Способ управления процессом многоступенчатой абсорбции
Анализ технологического процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона как объекта управления. Основные технологические стадии получения продукта. Синтез системы автоматического управления технологическим процессом. Разработка панели для SCADA.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 10.04.2011 |
Размер файла | 5,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Путь к автоматизированным заводам
Автоматизированная система управления производством (АСУП, Computer Integrated Manufacturing -- CIM) стала ключевой концепцией автоматизации производственных процессов. Подразумевается объединение всех потоков информации, связанной с производственной деятельностью предприятия. Следует, конечно, заметить, что далеко еще то время, когда целый завод можно будет включить нажатием одной кнопки (и даже еще не ясно, необходимо ли добиваться этого).
Реализация АСУП -- не простая задача. Автоматизация не значит "все или ничего", это -- постоянное усовершенствование и развитие. И такое развитие не ограничено рамками фабрики или завода. В качестве примера весьма показательно сравнить изменения в производстве автомобилей за последние десять лет в США, Европе и Японии. В Японии параллельно с внедрением автоматизации новые модели автомобилей проектировались так, чтобы их было проще производить. В Европе прогрессивные изменения вводились на существующих заводах. В США подход заключался в том, чтобы автоматизировать все и сразу и чтобы старые операции выполнялись машинами вместо рабочих. Результат конкуренции был следующим: на заводах Toyota около 100000 рабочих выпускали почти столько же автомобилей в год, сколько более полумиллиона -- на заводах General Motors (и тем не менее в Японии цифры безработицы держатся ниже, чем в Европе и США). Позднее и европейские, и американские производители хорошо усвоили японские уроки. К сегодняшнему дню конкуренция между всеми производителями усилилась.
Мораль истории заключается в том, что "системное мышление" не ограничивается технологией производства, а включает огромное множество других факторов, которые, возможно, более трудно определить и описать, но которые не менее важны для конечного результата. Постоянное сравнение предполагаемого решения с поставленными целями является обязательной процедурой.
Другим примером является производство широко известных швейцарских наручных часов Swatch, где решающую роль сыграло изменение конструкции. Вначале было резко сокращено количество монтируемых деталей, что в свою очередь сделало возможным массовое производство и, следовательно, существенное снижение цены этого высококачественного изделия.
АСУП -- это не набор программ, который можно приобрести в готовом виде или специально адаптировать к определенной производственной ситуации. Вся деятельность предприятия должна быть спланирована и организована таким образом, чтобы технологии автоматического управления были сначала внедрены на уровне производственных участков и затем постепенно распространялись бы в другие области. Внедрение АСУП не является быстрым решением -- его следует рассматривать скорее как эволюцию, нежели революцию.
Японский принцип организации производства сконцентрирован в знаменитом лозунге "Точно в срок" (Just-in-Time -- JIT). Такая организация производства применяется для снижения объема запасов и складов, т. е. промежуточных накопителей между станками и между предприятиями. Этот принцип основан на поставке компонентов точно в тот момент, когда они необходимы. Крупные компании, особенно в автомобильной промышленности, могут, таким образом, обходиться без больших и дорогостоящих складских помещений.
Впервые JIT-принцип был применен на заводах Toyota. Он сочетает социально-экономические факторы с техническими методами и принимает во внимание как информационные технологии, так и распределение ответственности между персоналом предприятия и поставщиками. Воплощение принципов JIT -- это продолжительный и дорогостоящий процесс, на конвейерах Toyota он занял около десяти лет.
Дополнительным аргументом внедрения метода JIT было то, что накопление запасов на складах скрывает проблемы производства. Для объяснения этого подхода японские специалисты использовали следующую аналогию. Буферные склады подобны воде в гавани, а дно представляет собой проблемы. Буфер-вода скрывает профиль дна, и корабль может налететь на невидимые скалы. Если же уровень воды низкий, то дно легко просматривается, и при необходимости можно выполнить обходные маневры. Подобным образом, если промежуточные хранилища исключены из производственного процесса, то проблемные области становятся яснее, поэтому необходимое решение найти проще. Для европейских и американских компаний основной целью является извлечение быстрой прибыли на существующих рынках. Проектирование и маркетинг сфокусированы на этой цели, а главный объект внимания -- это производимые товары.
Каждая медаль имеет оборотную сторону. Благодаря внедрению JIT склады компаний-заказчиков сократились, однако склады поставщиков увеличились. Поскольку склады частично переместились на улицы (транспортировка), то возросла интенсивность дорожного движения. Проблемы доставки, связанные с перемещением по городу, настолько сильно влияют на транспортные связи, что лозунг "Точно в срок" все больше и больше превращается во что-то вроде "Точно в пробку" (Just-in-Line). Так что приведенное выше сравнение можно продолжить -- когда уровень воды низкий и морское дно обозримо, возникает несудоходное мелководье. Фактически высокая зависимость концепции JIT от внешних факторов с течением времени привела к тому, что компании Toyota, Nissan и их последователи опять стали сооружать склады на новых заводах.
Вычислительная техника работает как усилитель информации и, следовательно, усугубляет и положительные и отрицательные стороны процесса или системы. При помощи ЭВМ то, что работает удовлетворительно, будет работать лучше, но то, что работало плохо, перестанет работать вообще. Техника никогда не должна становиться самоцелью, замыкаться сама на себя. Кофеварку можно снабдить микропроцессором, но это не означает, что кофе будут пить иначе, чем если вода для его приготовления кипятилась на плите. Главным является точное определение достижимых целей и проектирование соответствующего инструментария или автоматизированной фабрики. Цели должны быть ясно обозначены, например:снижение времени на производство единицы продукции с 2 часов до 45 минут;снижение затрат на производство единицы продукции на 10 %;управление качеством: снижение брака с 20 % до 5 %;снижение времени простоев (когда станок не используется, поскольку предыдущий не закончил операцию) на 50 %.
Если таких целей нельзя достигнуть с помощью автоматизации, или существуют другие, не связанные с автоматизацией решения, то лучше и не автоматизировать!
1. АНАЛИЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Основные технологические стадии получения продукта
Циклогексанон является промежуточным продуктом в синтезе капролактама из бензола.
Получается циклогексанон из бензола методом гидрирования бензола водородом до циклогексанола с последующим окислением циклогексанола кислородом воздуха в присутствии катализатора нафтената кобальта[6].
В результате окисления образуются циклогексанон и циклогексанол . Циклогексанол превращается в циклогексанон методом дегидрирования на медно-магниевом или цинкохромовом катализаторе.
Проектная мощность производства 50 тысяч тонн в год в пересчете на капролактам.
Технологический процесс получения циклогексанона включает следующие стадии:
1. Процесс распределения пара, азота, воды. (стадия 0).
