Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Автоматизация отделения выпарной установки свеклосахарного производства

Содержание

• Введение
• 1. Характеристика основной установки
• 1.1 Физико-химические основы процесса выпаривания
• 1.2 Характеристика применяемого оборудования
• 2. Технологическая часть
• 2.1 Общая схема производства сахара
• 2.2 Принципы автоматизации производства
• 2.3 Технологическая схема производства
• 3. Проектирование и характеристика КИПиА
• 3.1 Размещение первичных и вторичных приборов
• 3.2 Специальная разработка - контроль уровня в сборнике VI
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (водные растворы щелочей, солей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, -- некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение. Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако в подавляющем большинстве случаев в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин.

Целью данной работы является описание и подробное рассмотрение отделения выпаривания свеклосахарного производства.

В рамках цели исследования выделим задачи:

- Рассмотрение физико-химических основ процесса выпаривания;

- Характеристика применяемого оборудования;

- Разработка автоматизированной системы регулирования уровня в сборнике.

1. Характеристика основной установки

1.1 Физико-химические основы процесса выпаривания

Испарение растворителя в многокомпонентной смеси может происходить только с поверхности жидкости и при любой температуре ниже температуры кипения, при любой низкой упругости пара. Необходимо, чтобы упругость пара превышала его парциальное давление в окружающей среде. С повышением температуры жидкости упругость ее паров увеличивается и, когда упругость паров сравнивается с внешним давлением, жидкость кипит. Парообразование при кипении является более интенсивным процессом, чем испарение, происходящим по всей массе жидкости, поэтому выпаривание проводится в условиях кипения раствора, а не испарения.

Тепло для проведения выпаривания может быть подведено любыми применяемыми при нагревании теплоносителями, однако в большинстве случаев при выпаривании в качестве греющего агента используется водяной пар, называемый греющим или первичным. Пар, образующийся в процессе выпаривании кипящего раствора, называется вторичным. Необходимое для протекания процесса тепло обычно подводится через стенку, разделяющую раствор и теплоноситель [6, с.15].

Процесс выпаривания проводят таким образом, чтобы при заданной производительности получить раствор требуемой концентрации, надлежащего качества без потерь сухого вещества и при возможно меньшем расходе топлива. Особенностью процесса выпаривания является то, что в парах кипящих растворов нормально содержатся только пары чистого растворителя, а растворённое вещество является нелетучим. Это положение, лежащее в основе теории и методов расчета выпарных аппаратов, для большинства растворов твердых веществ вполне оправдывается. Удаляемый в парообразном состоянии растворитель чаще всего представляет собой водяной пар, носящий название вторичного пара. Общий материальный баланс аппарата выражается уравнением:

Gн=Gк+W, (1.1)

где Gн - количество поступающего исходного раствора с концентрацией bн; Gк - количество удаляемого упаренного раствора с концентрацией bк; W - количество выпариваемого растворителя. Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

, (1.2)

В качестве теплоносителя при выпаривании используют насыщенный или слегка перегретый водяной пар, который называется греющим или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин. Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном прикосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими теплоносителями. Может применяться электрический обогрев [4, 6].

Уравнение теплового баланса:

Q+Gнснtн= Gкскtк+W?iвт+Qпот±Qд, (1.3)

где Q - расход теплоты на выпаривание; сн, ск - удельная теплоемкость начального (исходного) и конечного (упаренного) раствора; tн, tк - температура начального раствора на входе в аппарат и конечного на выходе из аппарата; iвт - удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата; Qпот - расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду; Qд - теплота дегидратации.

Протекание теплоносителей в греющей камере происходит под действием напора, создаваемого извне. Скорость течения теплоносителей по трубкам в большинстве случаев определяется естественной циркуляцией, зависящей от разности удельных весов закипающего в греющей камере раствора, пронизанного пузырьками пара, и раствора, опускающегося по циркуляционной трубе.

Процессы выпаривания проводятся при повышенном и атмосферном давлениях, либо под вакуумом. Выбор давления обусловлен свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования вторичного пара.

