Технологический процесс очистки промышленных стоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

Данный курсовой проект предусматривает разработку систем контроля и автоматического измерения технологических параметров, с целью получения практических навыков в решении инженерно-технических задач.

Главным содержанием курсового проекта является выбор и обоснование параметров нормального технологического режима и методов измерения выбранных параметров, а также правильный выбор технических средств измерения.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Физико-химические основы процесса

1.2 Описание технологического процесса очистки промышленных стоков

1.2.1 Очистка кислых цинкосодержащих стоков

1.2.2 Очистка щелочных и концентрированных стоков

1.2.3 Очистка общего стока

1.2.4 Реагентное хозяйство

1.2.5 Склад мокрого хранения извести

1.3 Основное оборудование производства

2. ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

2.1 Сравнительная характеристика и выбор методов теплотехнических измерений

2.1.1 Измерение температуры

2.1.2 Измерение давления

2.1.3 Измерение расхода

2.1.4 Измерение уровня

2.2 Сравнительная характеристика и выбор методов физико-химических измерений

2.2.1 Измерение концентрации

2.3 Выбор технических средств измерения технологических параметров и их сравнительная характеристика

3. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

4. РАССЧИТАТЬ СУЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ

5. МОНТАЖ ДИАФРАГМЫ ДСК-300

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

По мере осуществления автоматизации и механизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда, что сказывается на производимой продукции.

Осуществление автоматического контроля данного технологического процесса существенно облегчит задачу производства. Больше не нужно будет на каждом участке оставлять рабочих для ручного контроля. Благодаря введению автоматического контроля, полностью весь процесс может наблюдать и контролировать один оператор, и, при необходимости, его помощник.

Автоматизация является высшей формой /1/ организации производственного процесса в целом, при этом совокупность технических средств, используемых для автоматизации процесса, совместно с объектом управления образуют систему управления. Система управления включает в себя приборы контроля, задачей которых является получение информации об измерении параметров производственного процесса, то есть изменении состояния объекта контроля.

Нормальное функционирование любого технологического процесса невозможно без контроля его параметров. В системах автоматизации для этих целей используются датчики, работающие в комплекте с вторичными приборами.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Физико-химические основы процесса

В технике водоочистки в качестве коагулянтов /2/ наиболее широко применяют сульфат алюминия, сульфат и хлориды железа, алюминиевые квасцы и смесь хлорида и сульфата железа. В редких случаях используют соли магния, цинка и титана.

В большинстве случаев коагулянты представляют собой соли слабых оснований и сильных кислот. При растворении их в воде происходит гидролиз, и образуются малорастворимые основания - гидроксиды алюминия или железа. При этом в результате смещения равновесия диссоциации в воде накапливаются ионы водорода, и в растворе появляется кислота. Растворимость гидроксидов алюминия и железа чрезвычайно мала. Они выделяются из раствора, образуя сначала коллоидные частицы (разбавленные соли гидроксидов), которые под влиянием электролитов, растворенных в воде, коагулируют и выпадают вместе с коллоидами, загрязняющими воду, в осадок. Этот осадок содержит связанную воду, а также несколько слоев молекул «неструктурной» воды, адсорбционно-связанной с поверхностью осадка силами различной прочности.

Скорость гидролиза солей металлов пропорциональна концентрации катионов металла. Поскольку концентрация вводимого в воду коагулянта обычно невелика, можно считать, что скорость гидролиза коагулянта прямо пропорциональна его концентрации или дозе, вводимой в воду. С повышением температуры скорость гидролиза возрастает примерно в 2 раза на каждые 10 градусов. Необходимым условием более полного протекания процесса гидролиза является удаление образующегося гидроксида металла из сферы реакции или связывания ионов водорода в недиссоциированные молекулы. Большему гидролизу подвержены коагулянты с меньшей константой диссоциации или с меньшим произведением растворимости труднорастворимого осадка. В соответствии с этим гидролиз солей трехвалентного железа протекает полнее, чем солей алюминия, и значительно полнее гидролиза солей двухвалентного железа.

Для количественной характеристики степени гидролиза удобно пользоваться концентрацией водородных ионов в растворе или рН. Изменяя рН раствора, можно регулировать течение процесса в желаемом направлении и обеспечить полный гидролиз введенного в воду коагулянта. Для этого необходимо связать образующиеся при гидролизе ионы водорода в недиссоциированные молекулы, а также удалить один из продуктов гидролиза из сферы реакции. Хотя гидроксиды алюминия и железа имеют малую растворимость (0,6-1,5 мг/л), все же эти величины при небольших дозах коагулянта (до 150 мг/л) достаточны для торможения процесса гидролиза. Поэтому рН среды играет большую роль в процессе коагуляции. В этом отношении положительное буферное действие оказывают растворенные в воде бикарбонатные соли. В совокупности с растворенным в воде диоксидом углерода они образуют буферную систему с рН, близким к нейтральной точке. В тех случаях, когда емкости буферной смеси не хватает для нейтрализации образующейся кислоты, воду подщелачивают, вводя известь, соду и т.п.

Применение коагулянтов в водоочистке требует, прежде всего, обеспечения таких условий для протекания процесса, при которых растворимость продуктов гидролиза была бы минимальной. Это определяется, главным образом, значением рН системы.

Таким образом, введение в воду коагулянта при определенных условиях приводит к выпадению малорастворимого соединения. Система с таким осадком термодинамически неравновесна и с большей или меньшей скоростью стремится к равновесному состоянию. Этот процесс рассматривают как трехстадийный: скрытый период, рост частиц твердой фазы и старение осадка. Скрытый период - это образование зародышей в пересыщенном растворе, на которых накапливается выпадающее из растворов вещество. Так как в технике водоочистки процесс гидролиза обычно протекает в разбавленных растворах, т.е. при незначительном пресыщении, то зародышей образуется мало, и они медленно растут до частиц крупного размера. На практике в сточных водах, содержащих микрогетерогенные примеси, зародыши могут образовываться в результате осаждения растворенного вещества на чужеродных частицах, присутствующих в воде, но при этом возможен и процесс возникновения зародышей в результате столкновения ионов или молекул.

