчиков загазованности — СГАЭС-ТН. В данных комплексах поддерживаются функции индикации и выработки дискретных сигналов по двум уставкам, что используется для системы защиты и блокировки. Регулирование давления осуществляется с помощью контроллера ЭС-8 с собственным алгоритмом регулирования, разработанным фирмой «СИНКРОСС».
Существующая система автоматизации обеспечивает оперативное управление производством в реальном времени по технологическим параметрам и показателям с учетом технических ограничений, то есть выполняет информационную функцию, регулирование и управление технологическим процессом.
Рассмотреная система автоматизации эксплуатируется более 10 лет. Однако новое время диктует новые требования к средствам автоматизации и требует совместимости уже существующих контроллеров, работающих на объектах, с различными нововведениями.
Необходимо введение более совершенных модулей, дополнительных средств самодиагностики, позволяющей контролировать работоспособность модулей во время работы, что позволит повысить надежность контроллера и предотвращать фатальные неисправности СА.
Также, на сегодняшний день влияние человека на управление процессом перекачки является определяющим. В перспективе необходимо стремиться к минимизации этого фактора. В первую очередь, эта необходимость вызвана тем, что человеку свойственно ошибаться. Во вторую ? время запаздывания в принятии решения человеком больше, чем у микропроцессорной техники. Поэтому в целях экономии следует внедрять более прогрессивную технику.
источник
Определение сущности ректификации. Ознакомление с требованиями к спирту-ректификату. Рассмотрение аппаратурно-технологической схемы процесса ректификации в производстве спирта. Расчет ректификационной колонны для разделения смеси этиловый спирт-вода.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Анализ технологического процесса, как объекта управления
Технология спирта включает в себя следующие процессы: подготовку сырья к развариванию, разваривание зерна водой для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживание сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию.
Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав. Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.
Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация. Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом. Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже, поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды. Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе.
Очистка спирта от примесей путем перегонки основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.
При коэффициенте ректификации, равном единице, перегонка неэффективна, так как дистиллят после нее остается без изменения. Если коэффициент ректификации больше единицы, то в дистилляте больше примесей, чем в первоначальной смеси. Если коэффициент ректификации меньше единицы, то в дистилляте меньше примесей, чем в перегоняемой смеси.
Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликероводочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.
Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная, эпюрационная и ректификационная.
Назначение бражной колонны состоит в полной отгонке спирта из бражки с сопутствующими этанолу примесями, то есть для отделения летучей части бражки от нелетучей.
При постоянном поступлении бражки режим действия колонны контролируют изменением подачи в нее пара и воды через конденсаторы. При этом стремятся к тому, чтобы была достигнута максимально возможная концентрация спирта в бражном дистилляте и потери спирта с бардой не превышали нормы (0,015 об. %). При таких условиях расход пара будет минимальным. С увеличением количества пара уменьшается концентрация спирта в барде и повышается температура над верхней тарелкой колонны.
При правильном контроле подачи воды в конденсаторы, горячей сохраняется только верхняя треть конденсатора. Температура воды, отходящей из основного конденсатора, должна быть 60. 65 °С. Понижение температуры свидетельствует о недостаточной поверхности теплопередачи конденсатора или о его загрязнении; при этом увеличивается расход воды.
Подачу пара в колонну обычно контролируют по косвенному показателю-давлению в кубе колонны.
За потерями спирта-с бардой следят по температуре в нижней части колонны. С ее понижением появляются сверхнормативные потери. Более показательна температура над третьей тарелкой, считая снизу. Следует учитывать, что температура зависит не только от содержания спирта, но и от давления в кубе колонны.
Важные показатели работы бражной колонны — температура на верхней тарелкой и температура бражки, поступающей в колонну. Температура в значительной мере определяется степенью загрузки колонны бражкой: при недостаточной загрузке температура повышается, следовательно, излишне расходуется греющий пар, снижается концентрация спирта в бражном конденсате. Температура над верхней тарелкой в зависимости от концентрации спирта в бражке изменяется в пределах 92. 94 °С. При понижении температуры могут быть сверхнормативные потери спирта с бардой, при повышении — возрастает расход греющего пара. Как правило, по температуре над верхней тарелкой контролируют подачу бражки в колонну.
