Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация технических процессов в химической промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

Кондиционируемое

помещение

Воздух от

Юндй'Р

оне

Наружный

Воздух

^ а 6

Рис. 5.38. Схемы управления кондиционерами для нескольких помещений.

соотношение расходов не менялось при изменении давления в

магистралях воздуха, устанавливают стабилизирующие регу-

ляторы давления.

Кондиционеры с рециркуляцией. Возврат части воздуха из

помещения в начальный участок воздухопровода позволяет

значительно сократить расход тепла и холода на кондициони-

рование. Такие схемы нашли применение 'В тех случаях, 'ког-

да ,в помещении не выделяются вредные газы.

Схема управления кондиционером с рециркуляцией приве-.

дена на рис. 5.39. Стабилизация температуры точки росы в

холодный период года по данной схеме осуществляется регу-

лятором температуры 26 изменением соотношения расходов

наружного и рециркулирующего (воздуха. Поддержание гид-

родинамического режима в .помещении достигается одновре-

Кондиционируемое помещение

Байпасная магистраль

Наружный

воздух

Г>

(Т\В

атмосферу

В электрическую схему управления

Рис. 5.39. Схема управления системой кондиционирования с рециркуляцией.

19* 291

менным изменением положения заслонки 2в на рециркуляц^ 1

энной линии и положения заслонки 2д на вытяжной линии.

В летний период температура точки росы поддерживаете^ |

изменением расхода хладоносителя в оросительную камеру^

Однако для экономии холода предусмотрен позиционный регу,

лятор 16, который при наружной температуре, превышающей

заданное значение температуры в .помещении, открывает за-

слонку 2в и прикрывает заслонку 2г до определенного преде-

ла, обеспечивающего приток наружного воздуха в соответст-

вии с санитарной нормой.

Температура воздуха в помещении стабилизируется регу-

лятором 36 путем изменения расхода теплоносителя.

8. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЧИСТНЫХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЯ

При переработке сырья и полуфабрикатов в качестве отхо-

дов производства часто получают газы и жидкости, которые

выбрасываются в окружающую среду. Как правило; отходы

содержат

компоненты, оказывающие отрицательное воздейст-

вие на природу. Это вызывает необходимость очистки выбро-

сов от них. Этой проблеме (В настоящее время уделяется .боль-

шое внимание.

Системы очистки газовых выбросов

Система очистки газов от сероводорода. Проблема очистки га-

зов от сероводорода занимает ведущее место в мероприятиях

по охране окружающей среды в связи с резким увеличением

добычи и переработки высокосернистых (сортов нефти и при-

родного ,газа и повышением санитарных требований, предъяв-

ляемых при выбросе сернистых соединений.

Наиболее распространенным способом очистки газов от

сероводорода является моноэтаноламиновая очистка (рис.

5.40), основанная на поглощении сероводорода моноэтанол-

амином в абсорбционной колонне и дальнейшем выделении

его в десорбционной колонне (.под действием высоких темпера-

тур. Выделившийся в десорбере сероводород с парами воды

подает'ся в конденсатор-холодильник. Конденсат отделяется в

сепараторе и возвращается в колонну, а газы (концентриро-

ванный сероводород) направляются на дальнейшую перера-^

ботку.

Основным регулятором процесса абсорбции является регу-

лятор соотношения расходов газа и абсорбента. Корректи-

ровка работы этого регулятора производится по выходной

концентрации сероводорода в очищенном газе. Если концент-

рация сероводорода ниже санитарной нормы, корректирующий

сигнал формируется по количеству сероводорода, поступа-

ющего на поглощение. Расчет количества сероводорода, а так-

17* 292

Рис. 5.40. Схема регулирования установки моноэтаноловой очистки газов от

сероводорода:

1 — абсорбционная колонна; 2 — холодильник; 3 — промежуточный теплообменник; 4 —

десорбционная колонна; 5 — кипятильник; 6 — конденсатор; 7— сепаратор.

же все остальные операции по формированию управляющего

сигнала производятся вычислительным устройством ВУ1.

Кроме того, схем'ой предусматривается регулирование темпе-

ратуры абсорбента, уровня жидкости и давления в колонне.

