Автоматизация процесса получения сернистого ангидрида при производстве серной кислоты

Рефераты по промышленности и производству » Автоматизация процесса получения сернистого ангидрида при производстве серной кислоты

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Основная часть

1.1 Технологический процесс получения сернистого ангидрида при производстве серной кислоты

1.1.1 Таблица режимных и рецептурных параметров

1.1.2 Характеристики основного оборудования

2 Описание функциональной схемы автоматизации

3 Синтез и анализ автоматической системы регулирования температуры

3.1 Обзор и выбор методов измерения температуры сернистого ангидрида

3.2 Получение и математического описания объекта

4 Расчёт надёжности

5 Обоснование выбора средств автоматизации

Заключение

Список используемой литературы


ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация – одна из ведущих отраслей науки и техники развивается особенно динамично она проникает во все сферы человеческой деятельности. Автоматизация качественно изменяет характер труда рабочих. В цехах с автоматизированным производством главной фигурой становится специалист новой формации – оператор программист рабочие других ранее не существовавших профессий.

В течении ряда десятилетий под автоматикой подразумевалось прежде всего выполнение без участия человека некоторых действий однозначно связывающих причину и следствие.

Сущность современного этапа развития автоматизации можно было бы кратко охарактеризовать как переход от автоматизации« действий» к автоматизации « принятия решений» то есть переход от так называемой цикловой ( обеспечивающей выполнение повторяющихся действий) автоматики и автоматической стабилизации технологического режима к использованию средств обеспечивающих оптимизацию процессов к осуществлению органической связи основного производственного оборудования с автоматикой.

В каждом производственном процессе наряду с «вещественными потоками» существуют совершенно другие потоки которые называют «информационными». Они представляют собой некоторую первичную информацию о ходе производственного процесса и кодами для контроля и управления. Эта информация передаст и на соответствующие пункты управления ( операторская диспетчерская) где подвергаются обработке и используются при принятиях решений при управлении процессом.

Автоматическое регулирование технологических процессов на различных предприятиях позволяет получить высокую производительность при наименьших производственных затратах и высоком качестве продуктов. Однако системы автоматического регулирования оказывается недостаточно эффективными если они спроектированы только на основании общих положений теорем автоматического регулирования. Для наиболее эффективной работы таких систем их необходимо проектировать с учетом особенностей технологических процессов для которых они предназначены.

Довольно часто системы автоматически разработанные непосредственно на предприятиях работают вполне удовлетворительно. Это указывает с одной стороны - на то что успешное проектирование систем автоматики иногда выполняется без применения очень сложного материального аппарата. Такое положение объясняется наличием простых правил установки и наладки автоматических регуляторов.

В настоящее время рядом учёных в различных лабораториях и университетах создано более прогрессивные принципы проектирования систем автоматического регулирования. Однако предлагаемые ими методы обычно не реализуются полностью если в разработке систем не участвуют люди которые должны их эксплуатировать. Проблемы связанные с автоматическим регулированием технологических процессов как правило возникают на заводе поэтому должны решатся на самом заводе. До тех пор пока проектировщики систем автоматического регулирования и эксплуатационники не будут связаны между собой их общие проблемы останутся не решенными. Не смотря на то что решения задач автоматического регулирования возможно математическим методом эти же задачи приближенно могут быть решены путем довольно не сложных приемов. Таким образом управление высокого порядка быстродействующие вычислительные машины целесообразно применять лишь там где более простыми методами решить задачи не удается.

Блестяще разработанные общие положения о системах автоматического регулирования а так же математическое описание процесса регулирование сами по себе никакой ценности не представляли. Системы автоматического регулирования должны учитывать свойства технологического процесса с целью обеспечения оптимального протекания процесса.

Из глубоко знания технологического процесса система регулирования не может быть спроектирована квалифицировано. Для автоматического регулирования необходимо максимально знать требования предъявляемые различным химико-технологическим процессом.


1.Основная часть

1.1 Технологический процесс получение серного ангидрида при получении серной кислоты.

Производство серной кислоты контактным способом состоит из следующих действий:

1. Разгрузка складирование и подготовка сырья к обжигу обжиг серы.