Эпюрационная колонна предназначена для выделения из бражного дистиллята головных примесей и в свою очередь состоит из нижней или выварной, и верхней, или альдегидной колонны.
Спирт-сырец поступает непрерывно на верхнюю тарелку выварной колонны и вместе с флегмой спускается вниз по тарелкам выварной колонны. В нижнюю часть ее подается греющий пар, движущийся в противоположном направлении, т. е. вверх, и выделяющий головные примеси.
Количество выварных тарелок устанавливается с таким расчетом, чтобы при движении по ним сырца головные примеси успели испариться. Водно-спиртовой раствор, освободившийся от большей части головных примесей и выводимый из эпюрационной колонны называется эпюратом.
Количество отбираемого из верхней колоны дистиллята (эфироальдегидной фракции) не превышает 3% об. от перерабатываемого сырца. Эфиро-альдегидная фракция имеет крепость 95—96,5% об., содержит воду, этиловый спирт, эфиры, альдегиды и метанол; этиловый спирт составляет в этой фракции до 90% по объему.
Расход пара на эпюрацию спирта-сырца зависит от качества, спирта-сырца и от числа тарелок в верхней части аппарата. Чем больше головных примесей в сырце, тем больше расход пара на получение эпюрата с допустимым содержанием головных примесей.
Концентрация альдегидов непрерывно возрастает от тарелки питания до самой верхней. В истощающей части колонны альдегиды имеются только на первых двух верхних тарелках. Часть эфиров остается в эпюрате и переходит в ректификационную колонну.
Ректификационная колонна предназначается для выделения из эпюрата чистого концентрированного раствора этилового спирта в воде (ректификата, отвечающего требованиям стандарта), концентрированного сивушного масла и воды, отходящей внизу выварной колонны. Одновременно в колонне спирт-ректификат освобождается от головных примесей.
Из эпюрационной колонны освобожденный от головных примесей эпюрат направляется в ректификационную колонну. В месте поступления эпюрата колонна делится на две части: верхнюю часть — концентрационную и нижнюю — выварную.
Ректификационная колонна предназначается для выделения из эпюрата чистого концентрированного раствора этилового спирта в воде (ректификата, отвечающего требованиям стандарта), концентрированного сивушного масла и воды, отходящей внизу выварной колонны. Одновременно в ректификационной колонне спирт-ректификат освобождается от головных примесей, которые могут поступить из эпюрационной колонны или же возникают в самой ректификационной колонне за счет эфирообразования или окисления спиртов в альдегиды.
Таким образам, в ректификационной колонне протекает ряд процессов, основной из которых — перегонка бинарной смеси этиловый спирт—вода. В результате этого процесса внизу выварной колонны отводится лютерная вода с ничтожно малым содержанием спирта, а в верхней части укрепляющей колонны получается крепкий спирт-ректификат. Если бы в колонне не было головных примесей, то ректификат можно было бы отбирать, в виде пара из дефлегматора ректификационной колонны, однако головные примеси делают это невозможным.
В зависимости от крепости эпюрата и флегмового числа с которым работает колонна, места отбора промежуточных продуктов и сивушного масла перемещаются, поэтому для отбора их устанавливают краны, которые соединяют отводящие трубопроводы с несколькими смежными тарелками. Сивушное масло отбирают из парового пространства одной или нескольких тарелок, пары направляют в холодильник, откуда конденсат, смешанный с водой, поступает в маслоотделитель.
1. Описание технологического процесса и оборудования
Спирт-ректификат, этанол С2Н5ОН, полученный ректификацией непосредственно спиртовых бражек или спирта-сырца, вырабатываемых из зерна, картофеля, мелассы, а также вторичного сырья виноделия (выжимок виноградных, дрожжевых осадков), представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом.
В зависимости от степени очистки выпускают спирт-ректификат экстра, высшей очистки, 1-го сорта крепостью соответственно не менее 96,5; 96,2; 96% об. Спирт-ректификат виноградный отличается от ректификата из крахмалистого сырья большим содержанием примесей.