2. Гидрирование бензола (стадия 100).
3. Окисление циклогексанона (стадия 200). В стадию 200 входят следующие подстадии: 3.1 процесс окисления циклогексана; 3.2 процесс нейтрализации продуктов окисления; 3.3 процесс отмывки кислот из оксидата; 3.4 процесс выделения циклогексанона и циклогексанола; 3.5 процесс отгонки циклогексана в корпусе 3002, 3003; 3.6 процесс отгонки циклогексана в корпусе 3008; 3.7 процесс абсорбции циклогексана; 3.8 процесс очистки сбросных газов окисления; 3.9 процесс отгонки циклогексанона и циклогексанола из щелочных стоков и «Х»-масел.
4. Разделение продуктов окисления и продуктов дегидрирования (стадия 300). В стадию 300 входят следующие подстадии: 4.1 омыление эфиров; 4.2 экстракция солей; 4.3 отгонка циклогексана и воды; 4.4 получение циклогексанона-сырца; 4.5 отгонка спиртовой фракции; 4.6 получение циклогексанона-ректификата; 4.7 получение циклогексанола-ректификата.
5. Дегидрирование циклогексанола (стадия 600). В стадию 600 входят следующие подстадии: 5.1 Процесс получения циклогексана. 5.2 Процесс очистки циклогексана. 5.3 Процесс дегидрирования циклогексанола.
6. Склад промежуточных продуктов (стадия 500).
После каждой стадии продукт поступает в соответствующую емкость промсклада и оттуда дальше на соответствующую стадию. Таким образом, стадии не связаны непосредственно одна с другой, а представляют собой самостоятельные установки. Имеется несколько линий связи только у стадии 200 и 300 между собой. Все общецеховые коммуникации (распределение пара, азота, воды, конденсата) собраны в стадию “0”.Цех состоит из двух корпусов, 3002 и 3003, каждый из которых представляет агрегат производства циклогексанона, включающий все стадии, в том числе и стадию “0”. Общим для цеха является только промежуточный склад (стадия 500).На каждом корпусе установка дегидрирования состоит из двух агрегатов (общее их количество - 4, остальных стадий по 2).
Циклогексанон технический - легковоспламеняющаяся, бесцветная, маслянистая прозрачная жидкость с характерным запахом.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Эмпирическая формула С6 Н10 О
Структурная формула
Относительная молекулярная масса |
98,144 |
|
Плотность при 20 С |
948 кг/м3 |
|
Температура плавления |
40,2 С |
|
Температура кипения |
155,6 С |
|
Растворимость в воде при 40 С |
0,08 кг на 1 кг воды. |
|
Растворимость воды в циклогексаноне при 40 С |
0,078 кг на 1 кг циклогексанона. |
Циклогексанон с водой образует азеотропную смесь состава: массовая доля воды - 55,3 %, массовая доля циклогексанона - 44,7 %.
Температура кипения азеотропной смеси 97 С
Циклогексан
Химическая формула |
C6H12 |
|
Молярная масса |
84.16 г/моль |
|
Плотность |
0.779 г/см? |
|
Температура плавления |
6.5 °C |
|
Температура кипения |
80.74 °C |
Циклогексан -- органическое вещество класса циклоалканов. Хим. формула -- C6H12
Получение
Получают гидрированием бензола в жидкой фазе при t 150--250 °C и 1-2,5 МПа (выход 99 %), а также выделяют ректификацией из нефтепродуктов.
Для уменьшения количества циклогексанона, передаваемого циклогексану при контакте последнего с реакционными газами, предусмотрена предварительная абсорбция циклогексанона из реакционных газов циклогексаном.
Для очистки от циклогексана реакционных газов, поступающих из скруббера - конденсатора поз. К 203 и газов дросселирования после колонны отгонки циклогексана поз. К 220 используются абсорбер высокого давления поз. К 232 и абсорбер низкого давления поз. К 238 соответственно.
К 203, поступают в абсорбер поз. К 232 для дополнительного извлечения из них циклогексана.
Объемная доля циклогексана в реакционных газах на входе в абсорбер составляет около 5 %. Температура газов не более 50 °С.Абсорбер поз. К 232 колонный аппарат насадочного типа. Насадка - фарфоровые кольца Рашига 25 х 25 х 3 мм. Абсорбер работает при давлении от 0,75 до 0,95 МПа. Реакционные газы проходят через абсорбер снизу вверх навстречу стекающему по насадке абсорбенту и через регулятор давления поз. РRCA 225 сбрасываются на установку каталитической очистки газов от окиси углерода корпуса 3008/1.
Абсорбция осуществляется смесью циклогексанона и циклогексанола, в которой хорошо растворяется циклогексан при низкой температуре. В качестве абсорбента используются продукты дегидрирования или кубовая жидкость колонны отгонки циклогексана поз. К 357. Абсорбент подается из емкостей поз. Е 506/1,2,3 отделения органических полупродуктов корпуса 3004 или со стадии 300 насосом поз. Н 362/1,2 в сборник поз. Е 233 по уровню поз. LRСSА 213, предварительно охлаждаясь в теплообменнике поз. Т 276 абсорбентом, поступающим из абсорбера поз. К 238 на омыление, и в холодильнике поз. Т 219 захоложенной водой до 20 °С. Расход абсорбента регулируется регулятором расхода поз. FRCA 221. Перед абсорбером абсорбент охлаждается до температуры не более 20 °С в холодильнике поз. Т 235 захоложенной водой. Часть абсорбента - до 0,5 м3/ч, после холодильника поз. Т 235 подается в отделение гидрирования бензола.
В кубовой части абсорбера поз. К 232 поддерживается постоянный уровень регулятором поз. LRCSA 209 - клапан на линии выдачи отработанного абсорбента в абсорбер поз. К 238.
Для создания благоприятного температурного режима (температура в кубовой части абсорбера 25 °С ) и снятия тепла реакционных газов и тепла абсорбции часть отработанного абсорбента подается насосом поз. Н 236 через холодильник поз. Т 237, где охлаждается захоложенной водой до температуры не более 20 °С, в среднюю часть абсорбера. при уменьшении уровня абсорбента в кубе абсорбера поз. К 232 до 10 % - поз. LRСSA 209;
Отработанный абсорбент, содержащий до 25 % циклогексана, по уровню в кубовой части абсорбера поз. К 232 дросселируется в кубовую часть абсорбера низкого давления поз. К 238. При этом из абсорбента выделяются газы дросселирования, насыщенные циклогексаном.
В кубовую часть абсорбера поз. К 238 подаются также насыщенные циклогексаном газы дросселирования из колонны отгонки циклогексана поз. К 220. Газы дросселирования из колонны поз. К 220 корпуса 3008 могут подаваться в абсорбер поз. К 238 корпуса 3002 или 3003.