2. Утилизация тепла обжига.

3. Мокрая очистка обжиговых газов.

4. Сушка газов.

5. Окисление сернистого ангидрида на ванадиевом катализаторе.

6. Абсорбция серного ангидрида.

7. Складирование и транспорт кислоты.

8. очистка отходящих газов серно- кислого производства.

9. Разложение солей сулит- бисульфита аммония последующей нейтрализацией сульфида аммония.

Сырьем для производства серной кислоты контактным способом является комовая сера поступающая на предприятия железнодорожных полувагонов.

Полувагоны с комовой серой подаются тепловозам на повышенный путь. Выгруженная сера убирается штабеля склада грейферным краном (поз. 12). Освобожденные от серы полувагоны подаются маневровым устройством (поз. 13) на участок промывки вагонов.

Из склада под навесом сера погружается грейферным краном (поз. 12) в бункер (поз. 1б) с решеткой 100 – 100 мм далее ленточным конвейером (поз. 2б 8а 21) подается в приемные бункера (поз. 23) печного отделения. Над конвейером (поз.2б) установлена электромагнитная шайба для удаления

металлических предметов.

Описанная схема подачи серы печное отделение является основной. В аварийной ситуации при длительном ремонте грейферного крана подача серы в печное отделение осуществляется по старой схеме. Из штабеля склада комовая сера грейферным экскаватором грузится в авто машины и перевозится к бункеру (поз. 1а) загружается в него с решеткой 100 – 100мм и далее по транспортерной линии состоящей из системы ленточных и винтовых конвейеров (поз. 2а 3а 8а 21) подается в приемные бункера (поз.23).

Внутренняя поверхность бункеров (поз 1а 1б 23) обложена дюралюминием для исключения искрообразования. С целью гарантированного смачивания серы при транспортировке и пересыпке на трубопроводах воды (поз. 3а) установлены струйные реле потока типа РС2 – ЦНИ11. Подача воды на орошение серы в бункерах производится автоматически от реле протока.

Для устранения пыления серы производится ее увлажнение. Схема увлажнения состоит из цилиндрической ёмкости V = 2м3 (поз.113) в машинном зале отделения обжига водяного насоса (поз. 114) и системами трубопроводов с отводами по которым вода проходит замкнутый цикл: от ёмкости машинного зала поднимается до отметки +15м проходит вдоль питателей (поз. 24) около бункера (поз. 24/20) поднимается до отметки +19м проходит по галерее вдоль ленточного транспортёра (поз. 2а) поднимается на эстакаду возле бункера (поз.1а) и возвращается в емкость.

Летом при загрузке серы в бункера (поз.1а 1б) производится постоянное увлажнение мелкодисперсной водой; в осеннее – зимний период когда производится естественное увлажнение серы – периодически при содержании влаги в сере менее 1%.

В ёмкость (поз. 113) поступает вода после охлаждения подшипников нагнетателей Э – 400 – 12 (поз.102). В случае недостаточного количества

отработанной воды используется техническая вода которая подаётся дополнительным насосом (поз.114а) В ёмкости предусмотрено автоматическое регулирование воды. Излишки воды отводятся в водооборотный цикл. В аварийных ситуациях излишки воды в промывно - ливневую канализацию.

Днищем бункера (поз.23) является ленточный питатель (поз.24) который подаёт серу в печь (поз.101). Движение газов в печи происходит под действием разрежения создаваемого нагнетателем Э – 1700 – 2 (поз.402) расположенного в кислотном отделении. Под газораспределительную решётку печи воздуходувкой Э – 400 – 12 (поз.102) подаётся атмосферный воздух. Регулирование подачи серы в печь производится изменением скорости движения ленты питателя с помощью двигателя постоянного тока с переменным числом оборотов.

Распределение продукта по печам осуществляется с помощью задвижек установленных непосредственно передвижной печью.

Количество подаваемого продукта регулируется путем поддержания разряжения перед дымососом ДН- 17 НЖ .

