Разработка технологической установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения о процессе

Адсорбция - процесс избирательного поглощения газов или паров из их смесей или поглощение примесей из жидкостей развитыми поверхностями пористых твердых материалов (адсорбентов). Поглощаемое вещество называют адсорбтивом или целевым компонентом. Адсорбтив, поглощенный пористым адсорбентом, часто называют адсорбатом.

Типичным адсорбционным процессом является поглощение из воздуха примеси того или иного отравляющего вещества пористым поглотителем (например, активированным углем) в защитном слое противогаза; при этом очищаемый воздух фильтруется через неподвижный слой частиц адсорбента.

Адсорбционные методы применяются в промышленности для очистки вентиляционных выбросов от примесей вредных веществ, для улавливания ценных компонентов, для глубокой очистки газов, а так же для очистки воды от нежелательных примесей.

В процессах адсорбции энтропия системы уменьшается и происходит выделение теплоты фазового перехода.

Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Процесс адсорбционного разделения прекращается, когда активная поверхность (или объем пор) адсорбента оказывается заполненной молекулами адсорбата. В результате адсорбции концентрация поглощаемого вещества в потоке уменьшается по мере перемещения его через слой адсорбента. Поэтому и количество (концентрация) адсорбируемого вещества по высоте слоя адсорбента также изменяется в пределах от максимального до минимального, соответствующего состоянию равновесия с потоком, покидающим слой адсорбента.

2. Анализ процесса как объекта автоматизации

Рассмотрим противоточный непрерывнодействующий аппарат с кипящим (псевдоожиженном) слоем мелкозернистого адсорбента на тарелках.

На верхнюю такого аппарата подается адсорбент с помощью дозатора. Под действием силы адсорбент проваливается с тарелки на тарелку и выводится из нижней части адсорбера; газ же движется снизу вверх и выводится из верхней части аппарата.

Показатель эффективности, цель управления и закономерности такого процесса адсорбции аналогичны процессу абсорбции, поэтому решения по автоматизации этих процессов одни и те же. Основным контуром регулирования является регулятор концентрации адсорбируемого комонента в отходящем газе, а регулирующее воздействие осуществляется изменением расхода адсорбента (корректировкой работы дозатора 3). Для устранения возмущения по каналу расхода газовой смеси этот расход стабилизируют.

Контролю подлежат: расход газовой смеси, конечная концентрация адсорбируемого компонента, температуры по высоте адсорбера, давления в верхней и нижней частях колонны, перепад давления между ними.

Сигнализации подлежат концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе и давление в колонне, при резком возрастании последнего должно сработать устройство защиты.

Рис. 1 - Схема автоматизации процесса адсорбции

1 - адсорбционная колонна; 2 - тарелки; 3 - дозатор.

адсорбция газовый смесь

1. Исходные данные

Fг.с. = 200±0,8 м3/час; Dу=200мм;

Р=16000 Па; Рг.с.=0,15±0,005 МПа; среда не агрессивная;

Тг.с.=100±5оС; Т1=80±5оС; Т2=80±5оС; Т3=90±5оС; Т4=100±5оС; Т5=110±5оС; Т6=120±5оС; Р1=0,15±0,008 МПа; Р2=0,18±0,009 МПа;

Нколонны=15м; Dколонны=1.5м.

2. Выбор и обоснование средств автоматизации

4.1 Индикация и регистрация расхода газовой смеси

Погрешность средств автоматизации не должна превышать:

Шкала прибора=200*3/2=300 м3/час (Выберем шкалу 300 м3/час)/

Допускаемая погрешность=0,8*100/300=0,27%

- первичный преобразователь:

В качестве сужающего устройства выбираем камерную диафрагму ДКС, [2, с.134] работающую при условном давлении до 0,6 МПа. Диаметр условно го прохода трубопровода Dy=200 мм. ДКС-06-200 (поз. 50-1).