Агрегаты, образующиеся при гидролизе коагулянтов, взаимодействуют с коллоидными и тонкодисперсными частицами, приводя их к гетерокоагуляции. На эффективность процесса гетерокоагуляции оказывают влияние количество и состав растворенных в воде примесей, концентрация коллоидных примесей, температура, перемешивание, электрические и магнитные поля и др.

Механизм влияния примесей сточных вод на кинетику кристаллизации коагулянта многообразен. Он может быть обусловлен процессами комплексообразования, адсорбции, химического взаимодействия и т.д.

С возрастанием концентрации коллоидных и мелкодисперсных примесей в воде увеличивается скорость коагуляции. Доза коагулянта зависит от концентрации и степени дисперсности примесей.

При невысоком содержании мелкодисперсных и коллоидных примесей в воде процесс коагуляции часто протекает неудовлетворительно. Образующиеся мелкие хлопья выносятся из отстойников вместе с осветленной водой. Происходит это вследствие недостаточного количества центров кристаллизации коагулянта и спонтанного зародышеобразования в объеме. Для уменьшения дозы коагулянта и повышения эффективности очистки в очищаемую воду добавляют небольшое количество тонкодисперсных порошков - бентонитовой глины, магнезита, мела и т.п. Частицы порошков, наряду с частицами примесей воды, служат центрами зародышеобразования при кристаллизации коагулянта. В результате коагуляции получаются крупные хлопья, хорошо отделяющиеся от воды.

С ростом температуры увеличивается интенсивность броуновского движения, а, следовательно, и вероятность столкновения частиц, возрастает скорость кристаллизации коагулянта и уменьшается продолжительность инкубационного периода.

При невысоких температурах образуются мелкие медленно оседающие хлопья, увеличиваются необходимые дозы коагулянтов и снижается эффективность очистки воды.

С увеличением интенсивности перемешивания возрастает вероятность столкновения частиц, повышается скорость кристаллизации коагулянта и уменьшается продолжительность инкубационного периода. Однако существует некоторая скорость перемешивания, выше которой продолжительность инкубационного периода не изменяется.

Перемешивание способствует увеличению скорости роста кристаллов, которая зависит от условий диффузии.

На процессы коагуляционной очистки сточных вод значительное влияние могут оказывать электрические и магнитные поля, ультразвуковые колебания и др. Так, наложение электрического и магнитного полей может приводить к снижению устойчивости дисперсной системы.

Для создания оптимальных условий коагуляции при высоких концентрациях примесей необходимо увеличить долю заряда положительно заряженных продуктов гидролиза и повысить их заряд, т.е. целесообразно проводить процесс при рН несколько меньшем, чем рН изоэлектрического состояния. Существенное значение при выборе оптимальных условий коагуляции имеет размер частиц дисперсной фазы: с уменьшением размера частиц увеличивается удельный расход коагулянта. Коллоидные примеси, содержащиеся в воде, удаляются в результате сорбции на развитой поверхности образовавшихся комплексов.

Применение коагулянтов позволяет очищать сточные воды от коллоидных и высокомолекулярных вредных примесей. Однако при этом образуется хлопьевидный осадок, компонентами которого являются продукты гидролиза химических реагентов в сочетании с загрязняющими примесями. Этот осадок содержит значительное количество влаги, находящейся как в различных связанных формах с компонентами осадка, так и в свободном состоянии. Захоронение этого объемистого обводненного шлама оказывается все более сложным, так как потребление коагулянтов для очистки промышленных сточных вод быстро возрастает и условия аккумуляции шламов противоречат требованиям охраны окружающей среды. Поэтому в технологии водоочистки все более актуальной становится задача регенерации и утилизации осадка.

1.2 Описание технологического процесса очистки промышленных стоков

Метод очистки заключается в удалении из стоков механических примесей с помощью решеток, песколовок, отстойников, отдувки сероуглерода, сероводорода и других вредных паров и газов в усреднителях, реакторе-аэраторе; нейтрализации стоков известковым молоком.

1.2.1 Очистка кислых цинкосодержащих стоков

Кислые цинкосодержащие стоки /2/ по самотечным трубопроводам поступают на площадку механо-химической очистки. Пройдя решетки, где задерживаются крупные механические примеси, стоки поступают в горизонтальные песколовки с круговым движением воды. В песколовках осаждаются механические примеси размерами 0,25 мм и более, которые накапливаются в конической части и периодически выгружаются при помощи гидроэлеватора на песковые площадки. Пройдя водоизмерительный лоток, стоки поступают в резервуар-усреднитель, обеспечивающий возможность равномерной подачи стоков на следующие сооружения и усреднение их состава.

Для перемешивания стоков, удаления сероводорода и сероуглерода и предотвращения выпадения взвесей по перфорированным трубам из блока воздуходувной станции подается воздух. Отдуваемые газы с воздухом отводятся в вентиляционную трубу.

Усредненные стоки через камеру регулирования направляются в реактор-аэратор.

1.2.2 Очистка щелочных и концентрированных стоков

Щелочные стоки по самотечному трубопроводу поступают /2/ на площадку механо-химической очистки, проходят решетки, где задерживаются крупные механические примеси и поступают в горизонтальные песколовки с круговым движением воды. В песколовках осаждаются механические примеси крупностью 0,25 мм и более, которые накапливаются в конической части и периодически выгружаются при помощи гидроэлеватора на песковые площадки.

Пройдя водоизмерительный лоток, стоки поступают в резервуар-усреднитель, где происходит усреднение их по расходу концентрации. Для интенсификации перемешивания стоков, частичной отдувки сероводорода и сероуглерода и предотвращения выпадения взвесей в усреднитель по перфорированным трубам подводится воздух. Отдуваемые газы с воздухом отводятся в вентиляционную трубу. Усредненные стоки направляются в лоток перед реактором-аэратором на смешение с кислыми цинкосодержащими стоками.