Спирт-ректификат должен выдерживать пробу на чистоту с серной кислотой, на окисляемость, на метиловый спирт с фуксинсернистой кислотой, не допускается содержание в нем фурфурола. ГОСТом ограничивается содержание в спирте-ректификате альдегидов, сивушного масла, эфиров, свободных кислот. Соответствие стандарту спирта-ректификата устанавливают на винзаводах при его приемке. По согласию сторон допускается к приемке спирта-ректификата крепостью 95,5% об., если он удовлетворяет всем другим требованиям ГОСТа. Концентрацию спирта-ректификата определяют металлическим или стеклянным спиртомером в интервале температур от — 25°С до 40°С с применением термометра с ценой деления 0,5°С (см. спирта определение).
Спирт-ректификат огнеопасен. Его пары вредны для организма человека. Предельно допустимая концентрация в воздухе 1 мг/дм3.
Сырьем для производства спирта служат разнообразные растительные материалы, содержащие в достаточном количестве сбраживаемые сахара или другие углеводы, которые можно осахарить. Наиболее широко используются крахмалосодержащие материалы — зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, просо) и картофель, сахаросодержащие материалы — меласса (отход сахарного и крахмалопаточного производства), дефектная сахарная свекла, а также древесина и отходы сельскохозяйственных растений. Дальнейшее увеличение производство спирта будет идти в основном по пути увеличения мощностей предприятий, использующих непищевое сырье.
Ректификация (от лат. rectus — прямой и facio — делаю) — это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью.
В колоннах специальные контактные устройства (тарелки, насадки) создают условия, способствующие максимальному приближению взаимодействующих парового и жидкостного потоков. Чтобы эти потоки могли обмениваться веществом и энергией, они должны быть неравновесны. При контактировании потоков в результате тепло и массообмена значение неравновесности уменьшается. Затем потоки отделяются один от другого и процесс продолжается путем нового контактирования этих фаз уже на другой, смежной ступени с другими жидкостными и паровыми потоками. В результате многократно повторяющегося на последовательных тарелках (ступенях) контактирования движущихся в противотоке по высоте колонны жидкости и пара составы взаимодействующих фаз существенно изменяются: паровой поток при движении обогащается легколетучим компонентом (ЛЛК), а жидкостный, стекая вниз, обедняется им, т. е. обогащается труднолетучим компонентом (ТЛК). При достаточно большом пути контакта противоположно движущихся потоков по колонне можно получить в конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляющий собой более или менее чистый ЛЛК, конденсация которого дает дистиллят, а из нижней части колонны — сравнительно чистый ТЛК, так называемый кубовый остаток.
Жидкостный поток в колонне (флегма) образуется в результате частичной конденсации пара, выходящего из верхней части колонны, в специальных теплообменных аппаратах — дефлегматорах или вводится в колонну в виде питания. Для создания парового потока в колонне в ее нижнюю часть вводится определенное количество теплоты непосредственным впуском греющего пара или подачей его в специальный теплообменник.
В выпускной квалификационной работе рассматривается установка косвенного действия, включающая бражную, эпюрационную и ректификационную колонны.
Зрелую бражку температурой 25 — 30єС из сборника бражки насосом подают в подогреватель бражки (рис.1) (IX), где нагревают теплом конденсации водно-спиртовых паров бражной колонны (I) до температуры от 70 до75 єС.
Нагретая в подогревателе (IX) бражка поступает на тарелку питания бражной колонны (I). Бражную колонну обогревают острым паром через коллектор пара (VIII).
Введенный в выварную камеру бражной колонны (I) пар образует паровой поток, который двигаясь вверх по колонне, встречается со стекающей по тарелкам бражкой и вываривает из нее спирт. Бражку, отогнанную от спирта, в виде барды отводят из колонны через бардорегулятор в сборник барды.
Выделенный из бражки спирт с сопутствующими ему примесями в виде водно-спиртовых паров поступает в подогреватель бражки (IX), в котором происходит их конденсация. Несконденсировавшаяся часть водно-спиртовых паров поступает в водяную секцию подогревателя бражки (IX) и дефлегматор (IV) бражной колонны (I).
Сконденсировавшиеся водно-спиртовые пары и примеси спирта образуют бражный дистиллят, который поступает на тарелку питания эпюрационной колонны (II). Эпюрационную колонну (II) обогревают острым паром через коллектор пара (VIII). Эпюрационная колонна (II) предназначена для выделения из бражного дистиллята головных примесей и их концентрирования.