При выпаривании раствора под вакуумом возможно проведение процесса при более низких температурах, что важно при концентрировании растворов склонных к разложению при нагревании веществ. Также за счет увеличения полезной разности температур при разрежении можно уменьшить поверхность нагрева аппарата и использовать греющий агент при более низких значениях температуры и давления. По этой причине выпаривание под вакуумом широко применяется с целью концентрирования высококипящих растворов. При вакуумном выпаривании появляется возможность использования в качестве греющего агента вторичного пара самой выпарной установки.

При проведении выпаривания под давлением выше атмосферного можно улучшить использование тепла за счет вторичный пара, однако данный процесс сопряжен с повышением температуры кипения раствора, и поэтому применим лишь для выпаривания термически стабильных веществ.

При проведении процесса при атмосферном давлении вторичный пар не используется, так как удаляется в атмосферу [3, 4].

1.2 Характеристика применяемого оборудования

Выпаривания осуществляется либо в аппарате однократного, либо многократного действия. В последнем случае расход топлива на выпаривание значительно снижается. В промышленных условиях наиболее распространены аппараты многократного действия.

Наибольшее распространение получили многокорпусные состоящие из нескольких (обычно от двух до пяти) выпарных аппаратов выпарные установки, вторичный пар от каждого предыдущего корпуса которых направляется в последующий корпус в качестве греющего. При этом в последовательно соединенных корпусах давление снижается так, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и кипящем в данном корпусе раствором, чтобы создать необходимую движущую силу процесса. В многокорпусных установках только первый корпус обогревается первичным паром, следовательно, в сравнении с однокорпусными установками аналогичной производительности, достигается значительная экономия первичного пара [6, с.28]..

Расход греющего пара на выпаривание растворов в однокорпусных аппаратах весьма велик и в ряде производств составляет значительную долю себестоимости конечного продукта. Для уменьшения расхода греющего пара широко используют многокорпусные выпарные аппараты. Принцип действия многокорпусных аппаратов заключается в многократном использовании тепла греющего пара, поступающего в первый корпус установки, путём последовательного соединения нескольких однокорпусных аппаратов, позволяющем использовать вторичный пар каждого предыдущего корпуса для обогрева последующего. Для практического осуществления такого многократного использования одного и того же количества тепла требуется, чтобы температура вторичных паров каждого последующего корпуса была выше температуры кипения раствора в последующем корпусе. Это требование легко выполняется путем понижения рабочего давления в корпусах по направлению от первого к последнему. С этой целью устанавливается сравнительно высокая температура кипения в первом корпусе и температура 50--60 оС в последнем корпусе выпарной установки под разряжением, который соединяется с конденсатором, снабженным вакуум-насосом.

Если греющий пар и жидкий раствор поступают в первый, «головной», корпус выпарной установки, то последняя называется прямоточной (рис.1). По такому принципу работает большинство выпарных установок. Если же греющий пар поступает в первый по порядку корпус, а жидкий раствор -- в последний и переходит из последнего корпуса к первому, то установка называется противоточной (рис.2). Такое встречное движение пара и раствора применяется в случае упаривания растворов с высокой вязкостью и большой температурной депрессией в целях повышения коэффициентов теплопередачи. Однако одновременно усложняется и обслуживание аппарата в связи с тем, что подобная схема требует установки между каждыми двумя корпусами установки насосов для перекачки раствора, движущегося по направлению возрастающих давлений, не говоря уже об дополнительных затратах на расход энергии на насосы. При выпаривании кристаллизующихся растворов их перегон из корпуса в корпус может сопровождаться закупоркой соединительных трубопроводов и нарушением нормальной работы установки. При этом часто используют аппараты с параллельным питанием корпусов (Рис.3). Здесь раствор выпаривается до конечной концентрации в каждом корпусе, а пар, как и в предыдущих двух схемах, движется последовательно по направлению от первого корпуса к последнему. В этом же направлении снижаются рабочие давления и температуры кипения раствора в корпусах [4, 5].

В промышленности применяются непрерывно и периодически действующие выпарные установки. При периодической выпарке в аппарат загружают определенное количество раствора начальной концентрации, подогревают его до температуры кипения и выпаривают до заданной концентрации. Затем упаренный раствор удаляют из аппарата, вновь заполняют ею свежим раствором и процесс повторяют. Установки периодического действия обычно выполняются в виде отдельных аппаратов. Осуществить многоступенчатую выпарную установку с выпарными аппаратами периодического действия не возможно.