Для того чтобы регулятор соотношения расходов газа и

водного раствора моноэтаноламина обеспечивал заданную

степень .очистки, раствор моноэтаноламина на входе в абсор-

бер должен иметь постоянные состав и температуру. Постоян-

ная температура раствора обеспечивается регулятором темпе-

ратуры, а состав (содержание сероводорода)—вычислитель-

ным устройством ВУ2, (Производящим расчет минимального

расхода пара, необходимого для выделения сероводорода из

насыщенного раствора. Алгоритм управления получен следу-

ющим образом.

Расход тепла Q на регенерацию раствора Дбез учета по-

терь) равен

Q = Q

+ Q

где Q

— тепло, затраченное на нагревание раствора и флегмы; Qn — тепло,

необходимое для испарения воды из раствора; —тепло, необходимое для

десорбции сероводорода в растворе.

Учитывая, что скрытая теплота десорбции

= |3C„G

(где р —постоянный коэффициент; С

— концентрация серово-

дорода в насыщенном растворе; G

— расход раствора),

293-

•—•— Регулятор —^— Регулятор —txj— Регулирующий орган с

Экстремальный с коррекцией исполнительным

регулятор механизмом

Рис. 5.41. Схема регулирования процесса переработки сероводорода в серу:

/ — реактор-регенератор; 2 — котел-утилизатор; 3 — сепаратор; 4, 8 — топки; 5 — конвер-

тор; 6 — теплообменник; 7 — скруббер; 9 — дымовая труба.

а сумму ("QH+QH) МОЖНО представить ка'к произведение ко-

эффициента aG

, получим:

Q = G

r = aG

+ pC

где г — скрытая теплота парообразования.

Концентрация С

рассчитывается по формуле

Сн

(Сг.н С

.к) G

/Gp

где Сг.п и Сг.к — концентрация сероводорода соответственно в поступающем

в абсорбер и очищенном газе; G

— расход газа.

Вычислительное устройство ВУ2 производит расчет тре-

буемого расхо'да пара по приведенным формулам; результаты

расчета в качестве (Заданного значения по)даются ;на регулятор

расхода пара.

Выделившийся из насыщенного абсорбента газ, содержа-

щий до 95% серо(водо'ро;да /кислый газ), подается на перера-

ботку с целью получения элементарной серы. При этом со-

держание серосодержащих веществ в газе уменьшается до нор-

мы, что позволяет сбрасывать его 'в

атмосферу. Переработка'

проводится в несколько ^этапов (рис. 5.41). Первоначально

кислый газ ,(л?87% от общего количества) в смеси с атмос-

ферным воздухом подают в топку реактора-регенератора 1 на

высокотемпературное пламенное сжигание, причем воздух

должен поступать -в количестве, не достаточном для полного

превращения сероводорода в другие вещества. В реа'кторе

при 1500 °С протекают реакции

S + з/

> н

0 + S0

+ Q

S + S0

2Н

0 + 3/

- Q

-294

Большая часть сероводорода («65%) Превращается в ре-

акторе 1 в серу, которая выводится из газового потока в ре-

зультате охлаждения его до 155 °С и конденсации образую-

щихся паров в котле-утилизаторе 2. В сепараторе 3 происхо-

дит сепарация капель ,серы, унесенных газовым потоком.

После котла-утилизатора газы вновь нагреваются до 260—

270 °С в подогревателе 4 при .смешении их «с продуктами сжи-

гания кислого газа, образующимися в топке подогревателя.

Нагретые газы поступают в конвертор 5, где в присутствии

катализатора проводится конверсия сероводорода и диоксида

серы в серу. В холодильнике 6 газы охлаждаются, при этом

конденсируются пары серы.

После каталитической конверсии ,газ направляется с серо-

улавливающую башню, представляющую собой скруббер со

слоем насадки из 'керамических колец, где происходит отде-

ление от газа захваченных капель серы.

После скруббера

в газе остаются негфореагировавшие сер-

нистые соединения, а также неуловленные частицы серы, по-

этому он направляется в печь дожига 8. Здесь ,при темпера-

туре 600 °С происходит дожигание остатков сероводорода и

серы в избытке кислорода 'воздуха до сернистого ангидрида.

После печи газы через дымовую трубу 9 сбрасываются в ат-.

мосферу.