Концентрированные щелочные стоки по напорному трубопроводу поступают на площадку механо-химической очистки в резервуар-усреднитель.

Для перемешивания стоков и предотвращения выпадения взвесей в усреднитель по перфорированным трубам подводится воздух. Затем усредненные стоки направляются в лоток перед реакторм-смесителем для подщелачивания кислых стоков.

1.2.3 Очистка общего стока

Кислые цинкосодержащие, щелочные и другие стоки /2/ после усреднения поступают в реактор-аэратор. За счет остаточной концентрации кислоты кислых цинкосодержащих стоков рН в аэраторе поддерживается в пределах 1,8-2,5 и происходит разложение.

Для отдувки образующихся газов и перемешивания стоков, а также предотвращения выпадения взвесей в реактор-аэратор по перфорированным трубам подводится воздух. Отдуваемые газы с воздухом отводятся в вентиляционную трубу.

Выходящие из реактора-аэратора стоки самотеком поступают в реактор-смеситель, где активная реакция среды рН доводится до 10,5 с целью образования гидроокиси цинка и интенсификации выпадения из стоков взвешенных веществ.

Для этого в лоток перед реакторм-смесителем равномерно подается усредненный концентрированный щелочной сток и 3% раствор известкового молока. Дозировка 3% раствора известкового молока и поддерживание активной реакции среды рН осуществляется автоматически.

Наличие в стоке гидроокисей, серы и минеральных примесей создает оптимальные условия для хлопьеобразования.

Осаждение образовавшихся хлопьев осуществляется в горизонтальных отстойниках, куда поступают стоки из реактора-смесителя. Первоначально стоки поступают в распределительную камеру и равномерно распределяются на шесть секций отстойников. Хлопья осаждаются на дно отстойника, а стоки через водослив поступают в сборный канал и самотеком по трубопроводу поступают в резервуар отстоянных стоков насосно-фильтровальной станции. Выпавшие хлопья сдвигаются при помощи скребкового механизма в иловый приямок, расположенный в начале отстойника и за счет гидростатического напора отводятся в колодец, а затем по самотечному трубопроводу направляются на илонакопители.

Во время рабочего хода скребкового механизма с помощью полупогруженной доски производится удаление плавающих веществ с поверхности отстойника в иловую сеть.

Из резервуара отстоянных стоков стоки насосом подаются в воздухоразделители и затем на контактные осветлители для задерживания выносимой из отстойников гидроокиси цинка.

Контактные осветлители загружены гравием различной фракции (поддерживающий слой) и кварцевым песком (фильтрующий слой). Для обеспечения нормальной работы осветлители периодически останавливаются на промывку. Промывка производится осветленными стоками, которые подаются из резервуара промывных вод насосом. Вода после промывки контактных осветлителей сбрасывается на вертикальные отстойники, и после отстаивания отводится в резервуар отстойных стоков. Шлам из отстойников направляется на илонакопители.

Отстой из илонакопителей поступает в насосную станцию, а затем подается в резервуар отстойных стоков насосно-фильтровальной станции.

Осветленные стоки после контактных осветлителей направляются в резервуар осветленных стоков, куда также дозируется 3% раствор серной кислоты для понижения активной реакции среды с 10,5 до 8,0 рН. Нейтральные стоки из резервуара осветленных стоков насосами подаются на биологическую очистку.

1.2.4 Реагентное хозяйство

В процессе очистки /2/ кислых, цинкосодержащих, щелочных и концентрированных щелочных стоков используются:

- 3% раствор известкового молока, который готовится на складе мокрого хранения извести;

- 3% раствор серной кислоты, который готовится в помещении насосно-фильтровальной станции.

1.2.5 Склад мокрого хранения извести

Прибывающая на склад известь разгружается гидросмывом /2/ в открытые железобетонные емкости, где известковое молоко отстаивается в течении суток. Отстоянное известковое молоко сливается в расходные баки.

3% раствор известкового молока приготавливается в расходных баках путем разбавления крепкого известкового молока речной водой. Перемешивание осуществляется воздухом.

3% раствор известкового молока подается в дозаторную блока воздуходувной станции. Дозаторами раствор дозируется в лоток перед реактором-смесителем.

3% раствор серной кислоты готовится в насосно-фильтровальной станции путем разбавления 94% серной кислоты осветленными стоками. Из расходных баков 3% раствор серной кислоты самотеком поступает в трубопровод осветленных стоков и лоток резервуара осветленных стоков.

1.3 Основное оборудование производства

Поступающие в лотки механо-химической очистки стоки /2/ проходят решетки с ручной очисткой, где задерживаются крупные механические примеси. Решетки деревянные или металлические, ширина прозор 16 мм, устанавливаются в лотках под углом 45 градусов.

Пройдя решетки, стоки поступают в горизонтальные песколовки с круговым движением жидкости.

Песколовка представляет собой железобетонную емкость круглой формы с коническим днищем. Внутри имеется разделительный щит и центральное кольцо, которое образует со стенкой песколовки горизонтальный круговой лоток. Между стенкой и кольцом имеется щель для осаждения взвеси. Песколовка оборудована переносным гидроэлеватором для удаления осажденной взвеси.

Гидроэлеватор состоит из трубы для рабочей жидкости, сопла, диффузора. По мере накопления осадок периодически выгружается.

Реактор-смеситель представляет собой железобетонную двухсекционную емкость.

Горизонтальный отстойник представляет собой железобетонный, прямоугольный резервуар, состоящий из шести секций.