Применяемые схемы многокорпусных выпарных установок различаются по давлению вторичного пара в последнем корпусе. В соответствии с этим признаком установки делятся на работающие под разряжением, под избыточным и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Установки, в которых последняя ступень находится под некоторым избыточным давлением, называются выпарными установками с противодавлением Уменьшение давления вторичного пара последней ступени связано с уменьшением полезного перепада температур на установку, т. е. приводит к уменьшению кратности использования пара, снижая экономические показатели. В выпарных установках под разряжением удается получить, возможно, больший перепад температур между паром, греющим первую ступень и вторичным паром последней ступени. Это позволяет применить наибольшую кратность использования пара.

Используются и выпарные установки с ухудшенным вакуумом. В этих схемах предусматривается частичное использование вторичного пара последней ступени для покрытия тепловой нагрузки низкого потенциала, остальная часть пара направляется в конденсатор. При выпаривании под вакуумом температура кипения снижается; эго обстоятельство используется при сгущении растворов, для которых во избежание порчи продукта, нельзя допустить высоких температур кипения. При выпаривании под атмосферным давлением (проводят в однокорпусных выпарных установках) вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.

Экономия вторичного пара может быть также достигнута в однокорпусных выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичный пар на выходе из аппарата сжимается с помощью теплового насоса до давления, соответствующего температуре первичного пара, после чего он вновь возвращается в аппарат [5, c.280].

Рис. 1. Многокорпусная прямоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки; 4 - подогреватель исходного раствора; 5 - барометрический конденсатор; 6 - ловушка; 7 - вакуум-насос.

Рис.2 Многокорпусная противоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки; 4 - 6 - насосы.



Рис. 3 Многокорпусная противоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки.

Многокорпусная установка позволяет значительно снизить расход тепла за счет многократного использования пара. Предельно выгодное или оптимальное число корпусов зависит одновременно от расхода пара и его стоимости, от единовременной стоимости выпарной установки, срока ее амортизации и др. На практике число корпусов обычно не превышает 5-6.

2. Технологическая часть

2.1 Общая схема производства сахара

Каждая операция имеет несколько циклов. В итоге сахароза превращается в рафинад, а примеси остаются в рафинадной патоке. Количество стадий производства зависит от вида продукта. Производство сахара, из которого изготавливают рафинад, проходит такие стадии:

- мытье, измельчение свеклы;

- выдавливание сока, его очистка, выпаривание;

- приготовление концентрированного сиропа;

- кристаллизация;

- побелка;

- сушка;

- фасовка.

Свеклу моют, нарезают тонкой стружкой. Из стружки с добавлением горячей воды методом диффузии получают сок коричневого цвета, который затем очищают с помощью извести. После повторной очистки на фильтрующем прессе сок приобретает желтоватый цвет. На следующем этапе сок осветляют сернистым газом. Затем влагу выпаривают, а сироп подают в центрифуги, где производят отделение сахара от патоки. Полученные кристаллы сахара высушивают. После сахар сортируют по размерам кристаллов и упаковывают. Продукт идет в продажу или на дальнейшую переработку в рафинад. Выход составляет 12-16 % от массы свеклы [4].

2.2 Принципы автоматизации производства

Автоматизация - это техническая дисциплина, которая занимается изучением, разработкой и созданием автоматических устройств и механизмов (т.е. работает без непосредственного вмешательства человека).

Автоматизация - это этап машинного производства, характеризующийся передачей функции управления от человека к автоматическим устройствам (техническая энциклопедия).

Развитие химической технологии и других отраслей промышленности, где преобладают непрерывные технологические процессы (пищевая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая, металлургическая и др.) потребовало создания более совершенных систем управления, чем локальные АСР. Эти принципиально новые системы получили название автоматизированных систем управления технологическими процессами - АСУ ТП. Создание АСУ ТП стало возможным благодаря созданию ЭВМ второго и третьего поколений, увеличению их вычислительных ресурсов и надёжности. АСУ ТП - называют АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на ТОУ в соответствии с принятым критерием управления - показателем, характеризующим качество работы ТОУ и принимающим определенные значения в зависимости от используемых управляющих воздействий.

От систем управления автоматическими производствами типа цехов и заводов-автоматов (высшая ступень автоматизации) АСУ ТП отличается значительной степенью участия человека в процессах управления [1, c.26].

