Фёдоров А.Ф., Кузьменко Е.А. Системы управления химико-технологическими процессами: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

должна обеспечить поддержание заданного значения влагосодержания

материала на выходе из сушилки. Влажный материал из бункера

1 с

помощью шнекового

2 или ленточного 3 дозатора подается во вра-

щающийся сушильный барабан

6 и перемещается под действием силы

тяжести в бункер сухого материала

6 (рис. 11.21). Система 1 обеспечи-

вает постоянный расход влажного материала за счет изменения режима

работы дозатора. Сушильный агент в виде смеси дыма и вторичного

воздуха взаимодействует с материалом и забирает влагу.

Рис. 11.21. Схема автоматизации процесса сушки материала

в барабанной сушилке

После очистки от пыли в циклоне 8 сушильный агент выбрасыва-

ется в атмосферу. Для экономичного сжигания топлива используется

система

2 регулирования соотношения расходов топлива и первичного

воздуха, поступающих в топку

4. Заданное значение температуры су-

шильного агента на входе в барабан обеспечивается системой

3 путем

изменения подачи вторичного воздуха в камеру смешения

5. Постоян-

ную скорость движения сушильного агента по барабану обеспечивает

система

4 регулирования разрежения в камере смешения за счет изме-

нения расхода сушильного агента в атмосферу. Остаточная влажность

сухого материала оценивается по косвенному параметру – влажности

сушильного агента на выходе из барабана. Однако качественное регу-

лирование не может быть достигнуто из-за большого запаздывания в

объекте при значительной длине барабана. Тогда используется каскад-

ная схема регулирования т

емпературы сушильного агента 5 на некото-

ром удалении от входа в барабан с коррекцией по влажности сушильно-

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

го агента 6 на выходе из барабана. Температура сушильного агента в

барабане измеряется термопарами, подключенными к токосъемному

устройству

Процесс сушки материала в

сушилках с кипящим слоем менее

инерционный по сравнению с сушкой в барабанных сушилках. Матери-

ал в кипящем слое хорошо перемешивается и равномерно нагревается

и сушится потоком сушильного агента, поэтому для достижения задан-

ного значения остаточной влажности материала достаточно поддержи-

вать заданное значение температуры в слое за счет изменения подачи

сырого материала из бункера

1 в сушилку 3, изменяя режим работы до-

затора

2 (система 3). При этом необходимо обеспечить постоянную

температуру и расход сушильного агента в сушилку (системы

2 и 4).

При постоянном давлении над слоем, обеспечиваемом системой

5, пе-

репад давления однозначно определяет высоту слоя, поэтому матери-

альный баланс в сушилке поддерживается за счет изменения отвода су-

хого материала (система

6).

Рис. 11.22. Схема автоматизации процесса сушки материала

в сушилке с кипящим слоем

11.4. Регулирование химических процессов

Химическое превращение исходных веществ в продукты осущест-

вляется в химических реакторах и сопровождается гидродинамически-

ми, тепловыми и массообменными процессами, поэтому системы

управления химическими реакторами в большинстве случаев решают

задачи стабилизации технологических параметров относительно их за-

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

данных значений, что обеспечивает получение продукта заданного ка-

чества. В промышленности используются разнообразные конструкции

реакторов, как правило, работающих в сложных технологических це-

почках. Системы управления такими процессами разрабатываются ин-

дивидуально с учетом всех особенностей их реализации. В связи с этим

ниже будет рассмотрено несколько примеров построения схем автома-

тизации химических реакторов

Если в реакторе с мешалкой протекает эндотермическая реакция,

то для поддержания теплово

го баланса в паровую рубашку подводится

греющий пар (рис. 11.23,

а). Тогда температуру реакционной массы

можно стабилизировать за счет изменения расхода греющего пара в ру-

башку.

Рис. 11.23. Схемы регулирования реакторов с мешалкой

Если в реакторе с мешалкой протекает экзотермическая реакция, то

для отвода тепла в рубашку подается, например, кипящий хладоагент

(рис. 11.23,

б). Тогда заданное значение температуры реакционной мас-

сы можно поддерживать с помощью каскадной системы регулирования

давления паров хладоагента в рубашке

1 с коррекцией по температуре

реакционной массы

2. При этом система 3 стабилизирует постоянный

уровень хладоагента в рубашке.

