Функциональная схема автоматизации процесса кристаллизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Алтайский Государственный Технический Университет им. И.И. Ползунова

Кафедра Химической технологии и инженерной экологии

Контрольная работа по теме:

Функциональная схема автоматизации процесса кристаллизации

Барнаул 2003

Обоснование схемы автоматизации

кристаллизация суспензия хладоноситель потенциометр

Целью данной работы является проектирование схемы автоматизации процесса кристаллизации.

Процесс кристаллизации осуществляется следующим образом. Исходный раствор поступает в кристаллизатор 2, туда же поступает хладагент, проходящий предварительно через холодильник 1. Маточный раствор выводится через боковой штуцер, а суспензия откачивается насосом 3.

Данный процесс является очень сложным для регулирования, так как концентрация твердой фазы в исходном растворе, его температура и наличие примесей определяется технологическим процессом предыдущей стадии.

Критерием управления процессом кристаллизации является:

Dк = f(Fи.с., Ти.с., Тх.в., Тх.вых.,Т, L, Fм.р., Fc, Tм.р., Тс, Сн., Спр., I),

где

Dк - размер кристаллов;

Fи.с. - расход исходной суспензии;

Ти.с - температура исходной суспензии;

Тх.в. - температура входящего хладоносителя;

Тх.вых. - температура выходящего хладоносителя;

Т - температура внутри аппарата;

L - уровень в аппарате;

Fм.р. - расход маточного раствора;

Fc - расход суспензии;

Tм.р. - температура маточного раствора;

Тс - температура суспензии;

Сн - начальная концентрация исходного раствора;

Спр. - концентрация примесей;

I - интенсивность перемешивания.

В качестве регулируемой величины можно было бы взять размеры кристаллов, однако датчики для измерения размеров кристаллов очень дорогие и изготавливаются на заказ. Поэтому ограничиваются стабилизацией температуры в аппарате, так как этот параметр позволяет сгладить остаточные возмущения от входящих потоков. Температура в аппарате будет постоянной при соблюдении теплового баланса процесса и ее можно записать в виде следующей функции:

T = f(Fи.с., Fм.р., L), где

Т - температура внутри аппарата;

Fи.с. - расход исходной суспензии;

Fм.р. - расход маточного раствора;

L - уровень в аппарате.

Таким образом, регулируемыми параметрами являются:

- температура в аппарате как критерий управления процессом;

- расход исходного раствора для обеспечения равномерного охлаждения в холодильнике;

- уровень в аппарате для поддержания постоянного материального баланса процесса.

Расход маточного раствора не нуждается в стабилизации, так как маточный раствор отводится из аппарата с помощью перелива.

Объект регулирования - это одноемкостный объект с низкой нагрузкой, который имеет трансформаторное и емкостное запаздывание, а также является нейтральным объектом первого порядка. Для обеспечения качественного регулирования выберем ПИ-регуляторы, в которых скорость регулирования велика, а остаточная погрешность регулирования практически равна нулю.

Контролируемыми параметрами являются: расход хладагента, так как этот показатель определяет качество и продолжительность процесса; температуры исходной смеси, хладоносителя, суспензии и маточного раствора, так как эти показатели определяют производительность установки. Также контролируются расходы: хладоносителя, маточного раствора и суспензии, которые также определяют производительность установки.

Сигнализируемым параметром является температура внутри аппарата, так как если мы вовремя не заметим изменение температуры в аппарате, то возможно получение брака, прекращение кристаллизации.

Для измерения температуры применим в качестве датчиков термодинамические термометры марки ТХК 775. Принцип действия данных термометров основан на термоэлектрическом эффекте, заключающимся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения проводников имеют разную температуру. Чувствительный элемент данного прибора представляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой на рабочем конце в термопару и изолированные по всей длине при помощи керамической трубки. Изолированный чувствительный элемент помещается в защитную арматуру.

Основные характеристики: градуировка ХК; предельные значения при длительной работе -50ч600єС, при краткосрочной работе до 800єС; класс точности 1,5.

Выбор данного прибора обусловлен простотой конструкции, достаточной точностью, компактностью.

В качестве вторичного прибора выберем прибор А 543. Данный прибор осуществляет запись и регистрацию трех параметров. Принцип действия прибора основан на принципе компенсации. При получении сигнала от термоэлектрического термометра в виде э.д.с., происходит её компенсация известной э.д.с. батареи, в приборе также имеется усилитель, стабилизатор, а также применяются микросхемы.