Спиртовые пары с головными примесями из колонны (II) поступают в дефлегматор (V). Дистиллят из дефлегматора (V) в виде флегмы возвращают на верхнюю тарелку колонны.
Ректификационная колонна (III) предназначена для концентрирования этилового спирта и его доочистки от компонентов сивушного масла, и головных примесей. Колонна обогревается острым паром через коллектор пара (VIII). Спиртовые пары из колонны (III) поступают в дефлегматор (VI), конденсируются в нем и в виде флегмы возвращаются на верхнюю тарелку колонны.
Из нижних тарелок колонны ректификационной (III)производят отбор паров сивушного масла. Для отгона паров сивушного масла открывают запорную арматуру на двух тарелках, где температура от 94 до 98єС. Если на 8-ой тарелке температура от 94 до 98єС, то следует производить отбор паров сивушного масла с 6-ой и 8-ой тарелок. Пары сивушного масла из ректификационной колонны (III), поступают в нижнюю (кубовую) часть ректификационной колонны (III).
Рис.1. Аппаратурно-технологическая схема процесса ректификации в производстве спирта: I — бражная колонна; II — эпюрационная колонна; III — ректификационная колонна; IV — дефлегматор бражной колонны; V — дефлегматор эпюрационной колонны; VI — дефлегматор ректификационной колонны; VII — теплообменник; VIII — коллектор пара; IX — подогреватель бражки
Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения смеси этиловый спирт-вода, если количество поступающего на ректификацию раствора =1500 кг/ч, содержание этилового спирта в растворе =22% по массе, его содержание в дистилляте 96% по массе. Содержание спирта в кубовом остатке 2.1% по массе. Коэффициент избытка флегмы у =1.3; КПД колонны ?=0.5. Расстояние между тарелками h=200 мм. Определить:
2. Количество дистиллята , кубового остатка .
3. Количество тарелок n (действительное), высоту колонны H .
2) Совместное решение двух уравнений позволяет рассчитать количество дистиллята и кубового остатка :
Пересчитываем концентрации этилового спирта в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке в молярные доли:
В квадрате х(0-1) y(0-1) по справочным данным наносим линию равновесия (рис.2): спирт ректификация этиловый
источник
2.2 Анализ технологического процесса как объекта управления
В составном цехе подготовки шихты аппаратом с непрерывным регулированием является сушильный барабан песка.
Основным регулируемым параметром в барабане является температура сушки песка. Перед системой автоматизации процесса сушки стоит задача поддержания на заданных значениях и ряда других регулируемых параметров:
· разрежение в топке сушильного барабана
· влажность высушиваемого материала;
· качество сгорания топлива.
Поддержание выше перечисленных параметров на заданных значениях осуществляется изменением следующих регулирующих параметров.
Регулирование температуры в сушильном барабане осуществляется путём изменения подачи газа на горелки.
Разрежение в топке регулируется изменением количества отходящих дымовых газов.
Влажность высушиваемого материала регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на сушку.
Качество сгорания топлива регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на горение.
Качественному регулированию процесса препятствует наличие возмущающих воздействий:
Возмущающие измеряемые величины:
· параметры газа (давление, температура, влажность);
· параметры воздуха (давление, температура, влажность);
· влажность и температура сырья.
Возмущающие неизмеряемые параметры:
Наиболее влиятельными возмущениями являются влажность и температура сырья, поступающего на сушку. Эти параметры не является регулируемыми. Но их можно измерять и учитывать изменение при регулировании.
2.3 Выбор структуры системы управления и регулирования
В данном проекте предлагается следующая структура АСУ ТП.
На первом уровне предлагается установить локальные средства автоматизации и микроконтроллеры, которые получают информацию сразу о нескольких параметрах состояния объекта. Используя встроенный язык программирования в микроконтроллере можно реализовать любые самые сложные алгоритмы управления. На этом уровне происходит первичная обработка информации и формирование некоторых интегральных показателей, таких как количество используемого сырья и т.д.