Один дымосос подает газ в общий коллектор для печей 1 2 3; второй- в коллектор для печей № 4 5; третий в коллектор для печей № 6- 10.

Для разогрева печи установлены 2 форсунки (поз. 103) работающие на дизельном топливе которое подается по трубопроводам насосом из емкости склада ГСМ. Распыление дизельного топлива в форсунках происходит сжатым воздухом давление 200-300 кПа с воздушного коллектора.

Печь разогревается дизельным топливом до 100С. При достижении этой температуры начинается загрузка серы в печь. После возгорания серы форсунки гасятся и дальнейший прогрев поступающей серы происходит теплом выделяемого горящей серы. Процесс горения серы протекает по реакции:

S+ O2 = SO2 + Q кал.

В печи незначительная часть сернистого ангидрида окисляется в серный по реакции:

2SO2 + O2 = 2SO3

Содержание серного ангидрида в обжиговом газе составляет 0.1- 0.4 % объемных газ выходящий из печи с температурой 750- 1050С поступает на охлаждение в котлы утилизаторы типа ВТКУ-13/40 и ГТКУ -10/40 (поз. 104) соответственно с естественной циркуляцией где охлаждается до 300 – 450С. Котлы – утилизаторы питаются химически отчищенной водой. Химически отчищенная вода поступает в печное отделение из котельного цеха с температурой 20 – 30С. Далее поступает в деаэратор (поз. 106) в котором происходит выделение из нее кислорода и углекислого газа. Из деаэратора (поз. 106) насоса (поз. 105) питательная вода подается в барабаны котлов- утилизаторов (поз. 104). Барабан имеет сепарирующее устройство для непрерывной продувки котла. Нормальный уровень воды в барабане находится по оси барабана непрерывная и периодическая продувки котлов служат для поддержания нормального водно- химического режима котлов.

Котловая вода непрерывна продувки котлов поступает в сепаратор в котором происходит отделение пара от воды за счет расширения котловой воды. Пар поступает в деаэраторы вода сливается в барбатеры. Котловая вода периодической продувки поступает в барбатер где охлаждается технической водой и сливается в канализацию. Вырабатываемый котлами- утилизаторами пар с температурой 249С под давлением 3.9 МПа подается на


Таблица 1

Нормы технологического режима

Что контролирует Частота и способ контроля Нормы и технологические показатели кто контролирует
1 2 3 4 5
Расход серы Непрерывно по счётчику 28 – 32 т/ч Транспортировщик
Массовая доля серы От каждой партии н/м 99,2% Лаборант
Давление воздуха под решётку Непрерывно по прибору До 16 кПа (1600 мм водяного столба) Аппаратчик обжига
Общий расход воздуха на печь Непрерывно по прибору 17 – 25 тыс. мз/час. Аппаратчик обжига
Температура скольжения подшипника нагнетателя Э- 400 Непрерывно по прибору Не более 70С Машинист Г/машин
Температура подшипника качания нагнетателя Э- 400 Непрерывно по прибору Не более 80С Машинист Г/машин
Температура газа на выходе из печи Непрерывно по прибору 850 – 1050 С Аппаратчик обжига
Разряжение газа на выходе из печи Непрерывно по прибору 100 – 300 С Аппаратчик обжига
Содержание SO2 в газе на выходе из печи Непрерывно по прибору 11,5 – 12% Аппаратчик обжига
Содержание SO2 в газе на выходе из печи Аналитически 11,5 – 12% Лаборант
Температура газа на выходе котла - утилизатора Непрерывно по прибору 300 – 450 С Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у
Разряжение газа на выходе к-у Непрерывно по прибору - 800 – 1300 Па Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у
Расход пара после к-у ГТКУ 13/40 Непрерывно по прибору н/б 7,5 т/ч Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у
Расход пара после к-у ГТКУ 13/40 Непрерывно по прибору н/м 6,5 т/ч Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у
Давление пара в паропрводе после к-у Непрерывно по прибору До 39 МПа Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у
Давление пара в барабане к-у Непрерывно по прибору До 39 МПа Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у

