Разработка информационной схемы для процесса абсорбции диацетилена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается процесс процесса производства ацетилена. Ацетилен применяется в промышленности в качестве горючего для газовой сварки и резки металлов, а также в качестве сырья для различных химических производств.

Он является химическим соединением углерода и водорода. Технический ацетилен представляет собой бесцветный газ с резким характерным запахом. Длительное вдыхание его вызывает головокружение, тошноту и может привести к отравлению. Ацетилен легче воздуха, хорошо растворяется в различных жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне. Ацетилен при сгорании в смеси с чистым кислородом дает пламя температурой 3050-- 3150°.Чистый ацетилен при охлаждении сжижается при -83,8° С, а при дальнейшем понижении температуры быстро затвердевает. Он умеренно растворим в воде (1150 мл в 1 л воды при 15° С и атмосферном давлении) и хорошо в органических растворителях, особенно в ацетоне (25 л в 1 л ацетона при тех же условиях и 300 л под давлением 12 атм). Термодинамический ацетилен неустойчив; он взрывается при нагревании до 500° С, а при обычной температуре - при повышении давления до 2 атм. Поэтому его хранят в баллонах, наполненных пористым инертным материалом, который пропитан ацетоном. Ацетилен используют для так называемой автогенной сварки и резки металлов. Для этого нужны два баллона с газами -- с кислородом (он окрашен в голубой цвет) и с ацетиленом (белого цвета). Газы из баллонов поступают в специальную горелку. Еще в 1895 году было обнаружено, что при сгорании ацетилена в кислороде получается очень горячее пламя; максимальная его температура (3200° С) достигается при содержании ацетилена 45% по объему. В таком пламени очень быстро расплавляются даже толстые куски стали. Также, ацетилен может служить исходным продуктом для синтеза многих более сложных органических соединений. Эта область применения ацетилена в настоящее время является самой обширной. Ацетилен - реакционно-способное соединение, вступающее в многочисленные реакции. Химия ацетилена богата. Из него можно получить сотни разнообразных соединений. Недаром из общего объема производства ацетилена примерно 70% используют для промышленного органического синтеза, а 30% -- для сварки и резки металлов.

Применение ацетилена для газопламенной обработки металлов испытывает сильную конкуренцию со стороны более доступных горючих газов (природный газ, пропан-бутан и тд.). Однако, преимущество ацетилена - в самой высокой температуре горения, которая достигает 3100 ° С. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.

1. Краткое описание производства, включающего рассматриваемый технологический процесс

Отделение компрессии и пиролиза. Природный газ за ранее нагретый в подогревателе , подается в реактор. Высочайшая температура в реакторе (1400-1500 °С), нужная для разложения метана с образованием ацетилена, достигается в итоге сжигания части этого газа. Нужный для горения кислород сжимается в турбокомпрессоре и греется в подогревателе.

Для стабилизации процесса горения в реактор добавочно беспрерывно вводят маленькое количество кислорода (стабилизирующий кислород). Реакция получения ацетилена при больших температурах обратима. Чтоб избежать оборотной реакции, снижают температуру в нижней части реактора введением прохладной воды (закалка).Газы пиролиза содержат ацетилен (7-8%) и ряд остальных товаров. Сажа из нижней части реактора выводится при помощи отделителя сажи .Из реактора газы пиролиза поступают в скруббер, где проводится их предстоящее остывание и чистка от сажи. Электрофильтр узкой чистки обеспечивает фактически полную чистку газов пиролиза от сажи.

Отделение компрессии газов пиролиза. Газы пиролиза, охлажденные в холодильнике, подаются в шестиступный компрессор , где сжимаются до давления 0,9 MПа. В турбину компрессора, которая служит его приводом, подается синтез-газ, отогнанный от газов пиролиза. Создание требуемого припаса синтез-газа обеспечивается в газгольдере . Синтез-газ греется в теплообменнике. Опосля турбины он направляется к пользователю и «на свечу».

Отделение концентрирования. Сжатый газ пиролиза поступает в абсорбционную колонну, орошаемую диметилформамидом. В колонне растворитель поглощает весь диацетилен и маленькое количество ацетилена. Насыщенный впитывающий компонент подается в десорбционную колонну , где в итоге понижения давления и отдувки синтез-газом выделяется растворенный ацетилен. Выделившийся газ (циркуляционный) направляется во поглощающую линию компрессора.