Функции АСУ ТП:

1. Информационные - сбор, преобразование и хранение информации о состоянии ТОУ; представление этой информации оперативному персоналу или передача ее для последующей обработки.

2. Первичная обработка информации о текущем состоянии ТОУ.

3. Обнаружение отклонений технологических параметров и показателей состояния оборудования от установленных значений.

4. Расчет значений не измеряемых величин и показателей (косвенные измерения, расчет ТЭП, прогнозирование);

5. Оперативное отображение и регистрация информации.

6. Обмен информацией с оперативным персоналом.

7. Обмен информацией со смежными и вышестоящими АСУ.

Управляющие функции обеспечивают поддержание экстремальных значения критерия управления в условиях изменяющейся производст-венной ситуации, они делятся на две группы:

первая - определение оптимальных управляющих воздействий;

вторая - реализация этого ре-жима путем формирования управ-ляющих воздействий на ТОУ (стабилизация, программное управление; программно-логическое управление). Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач [1, 2].

2.3 Технологическая схема производства

По значению выполняемых функций, сложности и стоимости в тепловой схеме центральное место занимает выпарная установка, которая состоит из отдельных аппаратов (рис.4).

Рис.4. Технологическая схема производства

Сок II сатурации должен быть сгущен до сиропа с содержанием сухих веществ до 65-70% при первоначальном значении этой величины 14-16%.

Выпарная установка позволяет расходовать на сгущение сока 40-50% пара к массе всего сока за счет многократного использования парового тепла.

Сок поступает в I корпус, а затем проходит все корпуса установки последовательно и из концентратора удаляется сироп.

Ретурный пар используется только в I корпусе выпарной установки. Последующие корпуса обогреваются вторичными парами предыдущих корпусов. Из последнего корпуса соковый пар поступает на концентратор, а с него на конденсатор.

Число ступеней выпарной установки выбирается на основании технико-экономического расчета, в котором учитывается: капитальные затраты, эксплуатационные расходы. Увеличение числа ступеней выпарной установки (ВУ) приводит, с одной стороны, к уменьшению расхода греющего пара, что влечет за собой уменьшение эксплуатационных расходов, с другой стороны, к увеличению суммарной поверхности нагрева выпарных аппаратов, что приводит к увеличению капитальных затрат.

На выбор числа ступеней существенное влияние оказывает температурный режим ВУ, т.е. условие, что полезная разность температур в каждом корпусе должна быть не менее 6-8оС.

Четырехкорпусная ВУ с концентратором отличается повышенной устойчивостью в эксплуатации и высокой тепловой экономичностью, благодаря большой кратности использования ее вторичных паров. Эта ВУ в настоящее время принята в качестве типовой. Масса воды (W), выпариваемой в ВУ, зависит от содержания сухих веществ в очищенном соке (СВ1) и сиропе (СВ2).

Образующийся в выпарных аппаратах и других теплообменниках конденсат систематически выводится в сборники через конденсатные колонки. Конденсат отработавшего пара используется для питания паровых котлов, а конденсат вторичных паров - для нагрева различных промежуточных продуктов.

Необходимо постоянно отводить некондесирующиеся газы из паровых камер, которые накапливаясь в верхней части греющих камер, препятствуют потоку притекать к поверхности теплообменника. Неконденсирующиеся газы из верхней части греющих камер по трубопроводам выводятся в пространство с давлением пара на одну ступень ниже, чем давление греющего пара. При таких условиях отводимый с газами пар не теряется бесполезно; кроме того, из-за разности давлений создается непрерывное движение газа от I корпуса к кондесатору смешения [8].

Для создания разрежения в последнем корпусе и концентраторе и удаления неконденсирующихся газов из системы в схему включена вакуум-кондесационная установка, состоящая из двух ступеней: предконденсатора, основного конденсатора, каплеловушек, сборников барометрической воды и вакуум-компрессора.

При выпаривании в соке происходят химические превращения: снижение рН, нарастание цветности, образование осадков. Эти процессы протекают наиболее интенсивно в термолабильном соке, т.е. соке, неустойчивом к температурному воздействию.