Перепад давления на диафрагме измеряется датчиком Метран-150CD3 [1, с. 70] (поз 50-2)с верхним пределом измерений до 0,25 МПа и выходным унифицированным сигналом 4-20 мА. Диапазон температур окружающей среды -40…80 оС. Температура рабочей среды на входе в датчик -40…149 оС. Допускаемая погрешность прибора ?=0,075%. Датчик Метран-150 CD3 имеет взрывозащищенное исполнение по ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ Р 51330.10.

-вторичный прибор:

Выбираем многоканальный регистратор Метран-900 [4, с. 70] (поз. 50-3), предназначенный для сбора, обработки и регистрации информации, поступающих от датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4-20 мА [2, с.80]. Допускаемая погрешность прибора 0,1%.

4.2 Индикация, регистрация и регулирование давления газовой смеси

Шкала прибора=0,15*3/2=0,225 МПа (Выберем шкалу 0,25 МПа);

Погрешность средств автоматизации не должна превышать:

? =0,005*100/0,25=2%

- первичный преобразователь:

Давление газовой смеси измеряется датчиком Метран-150CG3 [1, с.72] (поз 30-1)с верхним пределом измерений до 0,25 МПа и выходным унифицированным сигналом 4-20 мА. Диапазон температур окружающей среды -40…80 оС. Температура рабочей среды на входе в датчик -40…149 оС. Допускаемая погрешность прибора ?=0,075%. Датчик Метран-150 CG3 имеет взрывозащищенное исполнение по ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ Р 51330.10.

-вторичный прибор:

Выбираем многоканальный регистратор Метран-900 (поз. 30-2), предназначенный для сбора, обработки и регистрации информации, поступающих от датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4-20 мА [2, с.80]. Допускаемая погрешность прибора 0,1%.

-контроллер:

Yokogawa YS-150(поз. 30-3) [5] с входным унифицированным сигналом 4-20 мА. Контроллер осуществляет ПИД закон регулирования.

-преобразователь рода энергии:

Yokogawa VP200 (поз. 30-4) [5] с входным сигналом 4-20 мА и выходным унифицированным пневматическим сигналом.

-исполнительный механизм:

Регулирующий клапан КМР (поз. 30-5) [9] для работы при давлении до 1,6 МПа с условным диаметром Dy=200 мм.

4.3 Индикация и регистрация температуры по высоте адсорбера

Выберем шкалу прибора по правилу 2/3 шкалы:

Т1=80*3/2=120 оС (Выберем шкалу 130 оС);

Т2=80*3/2=120оС (Выберем шкалу 130 оС);

Т3=90*3/2=135 оС (Выберем шкалу 140 оС);

Т4=100*3/2=150 оС (Выберем шкалу 160 оС);

Т5=110*3/2=165 оС (Выберем шкалу 170 оС);

Т6=120*3/2=180 оС (Выберем шкалу 180 оС);

Погрешность средств автоматизации не должна превышать:

?1,2 =5*100/130=3,8%;

?3 =5*100/140=3,6%;

?4 =5*100/160=3,1%;

?5 =5*100/170=2,9%;

?6 =5*100/180=2,78%;

- первичный преобразователь:

Для измерения температуры используем микропроцессорный преобразователь с унифицированным выходным сигналом 4-20 ТХАУ Метран-276 (поз. 1-1). Диапазон преобразуемых температур 0… 200 оС. Допускаемая погрешность прибора ?=0,25-0,5%., что существенно меньше допустимой погрешности для данных контролируемых величин температуры. Датчик выполнен во взрывозащищенном исполнении. Климатическое исполнении У1 по ГОСТ 151550. Для оставшихся точек съема температуры принимаем тот же датчик - ТСПУ Метран-276 (поз. 1-1).

-вторичный прибор:

Выбираем многоканальный регистратор Метран-900 (поз. 1-2), предназначенный для сбора, обработки и регистрации информации, поступающих от датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4-20 мА. Допускаемая погрешность прибора 0,1%.