Для отгонки оставшегося в растворителе диацетилена служит десорбционная колонна. Процесс в данной колонне ведется при завышенной температуре в вакууме и при наличии сиитеза-газа. Подходящая температура в колонне достигается нагреванием насыщенного растворителя в теплообменнике и нагреванием синтез-газа острым паром; вакуум создается вакуум-насосом. Газы пиролиза опосля отмывки от диацетилена направляются в абсорбционную колонну, где диметилформамидом поглощаются ацетилен, высшие ацетиленовые углеводороды, также маленькое количество синтез-газа. Основная часть синтез-газа выводится из высшей части колонны. Насыщенный впитывающий компонент из колонны подается в высшую часть десорбционной колонны , где в итоге понижения давления из раствора диметилформ-амида выделяется большая часть плохо растворимых газов (циркуляционный газ). Эти газы отводятся из высшей части колонны. Диметилформамид стекает в куб колонны навстречу ацетилену-сырцу, который подается в среднюю часть колонны.

Ацетилен-сырец состоит в главном из ацетилена с примесями высших ацетиленовых углеводородов. Эти примеси поглощаются диметилформамидом. Получаемый в итоге поглощения ацетилеи-концентрат направляется в промыватель, где от него водой отмываются пары диметилформамида. Отводимый диметилформамид ворачивается в колонну. Растворитель из куба десорбера подается в теплообменник , где нагревается до 104 °С, и поступает в высшую часть десорбционной колонны. За счет понижения давления и увеличения температуры в данной колонне происходит выделение ацетилена из диметилформамида. Ацетилен отводится из высшей части колонны. Издесорбера растворитель стекает в вакуум-десорбциониую колонну. Вакуум в данной колонне создается компрессором. Отсасываемый компрессором ацетилен-сырец направляется в десорбер, а растворитель из куба колонны стекает в испаритель. В этом аппарате из диметилформамида испаряется вода. Парогазовая смесь, выводимая из испарителя, со стоит из паров воды и растворителя, также высших ацетиленовых углеводородов. Она поступает на вспомогательную колонну (на схеме не показана) для разгонки.

2.Анализ технологического процесса, как объекта автоматизации

Показателем эффективности процесса пиролиза является выход ацетилена, а целью управления - поддержание его на данном значении. Выход ацетилена определяется составом природного газа, температурой в реакторе и временем пребывания природного газа в зоне реакции. С конфигурацией состава природного газа в объекте появляются возмущения. Для того чтоб при наличии этих возмущений метан, находящийся в природном газе, стопроцентно вступил в реакцию, температуру в реакторе не стабилизируют, а изменяют зависимо от концентрации метана в газах пиролиза.

Эта температура определяется количеством сжигаемого газа, которое в свою очередь зависит от количества кислорода, подаваемого в реактор. Для грубого регулирования соотношения расходов природного газа и кислорода устанавливают регулятор соотношения расходов природного газа и основного потока кислорода. Четкое регулирование осуществляется двухконтурной системой, в какой главным является регулятор концентрации метана в газе пиролиза, а вспомогательным - регулятор расхода кислорода в байпасной полосы.

Для стабилизации пламени в горелках реактора поддерживают неизменный расход стабилизирующего кислорода с помощью регулятора расхода. С данной же целью поддерживают неизменными температуры природного газа и кислорода. Для полного прекращения разложения ацетилена температуру газов пиролиза стабилизируют конфигурацией расхода прохладной воды, вводимой в реактор на закалку. Время пребывания природного газа в зоне реакции зависит от скорости прохождения газа через реактор, которая определяется манометрическим режимом реактора.

Для поддержания обычного манометрического режима устанавливают регуляторы давления природного газа и кислорода. При всем этом давление кислорода в нагнетательной полосы турбокомпрессора стабилизируется дросселированием его из нагнетательной во всасывающую магистраль. Данная степень чистки газов пиролиза от сажи в скруббере достигается установкой регулятора расхода воды, подаваемой в скруббер.