Абсорбер поз. К 238 представляет собой царговую колонну с колпачковыми тарелками и работает в режиме:давление верха не более 39 кПа;температура верха и куба не более 25 °С;
Абсорбент в абсорбер поз. К 238 подается также насосом поз. Н 234/1,2 через холодильник поз. Т 240, где охлаждается захоложенной водой до 15 °С.
Расход абсорбента, подаваемого в абсорбер поз. К 238, поддерживается регулятором поз. FRCA 222.Газы дросселирования после абсорбера поз. К 238 с объемной долей циклогексана не более 0,1 % направляются на факельную установку стадии 200 корпуса 3010. К 238 на факельную установку стадии 100 корпуса 3008/2. Сброс осуществляется через клапан регулятора давления поз. PRCА 226. На случай аварийной остановки при отказе клапана поз.
Рис. 1.1 Технологический объект
1. скруббер-конденсатор - К 203;
2. -абсорбер циклогексана высокого давления - К 232;
3. - абсорбер циклогексана низкого давления - К 238;
4. - ректификационные колонны - К 220;
5. - теплообменники: - Т 235; Т 237; Т 240; Т 276;
6. -сборник - Е 233;
7. -насос - Н 234/1,2; Н 241/1,2; Н 236/1,2;
8. - вр - вентель регулирующий;
9. - вз - отсекатель;
Исходя из технологической схемы процесса, описанной выше, можно составить схему материальных потоков и их информационных переменных (рисунок 1.1).
1.2 Режимы работы оборудования: пуск; остановка; аварийная остановка
Остановка цеха должна быть проведена в следующей последовательности:
В цехе могут возникнуть следующие аварийные ситуации:отключение электроэнергии;прекращение подачи воздуха КИП;прекращение подачи охлаждающей воды;прекращение подачи пара;прекращение подачи азота для азотного дыхания выход технологического параметра за критическое значение, в том числе повышение давления в аппаратах выше разрешенного;
выброс продукта вследствие разгерметизации, разрушения аппаратов и трубопроводов;
взрыв;
пожар;
отказ системы блокировок и сигнализации; отказ системы управления, контроля и сигнализации;
отключение электропитания ЦПУ корпуса 3001 и контроллеров корпуса 3002, 3003.
При вышеперечисленных аварийных ситуациях необходимо произвести аварийную остановку цеха согласно инструкции «По аварийной остановке цеха циклогексанон-2», являющейся составной частью плана локализации и ликвидации инцидентов и аварий в цехе циклогексанон-2.
Аварийное состояние производства, способы предупреждения и устранения
Вид аварийного состояния производства, стадий, оборудования |
Причины возникновения аварийного состояния |
Действия персонала по предотвращению или устранению аварийного состояния |
|
34 Уровень в кубе абсорбера поз. К 238 - поз. LRCSA 210 более 80 %. |
34.1 Неисправность регулятора уровня поз. LRCSA 210. 34.2 Неисправность или остановка основного насоса поз. Н 241/1,2. 34.3 Неисправность регулятора расхода абсорбента на колонну поз. К 238 - поз. FRCA 222. |
34.1.1 Проверить работу регулятора уровня поз. LRCSA 210. 34.2.1 Включить в работу резервный насос поз. Н 241/1,2. 34.3.1 Проверить работу регулятора расхода -поз. FRCA 222. |
|
35 Уровень в кубе абсорбера поз. К 238 - поз. LRCSA 210 менее 30 %. |
35.1 Неисправность регулятора уровня поз. LRCSA 210 в колонне поз. К 238. 35.2 Неисправность регулятора уровня поз. LRCSA 209 в колонне поз. К 232. 35.3 Неисправность регулятора расхода абсорбента на колонну поз. К 238 - поз. FRCA 222. |
35.1.1 Проверить работу регулятора уровня поз. LRCSA 210. 35.2.1 Проверить работу регулятора уровня поз. поз. LRCSA 209. 35.3.1 Проверить работу регулятора расхода - поз. FRCA 222. |
|
36 Температура в кубе абсорбера поз. К 238 - поз. Т 228 более 50 С. |
36.1 Недостаточная конденсация паров циклогексана в конденсаторах поз. Т 223, Т 224, Т 225. 36.2 Количество подаваемого абсорбента на орошение абсорбера - поз. FRCA 222 менее 1,0 м3/ч. 36.3 Температура абсорбента, подаваемого на орошение абсорбера на выходе из холодильника поз. Т 240 - поз. ТRА 233 более 15 С. 36.4 Наличие воды в питании колонны поз. К 220. |
36.1.1 Проверить работу воздушных конденсаторов поз. Т 223/1,2,3 и подачу воды в конденсаторы поз. Т 223/4, Т 224, Т 225. Произвести разгрузку агрегата окисления. 36.1.2 Остановить агрегат окисления для чистки Т 223/4, Т 224, Т 225. 36.2.1 Проверить работу регулятора количества абсорбента поз. поз. FRCA 222. 36.3.1 Проверить подачу захоложенной воды на холодильник поз. Т 240. Проверить температуру захоложенной воды на входе в цех и через мастера смены цеха капролактам-2 отрегулировать ее температуру. 36.4.1 Проверить работу узла нейтрализации. |
|
37 Давление сбросных газов на выходе из абсорбера поз. К 238 - поз. РRСА 226 более 39 кПа. |
37.1 Неисправность регулятора давления сбросных газов поз. РRСА 226. 37.2 Недостаточная конденсация паров циклогексана в конденсаторах поз. Т 223, Т 224, Т 225. |
37.1.1 Проверить работу регулятора давления сбросных газов поз. РRСА 226, переведя их выдачу по байпасу на факельную установку корпуса 3010. 37.2.1 Проверить работу воздушных конденсаторов поз. Т 223/1,2,3 и подачу охлаждающей воды в конденсаторы поз. Т 223/4, Т 224, Т 225. Произвести остановку агрегата окисления для чистки трубчатки конденсаторов поз. Т 223/4, Т 224, Т 225 |
|
38 Объемная доля циклогексана в сбросном газе на выходе из абсорбера поз. К 238 - поз. Q 243 более 0,1 %. |
38.1 Недостаточная конденсация паров циклогексана в конденсаторах поз. Т 223, Т 224, Т 225. 38.2 Количество абсорбента, подаваемого на орошение колонны поз. К 238 - поз. FRCА 222 менее 1,0 м3/ч. 38.3 Температура сбросных газов на выходе из абсорбера поз. К 238 - поз. TRA 227 более 25 С. 38.4 Температура абсорбента, подаваемого на орошение колонны поз. К 238 -поз. TRA 233 выше 15 С. |