4.4 Индикация, регистрация, включение и сигнализация давления и разности давления верха и низа колонны

Верх колонны:

Выберем шкалу прибора по правилу 2/3 шкалы:

Шкала прибора = 0,15*3/2=0,225 МПа (Выберем шкалу 0,25 МПа);

Погрешность средств автоматизации не должна превышать:

? =0,008*100/0,25=3,2%;

Низ колонны:

Выберем шкалу прибора по правилу 2/3 шкалы:

Шкала прибора = 0,18*3/2=0,27 МПа (Выберем шкалу 0,3 МПа);

Погрешность средств автоматизации не должна превышать:

? =0,009*100/0,3=3%;

- первичный преобразователь:

Для измерения давления верха колонны выберем датчик Метран-150CG3 (поз. 31-1) [1, с. 70] с верхним пределом измерения 0,25 МПа. Допускаемая погрешность прибора ?=0,075%., что существенно меньше допустимой погрешности для данных контролируемой величины давления. Датчик выполнен во взрывозащищенном исполнении.

Для измерения давления низа колонны выберем датчик Метран-150CG4 (поз. 31-2) [1, с. 70] с верхним пределом измерения 1,6 МПа. Допускаемая погрешность прибора ?=0,075%., что существенно меньше допустимой погрешности для данных контролируемой величины давления. Датчик выполнен во взрывозащищенном исполнении.

Для измерения перепада давления между верхом и низом колонны выберем датчик разности давления Метран-150CD4 (поз. 31-3) [1, с. 70] с верхним пределом измерения 1,6 МПа. Допускаемая погрешность прибора ?=0,075%., что существенно меньше допустимой погрешности для данных контролируемой величины давления. Датчик выполнен во взрывозащищенном исполнении.

Выбранные датчики обладают выходным унифицированным сигналом 4-20 mA.

-вторичный прибор:

Выбираем многоканальный регистратор Метран-900 (поз. 31-4), предназначенный для сбора, обработки и регистрации информации, поступающих от датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4-20 мА [2, с.80]. Прибор оснащен функцией аварийной сигнализации по верхнему и нижнему значению. Допускаемая погрешность прибора 0,1%.

4.5 Регистрация, регулирование и сигнализация концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе

-первичный преобразователь

Для определения концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе выберем поточный газовый настраиваемый диодный лазерный анализатор TDLS200 (поз. 80-1). [5]. С выходным унифицированным сигналом 4-20 мА. Анализатор может работать при давлениях до 2 МПа. Температура пробы до 1500 оС.

-вторичный прибор:

Выбираем многоканальный регистратор Метран-900 (поз. 80-2), предназначенный для сбора, обработки и регистрации информации, поступающих от датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом 4-20 мА [2, с.80]. Прибор оснащен функцией аварийной сигнализации по верхнему и нижнему значению. Допускаемая погрешность прибора 0,1%.

-контроллер:

Yokogawa YS-150(поз. 80-3) [5] с входным унифицированным сигналом 4-20 мА. Контроллер осуществляет ПИД закон регулирования.

-преобразователь рода энергии:

Yokogawa VP200 (поз. 80-4) [5] с входным сигналом 4-20 мА и выходным унифицированным пневматическим сигналом.

-исполнительный механизм:

Регулирующий шланговый клапан КШС ЛГ (поз. 80-5) [9] для работы при давлении до 0,6 МПа с условным диаметром Dy=100 мм.

3. Описание системы контроля и регулирования

5.1 Индикация и регистрация расхода газовой смеси

В качестве первичного преобразователя была выбрана камерная диафрагма ДКС-0,6-200 (поз. 50-1). Перепад давления на диафрагме измеряется датчиком Метран-150CD3 (поз. 50-2) и преобразуется в унифицированный выходной сигнал 4-20 мА, который поступает на вторичный прибор Метран-900 (поз 50-3), осуществляющий регистрацию и индикацию расхода газовой смеси.