Горизонтальные отстойники производительностью более 30 000 - 50 000 м3 в сутки устанавливают на станциях для удаления из воды коагулированной взвеси и любой производительности для удаления некоагулированной взвеси. Высоту отстойника обычно принимают 3-5 м, а длину и ширину определяют расчетом. Однако отношение длины к высоте отстойника должно быть не менее 10. По ширине отстойник делится на несколько коридоров шириной 3-6 м. Поскольку осадок неравномерно распределяется по дну отстойника и скапливается в первой половине, ее размеры больше, чем второй половины. Это обеспечивается уклоном дна отстойника в сторону, противоположную направления движения воды. Для равномерного распределения и отбора воды используют обычно дырчатые перегородки и дырчатые желобы, а для уменьшения зоны повышенной турбулентности, образующейся за дырчатой перегородкой в начале отстойника, экранируют выход из отверстий перегородки сферическим или коническим успокоителем.

Радиальный отстойник представляет собой круглый резервуар, вода в котором движется радиально от центра к периферии. Дну радиального отстойника придают уклон 0,02-0,04% к центру. Скорость движения воды изменяется от максимального значения в центре отстойника до минимального у периферии. Радиальные отстойники используют в качестве первичных и вторичных отстойников, а также илоуплотнителей.

Для эффективного выделения тонкодисперсных примесей целесообразно применять тонкослойные отстойники. Малая глубина отстойников обеспечивает осветление воды в течение 4-10 мин, что позволяет значительно уменьшить их габариты по сравнению с габаритами отстойников других типов и размещать в закрытых помещениях. Основными преимуществами тонкослойных отстойников, позволяющими изготавливать их на любом предприятии, являются: простота исполнения, недефицитность материалов для создания разделительных полок, отсутствие необходимости в комплектующем оборудовании.

Тонкослойные отстойники в общем случае представляют собой резервуары глубиной 0,2-0,3 м с полочными или трубчатыми вставками (дренами), расположенными под углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику. Трубчатые отстойники с малым наклоном труб используют при расходе сточной воды 100-10 000 м3 в сутки. Крутонаклонные трубчатые отстойники с углом наклона трубок 45-60 градусов применяют на очистных сооружениях производительностью до 170 000 м3 в сутки.

Для удаления скоагулированной взвеси в практике водоочистки широко используют осветлители с центральным, поддонным или выносным осадкоуплотнением, где осветление достигается при прохождении воды через слой ранее выпавшего осадка. При этом скорость воды такова, что осадок поддерживается во взвешенном состоянии.

Действие осветлителей основано на контактной коагуляции, протекающей на поверхности сорбента - осадка гидроксида металла. Применение осветлителей целесообразно, если осаждающиеся частицы легко агрегируются и содержание их в воде не превышает 1,5 - 4,0 г/л. Осветлители представляют собой резервуары круглого или прямоугольного сечения. Их применяют обычно на станциях производительностью более 5000 м3/сут. Вода с добавленными к ней реагентами поступает в осветлитель через воздухоотделитель, время пребывания воды в котором должно быть не менее 1 мин. Накапливающийся во взвешенном слое осветлителя осадок отбирается в осадкоуплотнители, где уплотняется перед выпуском в водосток.

Для осветления и обесцвечивания маломутных вод используется осветлитель с дырчатым дном и поддонным осадкоуплотнителем.

Для коагуляции с образованием крупных, прочных, быстрооседающих хлопьев гидроксидов металлов с захваченными ими примесями используют камеры хлопьеобразования. Камеры хлопьеобразования целесообразны в том случае, когда для последующего осветления применяют отстойник. Если осветление воды проводится в осветлителях с взвешенным слоем осадка, то камеры хлопьеобразования не требуются, так как хлопья достаточно эффективно образуются во взвешенном слое осадка.

Скребковый механизм состоит из скребковой тележки, предназначенной для сгребания осадка в иловый приямок и трансбордерной тележки, служащей для передвижения Cебковой тележки от секции к секции отстойника.

2. ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

2.1 Сравнительная характеристика и выбор методов теплотехнических измерений

2.1.1 Измерение температуры

Температура является одним /4/ из важнейших параметров контроля технологического процесса. Она обладает некоторыми принципиальными особенностями, что обусловливает необходимость применения /3/ большого количества методов и технических средств для её измерения.

Температура может быть определена как параметр теплового состояния. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагретости, а вместе с этим изменяются физические свойства. При данной температуре кинетическая энергия каждой отдельной молекулы тела может значительно отличаться от его кинетической энергии. Поэтому понятие температуры является статистическим и применимо только к телу, состоящему из достаточно большого числа молекул. И в действительности нет ни одного термометрического средства, которое не зависело бы от различных факторов во всем интервале температур.

Из числа условных температурных шкал наибольшее распространение получила стоградусная шкала Цельсия, градус которой равен сотой части основного температурного интервала. За основные точки этой шкалы приняты точка плавления льда (0) и точка кипения воды (100) при нормальном атмосферном давлении.

Существует два основных метода измерения температур: контактный и бесконтактный.

Бесконтактный метод позволяет измерить температуру тел по их излучению. Пирометры (яркостные, радиационные и фотоэлектрические) в основном применяют для измерения от 300 до 6000 0С. Вообще же они могут быть использованы для измерения и более низких температур. Бесконтактный метод обладает положительным свойством: при их использовании не искажается температурное поле объекта измерения. В то же время для тех интервалов температур, где возможно применение контактных методов предпочтение отдаётся им из-за более высокой точности измерения.

Контактные методы делятся на:

_ метод измерения температуры с помощью термометров расширения;

_ метод измерения температуры с помощью манометрических термометров;

_ термоэлектрический метод;

_ метод измерения температуры с помощью термометров сопротивления (металлические, полупроводниковые).

Принцип действия термометров расширения основан на тепловом расширении термометрической жидкости (жидкостные термометры) и на способности твердого тела изменять свои размеры при изменении температуры (дилатометрические, металлические термометры). Они отличаются высокой точностью, простотой устройства и дешевизной. Однако такие термометры хрупки, как правило, неремонтопригодны, не могут передавать показания на расстояние. Применяют для измерения температуры в области от -200 до 750 0С.

Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости между температурой и давлением рабочего (термометрического) вещества в замкнутой герметичной термосистеме. Манометрические термометры являются техническими приборами и в зависимости от рабочего вещества термосистемы они подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). Газовые и жидкостные имеют линейную шкалу. У конденсационных - шкала нелинейная. Главным достоинством манометрических термометров является возможность их применения в пожаро- и взрывоопасных условиях любых категорий. Большинство манометрических термометров обладает хорошей вибростойкостью. К числу недостатков следует отнести невысокую точность (класс большинства приборов 1,5; 2,5) и большие размеры чувствительных элементов: длина от 80 до 630 мм, диаметр 16 и 20 мм. В зависимости от рабочего вещества термосистемы их применяют для измерения температуры жидких и газообразных сред от -150 до 6000С.

Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (т.э.д.с.) термоэлектрического термометра от температуры.

Термоэлектрические термометры широко применяются для измерения температуры до 2500 0С в различных областях техники и в научных исследованиях. Они могут использоваться для измерения температуры от -2000С, но в области низких температур термоэлектрические термометры получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления, рассматриваемые ниже. В области высоких температур (выше 1300 - 1600 0С) термоэлектрические термометры находят применение главным образом для кратковременных измерений. Следует иметь в виду, что с ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды, и продолжительность работы термоэлектрических быстро снижается. Отличаются достаточно высокой точностью и стабильностью характеристик преобразования, хотя они и уступают немного по этим показателям термопреобразователям сопротивления. К числу недостатков следует отнести необходимость применения специальных термоэлектродных проводов для подключения преобразователей к прибору и необходимость стабилизации или автоматического введения поправки на температуру свободных концов. К числу достоинств термоэлектрических термометров следует отнести достаточно высокую степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термоэлектрических термометров через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измеряемой температуры с помощью самопишущего прибора, возможность градуировки измерительного пробора и термоэлектрического термометра.

Метод измерения температуры с помощью термометров сопротивления основан на свойстве вещества изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Термометры сопротивления изготавливают из металлов (медь и платина) и полупроводников. Применяют для измерения температуры в интервале от -260 до 750 0С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000 0С. К числу достоинств следует отнести высокую точность (меньшую, чем у стеклянных термометров, но большую, чем у термоэлектрических преобразователей и всех остальных контактных термопреобразователей и термометров) и стабильность характеристики преобразования, возможность измерять криогенные температуры (от - 260 єС). К недостаткам следует отнести большие размеры чувствительного элемента, не позволяющие измерять температуру в точке объекта или измеряемой среды (диаметр чехла или чувствительного элемента 6 - 20 мм, длина 50 -180 мм).

Для измерения температуры целесообразно использовать контактный метод измерения температуры с помощью термосопротивления, так как он обеспечивает наибольшую точность и измерение в необходимых пределах.

2.1.2 Измерение давления

Давление жидкости, пара, газа - сила, действующая равномерно на площадь, а единицей давления называют силу, действующую равномерно на единицу площади. Из числа допускаемых к применению в нашей стране единиц давления предпочтительной является паскаль (Па). Паскаль - давление силы в один ньютон на площадь в один квадратный метр (Н/м2) /2/.

При измерении различают атмосферное, избыточное, ваккуметрическое и абсолютное давление. При контроле технологического процесса приходится иметь дело с измерением избыточного давления.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на следующие группы:

_ жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;

_ деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;

_ грузопоршневые, в которых измеряемое давление определяется силой действующей на площадь поршня;

_ электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления.

Для измерения давления, разрежения и разности давлений в промышленных условиях наибольшее распространение получили деформационные манометры. Они охватывают диапазоны измерений от 0 - 160 Па до 0 - 1600 МПа. Выпускаются измерительные преобразователи, которые линией связи соединены с показывающими вторичными приборами, расположенными на щитах управления.

Исходя из выше описанного, для контроля технологического процесса будут применяться два метода измерения давления - деформационный и электрический.

2.1.3 Измерение расхода

При измерениях, связанных с учетом количества жидкостей, газа и пара, и оперативным контролем, регулированием и управлением технологическими процессами в различных отраслях промышленности, приходится определять количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени или за какой-то промежуток времени /3/. Прибор, измеряющий расход, т.е. количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени - час (ч), называют расходомером.

Объёмный расход, обозначаемый через Q0, и массовый расход, обозначаемый через Qм, выражают в следующих единицах: кубический метр в секунду (м3/с); кубический метр в час (м3/ч); литр в час (л/ч) и килограмм в секунду (кг/с); килограмм в час (кг/ч); тонна в час (т/ч) соответственно. Допускаются единицы, выраженные в объёме или массе, отнесенные к минуте (мин).

Самое широкое распространение среди методов измерения расхода получил метод переменного перепада давления, который использует зависимость перепада давления на сужающем устройстве, установленном в трубопроводе, от расхода. Принципиальным преимуществом его по сравнению со всеми остальными методами является возможность определить градуировочную характеристику (номинальную статическую характеристику преобразования) расчетным путем. Характеристики всех остальных преобразователей расхода определяются экспериментально. Расходомеры переменного перепада давления применяются для измерения средних и больших расходов от 1м3/ч и более в трубопроводах от 50 мм и более. Различают расходомеры со стандартными и специальными сужающими устройствами. Последние применяются на трубопроводах диаметром меньше 50 мм и при малых числах Рейнольдса (Re), что позволяет использовать их для вязких жидкостей.

Часто применяются ротаметры, являющиеся наиболее распространенной разновидностью расходомеров постоянного перепада давления. Они получили широкое распространение в химической промышленности, в лабораторных и полупромышленных установках для измерения расхода жидкостей и газов. Ротаметры могут измерять очень малые расходы различных сред, в том числе агрессивных. Это достаточно надежные и неприхотливые в эксплуатации средства измерения; имеют практически линейную шкалу, просты, дешевы и достаточно точны (погрешность не превышает 1 - 1,5 %). Однако ротаметры обязательно должны устанавливаться вертикально, а поток должен быть направлен снизу вверх.