38.1.1 Проверить работу воздушных конденсаторов поз. Т 223/1,2,3, подачу охлаждающей воды в конденсаторы поз. Т 223, Т 224, Т 225. При забивке конденсаторов произвести остановку агрегата окисления, для чистки конденсаторов. 38.2.1 Проверить работу регулятора количества абсорбента поз. FRCА 222. 38.2.2 Увеличить количество абсорбента подаваемого на колонну поз. К 238. 38.3.1 Увеличить подачу захоложенной воды на холодильник поз. Т 225. Проверить температуру захоложенной воды на входе в цех. и через мастера смены цеха капролактам-2 отрегулировать ее температуру. 38.4.1 Увеличить подачу захоложенной воды на холодильник поз. Т 240. Проверить температуру захоложенной воды на входе в цех. и через мастера смены цеха капролактам-2 отрегулировать ее температуру. |
|
39 Уровень в кубе абсорбера поз. К 232 - поз. LRCSA 209 более 80 % или менее 20 %. |
39.1 Неисправность регулятора уровня поз. LRCSA 209 в кубе абсорбера поз. К 232. |
39.1.1 Проверить работу регулятора уровня поз. LRCSA 209. |
|
41 Объемная доля циклогексана в сбросном газе на выходе из абсорбера поз. К 232 - поз. Q 242 более 0,1 %. |
41.1 Температура сбросных газов на выходе из абсорбера поз. К 232 - поз. ТRSA 224 более 25 C. 41.2 Температура газов после скруббера поз. К 203 -поз. TRA 204 более 50 С. |
41.1.1 Проверить подачу абсорбента в верхнюю и среднюю части абсорбера поз. К 232. Проверить температуру свежего и циркуляционного абсорбента на выходе из холодильников поз. Т 235 и Т 237. Проверить температуру и давление захоложенной воды на входе в цех. 41.2.1 Согласно пункту № 40. |
Пуск оборудования в эксплуатацию после ремонта производится сменным персоналом по письменному распоряжению начальника цеха. Пуск узла абсорбции осуществляется при наличии продуктов дегидрирования в емкостях поз. Е 506/1,2,3 отделения органических полупродуктов корпуса 3004 или после пуска колонны отгонки циклогексана и воды поз. К 357 с использованием в качестве абсорбента продуктов дегидрирования или кубовой жидкости колонны поз. К 357. Если колонна поз. К 357 не работает и продукты дегидрирования в емкостях поз. Е 506/1,2,3 отсутствуют, предусмотрена возможность использования в качестве абсорбента воды из системы спутникового обогрева или конденсата из линии нагнетания насоса поз. Н 287/1,2, подаваемых в линию подачи абсорбента по шланговой перемычке. После пуска колонны поз. К 357 или накопления продуктов дегидрирования в емкостях поз. Е 506/1,2,3 отделения органических полупродуктов корпуса 3004 узел абсорбции переводится на использование в качестве абсорбента органических полупродуктов. Открывается регулятор уровня поз. LRCSA 213 арматура № 96, 96/1 и продуктами дегидрирования или кубовой жидкостью колонны поз. К 357 заполняется сборник поз. Е 233, кубовые части абсорбера поз. К 232 через арматуру № 9/2, 9/3, 9/4, 9/6 и регулятор расхода поз. FRCA 221 и абсорбера поз. К 238 через арматуру № 9/7, 9/8, 9/10 и регулятор расхода поз. FRCA 222. Устанавливается постоянная подача свежего абсорбента на абсорбера поз. К 232, К 238 (по 1,5 м3/ч) с выводом от насоса поз. Н 241/1,2 в сборник-смеситель поз. Е 335 через арматуру № 9/11, 9/12, 9/13, 9/15 и регулятор уровня поз. LRCSA 210.
1.3 Характеристика производства, план расположения основного технологического оборудования
План расположения оборудования должен показывать размещение средств технического обеспечения АСУТП на площадке.
План расположения средств технического обеспечения, выполняемый при разработке технического проекта, должен определять расположение пунктов управления и средств технического обеспечения, требующих специальных помещений или отдельных площадей для размещения.
Документ допускается включать в раздел "Структура комплекса технических средств" документа "Описание комплекса технических средств".
План расположения оборудования и проводок должен показывать планы и разрезы помещений, на которых должно быть указано размещение средств технического обеспечения Системы. Документ допускается включать в раздел "Структура комплекса технических средств" документа "Описание комплекса технических средств".
1.4 Особенности существующей системы управления
Особенностью данной системы является то что на объект не требуется устанавливать датчиков расхода (температуры и концентрации) исходной газовой смеси, которая подается в нижнюю часть абсорбера(высокого и низкого давления) с помощью компрессора, так как концентрация будет определяться подачей абсорбента в верху. Мы также экономим абсорбент который вторично подается в абсорберы высокого и низкого давления. В этом объекте: абсорбере низкого давления не устанавливаем датчик температуры, который измеряет температуру внутри абсорбера ,а также не устанавливаем датчик концентрации который должен измерять концентрацию циклогексанона на выходе из нашей системы. Экономия аналоговых и дискретных модулей ввода и вывода.
1.5 Литературный и патентный обзор
Литературный обзор.
1. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности под ред. Голубятников В.А., Шувалов В.В.:- М.:Химия,1991;
2. Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов. под ред. Мясковский И.Г.-М.:Стройздат.-1990.
3. Системы автоматического регулирования химико технологических процессов. под ред. Н.И. Гельперина.- М.
4. Патентный обзор.