Температура в паропрводе после к-у

Непрерывно по прибору

Не менее 249 С

Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у

Температура питательной воды По термометру раз в сутки 100 – 104 С

Аппаратчик обжига по обслуживанию к-у

Жёсткость питательной воды раз в сутки н/б 15мг экв/л Лаборант
Углекислота раз в сутки н/б 0,02 мг/л Лаборант
Кислород раз в сутки н/б 8,5% при Т=25 С Лаборант
Прозрачность раз в сутки н/б 0,3мг экв/л Лаборант
РН, щелочность раз в сутки 7 – 8, 0,03 мг Лаборант
Пар на выходе к – у щелочность раз в сутки н/б 0,03мг экв/л Лаборант
солесодержание раз в сутки н/б 0,03мг экв/л Лаборант

1.1.2. Характеристики основного оборудования

1. Печь обжига серы поз. 106

Печь имеет цилиндрическую форму с расширением в верхней части. Общий объем печи 222мз. Конус шахты печи стальной внутри футерован огнеупорным кирпичом. Днище в четырёх секторах залито огнеупорным бетоном в двух секторах примыкающим к загрузчикам серы находятся целевые сопла через которые подаётся воздух. В центре свода печи находится газоход отводящий обжиговый газ в котёл утилизатор. Печь внешней части имеет диаметр 4 75 м в верхней части (сепарационное пространство) – 6 2м. Производительность печи до 4 т. Серы в час.

2. Котёл – утилизатор ГТКУ – 13/40 ГТКУ – 10/40 поз. 104.

Котёл – утилизатор оснащен естественной циркуляцией футерован шамотным кирпичом теплоизолирован минеральной ватой. Котёл состоит из газотрубных секций и барабана. Охлаждение газа происходит в 24 испарительных секциях котла ГТКУ – 13/40 и 15 испарительных секциях котла ГТКУ – 10/40. Газотрубная секция состоит из двух коллекторов (входного и выходного) соединённых по воде вертикальными трубками. Вертикальные трубки двойные (труба в трубе). Через внутреннюю трубу диаметром 102*6 мм проходит обжиговый газ в межтрубном пространстве - паровая эмульсия. Пройдя газотрубные секции обжиговый газ - имеет направление снизу вверх по футерованному газоходу направляется на мокрую очистку. Барабан котла – горизонтальный цилиндр V=12 мз оборудован четырьмя водоуказательными колоннами люком штуцерами для подвода питательной воды отвода пара установки манометра подключения приборов для замера уровня и давления.

Пар из барабана собирается в коллектор и с температурой 249 С отводится по трубопроводу диаметром 108*4 мм к общему паропроводу диаметром 159*7 мм. Низко расположенные части трубопроводов котла и

барабана имеют штуцера с арматурой служащей для периодического вывода из циркуляционной системы котла (продувки) котловая вода с большим содержанием солей из барабана котла по трубопроводу непрерывной продувки через регулирующий игольчатый вентиль поступает в сепаратор непрерывной продувки.

3. Сепаратор непрерывной продувки.

Представляет собой цилиндрический сосуд емкостью 1.5М3. В верхней части имеет жалюзийное устройство для удаления пара из капель воды. Рабочее давление 700кПа. Пари из сепаратора используется на собственные нужды.

4. Деаэратор (поз. 106).

Состоит из деаэраторной колонки производительностью 100т/час и аккумуляторного бака емкостью 500М3. Деаэраторная колонка – вертикальный цилиндр диаметром 1500мм и высотой 2000мм приварен к аккумуляторному баку. Внутри колонки расположено водораспределительное устройство в которое подается химически отчищенная вода. Пар поступает через парораспределительное устройство в низу колонки. Поднимаясь вверх он нагревает поступающую в деаэратор воду сам при этом конденсируется. Деаэраторная вода собирается в аккумуляторном баке горизонтальном цилиндрическом сосуде 3250* 8170* 8мм.

5. Сборник конденсата.

Это горизонтальный цилиндрический сосуд емкостью 40М3 теплоизолирован минеральной ватой.

6. Насос перегонки конденсата типа 3к – 9.

Центробежный консольный одноступенчатый с горизонтальным осевым подводом жидкости. Производительность - 45М3/час напор 31м водяного столба.