Управление процессом переработки сероводорода в эле-

ментарную серу должно проводиться таким образом, чтобы

содержание сернистого ангидрида в дымовых газах не Пре-

вышало санитарной нормы (1,7%). Это обеспечивает и макси-

мальный выход серы.

Содержание сернистого ангидрида в

дымовых газах опре-

деляется многими параметрами: составом кислого газа, полно-

той сгорания кислорода в топке, отношением сернистого ангид-

рида к сероводороду в ,газах перед конвертором, расходом

воздуха и кислого газа в топке, отношением этих расходов,

температурами в реакторе и конверторе, активностью катали-

затора и т. д. Наиболее сильное влияние оказывают состав

кислого газа и отношение сероводорода к сернистому ангид-

риду пе'ред конвертором. Состав кислого газа обусловлен

процессами переработки сернистых топлив, технологический

режим которых постоянно меняется при изменении качества

топлива. Единственное ограничение, которое накладывается

на состав кислого газа при переработке его в серу,— содер-

жание в нем не менее 50% ,сероводоро

да. В противном случае

выделяемого в реакторе тепла будет недостаточно для высо-

котемпературного пламенного сжигания.

Компенсировать изменение состава кислого газа можно

изменением отношения содержания сероводорода и сернисто-

го ангидрида, причем 'регулирующим воздействием в данном

случае может служить изменение отношения расходов возду-

ха (G

) и кислого газа (G

), подаваемого в топку 1. Зависи-

295-

Рис. 5.42. Схема регулирования про,

цесса очистки газа от сернистого ан-

гидрида:

1 — аппарат; 2 — распыливающие устройст-

ва; 3 — емкость для суспензии.

мость содержания сернистого

ангидрида в дымовых газах

от указанного отношения име-

ет экстремальный характер.

Это объясняется недостатком

образующегося в топке сер-

нистого ангидрида для полной конверсии сероводорода при

< (GB/GK.

)

ОПТ

И, наоборот, избытком сернистого ан-

гидрида при G

/G к. г>

(

GJ G

. г) опт.

Поиск оптимального значения соотношения G

.произ-

водится экстремальным .регулятором концентрации сернисто-

го ангидрида BI ДЫМОВЫХ газах, 'который корректирует работу

регулятора соотношения расхода 'Воздуха и кислого газа пу-

тем изменения расхода воздуха.

Кроме регулирования состава дымовых газов схемой

предусматривается стабилизация ряда параметров, влияю-

щих на показатель эффективности процесса, прежде всего

температуры газовой смеси после топки 4. Регулирующее

воздействие осуществляется изменением расхода кислого га-

за, подаваемого в топку на сжигание. Температура в топке 8

регулируется таким образом, чтобы обеспечивалось сжигание

сероводорода и серы.

Полная конденсация паров серы в котле-утилизаторе 2 и

холодильнике-конденсаторе 6 обеспечивается регулированием

давления паров воды, выводимых из котла, и температуры га-

зовой смеси после холодильника. Для поддержания матери-

ального баланса котла регулируют уровень жидкости.

Система очистки газов от сернистого ангидрида. Одним из

наиболее распространенных методов очистки газов от серни-

стого ангидрида является известняковый метод, основанный на

поглощении S0

суспензией 'карбоната кальция в полых ап-

паратах распыл ив ающего типа '(рис. 5.42). Основной реакци-

ей, протекающей при этом, является:

СаС0

-f S0

+ Н

0 > CaS0

+ C0

f + Н

Сульфит кальция, обладающий низкой растворимостью,

выпадает в осадок и в виде шлака выводится из куба аппа-

рата 'вместе с непрореагировавшим карбонатом кальция. По-

скольку шлак содержит до 40—50% карбоната кальция, отО

лишь частично сбрасывается в отходы. Остальное количество

в качестве рецикла возвращается в емкость суспензии.

Показателем эффективности процесса является концентра-

ция S0

в отходящих газах. Она не должна превышать 0,01%.

—Регулятор

Регулятор

коррекцией

—tx-

Регулирующий орган

исполнительным

механизмом

Газ на

очистку

Очищенный

у газ

296-

Ввиду отсутствия надежных газоанализаторов для обнаруже-

ия небольших концентраций S0

в качестве основной регу-

лируемой (величины используют не показатель эффективности,

а значение рН суспензии в емкости, так как (этот параметр

оказывает решающее влияние на концентрацию S0

(с уве-

личением рН .поглотительная способность суспензии возраста-.