Название |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИИ |
|
Номер публикации |
92002656 |
|
Страна |
RU |
|
Дата публикации |
1995.04.30 |
|
Имя изобретателя |
Кондрашов С.Н., Шумихин А.Г. |
|
РЕФЕРАТ Способ управления процессом многоступенчатой абсорбции относится к управлению технологическими процессами. Изобретение позволяет уменьшить дисперсию содержания воды в готовом продукте. Способ управления процессом многоступенчатой абсорбции предусматривает регулирование перепада давления каждой ступени изменением расхода рециркулирующей жидкости с коррекцией перепада давления I ступени по расходу газа, регулирование температуры каждой ступени изменением расхода хладагента в соответствующие холодильники, регулирование уровня низа колонны I ступени изменением расхода готового продукта на склад, регулирование уровня низа колонны III ступени изменением расхода конденсата в колонну. Затем проводят регулирование низа колонны II ступени изменением расхода бедного продукта в колонну, а регулирование содержания воды в готовом продукте - изменением расхода слабого продукта в колонну I ступени. |
Название |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИИ |
|
Номер публикации |
93044782 |
|
Страна |
RU |
|
Дата публикации |
1997.01.27 |
|
Имя изобретателя |
Кондрашов С.Н., Шумихин А.Г., Меренков В.Г. |
|
РЕФЕРАТ Изобретение относится к области управления технологическими процессами. Изобретение позволяет снизить энергозатраты для достижения заданной степени очистки газа в многоступенчатых процессах с жесткими ограничениями на состав жидкого продукта. В способе управления процессом многоступенчатой абсорбции путем изменения расхода орошающей жидкости в концевой абсорбер в зависимости от состава жидкого продукта и изменения расходов отводимой из абсорберов жидкости в зависимости от уровня в абсорберах, согласно изобретению, температуры орошающей жидкости в абсорберах регулируют в зависимости от расхода и заданной степени очистки газа изменением расходов хладагента в рециркулирующие теплообменники по ступеням абсорбции так, чтобы суммарный расход хладагента был минимальным. |
1.6 Требования к системе управления и параметрам, подлежащим контролю, регулированию(Таблица параметров контроля и регулирования с указанием диапазона изменения)
По многим причинам работу абсорбционной колонны чрезвычайно трудно регулировать. Обычная колонна имеет много контуров регулирования, работа которых во многом зависит от друг от друга. Надлежащий выбор контура регулирования важен для обеспечения эффективного функционирования колонны -- неправильное сочетание управляемых и контролируемых параметров может привести к сильным взаимодействиям и даже к нечувствительности работы установки в целом. Нормальная работа большинства колонн легко нарушается вследствие изменения погодных условий, а также колебаний параметров теплонесущей и охлаждающей сред. Правильный выбор системы регулирования может снизить чувствительность к таким возмущениям.
Факторы существенные для процесса абсорбции можно разделить на входные и выходные. К входным воздействиям относятся: C0 - концентрация циклогексанона в исходной газовой смеси; FГ - расход исходной газовой смеси; FА - расход абсорбента; TГ - температура газовой смеси; TА - температура абсорбента. Выходные параметры: C1 - концентрация циклогексанона в обедненном газе; P - абсолютное давление в колонне; L - уровень насыщенного абсорбента в нижней части колонны.
Рисунок 1.3 - Модель объекта
Показателем эффективности процесса абсорбции является концентрация извлекаемого компонента в обедненной смеси, а целью управления - достижение определенного значения этой концентрации при заданной производительности установки. Концентрация определяется разностью количеств извлекаемого компонента, поступающего в колонну с газовой смесью и поглощаемого из нее абсорбентом. При эксплуатации абсорбционной установки контролю подлежат концентрационный состав обедненного газа, абсолютное давление в абсорбционной колонне, уровень жидкости в нижней части колонны, температура свежего абсорбента. После анализа параметров технологического процесса, которые подлежат контролю и регулированию запишем в таблицу
№ |
Наименование установки |
Наименование параметра |
Единицы измерения |
Предел измерения |
Допустимое отклонение |
Контроль |
Регулирование |
|
1 |
Трубопровод реакционных газов то К203 |
Расход |
м3/ч |
100 |
±2% |
нет |
нет |
|
2 |
Трубопровод обеднённого газа из калонны К232 |
Концентрация |
% |
0.1 |
±7% |
да |
нет |
|
3 |
Абсорбер K232 |
Давление |
МПа |
0.95 |
±3% |
да |
да |
|
Уровень |
м |
1 |
±2% |
да |
да |
|||
Температура |
0С |
50 |
±2% |
да |
нет |
|||
4 |
Трубопровод абсорбента на входе в колонну К232 |
Расход |
м3/с |
3.19·10-3 |
±2% |
да |
да |
|
Температура чистого абсорбента, |
0С |
20 |
±0.5 |
да |
нет |
|||
5 |
Абсорбер K238 |
Давление |
МПа |
0.03 |
±3% |
да |
да |
|
Уровень |
м |
1 |
±2% |
да |
да |
|||
Температура |
0С |
25 |
±2% |
да |
нет |
|||
6 |
Емкость233 |
Уровень |
м |
1 |
±2% |
да |
да |
|
7 |
Трубопровод абсорбента на входе в колонну К238 |
Расход |
м3/с |
3.19·10-3 |
±2% |
да |
да |
|
Температура чистого абсорбента, |
0С |
20 |
±0.5 |
да |
нет |
|||
8 |
Трубопровод реакционных газов то К220 |
Расход |
м3/ч |
100 |
±2% |
да |
нет |
На основании выбранной структуры управления процессом осуществляется проектирование функциональной схемы.
1.7 Модели развития автоматизации производства
Регулирование концентрации извлекаемого компонента в насыщенном абсорбенте. Такая цель управления часто ставится при проведении процесса абсорбции в производстве кислот. В этом случае из газовой смеси необходимо поглощать такое количество компонента, которое бы обеспечило постоянство концентрации Yк. В качестве основного регулируемого параметра следует брать эту концентрацию (часто используют также плотность продукта), а регулирующее воздействие должно осуществляться изменением расхода абсорбента. При этом датчик состава с целью уменьшения запаздывания может быть установлен не на линии насыщенного абсорбента, а в кубе колонны [4].
Регулирование состава при переменном расходе газовой смеси. Если расход газовой смеси определяется технологическим режимом предшествующего процесса, то стабилизировать его нельзя, а изменения его являются для абсорбера сильными возмущениями. Для качественного регулирования процесса эти возмущения следует компенсировать до распространения их в объекте. Эту задачу решает регулятор соотношения расходов газовой смеси и абсорбента с коррекцией по концентрации Yк.Если на установку поступает смесь постоянного состава, то исключается одно из сильных возмущающих воздействий. Тогда достаточно вместо регулирования концентрации Yк ограничиться стабилизацией расходов газовой смеси и абсорбента. Если при этом расход газовой смеси изменяется во времени, устанавливают регулятор соотношения расходов газовой смеси абсорбента без коррекции по концентрации.
Регулирование процесса изотермической абсорбции. Некоторые процессы абсорбции протекают с большим выделением тепла, что ухудшает массопередачу. В связи с этим возникает необходимость в отборе части тепла из абсорбера, для чего устанавливают охлаждающие змеевики непосредственно в колонне. Расход хладоносителя, подаваемого в змеевик, должен определяться тепловым режимом всего абсорбера. Если змеевики установлены по всей высоте абсорбера, то параметром, характеризующим тепловой режим абсорбера, является температура хладоносителя на выходе из него. Если же змеевики установлены только в нижней части абсорбера, регулируемой величиной является температура насыщенного абсорбента.
