Автоматизация технологий

Автоматизация процесса получения пропилена

Технологическая схема производства. Пропилен поступает в нижнюю часть реактора полимеризатора 1 (рис. 5.10). Туда же подают инертный растворитель (обычно бензин) и катализатор. Необходимая степень перемешивания, реакционной массы обеспечивается механической мешалкой и барботажем. мономера через жидкую фазу.
В результате реакции полимеризации получают полипропилен. Основным показателем качества продукта полипропилена является средняя молекулярная масса, определяющая механические и физические свойства получаемого продукта. Молекулярная масса полимера определяется расходом специальной добавки - регулятора молекулярной массы, в качестве которого, как правило, используют водород.
Для отвода теплоты реакции в рубашку реактора подают хладоноситель. Полученная суспензия полимера вместе с непрореагировавшим мономером через подогреватель 2 поступает в испарительную камеру 3. В последней происходит выделение из жидкости растворенного мономера и испарение части растворителя. Суспензия полимера отводится из нижней части испарительной камеры и подается на выделение растворителя, а парогазовая смесь охлаждается в холодильнике 4 и поступает в сепаратор 5. Конденсат растворителя из сепаратора возвращается в испарительную камеру 3, а газовая фаза, состоящая в основном из мономера, направляется на очистку. В даль¬нейшем мономер вновь возвращается в реактор 1.
Автоматизация процесса полимеризации. Показателем эффективности процесса является степень превращения мономера в полимер. Ее следует поддерживать на постоянном - максимально возможном для данного мономера и данных условий - значении. Степень превращения зависит от характеристики катализатора, температуры и давления в реакторе, состава растворителя и 'мономера, расхода растворителя, мономера и регулятора молекулярной массы.
Определяющим фактором являются химический состав и соотношение компонентов катализатора, концентрация его в реакторе, расход и способ приготовления. При управлении процессом полимеризации целенаправленно изменяют или стабилизируют только расход катализатора. С 'изменением остальных параметров в объект поступают возмущения.
Важным параметром является температура в зоне реакции. При повышении температуры на 1 °С скорость полимеризации пропилена возрастает на 6%. Верхний предел температуры устанавливают, исходя из работоспособности катализатора. При чрезмерном повышении температуры скорость процесса полимеризации может возрасти до критического значения, и произойдет авария. Поэтому температуру следует поддерживать на строго определенном значении, близком к критическому; регулирующее воздействие достигается при этом изменением расхода хладоносителя, подаваемого в рубашку реактора.
С изменением состава мономера, растворителя и регулятора молекулярной массы в объекте будут возникать возмущения, которые могут значительно изменить ход процесса. Например, катализатор очень чувствителен к малейшим примесям серы и пропадиена, а присутствие некоторых веществ вообще прекращает реакцию.
Давление в реакторе влияет на растворимость мономера и водорода в жидкой фазе, т. е. на их концентрацию в реакционной массе. Кроме того, в реакторах с газовой фазой давление определяет температуру кипения растворителя. Поэтому давление следует стабилизировать изменением расхода продукта реакции - суспензии полимера.
Расход мономера, катализатора, растворителя и регулятора молекулярной массы влияет на степень превращения мономера в полимер «е в меньшей степени, чем остальные параметры. Их можно стабилизировать и тем самым устранить сильные возмущения по этим каналам, а можно изменять с целью внесения регулирующих воздействий.
Обычно стабилизируют расход растворителя, регулятора молекулярной массы и катализатора. Расход же мономера изменяют таким образом, чтобы поддерживать количество непрореагировавшего мономера постоянным, минимально возможным для данных условий. Для определения количества непрореагировавшего мономера после сепаратора устанавливают датчик: расхода. Данный узел регулирования реализуется с помощью двухконтурной системы, в которой основным регулятором является регулятор расхода непрореагировавшего мономера, а вспомогательным - регулятор расхода мономера, подаваемого в реактор.
В схеме предусмотрено также регулирование температуры суспензии после подогревателя 2 изменением расхода пара, подаваемого в подогреватель. Это необходимо для полного выделения мономера из жидкой фазы. Для поддержания материального баланса регулируют уровень суспензии и давление в испарительной камере 3.

Схема регулирования процесса полимеризации пропилена в произ¬водстве полипропилена:

Рис. 5.10. Схема регулирования процесса полимеризации пропилена в произ¬водстве полипропилена:
1 - реактор-полимеризатор; 2 - подогреватель; 3 - испарительная камера; 4 - холодильник; 5 -сепаратор.