3.2 Индикация, регистрация и регулирование давления газовой смеси

Давление газовой смеси в подающем трубопроводе измеряется при помощи датчика Метран-150CG3 (поз. 30-1). Далее выходной унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемому давлению, с датчика поступает на вторичный прибор Метран-900 (поз. 30-2), где давление отображается и регистрируется в памяти прибора, и на контроллер Yokogawa YS-150(поз. 30-3).В контроллере сигнал обрабатывается по ПИД закону, преобразуется в аналоговый сигнал. После контроллера унифицированный токовый сигнал поступает на электропневматический преобразователь Yokogawa VP200 (поз. 30-4), где преобразуется в унифицированный пневматический. Сигнал с преобразователя поступает на исполнительный механизм регулирующий клапан КМР (поз. 30-5).

5.3 Индикация и регистрация температуры по высоте адсорбера

Температуры по высоте адсорбера измеряются преобразователями ТХАУ Метран-276 (поз. 1-1) с унифицированным выходным токовым сигналом 4-20 mA. Выходные сигналы, пропорциональные измеренным температурам, поступают с 6 датчиков на вторичный прибор Метран-900 (поз. 1-2), где температура отображается и регистрируется в памяти прибора.

5.4 Индикация, регистрация, включение и сигнализация давления и разности давления верха и низа колонны

Давление верха и низа колонны измеряются датчиками Метран-150CG3 (поз. 31-1) и Метран-150CG4 (поз. 31-2) соответственно. Выходные унифицированные токовые сигналы, пропорциональные измеряемым давлениям, поступают на вторичный прибор Метран-900 (поз. 31-4), где давления отображаются и регистрируются в памяти прибора. При достижении верхнего предела давления верха колонны срабатывает световая и звуковая сигнализация, так же сигнал поступает в схему противоаварийной защиты.

Перепад давления между верхом и низом колонны измеряется датчиком разности давления Метран-150CD4 (поз. 31-3). Выходной унифицированный токовый сигнал с, пропорциональный измеряемому перепаду давления, поступают на вторичный прибор Метран-900 (поз. 31-4), где перепад давления отображается и регистрируется в памяти прибора.

5.5 Регистрация, регулирование и сигнализация концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе

Концентрация адсорбируемого компонента в отходящем газе измеряется поточным газовым настраиваемым диодным лазерным анализатором TDLS200 (поз. 80-1) с унифицированным токовым сигналом 4-20 mA, который поступает на вторичный прибор Метран-900 (поз 80-2), где концентрация отображается и регистрируется в памяти прибора. Одновременно сигнал поступает и на контроллер Yokogawa YS-150(поз. 80-3). В контроллере сигнал обрабатывается по ПИД закону, преобразуется в аналоговый сигнал. После контроллера унифицированный токовый сигнал поступает на электропневматический преобразователь Yokogawa VP200 (поз. 80-4), где преобразуется в унифицированный пневматический. Сигнал с преобразователя поступает на исполнительный механизм регулирующий клапан КШС ЛГ (поз. 80-5).

4. Спецификация средств автоматизации

Список использованных источников:

1. Тематически каталог Метран. Датчики давления, 188 с.

2. Тематически каталог Метран. Расходомеры. Счетчики, 258 с.

3. Тематически каталог Метран. Датчики температуры, 221 с

4. Тематически каталог Метран. Функциональная аппаратура. Вторичные приборы, 113с.

5. Оборудование и системы управления Yokogawa. Каталог 2008 г.

6. Автоматизация технологических процессов: методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Составитель Л.Г.Дадаян.-Уфа: Изд.УНИ,1985.-22 с. (электронный вариант, 2005г.)

7. Автоматизация технологических процессов. Обозначения (условные) приборов и средств автоматизации в схемах. ГОСТ 21.404-85.

8. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов. ГОСТ 21.408-93.

Размещено на Allbest.ru