Регулирование перепада давления в колонне. Некоторые конструкции абсорбционных колонн очень чувствительны к нарушению гидродинамического режима: даже незначительные изменения скорости газа в колонне ведут к неустойчивым режимам ее работы. В этих случаях следует стабилизировать не давление, а перепад давления в колонне изменением расхода обедненной газовой смеси.
Регулирование процесса при рецикле абсорбента. В некоторых случаях абсорбент, выходящий из куба колонны, лишь частично отбирается с установки, большая же часть его возвращается в колонну в качестве рецикла. Уровень в колонне при такой технологии регулируют изменением расхода насыщенного абсорбента, выводимого с установки, а концентрацию Yк---изменением расхода свежего абсорбента.
Регулирование по возмущению (использование многоконтурных систем). Если в объект поступают возмущения в виде изменения состава и расхода исходной смеси, то расход абсорбента целесообразно изменять в зависимости от этих параметров, т. е. использовать регулирование по возмущению. Благодаря использованию многоконтурных систем можно значительно улучшить качество регулирования процесса и при наличии других возмущений. В качестве вспомогательных параметров выбирают расход абсорбента -- при регулировании концентрации извлекаемого компонента в обедненной смеси; расход хладоносителя -- при регулировании температур газовой смеси и абсорбента, выводимых из холодильников; расход насыщенного абсорбента -- при регулировании уровня.
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Анализ технологического процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона как объекта управления
Процессы химической технологии - это сложные физико-химические системы, имеющие двойственную детерминированно-стохастическую природу, переменные в пространстве и во времени. Участвующие в них потоки вещества, как правило, многофазные и многокомпонентные. В ходе протекания процесса в каждой точке фазы и на границах раздела происходит перенос импульса, энергии, массы. Весь процесс в целом протекает в аппарате с конкретными геометрическими характеристиками, оказывающими, в свою очередь, влияние на характер этого процесса.
Цель процесса:получение очищенного газа с концентрацией (циклогексана и циклогексанона) равной (Q цик <= 0.1%) .
Участок абсорбции состоит из абсорбера высокого и низкого давления, (холодильников - № 1, № 2, № 3,№ 4 ,и емкости для абсорбента.
В нижнюю часть абсорбера высокого давления компрессором (двигателем M1) поступает газовая смесь состоящая: реакционных газов от скруббера конденсатора,газов дросселирования от теблообменика, (Fгаз = 4,0 9,4 м3/ч) и (Q цик = 5%) а верхнюю часть колонны насосом (двигателем M4) подается жидкая смесь состоящая:анола ректификата стадия 300 ,анола ректификата,а также абсорбент (в качестве абсорбента используются продукты дегидрирования или кубовая жидкость колонны отгонки циклогексана при T1= 20 °С и (Fаб1 = 20 - 80 м3/ч) в среднюю часть калонны подается кубовая жидкость при T3= 20 °С и (Fаб3 = 2 - 8 м3/ч), где происходит реакция поглощения газа жидкостью, в результате чего выделяется тепло. Реакция поглащения должна протекать при определенной температуре в нижнем (Т5=50°С) и в верхнем (Т6 =26°С) частях абсорбера.Сам процесс абсорбции протекает при (Т9=30°С). Давление в верхней части колонны на входе равно P1 =0.95 МПа). Охлаждение абсорбента происходит с помощью холодильников. Абсорбция осуществляется смесью циклогексанона и циклогексанола, в которой хорошо растворяется циклогексан при низкой температуре.
В нижнюю часть абсрбера низкого давления компрессором (двигателем M2) поступает газовая смесь состоящая: реакционных газов от ретификационной калонны, (Fгаз1 = 5,0 - 6,4 м3/ч) и Q анон1 = 5%) а верхнюю часть колонны насосом (двигателем M4) подается жидкая смесь состоящая: анола ректификата стадия 300, анола ректификата, а также абсорбент (в качестве абсорбента используются продукты дегидрирования или кубовая жидкость колонны отгонки циклогексана при Т2=20 °С и (Fаб2 = 10 - 40 м3/ч), где происходит реакция поглощения газа жидкостью, в результате чего выделяется тепло. Реакция поглащения должна протекать при определенной температуре в нижнем (Т7=17°С) и в верхнем (Т8 =25°С) частях абсорбера. Сам процесс абсорбции протекает при (Т10=20°С). Давление в верхней части колонны на входе равно P2 = 39КПа). Охлаждение абсорбента происходит с помощью холодильников. Абсорбция осуществляется смесью циклогексанона и циклогексанола, в которой хорошо растворяется циклогексан при низкой температуре.
Для предотвращения аварийных ситуаций: уменьшения вредных выбросов в абсорберах происходит измерение концентрации Q цик и Q цик1 . При превышении этого значения закрывается запорный клапан на линии выхода конечного продукта.
Затем продукт с пониженным содержанием циклогексана и циклогексанона поступает на другие процессы.
В процессе абсорбции получается продукт заданной концентрации (Q цик =0.1 %). Для стабилизации его концентрации в абсорбере высокого давления необходимо регулировать расход абсорбента Fаб1, поступающего в абсорбер высокого давления. Также необходимо поддерживать уровень (L=1м)в нижней части абсорбера и давление в абсорбере(P1=0.95МПа) Так как при превышении давления мы получим другую концентрацию конечного продукта. А для стабилизации его концентрации в абсорбере низкого давления необходимо регулировать расход абсорбента Fаб2, поступающего в верхнюю часть абсорбер низкого давления. Также необходимо поддерживать уровень (L=1м)в нижней части абсорбера и давление в абсорбере(P2 =39КПа)
При построении систем автоматизации производственных процессов определяют технологические параметры, подлежащие контролю и регулированию, а так же выявляют точки введения управляющих воздействий и каналы их прохождения по объекту. С этой целью составляют схему взаимных воздействий технологических параметров объекта, выделяют основные и дополнительные каналы прохождения сигнала, а затем выявляют контуры регулирования, компенсирующие колебания технологических параметров на входе аппарата. При необходимости контуры регулирования связывают между собой, и контролируемые величины выбирают так, что бы их число было минимальным, но достаточным для полного представления о ходе протекания технологического процесса.
Исходя из технологической схемы процесса, описанной выше, можно составить схему материальных потоков и их информационных переменных
(рисунок 1.2 а).
2.2 Обоснование выбора метода управления данным объектом
С точки зрения экономической составляющей: на объект не требуеться устанавливать датчики расхода(температуры и концентрации) исходной газовой смеси. Мы также экономим абсорбент который вторично подается в абсорберы высокого и низкого давления. В этом обьете: абсорбере низкого давления не устанавливаем датчик температуры, который измеряет температуру внутри абсорбера, а также не устанавливаем датчик концентрации который должен измерять концентрацию циклогексанона на выходе нашей системы. Экономия аналоговых и дискретных модулей ввода и вывода. И такая экономическая составляющая ни как не повлияла на работу нашей системы.