На втором уровне располагается ЭВМ. На этот уровень возложены функции индикации и регистрации. На этом уровне происходит так же формирование законов регулирования для микроконтроллеров первого уровня. Подключённые к ЭВМ устройства ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и монитор) образуют автоматизированное рабочее место оператора. ЭВМ позволяет оператору осуществлять ручное управление процессом. На втором уровне происходит вторичная обработка информации, идентификация предаварийных ситуаций и их сигнализация. На второй уровень также возложены функции взаимосвязи с другими АСУ ТП.
Для проектируемой АСУ ТП основными являются технико-экономические задачи:
· экономия топлива, сырья и материалов;
· снижение себестоимости продукции;
· повышение качества продукции;
· достижение оптимальной загрузки технологического оборудования;
· обеспечение безопасности функционирования объекта;
· оптимизация режимов работы технологического оборудования.
Современные системы автоматизации строятся в виде многоступенчатых структур, последовательно осуществляющих все необходимые функции контроля и управления.
При этом на первой ступени обеспечивается управление отдельными агрегатами, установками и участками преимущественно посредством локальных систем контроля и управления и систем управления с применением микропроцессоров и ЭВМ.
На второй ступени обеспечивается обслуживание самостоятельных производственных комплексов, производств, линий, участков, цехов, связанных между собой общностью технологического процесса. На этой ступени системы управления с применением ЭВМ обеспечивают координацию работы подчинённых производственных единиц, распределение нагрузок между параллельно работающими установками, оптимизацию заданных показателей работы посредством воздействия на местные системы управления.
На следующей высшей ступени управления система автоматизации обеспечивает решение сложных задач по координации работы всех производственных и вспомогательных подразделений технологического объекта, распределению нагрузок и обеспечению оптимизации работы предприятия. Решение этих задач связано с рациональной организацией текущего и перспективного планирования, с учётом и анализом производственной деятельности предприятия и т.д.
Разрабатываемая АСУ ТП будет выполнять задачи, характерные для первой и второй ступеней управления.
Возможно несколько вариантов реализации АСУ ТП.
АСУ ТП, реализующая ручной режим, при котором комплекс технических средств выполняет информационные функции централизованного контроля и вычисления комплексных технических и технико-экономических показателей. Выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек (оператор).
АСУ ТП, реализующая режим «советчика», при котором комплекс технических средств на основе анализа исходной информации разрабатывает рекомендации (советы) по управлению и осуществляет поиск оптимальных решений, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом.
АСУ ТП, реализующая автоматический режим, при котором комплекс технических средств реализует управляющие функции. Целью этих функций является автоматическая выработка и осуществление управляющих воздействий на технологический объект управления. При этом различают режим супервизорного управления, когда средства управляющего вычислительного комплекса автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных регулирующих устройств вблизи точки оптимального ведения процесса, и режим прямого, непосредственного цифрового управления, когда управляющий вычислительный комплекс формирует воздействие непосредственно на исполнительные механизмы, а регуляторы вообще исключаются из схемы управления.
Разрабатываемая АСУ ТП будет работать в автоматическом режиме и объединит:
1). Локальные средства автоматизации, установленные непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях и осуществляющие сбор, первичное преобразование информации и передачу ее в измерительные преобразователи-контроллеры;
2). Преобразователи-контроллеры первого уровня, предназначенные для сопряжения ЭВМ с объектом и реализации законов регулирования. Эти контроллеры имеют блочную структуру и позволяют подключать модули аналогового и дискретного ввода и вывода, модули для подключения термопар. Рабочие диапазоны настраиваются программным путем. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые законы регулирования, при этом ресурсы ЭВМ вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Все микроконтроллеры подключаются к ЭВМ посредством унифицированного интерфейса обмена данными.
3). Электронно-вычислительную машину второго уровня, выполняющую функции индикации, регистрации, управления, идентификации и сигнализации предаварийных ситуаций. В качестве ЭВМ предлагается использовать промышленную рабочую станцию. Такие машины предназначены для эксплуатации в цеховых условиях, имеют достаточную вычислительную мощность и высокую надежность. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Подключенные к ЭВМ устройство ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и принтер) образуют автоматизированное рабочее место оператора, и позволяют оператору осуществлять ручное управление процессом.
Предлагаемая автоматизированная система управления технологическим процессом позволит решать все требуемые задачи автоматизации.
Структура АСУ приведена в документе ДП-210200-833-2005 А1.
источник