Основные характеристики: входное сопротивление 62,5 Ом; предел измерения 0 до 20 мА; температура окружающей среды 5 ч 50 єС. Выбор обусловлен наличием необходимых функций.

Аналогичный набор приборов используется и для измерения температуры маточного раствора и суспензии, но в качестве вторичного прибора используется А 542.

Для измерения температуры внутри кристаллизатора также используем ТХК 775. В качестве вторичного прибора выберем КСП 4. Принцип действия основан на принципе следящего уравновешивания. Конструкция данного прибора аналогична А 542, но в нем нет усилителей, стабилизаторов и микросхем. Выбор данного прибора обусловлен простотой конструкции, возможностью отображения информации, её регистрации и сигнализации. Непрерывное регулирование осуществляется регулятором типа Ш4531, работающим по ПИ-закону. В качестве исполнительного механизма выберем МЭП-1000/63-10. Он предназначен для прямолинейного перемещения с постоянной скоростью регулирующего органа в САР. В качестве задатчика БР - 101. Выбор обоснован простотой конструкции.

Для регулирования расхода хладоносителя, а также маточного раствора и исходного раствора в качестве датчика используем камерную диафрагму ДК 6-50. Принцип действия данного датчика основан на зависимости расхода от перепада давления на сужающем устройстве (диафрагме). Поток проходит через отверстие, вследствие чего возникает перепад давления с разных сторон диафрагмы. Погрешность прибора ± 1%, температура применения -50ч80єС. Выбор обусловлен простотой конструкции.

Для преобразования перепада давления в пневматический сигнал выберем прибор 13ДД11. Выбор данного прибора обусловлен совместимостью с измерительным прибором. Принцип действия данного преобразователя основан на преобразовании перепада давления в выходное давление. Под действием разности давлений, подводимых к плюсовой и минусовой камерам, на двухмембранном чувствительном элементе измерительного блока возникает усилие, под воздействием которого рычаг поворачивается на небольшой угол вокруг опоры, образованной двумя тягами и упругой мембраной. При этом заслонка перемещается относительно сопла, изменяя давление на выходе пневмореле. Это давление поступает в сильфон обратной связи и на выход прибора. Температура применения -50ч80єС. Выбор данного прибора обусловлен простотой конструкции и совместимостью.

Для регистрации применим вторичный прибор со станцией управления РПВ 10.2 П. Сигнал в виде давления сжатого воздуха поступает в сильфон. Усилие, развиваемое сильфоном, передается на рычаг, который поворачиваясь вокруг упругой опоры, перекрывает сопло пропорционально величине входного сигнала. При этом возникает давление в линии сопла и в цилиндре пневматического механизма, что вызывает перемещение поршня, а это давление с помощью выходного вала преобразуется в перемещение пера по ленте.

Для регулирования расхода исходного раствора используем регулятор ПР 3.31-М1. Выбор данного прибора обусловлен тем, что данный регулятор-ПИ и обеспечивает достаточно точное регулирование с высокой скоростью. В качестве исполнительного механизма используется регулирующий клапан с пневмоприводом 25ч5п 1 (НО). В данном приборе на мембрану оказывает воздействие сжатый воздух и клапан закрывается.

Для измерения уровня в аппарате используем в качестве датчика сигнализатор уровня радиоизотопный ГР-10. Принцип его действия основан на ослаблении интенсивности проходящих через среду г-лучей в зависимости от свойств контролируемой среды (в данном случае различной оптической плотности). От источника испускается г-излучение, которое проходит через объект регулирования и улавливается детектором, обрабатывается и формируется электрический сигнал. В качестве вторичного прибора используется прибор КСП-4 (отображающий измеренную информацию и регистрирующий). В качестве регулятора выберем Ш4531, который работает по ПИ-закону. В качестве исполнительного механизма применим МЭП - 1000/63-10. Для контролирования расхода суспензии применим в качестве датчика расходомер с электромагнитным преобразователем расхода типа Индукция 51. Принцип действия этого расходомера основан на измерении э.д.с., индуктируемой в потоке электропроводной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля. Представляет собой части часть трубопровода, расположенную между полюсами магнита перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля. Под действием магнитного поля, находящиеся в жидкости, ионы перемещаются и отдают свои заряды измерительным электродам, создавая в них э.д.с. пропорциональную скорости течения. Для отображения измеренной информации и регистрации выберем прибор А540, принцип действия которого аналогичен А543.

Рис. 1

Спецификация приборов и средств автоматизации

Размещено на Allbest.ru