2.3 Структурная схема проектируемой системы управления
Цель управления: получение продукта заданной концентрации (Q цик =0.1 %).
Структурная схема САУ представлена на рисунке 1.2 б. На данной схеме приведены входные воздействия и выходные показатели, а также их взаимодействие. Анализ технологического процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона как ОУ позволяет обосновать выбор структуры системы автоматического управления.
Рисунок 2.1. Анализ процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона: а) Схема материальных потоков и их информационных переменных; б) структурная схема САУ как ОУ
На основании выбранной структуры управления процессом осуществляется проектирование функциональной схемы.
2.4 Математическая модель процесса (по 1-2 каналам управления)
Схема газового абсорбера колонного типа со слоем осадка имеет следующий вид.
где , -- весовые расходы абсорбента (жидкость);
, -- весовой расход газовой смеси;
, -- концентрация поглощаемого компонента в жидкой фазе;
, -- концентрация поглощаемого компонента в газе.
Уравнение массообмена:
где -- удельный поток поглощаемого компонента из газа в жидкость;
-- коэффициент массопередачи.
Рисунок. 2.2 Процесс абсорбции
-- равновесная концентрация поглощаемого компонента в газовой смеси;
,
Выделим участок в слое осадка длинной .
Принимаем равномерное распределение газа и жидкости по всему слою осадка.
Для вывода математической модели используются следующие уравнения:
где -- количество вещества накапливаемого в данном слое;
-- количество вещества поступающего в слой:
-- количество вещества уходящего из слоя.
В процессе массообмена происходит изменение объемов жидкой и газовой фаз в данном слое.
где -- удельный объем жидкой фазы;
-- удельный объем газовой фазы;
-- удельный объем насадки.
где -- площадь сечения адсорбера;
-- плотность жидкости.
Подставим 2.3.5 и 2.3.6 в 2.3.2, получим
Уравнение 2.3.8 называется уравнением неразрывности жидкости.
Чтобы полностью определить выражение 5.1.8 необходимо определить взаимосвязь между и :
где -- толщина слоя жидкости;
-- поверхность насадок.
Эмпирическая зависимость между величинами и получена только для стационарного режима работы. Для нестационарного режима:
Аналогично можно получить уравнение математического баланса для газа:
Подставим 2.3.12 и 2.3.13 в 2.3.2:
Разделим 2.3.14 на и перейдя в правой части к пределу получим:
Получим уравнение профиля поглощаемого компонента в газовой фазе.
Запишем уравнение материального баланса для данного компонент:
Умножим 2.3.15 на величину :
Вычтем из уравнения 2.3.22 уравнение 2.3.21:
Разделим 2.3.23 на :
где
2.3.2 4 -- уравнение профиля концентрации поглощаемого компонента в газовом потоке на слое осадок толщиной .
Аналогично можно получить уравнение профиля поглощаемого компонента в жидкости.
Данное уравнение будет иметь вид:
В данном уравнении по сравнению с 5.1.24 изменен знак при и (т.к. концентрация поглощаемого компонента увеличивается за счет поглощения жидкого компонента).
Таким образом, при переменных весовых расходах , математическая модель газоабсорбера включает:
Если и ,
то и ;
и математическая модель газоабсорбера примет вид:
Зависимость является нелинейной, поэтому система уравнений 5.1.27 и 5.128 является не линейной. Задачей является линеаризовать данную систему:
где Г -- константа Генри.
Обозначим и умножим 5.1.31 на Г:
по структуре данная система уравнений аналогична системе уравнений кожухотрубчатого противоточного теплообменника 2.3.34 и 2.3.35.
Передаточная функция газоабсорбера аналогична передаточной функции данного теплообменника.
2.5 Анализ существующих нелинейностей в контурах регулирования
ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА
Системы регулирования расхода имеют два основных отличия от систем регулирования большинства технологических параметров.
Во-первых, инерция собственно объекта регулирования обычно пренебрежимо мала, и после перемещения штока регулирующего клапана в новое положение новое значение расхода устанавливается за доли секунды или, в крайнем случае, за несколько секунд. Это означает, что динамические характеристики системы определяются главным образом инерционностью измерительного устройства, регулятора, исполнительного устройства и линий передачи сигнала (импульсных линий).
Во-вторых, сигнал, соответствующий измеренному значению расхода, всегда содержит помехи, уровень которых высок. Частично шум представляет собой физические колебания расхода, частота которых настолько велика, что система не успевает на них реагировать. Поэтому при наличии шума, чтобы избежать усиления в системе случайных возмущений, следует применять малые значения коэффициента усиления регулятора.
Нелинейная зависимость между перепадом давления на нормальном сужающем устройстве (например, диафрагме) и расходом приводит к тому, что при изменении расхода степень устойчивости системы регулирования изменяется. Увеличение коэффициента усиления объекта с ростом расхода теоретически может быть скомпенсировано, если эффективное значение коэффициента усиления клапана будет изменяться обратно пропорционально расходу. Клапана с такой характеристикой практически не существует. Если требуется обеспечить качественное регулирование расхода при условии, что его значение может изменяться более чем вдвое, то для получения сигнала, пропорционального расходу, необходимо использовать преобразователь, осуществляющий операцию извлечения корня. Безусловно, указанная нелинейность отсутствует, если в качестве датчика используется электромагнитный расходомер.
Другой тип нелинейности встречается в случае использования позиционера. Небольшое изменение сигнала на входе в позиционер приводит к тому, что на клапан подается максимальный управляющий сигнал. При дальнейшем увеличении сигнала на входе в позиционер его выходной сигнал не изменяется. Таким образом, частотные характеристики системы зависят от величины сигнала, и настройки регулятора, удовлетворительные при больших возмущениях, не обеспечивают нужного качества регулирования при малых возмущениях.
3. Синтез системы автоматического управления технологическим процессом
3.1 Расчет коэффициентов передаточной функции модели
Для синтеза АСР необходимо определить численные значения следующих коэффициентов
; (3.1)
; (3.2)
; (3.3)
. (3.4)
Для этого необходимы следующие параметры: технические характеристики
Абсорбер поз. К 232 |
1 |
Вертикальный аппарат D = 1 000/1 600 мм, Н = 19 765 мм, V = 21,46 м3 Насадка - кольца полуфарфоровые КПФ-25 Ррасч. = 1,25 МПа, tрасч. = 100 C |
10Х17Н13М2Т Плиты минераловатные полужесткие ПП Кожух из алюминиевого листа |
Рисунок 3.1 - Параметры емкости смешения
Тогда площадь определим как
; (3.4)
;
; (3.5)
.