 

Автоматизация процесса аммиачной селитры

Технологическая схема производства. Аммиачная селитра - одно из наиболее распространенных азотных удобрений. Получают ее нейтрализацией разбавленной азотной кислоты (40-50%) газообразным аммиаком.
Азотная кислота из приемной емкости 1 (рис. 5.5) проходит через теплообменник 2 и поступает в нейтрализатор 3. Туда же подается предварительно нагретый в теплообменнике 5 газообразный аммиак. Основное количество аммиака поступает в газообразном состоянии из цеха синтеза аммиака. Дополнительно со склада подается жидкий аммиак, который испаряется в аппарате 4.
В нейтрализаторе 3 при атмосферном давлении и определенной температуре протекает процесс нейтрализации, параллельно с ним происходит частичное упаривание раствора за счет теплоты нейтрализации. Частично упаренный слабокислый раствор аммиачной селитры концентрацией 60-80% (так называемый слабый щелок) поступает в бак с мешалкой - донейтрализатор 6, где окончательно нейтрализуется аммиаком. Пар, образующийся при выпаривании раствора (соковый пар), выводится из верхней части нейтрализатора. При неправильном ведении процесса из нейтрализатора с соковым паром может уноситься часть аммиака и азотной кислоты.
Упаривание слабого щелока до 98,5% NН4NО3 осуществляется под вакуумом в две ступени. Первоначально в выпарном аппарате 8 концентрация щелока доводится до 82% NH4NO3, а затем и в выпарном аппарате 12 - до заданной.
Слабый щелок подается в нижнюю часть выпарного аппарата 8. В качестве греющего агента в выпарном аппарате I ступени в основном используют соковый пар. Дополнительно к нему подают водяной пар. По мере увеличения концентрации сокового пара в греющей камере выпарного аппарата накапливаются инертные газы, ухудшающие теплопередачу. Для обеспечения нормальной работы аппарата 8 предусмотрена продувка межтрубного пространства с выбросом инертных газов в атмосферу.
Упаренный щелок из аппарата 8 перемещается в сборник 10. Здесь для улучшения качества получаемой селитры к щелоку добавляют раствор доломита, снижающего слеживаемость селитры.
Из сборника 10 щелок перекачивается в выпарной аппарат 12. В сепараторе 13 производится разделение выпаренного раствора на соковый пар и концентрированный раствор - плав. Соковый пар проходит в барометрический конденсатор 14, а плав подается в грануляционную башню 15. Гранулированная аммиачная селитра (конечный продукт) выводится из башни по выходному патрубку 16 транспортером 17.
Автоматизация процесса нейтрализации. Показателем эффективности этого процесса является количество удельных потерь сырья с соковым паром. Их необходимо поддерживать минимальными, что способствует снижению себестоимости продукции. Потери сырья в основном зависят от соотношения расходов аммиака и азотной кислоты. Установлено, что потери сырья будут минимальны, если обеспечить поддержание соотношения расходов с точностью до 0,1-0,15%, или от 1 д» 1,5 г/л избыточной кислотности. Такая точность регулирования обеспечивается узлами регулирования соотношения расходов азотной кислоты и аммиака, расхода аммиака и величины рН в (нейтрализаторе.
Регуляторы должны обеспечивать кроме минимальных потерь сырья еще и постоянство концентрации слабого щелока. Эта концентрация зависит от температурного режима в нейтрализаторе, который определяется количеством тепла, выделяющегося в процессе реакции, а также температурами аммиака и азотной кислоты, поступающих в нейтрализатор. Количество тепла, выделяющегося в процессе реакции, зависит от соотношения расхода аммиака и азотной кислоты. Это соотношение поддерживается постоянным, поэтому можно считать постоянным количество выделившегося тепла. Для стабилизации температур аммиака и азотной кислоты устанавливают регуляторы температуры.
Манометрический режим в магистралях газообразного аммиака поддерживается регуляторами давления. Давление аммиака, поступающего из цеха синтеза, стабилизируется путем изменения расхода аммиака, подаваемого из испарителя 4, а давление аммиака, испаряющегося в аппарате 4, - путем изменения расхода пара, поступающего в этот аппарат. Для поддержания материальных балансов устанавливают регуляторы уровня в приемной емкости 1 и испарителе 4.
Донейтрализация раствора в аппарате 6 проводится с помощью регулятора нейтрализации в зависимости от рН раствора. Регулирующее воздействие вносится изменением расхода аммиака. Для поддержания материального баланса стабилизируется уровень раствора аммиачной селитры в аппарате 6.
Концентрация раствора, упаренного в аппарате 8, поддерживается постоянной с помощью узлов регулирования давления пара, подаваемого в аппарат 8, и температуры конденсата сокового пара. Концентрация раствора после выпарного аппарата 12 стабилизируется с помощью регуляторов температуры раствора (путем изменения расхода раствора в этот аппарат) и температуры конденсата сокового пара.
Удаление инертных газов из аппарата 5 осуществляется командоаппаратом, который периодически подает импульсы на открытие клапанов, установленных на магистралях продувки.
Для правильного ведения процесса смешения в сборнике 10 устанавливают регулятор соотношения расходов доломита и щелока.
Выгрузка аммиачной селитры из грануляционной башни осуществляется автоматически в зависимости от уровня селитры регулирующей заслонкой в выходном патрубке 16.