Процесс синтеза метанола осуществляется в полочном реакторе

на медьсодержащем катализаторе фирмы ICI. Сырьем является синтез-

газ, который подается в смеситель

6, где смешивается с нескон-

денсировавшимся в сепараторе

5 газом. Смесь при температуре 59 °С

поступает в компрессор

7, затем в теплообменники 3 и 2 для нагрева до

температуры 237 °С. При этой температуре синтез-газ поступает на

первую полку с катализатором, в присутствии которого осуществляется

реакция синтеза метанола:

OHOHCH2HCO

2322

⇔

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

HCOHCO

⇔

Рис. 11.24. Схема регулирования реактора синтеза метанола

При этом выделяется тепло, в результате чего смесь нагревается до

температуры 256 °С. Для снижения температуры смеси до 225 °С

в межполочное пространство вводится холодный синтез-газ в количест-

ве, определяемом системой

1 регулирования температуры. По анало-

гичным причинам на второй полке смесь нагревается до температуры

274 °С и затем охлаждается до температуры 242 °С; на третьей полке

смесь нагревается до температуры 269 °С и затем охлаждается до тем-

пературы 239 °С; на четвертой полке смесь нагревается до температуры

271 °С и поступает в теплообменник

3, отдавая тепло синтез-газу.

В воздушном холодильнике смесь дополнительно охлаждается и посту-

пает в сепаратор, где отделяется метанол-сырец, представляющий со-

бой смесь метилового спирта с водой. Для достижения заданной степе-

ни превращения смесь циркулирует в замкнутом контуре в соответст-

вии с заданной кратностью циркуляции.

Процесс каталитического риформинга, осуществляющийся с

целью повышения детонационной стойкости бензинов, включает три

основных типа реакций, которым подвергаются углеводороды: арома-

тизация, изомеризация и гидрокрекинг. Реакции протекают на кислот-

ных и металлических центрах катализатора, находящегося в трех адиа-

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

батических реакторах (рис. 11.25) при максимальной температуре 530

°С.

Рис. 11.25. Схема автоматизации установки

каталитического риформинга бензинов

На вход установки подается сырье (прямогонные бензиновые

фракции), поступающее после смешения с водородсодержащим газом

и предварительного нагрева в теплообменнике

5 в трехкамерную печь 1

для нагрева до заданной температуры, которая стабилизируется систе-

мой

1 путем изменения расхода топлива в печь. В реакторе 2 смесь ох-

лаждается за счет протекания эндотермических реакций и снова на-

правляется в печь для подогрева до заданного значения температуры,

которая стабилизируется системой регулирования

2. В реакторе 3 смесь

охлаждается по той же причине, что и в предыдущем случае, и направ-

ляется в печь для подогрева до заданного значения температуры, кото-

рая стабилизируется системой регулирования

3. Выходящая из реакто-

ра

4 газопродуктовая смесь охлаждается в теплообменнике 5, в воздуш-

ном

6 и водяном 7 холодильниках и поступает в сепаратор 8, где сепа-

рируется водородсодержащий газ, основная часть которого возвращает-

ся в технологическую систему процесса риформинга, а избыток его пе-

редается другим потребителям. Катализат подается в стабилизационные

колонны

9, где продукты реакции разделяются на катализат с заданным

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

давлением паров, сжиженный газ и сухой углеводородный газ. Из ста-

бильного катализата затем получают товарный бензин с заданной дето-

национной стойкостью (с заданным октановым числом).

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

Приложение

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

В СХЕМАХ ПО ГОСТ 21.404–85

ГОСТ 21.404–85 устанавливает условные обозначения приборов,

средств автоматизации и линий связи, применяемых при выполнении

схем автоматизации технологических процессов.

1. Условные обозначения.

1.1. Графические обозначения.

1.1.1. Графические обозначения приборов, средств автоматизации

и линий связи должны соответствовать приведенным в табл. П1.1.

Таблица П1.1

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

Окончание табл. П1.1

1.1.2. Отборное устройство для постоянно подключенных прибо-

ров изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологиче-

ский трубопровод или аппарат с прибором (рис. П.1). При необходимо-

сти указания конкретного места расположения отборного устройства

(внутри контура технологического аппарата) его обозначают кружком

диаметром 2 мм (рис. П.2).

1.2. Буквенные обозначения.

1.2.1. Основные буквенные обозначения измеряемых величин

и функциональных признаков приборов должны соответствовать при-

веденным в табл. П1.2.

1.2.2. Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для

указания дополнительных функциональных признаков приборов, пре-

образователей сигналов и вычислительных устройств, приведены

в табл. П1.3.

1.3. Размеры условных обозначений.

1.3.1. Размеры условных графических обозначений приборов

средств автоматизации в схемах приведены в та

бл. П1.4.

1.3.2. Условные графические обозначения на схемах выполняют

сплошной толстой основной линией, а горизонтальную разделительную

черту внутри графического обозначения и линии связи – сплошной тон-

кой линией по ГОСТ 2.303–68.

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

Таблица П1.2

Федоров А.Ф.,Кузьменко Е.А.«Системы управления

химико-технологическими процессами»,

пособие, 2009 г

Окончание табл. П1.2

1.3.3. Шрифт буквенных обозначений по ГОСТ 2.304–81 принимают

равным 2,5 мм.

Таблица П1.3

2. Правила построения условных обозначений.

2.1. Настоящий стандарт устанавливает два метода построения ус-

ловных обозначений:

а) упрощенный;

б) развернутый.

2.2. При упрощенном методе приборы и средства автоматизации,