т). Регулирование осуществляется с помощью, блока соотно-

шения расходов суспензии и газа, поступающего на очистку,

с коррекцией по величине рН.

Материальный баланс системы поддерживается стабилиза-

цией уровня в емкости 3.

Системы очистки сточных вод

Очистка сточных 'вод в химической Промышленности приобре-

ла особое значение, так как химические предприятия являют-

ся основными потребителями воды (до 50% общего водопо-.

требления) и источниками загрязнения *вод. Наиболее рас-

пространенными видами очистки сточных вод являются хи-

мическая (реагентная) и биохимическая. При реагентной очи-

стке производится нейтрализация кислот и щелочей в сточ-.

ных водах, выделение из них металлов, а также коагуляция

тонкодисперсных взвесей за счет добавления реагентов, при

биохимической — очистка стоков от органических веществ.

Химическая очистка. Кислые и щелочные производственные

стоки собираются раздельно в приемных емкостях 1 и 2

(рис. 5.43). Здесь происходит выравнивание состава стоков при

перемешивании их (с помощью насосов). В реакторе 3 осу-

ществляется взаимная нейтрализация 'кислых и щелочных

стоков; образующиеся п'ри этом газы (сероуглерод, сероводо-

род, диоКсид углерода) отводятся из верхней части реактора.

В реакторе 4 производится удаление солей металлов

(в стоках химических производств могут содержаться железо,

цинк, медь, титан, кобальт и т. д.) введением щелочного ре-

агента (известкового молока), который переводит раствори-

мые соли металлов в нерастворимые. Приготовление извест-

кового молока осуществляется в известегасительном аппара-

те 5. Полученная суспензия стекает в емкость, откуда насо-

сом подается через дозатор 7 в реактор 4.

Образовавшиеся в реакторе 4 нерастворимые соли коагули-

руются и сепа'рируются в отстойнике 8. Осадок из отстойника

уплотняется, обезвоживается и отправляется на утилизацию.

Осветленная вода отстойника 8 имеет повышенную щелоч-.

ность, поэтому перед сбросом в канализацию ее нейтрализу-

ют до рН 7+0,25 разбавленной серной кислотой в смесителе

ершового типа. Разбавленную серную кислоту |готовят пооче-

редно в емкостях 11 смешением концентрированной кислоты и

воды в заданных соотношениях.

297-

Рис. 5.43. Схема регулирования реагентной очистки сточных вод:

1, 2, 10 — приемные емкости; 3, 4 — реакторы-нейтрализаторы; 5 — известегасительный ап-

парат; б — расходный бак известкового молока; 7 — дозатор известкового молока; 8 —

отстойник; 9— ершовый смеситель-реактор; 11 — растворные баки; 12 — напорные бачки.

Автоматизация химической очистки. Основным процессом

химической очистки /стоков является 'процесс нейтрализации,

который проводят с целью взаимной нейтрализации кислых и

щелочных стоков, выделения металлов и подкисления стоков

после отстойника. Показателем эффективности процесса слу-

жит величина рН, цель управления — поддержание ее на оп-

ределенном уровне. При выделении металло(в следует поддер-

живать такое значение рН, при котором происходит наиболее

полный переход растворимых солей 'выделяемого металла в

не'растЬоримую форму. Например, ,при осаждении солей же-

леза значение ipH на выходе из реактора должно быть рав-

но .6, а при выделении солей цинка — 9—10. ,На выходе из

последнего смесителя-реактора, после которого производится

сброс стоков в канализацию, стоки должны быть нейтральны-

ми (рН 7).

Величина рН на выходе из нейтрализатора зависит от мно-

гих параметров: расходов и составов стоков и реагентов, сте-

пени и интенсивности перемешивания. Большинство из этих

параметров меняется с течением времени, хотя в приемных

емкостях колебания расходов и составов стоков несколько

сглаживаются. При наличии многочисленных возмущений для

достижения цели управления в качестве регулируемой вели-

298-

Рис. 5.44. Схема регулирования процесса нейтрализации путем изменения рас-

хода щелочного агента:

1 — приемная емкость; 2— смеситель-реактор; 3, 4 — дозаторы; 5 — сепаратор.