Снижение рН обусловлено разложением в соке 0.04-0.06% сахарозы, до 30% редуцирующих веществ и образованием органических кислот. Чтобы поддерживать необходимый рН в ВУ (примерно 7.5-8), в сок перед II сатурацией добавляют тринатрийфосфат.

Цветность сиропа нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействиями с аминокислотами, а также карамелизации сахарозы. Интенсивность этих реакций зависит от рН, t, концентрации реагирующих веществ, реагентов, продолжительности выпаривания, наличия ионов железа и прочих факторов.

Результатом образования осадков в сиропе при выпаривании является снижение растворимости солей Са, когда они оказываются в пересыщенном состоянии и их избыток выкристаллизовывается.

Одним из эффективных способов торможения реакции образования красящих веществ в ВУ является достижение достаточного полного разложения редуцирующих сахаров в процессе очистки сока и минимального разложения сахарозы при выпаривании. Немаловажное значение имеют также содержание оптимального уровня в кипятильных трубках и равномерное распределение греющего пара в греющих камерах выпарных аппаратов, что предохраняет поверхности нагрева в _ местах ввода пара от пригорания сахара.

Образование накипи на внутренней поверхности трубок выпарных аппаратов вследствие выделения и осаждения солей минерального происхождения постоянно снижает коэффициент теплопередачи и приводит к понижению производительности станции. Для восстановления нормальной работы выпарной станции применяются механические методы или химические методы очистки поверхности нагрева.

Иногда используют деминерализацию сока перед выпариванием путем пропускания его через ионообменные смолы.

Борьба с накипеобразованием в теплообменной аппаратуре возможна с помощью ультразвуковых колебаний, которые нарушают обычный процесс образования накипи и действуют разрушающе на нее.

3. Проектирование и характеристика КИПиА

3.1 Размещение первичных и вторичных приборов

Контроль технологических процессов осуществляется с помощью измерительных приборов, служащих для выработки сигнала о параметре процесса в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком.

В таблице 1 сведены все параметры, которые необходимо измерять и их номинальные значения [7].

Таблица 1 -- Значения технологических параметров

№	Место нахождения	Измеряемый параметр	Единицы измерения	Номинальные значения	Контроль	Регулирование
1	Трубопровод исходного	расход	м3/ч	215	+	+
2	Трубопровод исходного и продуктового раствора	расход	м3/ч	40,5	+	+
		плотность	г/см3	1,3	+	+
3	Теплоноситель	давление	мПа	0,32	+	-
		расход	кг/с	5 - 10	+	+
		температура	?С	136	+	-
4	Выпарной аппарат	уровень	%	80	+	+
		давление	мПа	0,5	+	-
	Корпус-1	Температура	?С	136	+	+
	Корпус-2	Температура	?С	127	+	+
	Корпус-3	Температура	?С	119	+	+
	Корпус-4	Температура	?С	110	+	+
	Корпус-5	Температура	?С	99	+	+
5	Трубопровод отвода паров растворителя	давление	мПа	0,5	+	-
		Температура	?С	100 - 140	+	-
6	Сборник	уровень	м	80	+	+

При централизованном контроле любой измерительный прибор включает три основных узла: первичный измерительный преобразователь, канал связи и вторичный прибор. Первичный измерительный преобразователь, установленный на объекте, преобразует измеряемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Канал связи служит для передачи сигнала от первичного преобразователя к вторичному прибору.

Вторичный прибор -- это устройство, воспринимающее сигнал от преобразователя и выражающее его в удобном виде.

Исходя из технологических параметров веществ, которые необходимо измерять, проведем выбор средств автоматизации [5], [6], которые сведены в таблицу 2.