2.1 Описание схемы технологического процесса

Сжатый газ пиролиза поступает в абсорбционную колонну, орошаемую диметилформамидом. В колонне растворитель поглощает весь диацетилен и маленькое количество ацетилена. Насыщенный впитывающий компонент подается в десорбционную колонну , где в итоге понижения давления и отдувки синтез-газом выделяется растворенный ацетилен. Выделившийся газ (циркуляционный) направляется во поглощающую линию компрессора.Для отгонки оставшегося в растворителе диацетилена служит десорбци-онная колонна . Процесс в данной колонне ведется при завышенной температуре в вакууме и при наличии сиитеза газа. Подходящая температура в колонне достигается нагреванием насыщенного растворителя в теплообменнике и нагреванием синтез-газа острым паром; вакуум создается вакуум-насосом. Газы пиролиза опосля отмывки от диацетилена направляются в абсорбционную колонну , где диметилформамидом поглощаются ацетилен, высшие ацетиленовые углеводороды, также маленькое количество синтез-газа. Основная часть синтез-газа выводится из высшей части колонны. Насыщенный впитывающий компонент из колонны подается в высшую часть десорбционной колонны , где в итоге понижения давления из раствора диметилформ-амидавыделяется большая часть плохо растворимых газов (циркуляционный газ). Эти газы отводятся из высшей части колонны. Диметилформамид стекает в куб колонны навстречу ацетилену-сырцу, который подается в среднюю часть колонны. Ацетилен-сырец состоит в главном из ацетилена с примесями высших ацетиленовых углеводородов. Эти примеси поглощаются диметилформамидом. Получаемый в итоге поглощения ацетилеи-концентрат направляется в промыватель, где от него водой отмываются пары диметилформамида. Отводимый диметилформамид вворачивается в колонну. Растворитель из куба десорбера подается в теплообменник , где нагревается до 104 °С, и поступает в высшую часть десорбционной колонны. За счет понижения давления и увеличения температуры в данной колонне происходит выделение ацетилена из диметилформамида. Ацетилен отводится из высшей части колонны. Из десорбера растворитель стекает в вакуум-десорбциониую колонну. Вакуум в данной колонне создается компрессором. Отсасываемый компрессором ацетилен-сырец направляется в десорбер, а растворитель из куба колонны стекает в испаритель. В этом аппарате из диметилформамида испаряется вода. Парогазовая смесь, выводимая из испарителя, со стоит из паров воды и растворителя, также высших ацетиленовых углеводородов. Она поступает на вспомогательную колонну (на схеме не показана) для разгонки.

2.2 Разработка и анализ информационной схемы для абсорбционной колонны

В общем виде информационная схема любого процесса может быть представлена в виде схемы, изображенной на рисунке 2.2

Рисунок 2.2-Информационная схема технологического процесса

Из рисунка видно, что процесс как объекта управления характеризуется тремя основными группами переменных.

1) Вектор регулируемых и контролируемых переменных - совокупность параметров, характеризующих состояние процесса. Эти параметры необходимо стабилизировать или изменять по определённым законам. Как правило, они измеряются непосредственно, но в некоторых случаях они определяются по косвенным измерениям или вычисляются по адекватной математической модели процесса.

2) Вектор управляющих воздействий - совокупность параметров, изменение которых может воздействовать на процесс с целью управления. Обычно это расходы компонентов, промежуточных или готовых продуктов, частота вращения или положение различных объектов.

3) Вектор возмущающих воздействий. На каждый технологический процесс оказывают влияние различные возмущения, действие которых не связано с управлением процессом. Они могут быть внешними (например, температура окружающей среды) и внутренними, контролируемыми и неконтролируемыми, носит случайный и систематический характер.

Изучение литературных источников позволило определить основные составляющие векторов X,Y,Z для одного из основных аппаратов процесса - абсорбционной колонны(АК). Эти переменные сведены в таблицы 2.1, 2.2, 2.3.

Таблица 2.1 - Управляющие воздействия (вектор X)

3. Синтез каскадной АСР

3.1 Постановка задачи синтеза

Целью синтеза является определение структуры и параметров АСР, обеспечивающих устойчивость и необходимые показатели качества регулирования при типовых внешних возмущающих воздействиях. Процедура подразделяется на этапы структурного и параметрического синтеза.

Структурный синтез подразумевает, во-первых, выбор структуры АСР, которая определяется свойствами технологического процесса, как объекта регулирования и, во-вторых, определение структуры регуляторов (законов регулирования). Параметрический метод синтеза состоит в расчете оптимальных параметров (настроек) регуляторов (ОНР), обеспечивающих требуемое качество регулирования при заданной структуре АСР[3].

Каскадные системы применяются для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования или большим запаздыванием по каналу управления. Данные системы применяются в том случае, если можно выбрать промежуточную координату с лучшими динамическими свойствами и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основной координаты. В этом случае в систему регулирования включают два регулятора: основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора. В системах такого типа стабилизация вспомогательных величин способствует более качественному регулированию основной величины.[2]

Задачей синтеза является выбор оптимальной структуры, обеспечивающей требуемое качество регулирования, которое приведено в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Требуемое качество переходных процессов для одноконтурной и каскадной АСР