2) расходы абсорбента Fаб=50м3/ч и сырья FР0=10м3/ч [1].
3) параметры клапана из [1]: , .
.
Рассчитаем коэффициенты
;
;
.
Для перехода к реальной передаточной функции по управлению необходимо домножить КХ на ход штока (0,2м) клапана и разделить на коэффициент клапана.
Окончательно получи передаточные функции модели:
; (3.6)
. (3.7)
3.2 Расчет параметров системы регулирования при использовании локальных АСР и их моделирование
ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА
Системы регулирования расхода имеют два основных отличия от систем регулирования большинства технологических параметров [8].
На рис. 3.1 изображена система регулирования расхода жидкости между двумя аппаратами. Объектом регулирования является горизонтальный трубопровод, длина которого ( = 60 м, а внутренний диаметр = 28 мм. На трубопроводе установлено сужающее устройство 1 с датчиком перепада давления и исполнительное устройство 3 состоящее из исполнительного механизма и регулирующего клапана с линейной расходной характеристикой.
Номинальные статические условия работы системы регулирования:
расход жидкости F0 = 6плотность жидкости = 1000 кг/м3;перепад давления на трубопроводе (разность между давлением жидкости на входе в трубопровод p1 и давлением жидкости на выходе из трубопровода р2 )
Составить линеаризованное дифференциальное уравнение объекта регулирования, связывающее изменение расхода жидкости через трубопровод с изменением перепада давления на трубопроводе Определить тип и численные значения параметров динамического звена, которому соответствует трубопровод как объект регулирования расхода.
Решение
Запишем уравнение равновесия сил, действующих на поток жидкости в трубопроводе
Где
-- сила, приложенная к жидкости за счет разницы давления в аппаратах (А-плошадь поперечного сечения трубопровода);
Рисунок. 3.1. Схема системы регулирования расхода
-- сила трения ( -- потери давления на трение, связанные с расходом жидкости соотношением );
-- сила инерции, равная произведению массы жидкости на ускорение ( -- скорость жидкости).
Подставляя эти выражения в уравнение равновесия сил, получим нелинейное (из-за присутствия F2) дифференциальное уравнение первого порядка
(3.8)
В номинальных статических условиях, когда расход жидкости не изменяется (dF/dt = 0), уравнение (5.1) принимает вид:
(3.9)
откуда следует значение коэффициента k :
(3.10)
Проведем линеаризацию уравнения (3.8). Для этого разложим в ряд Тейлора в окрестностях точки, соответствующей номинальному статическому режиму, выражение для силы трения и отбросим все нелинейные слагаемые ряда:
(3.11)
Введем для отклонения параметров от номинальных значений обозначения
(3.12)
Подставим (3.11) в уравнение (3.8) с учетом обозначений (3.12)
и, принимая во внимание соотношения (3.9) и (3.10), получим линеаризованное дифференциальное уравнение первого порядка
Приведем полученное дифференциальное уравнение к стандартному виду, чтобы определить постоянную времени трубопровода
Коэффициент перед первой производной является постоянной времени трубопровода
Коэффициент перед в правой части уравнения -- статический коэффициент усиления трубопровода
Таким образом, объект в системе регулирования расхода можно приближенно считать статическим звеном первого порядка с постоянной времени Т= 0,2 с и коэффициентом усиления K= 2,3 л/(с МПа).
На рис. 3.2 приведена структурная схема системы регулирования расхода жидкости в трубопроводе.
Расход F с помощью сужающего устройства 1 преобразуется в перепад давления , который измеряется дифманометром 2 и преобразуется в пневматический сигнал р2.
Диапазон измерения дифманометра от 0 Па до 1270 Па, диапазон изменения выходного сигната от 20 кПа до 100 кПа. По динамическим свойствам дифманометр соответствует статическому звену первого порядка с постоянной времени Т2 = 0,5 с.
Пневматический сигнал , соответствующий измеренному значению расхода передается от дифманометра к регулятору 4 по импульсной линии 3 длиной 150 м.
Сформированное регулятором управляющее воздействие по импульсной линии 5 длиной 150 м поступает в мембранный исполнительный механизм 6 с объемом рабочей камеры 1.7 л. Диапазон изменения управляющего воздействия от 20 кПа до 100 кПа.
Подобные документы
Проект автоматической системы управления технологическим процессом абсорбции оксида серы. Разработка функциональной и принципиальной схемы автоматизации, структурная схема индикатора. Подбор датчиков измерения, регуляторов и исполнительного механизма.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 25.12.2010Анализ автогенных процессов в цветной металлургии. Характеристика технологического процесса как объекта управления. Разработки системы оптимального управления технологическим процессом плавки в печи Ванюкова в условиях медеплавильного завода "Балхашмыс".
дипломная работа [762,5 K], добавлен 25.02.2014Механизация и автоматизация в химической промышленности. Автоматизация процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона. Производство работ и монтаж объекта автоматизации. Монтаж элементов объекта, диагностика систем, эксплуатация, метрологический надзор.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 10.04.2011Этапы анализа процесса резания как объекта управления. Определение структуры основного контура системы. Разработка структурной схемы САР. Анализ устойчивости скорректированной системы. Построение адаптивной системы управления процессом резания.
курсовая работа [626,1 K], добавлен 14.11.2010Идентификация моделей каналов преобразования координатных воздействий объекта управления. Реализация моделей на ЦВМ, подтверждение адекватности. Синтез, анализ системы автоматического регулирования простейшей структуры и повышенной динамической точности.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.04.2013Основные стадии производственного процесса получения серной кислоты методом двойного контактирования с промежуточной абсорбцией. Автоматизация системы управления производством серной кислоты. Надежность подсистем процесса автоматического управления.
дипломная работа [261,2 K], добавлен 13.11.2011Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 05.12.2012Модернизация системы контроля и управления технологическим процессом. Заземление и зануление электроустановки САУ. Монтаж и наладка вихревого расходомера. Расчет и выбор кабеля, автоматического выключателя питающей сети и исполнительного устройства.
курсовая работа [53,2 K], добавлен 14.03.2015Разработка системы автоматического регулирования и контроля пропилена товарно-сырьевого цеха НПЗ "Газпром Нефтехим Салават" на программном продукте Trace Mode 6. Понятие и применение SCADA-систем. Характеристика установки: сырье, реагенты и продукция.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 06.03.2013Понятие объекта управления. Принципы управления и регулирования. Элементы линейной теории автоматического регулирования. Модели статики. Математическое описание. Понятие о линейных элементах. Линеаризация реальных элементов САР, её способы и предпосылки.
контрольная работа [471,8 K], добавлен 13.01.2009