Таблица 2 -- Характеристики средств автоматизации

№ поз.	Параметр	Прибор	Тип прибора	Границы измерения	Технические характеристики	Количество
1	давление	датчик давления	САПФИР-22М-ДА-2050	0-0,8 МПа	выходной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20 мА допустимая погрешность:0,2%	1
2	температура	многоканальный регистратор	Метран-900 с блоком коммутации К1204	--	входной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20 мА количество входов: 12 питание: 220В, 50 Гц	1
3	температура
4	температура
5	температура
6	температура
7	давление
8	давление
9	давление
10	давление
11	давление
12	давление
13	давление
14	давление
15	уровень
16	уровень
17	уровень
18	уровень
19	уровень
20	уровень
21	уровень
22	уровень
23	уровень
24	уровень
25	уровень
15-1	расход	расходомер	8800С	0,15-3,6 кг/с	Выходной сигнал: 0-5, 4-20 мА относительная погрешность:1,4% диапазон температур измеряемой среды: -40-232 ?С избыточн. Давление среды: до 3,5 МПа	2
16-1	плотность	Датчик плотности	ДПЛ-3	0,3 - 3	Диапазон рабочих температур, °С -40 ... +50	1
17-1	расход	расходомер	8800С	0,15-3,6 кг/с	Выходной сигнал: 0-5, 4-20 мА относительная погрешность:1,4% диапазон температур измеряемой среды: -40-232 ?С избыточн. Давление среды: до 3,5 МПа	2

3.2 Специальная разработка - контроль уровня в сборнике VI

Уровень является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате. Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток жидкости равен стоку, и скорость изменения уровня равна нулю.

Непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на за-данном значении, т. е. L = L0.

В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из следующих двух способов регулирования: 1. позиционное регулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких пределах: Le<L<LH [2, 8].

Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях (рис. 5). При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение режима датчика.

Рис. 5. Схема позиционного регулирования уровня

1 -- насос; 2 -- аппарат; 3 - сигнализатор уровня; 4 -- регулятор уровня; 5,6 -- регулирующие клапаны, чение потока на запасную емкость;

Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые процессы. Например, в паровых теплообменниках уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена. В таких АСР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы. П-регуляторы используют лишь в тех случаях, когда не требуется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной составляющей, которая может привести к накоплению статической погрешности [2, c.76].

При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов:

1. изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке», рис. 6, а);

2. изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке», рис. 6, б);

3. регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР, рис. 6, в); отключение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу, и вследствие интегрирующих свойств объекта, уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).

Рис. 6. Схемы непрерывного регулирования уровня:

а -- регулирование «на притоке»; б - регулирование «на стоке», в -- каскадная АСР (1 -- регулятор уровня, 2 -- регулирующий клапан, 3,4 -- измерители расхода, 5 - регулятор соотношения).

В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладагента). В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.

Особое место в системах регулирования уровня занимают АСР уровня в аппаратах с кипящим (псевдосжиженным) слоем зернистого материала.

Применяемый на производстве регистратор Метран-900 состоит из блока коммутации и регистратора, выполненных в независимых корпусах. Блок коммутации осуществляет функции сбора, преобразования и передачи сигналов первичных датчиков в регистратор или компьютер в цифровом виде. Блок коммутации сконструирован с учетом специфики существующего парка первичных приборов в России. Предусмотрена возможность подключения всех типов термопреобразователей сопротивления, в том числе « устаревших» градуировок, термоэлектрических преобразователей, датчиков с аналоговыми токовыми сигналами, а также прямого подключения датчиков с сигналами взаимной индуктивности 0-10 мГн. Допускается подключение до 12 датчиков различного типа в зависимости от модели блока коммутации.

Всего выпускается четыре модели блоков коммутации К1201, К1202, К1203, К1204, которые поставляются в комплекте с переносным пультом управления, предназначенным для настройки прибора под требуемые градуирооочные характеристики первичных преобразователей. Переносной пульт является универсальным и подходит для настройки блоков коммутации любой модели. Достаточно одного пульта на партию приборов.

Блоки коммутации могут использоваться как самостоятельные изделия в качестве преобразователей входных аналоговых сигналов в RS485 в составе АСУТП. Максимальное расстояние регистратора от блока коммутации 1300 м; монтаж осуществляется одним кабелем вместо 12 [7].



Рис.7 - Регистратор Метран-900 [7]

Рис.9. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений

Напряжение питания:

- регистратора 220 В, 50 Гц;

- блоков KI20I, KI202 24 В от регистратора;

- блоков KI203, К1204 220 В, 50 Гц.

- сопротивления не более ±0,1% от максимального сопротивления термометра, указанного в паспорте;

- аналогового сигнала 0_5 мА не более ±0,2%;

- аналоговых сигналов 0_20, 4_20 мА не более ±0,1%;

- сигнала взаимной индуктивности не более ±1,0%

В режиме индикации: текущие значения отображаются в графоцифровом виде по 12-ти каналам одновременно.