ствлять изменением расхода реагента. Если реагентом служит

известковое молоко с большим содержанием взвешенных ча-

стиц, в качестве регулирующего органа применяют не дрос-

сельное устройство, а дозаторы. Действие их основано на вы-

делении из (потока част'и суспензии с заданным расходом с

помощью ножа-делителя и возвращении остальной суспензии

в расходный бак известкового молока. Если же реагентом слу-

жит кислота, используют футерованные клапаны.

Таким обра-зом, /величина рН после реактора 4 и .-уча-

теля 9 регулируется путем изменения расхода извес?^ ^

молока и разбавленной серной кислоты. Процесс взц^о% -

нейтрализации 'кислых и /щелочных .стоКОв в реакторе^

обще не регулируется, так как изменять расход ст'

большинстве случаев невозможно: участок очистки

должен принимать все стоки производства.

Если расход одного из стоков, например щелочно*

же можно изменять, то процесс предварительной нейтр.

ции регулируется таким образом, чтобы после реактора под-

держивалось определенное значение рНДрис. 5.44). В случае

если расход .щелочных стоков недостаточен для поддержания

определенной величины ,рН, дополнительно предусматривает-

ся узел дозирования лцелочного агента с помощью дозато-

ра 4. Для управления дозаторами 3 и 4 .предусмотрены само-

стоятельные регуляторы, так как активность щелочных стоков

и реагента различна. Это .обусловливает различные пределы

пропорциональности регуляторов.

299

Концевые выключатели ВК-1, ВК-2 служат для коммута-

ции цепей управления регуляторов. Если ,щелочных сто'ков не

хватает для поддержания заданного значения рН, вал ис-

полнительного механизма дозатора 3 принимает крайнее по-

ложение, и ВК-1 срабатывает. По его сигналу производится

переключение системы регулирования на дозирование щелоч-

ного реагента. Аналогично работает схема и при срабатыва-

нии выключателя ВК-2.

При автоматизации процесса нейтрализации на отдельных

химических производствах нашло применение каскадно-свя-

занное регулирование, обеспечивающее компенсацию сильных

возмущений. В промышленности применяют схемы, IB которых

в качестве вспомогательной регулируемой величины использу-

ется расход кислых стоков или их электропроводность

(электропроводность характеризует общее содержание кислот

и солей металлов).

Приготовление реагентов — один из самых трудоемких и

плохо автоматизированных участков на очистных сооружени-

ях, что объясняется их слабой !механизацией. Например,

в процессе приготовления известкового молока осуществля-

ются лишь контроль и сигнализация параметров. Значительно

лучше автоматизированы участки приготовления разбавлен-

ной серной кислоты (см. рис. 5.43). При опорожнении рабоче-

го бака раствора срабатывает соответствующий сигнализатор

уровня. Он дает сигнал программному задатчику, который с

помощью электрической схемы управления отключает рабо-

чий насос и перекрывает магистрали опустошенного бака.

Одновременно подается сигнал на клапан, установленный на

лини'и подачи воды в резервный растворный ^бак. Через опре-

деленное время загрузка воды прекращается и открывается

некоторое время клапан ,на линии (концентрированной кис-

После закрытия клапана кислоты раствор перемешива-

^ при закрытом напор'ном клапане. Время перемешивания

/также (Задается .программным задатчиком. В результате пе-

ремешивания в резервном баке получается новая порция раз-

бавленной 'кислоты, и его можно вводить в. работу путем на-

полнения напо'рного бачка 12.

Биохимическая очистка проводится в аппаратах, которые

называются аэроте'нками (рис. 5.45). Она состоит в окислении

органических веществ растворенным в стоках кислородом в

присутствии фермента (катализатора), который продуцирует-

ся .бактериями активного ила. Для обеспечения нормального

технологического реж'има в аэ^оте'н'к подают стоки и рецир-

кулирующий ил, содержащий бактерии. Для их (Перемешива-

ния и насыщения полученной иловой смеси Кислородом в

нижнюю чаЧлъ аэротенка через многочисленные секции пода^

ется воздух.

Показателем эффективности процесса является концентра-

ция органических загрязнений на выходе из аэротенка, а целью

300