7. Емкость для хранения дизельного топлива.

Горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром 2700мм длина – 10875мм V= 50 67мз

8.Насос самовсасывающий – предназначен для подачи дизельного топлива на технологические нужды. Производительность 20мз/час напор 24м водяного столба.

Питательные насосы – двух типов: отечественный ПЭ – 65 – 56 и насос польского производства 80VS8.

Насос ПЭ – 65 – 56 центробежный секционный горизонтальный однокорпусный 8 – ступенчатый; производительность 65 мз/час напор 580 м водяного столба.

Насос 80VS8 – лопастной многоступенчатый с последовательно расположенными одноструйными радиальными рабочими колёсами. Марка насоса обозначает: 8 – ступенчатый насос с диаметром штуцера нагнетания 80 мм.

10.Дымосос CHS – 100 поз. 110.

Производительность 100000 мз/час. Напор 200 мводяного столба.

11.Воздуходувки типа Э – 400 12 – 2м Э – 400 12 – 3 поз. 102. Имеет привод от электродвигателя 250 кВт со скоростью вращения 2940 об./мин. напором 1900мм водяного столба. Корпус изготовлен из чугуна ротор из высококачественной стали.

12. Бункера серы 1а 1б 23 – стальные внутри обложены дюралюминием для исключения искрообразования. V=15 мз. Оснащены форсунками для смачивания серы. Бункера 1а 1б оборудованы решеткой 100*100 мм.

13. Ленточные транспортеры; поз. 2а – длина 18 7м; поз 2б – 10м; поз. 8а – длина 140м; поз. 21 – длина 140 м; поз. 24 – ленточный питатель.

Все транспортёры оснащены лентой 2РШ – 800 – 4. винтовой конвейер поз. 3а – длина 5м. Транспортёры ограждены по всей длине включая барабаны.

14. Грейферный кран поз. 12. Грузоподъёмность - 16 т пролет - 28 5 м емкость грейфера – 3м3.

N1- 70кВт n = 735 oб/мин.

N2- 10кВт n = 945 oб/мин.

N3- 35кВт n = 730 oб/мин.

15. Маневровое устройство (поз. 13) скорость движения 0.14м/сек или 0.5 км/час N = 7.5кВт n = 1000


2.Описание функциональной схемы автоматизации.

Для автоматического поддержания и контроля режимов работы печи обжига серы необходимо ее оснастить контрольно измерительной аппаратурой и автоматикой:

- измерительные (первичные) приборы;

- преобразователи в унифицированный электрический сигнал;

- микроконтроллер;

- магнитные реверсивные пускатели;

- исполнительные механизмы.

Система регулирования предусматривает:

- дистанционное управление каждым регулирующим органом;

- автоматическое поддержание заданных технологических параметров;

- ручное изменение заданий.

Система автоматизации процесса получения серного ангидрида предусматривает следующие контура управления:

- поддержание температуры выходящего газа на уровне 1050С;

- поддержание расхода воздуха.

Входным параметром участка обжига серы является количество серы подаваемой ленточным транспортером (поз. 24) в печь (поз. 101). В печи серы сгорает выделяя газ SO2 и теплоту Q. Так как температура выходящего газа из печи недолжна превышать 1055С выбирается датчик термопара «ТХА -8». В связи с тем что значение температуры необходимо ввести в

микроконтроллер необходим нормирующий преобразователь «БУТ- 10». На выходе нормирующего преобразователя унифицированный токовый сигнал (от 0 до 5 мА). Выходной сигнал преобразователя непосредственно передается на вход микроконтроллера. Информация о температуре выходящего серного ангидрида микроконтроллером сравнивается с заданием микроконтроллер изменяет значение токового выхода (от 0 до 5мА) поступающего на вход магнитного усилителя. В свою очередь магнитный усилитель преобразует входной сигнал. В постоянное напряжение поступающее на якорную цепь двигателя постоянного тока. При изменении входного сигнала (от 0 до 5 мА) изменяются обороты двигателя (от 30 до 500об/мин).

Страницы: 1 2 3