Рис. 10. Электрическая схема подключения Метран-900 и блока К1204

Первичный прибор - уровнемер ультразвуковой МТМ 900 указан на рис. 11.



Рис. 11. Уровнемер ультразвуковой МТМ 900

Прибор предназначен для обеспечения автоматического дистанционного измерения уровня жидких (в т.ч. вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, взрывоопасных, высокоагрессивных и др.) сред, а также для измерения расхода на безнапорных трубопроводах и открытых каналах. Уровнемеры не предназначены для контроля уровня пенящихся жидкостей с толщиной пены более 50 мм, и жидкостей, имеющих свойства налипания и кристаллизации.

Рис.12. Принцип измерения уровнемера ультразвукового МТМ 900

Основные функции:

- Диапазон измерения уровня (при избыточном давлении до 100 КПа) 0...4000 мм,0...6000 мм,0...8000 мм.

- Неизмеряемая зона 600 мм.

- Выходные сигналы: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА.

- Гальваническое разделение входных, выходных цепей, цепей питания и интерфейса RS-485.

- Сигнализация достижения измеряемым параметром уставок двух уровней (двухпозиционное регулирование). Выход - «сухой контакт».

- Формирование сигнала НОРМА, если ни одна из уставок не сработала.

- Диапазон индикации измеряемых параметров 0000...9999 (десятичная точка в любом разряде).

- Измерение расстояния до поверхности, пересчет уровня в объём, расход.

- Индикация температуры газо-воздушной среды в районе излучателя.

- Связь с внешними устройствами через интерфейс RS485 (протокол MODBUS-RTU Slave).

- В состав прибора входят датчик уровня ДУ-1 и блок электронный БЭ-1.

Датчик уровня ДУ-1:

- Взрывозащищенное исполнение с маркировкой взрывозащиты “ОExiaIIВТ4 в комплекте МТМ 900” (могут устанавливаться во взрывоопасных зонах).

- Диапазон рабочих температур -30...+50°С.

- Степень защиты оболочки со стороны излучателя IР65, со стороны корпуса IР54.

- Предельное избыточное давление в ёмкости не более 100 кПа.

- Материал рупора12Х18Н10Т,15Х18Н12С4ТЮ

Блок электронный БЭ-1:

- Искробезопасные входные цепи с маркировкой взрывозащиты «ExiaIIВ в комплекте МТМ 900» (предназначены для установки вне взрывоопасных зон).

- Диапазон рабочих температур +5...+50°С.

- Степень защиты корпуса IР20.

Рис.13. Электрическая схема подключения МТМ 900

Заключение

выпаривание производство сахар оборудование

Таким образом, в ходе данного курсового проекта были изучены параметры процесса выпаривания воды при производстве сахара из свеклы, которые влияют на выход готовой продукции, а также выявлен характер этих воздействий.

Для поддержания на стабильном уровне параметров упаренного раствора, была разработана и описана схема автоматизации, а также подобраны средства автоматизации и организованы контура регулирования.

В курсовом проекте проведена специальная разработка автоматизированной системы контроля и управления уровня и подобраны отечественные отказоустойчивые средства автоматизации в соответствии с параметрами протекающего процесса.

Список использованной литературы

1. Багров И. В., Шаханов В. Д., Чулкова Э. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Тепловые и массообменные процессы. Под ред. проф. Л. Я. Терещенко. - СПб.: С.-Петерб. государственный университет технологии и дизайна, 2008. - 103 с.

2. Белов М.П. Технические средства автоматизации и управления. Учеб. пособие. - СПб: СЗТУ, 2006. -184 с.

3. Воробьёва, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. - М.: Химия, 2005. - 816 с.

4. Драгилев А.И. Технологические машины и аппараты пищевых производств. - М.: Колос, 2009. - 376 с.

5. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1983. - 270 с.

6. Кузнецова Л.Н., Селянина Л.П., Третьяков С.II. Расчет выпарных установок: Учебное пособие. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2004. - 72 с.

7. Номенклатурный каталог концерна «Метран». - Челябинск: ОАО «Метран», 2012. - 307 с.

8. Соколов В.А., Яценко В.Ф. и др. Основы автоматизации технологических процессов пищевых производств. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -- 400 с.

Размещено на Allbest.ru