Электромагнитные (индукционные) метод применяют для измерения в трубопроводах объёмного расхода электропроводных жидкостей растворов и пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами. Удельная электрическая проводимость измеряемой среды должна находиться в пределах от 10-3 до 10 См/м. Такие расходомеры применяются для измерения расхода электропроводящих сред в трубопроводах диаметром 2 - 3600 мм. Для трубопроводов больших диаметров выпускаются зондовые электромагнитные преобразователи, измеряющие скорость в одной или нескольких точках сечения, по которым определяется расход.

Принцип действия рассматриваемых расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому наведенная в проводнике э.д.с. пропорциональна скорости его движения в магнитном поле. Роль движущегося в магнитном поле проводника играет электропроводная жидкость, протекающая через первичный электромагнитный преобразователь расхода, установленный в трубопроводе. Измеряя э.д.с., наведенную в электропроводной жидкости, которая при своём движении пересекает магнитное поле первичного преобразователя, можно определить среднюю скорость текущей жидкости, а вместе с тем и объёмный расход.

Тахометрические расходомеры и счетчики количества, которые получили широкое распространение в системах водоснабжения, для измерения расхода мазута и других вязких и агрессивных сред в различных технологических установках, - используют зависимость частоты вращения тела, установленного в трубопроводе от скорости движения среды или ее объема. Это наиболее точный метод измерения. Однако почти все они имеют ограниченный срок службы (исключение составляют шаровые расходомеры с гидродинамическим подвесом, но у них низкая точность измерения).

Бывают еще вихревые, струйные, тепловые, ультразвуковые и корреляционные расходомеры. Главным преимуществом ультразвуковых расходомеров является полная герметичность измерительных преобразователей, класс точности 1 - 1,5. Тепловые расходомеры применяют в основном для измерения микрорасходов от десятков миллилитров в час до сотен литров в час.

Наиболее целесообразным методом измерения расхода в процессе приготовления кислоты является метод переменного перепада давления.

2.1.4 Измерение уровня

Технические средства, применяемые /4/ для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.

Уровнемеры, предназначенные для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным в определенных пределах, снабжают устройством для сигнализации предельных отклонений уровня от заданного значения.

Для измерения уровня жидкости наиболее распространены визуальные, поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, акустические уровнемеры.

В поплавковых уровнемерах перемещение поплавка на поверхности жидкости передаётся на показывающее устройство или преобразователь для преобразования перемещения в выходной сигнал. Они точны и надежны, нопри давлениях более 5 - 6 МПа практически не возможно создавать поплавок, который плавал бы на поверхности.

Действие буйковых уровнемеров основано на принципе электрической или пневматической компенсации усилия, развиваемого чувствительным элементом (буйком) измерительного блока уровнемера, погружённым в жидкость, уровень которой измеряется. Могут работать при высоких давлениях и температурах. Но, как и в поплавковых уровнемерах, осадки и отложения на буйке вызывают существенные погрешности.

Действие гидростатических уровнемеров основано на измерении давления столба жидкости или её веса в конкретном аппарате, т. е. P=H·с·g. Главное преимущество - возможность определять градуировочную характеристику расчетным путем.

Принцип действия электрических уровнемеров основан на зависимости от уровня жидкости электрических параметров преобразователей.

В акустических уровнемерах используется принцип локации уровня жидкости через газовую среду.

В ультразвуковых уровнемерах используется метод, основанный на на отражении ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости.

Измерение уровня радиоизотопными уровнемерами основано на поглощении г - лучей при прохождении их через слой вещества.

Чтобы исключить контакт агрессивной смеси с чувствительным элементом наиболее целесообразно использовать локационный метод измерения уровня.

Параметры, подлежащие контролю, приведены в приложении /1/.

технологический очистка промышленный сток

2.2 Сравнительная характеристика и выбор методов физико-химических измерений

2.2.1 Измерение концентрации

Концентрацией вещества называют физическую величину, определяемую отношением массы m вещества к занимаемому им объёму V. Относительную концентрацию жидкого вещества принято выражать отношением его плотности, взятой при нормальной температуре (20 0С), к плотности дистиллированной воды при температуре 4 0С и обозначать с204. Концентрацию жидкостей и газов уменьшается с увеличением температуры. Плотность газов увеличивается с увеличением давления, плотность жидкости практически от давления не зависит. Средства измерений плотности часто называют плотномерами или денсиметрами (денситометрами). В автоматических плотномерах применяются следующие методы измерения: пьезометрический, поплавковый, радиоактивный.

Принцип действия поплавковых плотномеров основан на непрерывном измерении выталкивающей силы, действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество. Существует много различных конструкций плотномеров с частично погруженным поплавком. Они обладают высокой чувствительностью, что позволяет осуществить измерение плотности в узком диапазоне (всего 0,005 - 0,01 г/см3) с погрешностью ± (1,5 - 3) % от диапазона измерений. Плотномеры с полностью погруженным поплавком позволяют измерять плотность от 0,5 до 1,2 г/см3. Диапазон измерений может быть установлен от 0,05 до 0,2 г/см3. Температура анализируемой жидкости - 5…+100 0С. Класс точности 1.

Действие пьезометрических плотномеров основано на измерении гидростатического давления столба анализируемой жидкости постоянной высоты, через который продувается воздух. Измерение плотности осуществляется по разности давления в двух пьезометрических трубках, погружённых на одинаковую глубину в контролируемую и эталонную жидкости.

Температурная компенсация обеспечивается при равенстве температур контролируемой и эталонной жидкостей, которое достигается размещением сосуда с эталонной жидкостью в сосуде с контролируемой жидкостью, где он омывается контролируемой жидкостью.

Первичный преобразователь выполняется проточным и погруженным.

Измерение плотности с помощью радиоактивного излучения основано на зависимости степени ослабления потока излучения от плотности контролируемой среды. В качестве источника излучения используется радиоактивный цезий - 137, лучи которого проходят через контролируемую среду и регистрируются приёмником излучения.

Для измерения концентрацию газовой смеси в трубопроводе наиболее подходящим методом является термохимический.

Возможные методы и средства контроля основных технологических параметров приведены в приложении /2/.

2.3 Выбор технических средств измерения технологических параметров и их сравнительная характеристика

Нормальное функционирование любого /3/ технологического процесса невозможно без контроля его параметров. В системах автоматизации для этих целей используются датчики, работающие в комплекте с вторичными приборами.

Канал технологического контроля имеет первичное измерительное устройство, контролирующее технологический параметр и преобразующее его в удобную для дистанционной передачи форму линии связи (передачи сигнала), и вторичный показывающий, сигнализирующий или записывающий прибор.

При выборе технических средств автоматизации учитываются конкретные условия процесса измерения, необходимая точность и экономическая эффективность. Выбор основан на стремлении к применению однотипных средств автоматизации и предпочтительно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяемостью и простотой компоновки на местах управления. Использование однотипной аппаратуры дает значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации, обеспечении запасными частями.

Проанализировав все методы контроля температуры, я делаю вывод, что наиболее подходящим методом является измерение температуры термопреобразователем сопротивления с НСХ 50М. Их использование является наиболее целесообразным, так как они предназначены для измерения температуры неагрессивных и агрессивных газообразных и жидких сред; производится контроль требуемого диапазона температур. Кроме того, они имеют следующие достоинства:

_ термометры могут применятся для длительного измерения температуры;

_ изменяется в зависимости от температуры практически линейно;

_ высокая точность;

_ дистанционная передача информации;

_ невысокая стоимость датчика.

В качестве вторичного прибора для всех точек контроля температуры я выбираю аналоговый показывающий и регистрирующий прибор Диск-250.

Аналоговые вторичные приборы получили широкое распространение из-за простоты в эксплуатации, относительной дешевизны, достаточной точности, многофункциональности. Регистрирующие аналоговые вторичные приборы также используются в системах хозрасчетного учета, отчетности, при наладках системы автоматического регулирования, для фиксации быстроизменяющихся параметров.

Избыточное давление контролируется при помощи измерительного преобразователя избыточного давления типа «Сапфир-22ДИ» 2160. Вторичный прибор - Диск 250-(2131) (показывающий, регистрирующий и сигнализирующий).

Ведется контроль расхода воды, которые поступают в аппараты, устанавливается диафрагма ДКС-300 и датчик разности давления Метран 49-ДД 9420. Его показания не зависят от параметров контролируемой среды (вязкость, температура, плотность, химический состав); он обладает высоким быстродействием, имеет линейную шкалу и значительный диапазон измерения. В качестве вторичных используются прибор, - одноканальный показывающий регистрирующий прибор Диск 250-(2131).

Концентрация контролируется термохимическим методом преобразователь МГЛ-19М-3, сигнал которого поступает на показывающий, регистрирующий и сигнализирующий вторичный прибор типа Диск 250-(1121).

3. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Главными задачами проектирования функциональной схемы контроля процесса очистки промышленных стоков являются получение информации о состоянии технологического процесса и оборудования, контроль и регистрация параметров процесса и состояния оборудования.

На схеме автоматизации технологического контроля, представленной на листе 1, осуществлен контроль температуры, давления, расхода и уровня, а также концентрация.

Температура контролируется в всех точках термо преобразователем сопротивлением (1а-4а), пределы измерения -40…180 °С,

Предназначен для измерения агрессивных сред,

Верхний предел измерения 180 0С

Градуировки 50М

Основная погрешность ±0,5 %

Давление воды, подаваемого в аппараты, контролируется при помощи измерительного преобразователя избыточного давления типа «Сапфир-22ДИ» 2140 (5а), верхний предел измерения 15МПа, предел допускаемой основной погрешности ± 0,5 %. Происходит преобразование значения избыточного давления в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Вторичный прибор - Диск 250 (5б). Основная погрешность этого прибора составляет ± 0,5 %.

На соответствующем трубопроводе (7а, 6а) устанавливается диафрагма ДКС-300 и датчик разности давления Метран 49 ДД 9420, класс точности 1, верхний предел измерения 8 м3/ч, унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи (0 - 5, 0 - 20 мА). Сигналы с трубопроводов поступают на вторичный прибор - Диск 250 (6б-7б).

Контроль уровня в ёмкостях ведется волновым уровнемером серии 3300 поз 9а-11а и вторичного прибора типа Альфолог 100 поз 11б диапазон измерения 0 - 2,5 м.

Концентрация контролируется рН метром РН-4120 поз 8а,8б. Относительная погрешность ± 0.05%.

4. РАССЧИТАТЬ СУЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ

1) Наибольший измеряемый массовый расход (кг/ч) 772000

2) Наименьший измеряемый массовый расход (кг/ч) 240000

3) Избыточное давление измеряемой среды (кг/см2) - 5

4) Температура измеряемой среды (в гр. Цельсия) 75

5) Внутренний диаметр трубопровода при 20°С (мм) 300

6) Материал трубопровода сталь 20

7) Абсолютная шероховатость трубопровода 0,15 мм

8) Тип сужающего устройства: диафрагма камерная с угловым способом отбора давления.

Местное сопротивление на участке установки сужающее устройства

9) До сужающего устройства на расстоянии 16,5 м находится вентиль

10) Тип дифманометра - мембранный

11) После сужающего устройства на расстоянии 2,4 м - тройник.

Расчёт

Из таблиц: ас=11,1 вс=7,7 сс=3,4

г=10^-6(ас +10^-3*t* вс -10^-6* сс)

г=10^-6(11.1+10^-3*100*7.7-10^-6*100*3.4) = 0.000012

Дt = Д20(1+ г(t-20))=Д20*Кt

Дt = 300(1+.000012(10-20)) = 300.288 (мм)

Барометрическое давление

Рбар = 103 кПа = 103000 Па =1.03 (кг*с/смІ)

Рабс = Рбар + Ризб Рбар = 1.03+5 = 6.03 (кг*с/смІ)

м = 28.5*10^-6(кг*с/мІ)

с воды сt =959,3 + (965,3-959,3/100-90)*(6,03-1)=962,318 кг/мі

Предварительно выбирается предельный расход по дифманометру из ряда цифр.

По условию наибольший измеряемый массовый расход 772000кг/ч следовательно предельный расход - 800000кг/ч (Qм пр).

Наименьший измеряемый массовый расход 240000кг/ч следовательно предельный расход - 250000 кг/ч (Qм мин).

Для массового расхода

с1= Qм пред/0,01252 ДІt *vРt

C1=800000\0,1252*300,288І*v962,318 = 22,843

Определение номинального перепада давления по дифманометру (?Рн), потери давления (РН) и относительной площади отверстия сужающего устройства (Модуля СУ) (m).

m=0,2 ?PН=2,5 кг*с/смІ, Рн=2,8 кг*с/смІ

Определение критерия Рейнолдса (Rc), коэффициентов л, Е, m, окончательно.

Remin=0,0361*Qm min/Д*м

Remin= 0,0361* 250000/300,288*28,5*10^-6 =1054543,194

Remax=0,0361*Qм пред/Д*м

Remax=800000/300,288*28,5*10^-6 =3374538,221

Определяем гидравлическую гладкость трубопровода.

К*10^4/Д=0,15*10^4/300,288=5? 3,9*10^3 (е^-14,2*vm)

для m>0,13

Неравенство соблюдается, значит, трубопровод считается гидравлически гладким.

Определяем крит. Re

Т.к. 0,05?m?0,2> Remin доп=5000

Т.к. Re min>Re доп, неравенство соблюдается.

Определим вспомогательную величину.

mл= c/v?Pн mл=22,843/v2,5*10^4=0,144

Для диафрагмы с угловым способом отбора давления.

лу=1*(0,5959 + 0,0312*0,2^1,05 - 0,184*0,2^4 + 0,0029 * 0,2^1,25*(10^6/3374538,221)^0,75/v1-0,2І=0,614

Определяем вспомогательное число.

F1= m1 л1 е1 е1=1 F=0,2*0,614=0,1228

Определим погрешность найденных коэффициентов.

д1=((F1/c/v?Pн) -1)*100%?0,2%

д1=((0,1228/22,843/v2,5*10^4)- 1)*100%=-15%

т.к. | д1| >0,2%, то процесс нахождения m продолжаем.

Поскольку, F1<C/v?Pн, то выбираем m2=0,233

лy2=(1/v1-0,233І) * (0,5959 = 0,0312*0,233^1,05 - 0,184*0,233^4 = 0,0029*0,233^1,25)*(10^6/3374538,221)^0,75=0,62

F2=m2 л2 е2 е2=0

F2=0,233*0,62=0,14446

д2=((0,14446/22,843/v2,5*10^4) -1)*100%=-0,01%

т.к. |д2|?0,2%, то процесс нахождения m закончен.

Величины m=m2=0,233 л= лy2=0,62

е = е2=1 считаются окончательными.

Выбираем материал для изготовления диафрагмы (сужающего устройства), при температуре потока до 400°С выбирается сталь Х 17.

Определим диаметр отверстия в сужающем устройстве

d20=Дt*vm/Kt d20=300,288*v233/1,001=144,804мм

Определим минимально необходимые длины прямых участков на измерительном трубопроводе.

До СУ После СУ

ак=17,5 в=А/Д ак=0

вк=64,5 в=144804/300,288=0,48 вк=8,55

ск=4,1 ск=0,55

L1min=(17,5 + 64,5 + 0,5^4,1)*300,288=24641см=24,6м

L1=16,5м

L2 min=(0 + 8,55 + 0,5^0,55)*300,288=27726,6cм=2,8м

L2=2,4м

Проверка расчёта:

Qm=0,01252 л е (Kt)І dІ20 v?Pн*сt

Qm=0,01252*0,62*1,001І*144,804І*v2,5*10^4*962,318=799934,8172 мі/ч

д=((Qm/Qм пред)-1)*100%

д = ((799934,8172 / 800000) - 1) * 100% = -0,008% ? 0,2%.

Вывод: -0,008 < 0,2% - погрешность расчёта расхода меньше погрешности расчёта допустимых значений.

Проверка расчёта выполнена верно.

Определим действительную потерю давления:

75%, тогда рнд = 0,75*2,5 = 1,875?рн 1,875<2,8

5. МОНТАЖ ДИАФРАГМЫ ДСК-300

Монтаж приборов и средств автоматизации производится на основании технической документации, разрабатываемой проектными организациями, и проектов производства работ.

В курсовом проекте рассматривается диафрагма (переменного перепада давления) расходомер ДКС-300, которым измеряется расход воды. Метод переменного перепада давления измерения расхода основан на измерении разности давления до диафрагмы и после, пропорциональной скорости потока жидкости в трубопроводе, т. е. ее расходу. Измерительным органом диафрагма с дифманометром.

Исходя из конструктивных особенностей, расходомер ДКС-300 по способу монтажа относится к приборам, устанавливаемым непосредственно в технологические трубопроводы, расход среды в которых подлежит измерению. Эти приборы имеют простое фланцевое присоединение. Корпус расходомера оснащен двумя фланцами для присоединения его к фланцам трубопровода при помощи болтов. Герметичность соединения обеспечивается прокладкой из фторопласта.