Схема регулирования производства аммиачной селитры:

Рис. 5.5. Схема регулирования производства аммиачной селитры:

1 - емкость; 2, 5 - теплообменники; 3 - нейтрализатор; 4 - испаритель; 6 - донейтрализатор; 7, 11 -насосы; 8 - выпарной аппарат I ступени; 9, 14 - барометрические конденсаторы; 10 - сборник; 12 - выпарной аппарат II ступени; 13 - сепаратор; 15 - грануляционная башня; 16 - выходной патрубок; 17. - транспортер.

   

Автоматизация процееса получения полиэтилена высокого давления

Технологическая схема производства. Этилен, сжатый до рабочего дав¬ления, поступает в емкость 1 (рис. 5.9), из которой двумя потоками подается в трехзонный реактор автоклавного типа с перемешивающим устройством. Верхний поток, предварительно нагретый в теплообменнике 2, подается в верхнюю зону 3 реактора, а нижний вводится между средней 4 и нижней 5 зонами. Полимеризация проводится под давлением ПО-150 МПа при температуре 170-200 С. Для ускорения процесса в верхний трубопровод этилена дозируется инициатор. В результате реакции часть этилена полимеризуется в полиэтилен. Степень полимеризации колеблется в пределах 10-12%. Смесь непрореагировавшего этилена и полиэтилена поступает в отделитель 6. При дросселировании смеси давление падает до 30 МПа. Полиэтилен скапливается в нижней части отделителя и периодически выгружается в приемник 8, а этилен непрерывно направляется в циклон 7 для очистки. Полиэтилен из приемника поступает на переработку, а этилен после очистки вновь возвращается в процесс.
Автоматизация процесса полимеризации. Показателем эффективности процесса полимеризации является степень полимеризации; ее необходимо поддерживать максимально возможной. Степень полимеризации определяется чистотой этилена, температурой и давлением полимеризации, соотношением расходов этилена и инициатора. К чистоте этилена предъявляются очень высокие требования, так как появление примесей существенно изменяет ход процесса.
Процесс полимеризации протекает при больших скоростях, температуре и давлении, что обусловливает жесткие требования к поддержанию температуры и давления в устойчивой для процесса области. При выходе этих параметров за допустимые пределы начинается реакция разложения с последующим взрывом.
Температурный режим в реакторе стабилизируется двумя двухконтурными системами. Основным регулятором одной является регулятор температуры верхней зоны реактора, вспомогательным - регулятор температуры потока-этилена после теплообменника 2. Основным регулятором другой системы является регулятор температуры нижней зоны реактора, вспомогательным - регулятор температуры средней зоны. При регулирова¬нии температуры в нижней зоне происходит перераспределение потоков этилена, что отражается на температуре в верхней зоне. Для устранения этого предусмотрена корректировка тем¬пературы средней зоны.
Давление в реакторе стабилизируется изменением расхода смеси этилена и расплавленного полиэтилена, выводимой из нижней зоны реактора. Улучшение качества регулирования давления в реакторе достигается стабилизацией давления в отделителе.
Соотношение расходов этилена и инициатора поддерживается оператором путем изменения расхода инициатора; при этом стремятся получить наилучшую степень полимеризации. Оператор, кроме того, вручную управляет выгрузкой полимера из отделителя. Необходимость вмешательства человека при управлении процессом полимеризации объясняется отсутствием надежных датчиков и возможностью разложения этилена и полиэтилена.
Реакция разложения протекает с большой скоростью и сопровождается резким повышением давления и температуры, что может привести к взрыву. При разложении выделяется углерод, удаление которого из реактора требует больших затрат труда и времени. Защиту реактора от резкого повышения давления и температуры во время пуска и эксплуатации осуществляют специальные устройства, воздействующие на клапаны 9 и 10.
В настоящее время для управления реакторами полимеризации этилена используется специально разработанное управляющее устройство «Автооператор». Оно выполняет все операции по регулированию параметров процесса, пуску и остановке реактора, защите реактора при разложении, контролю и сигна¬лизации параметров процесса.

Схема регулирования процесса полимеризации этилена под давлением:


Рис. 5.9. Схема регулирования процесса полимеризации этилена под давлением:
1 - приемная емкость; 2 - теплообменник; 3, 4, 5 - верхняя, средняя и нижняя зоны -реактора; 6 - отделитель; 7 - циклон; 8 - приемник; 9 - клапан, обеспечивающий постепенное увеличение давления при пуске реактора; 10 - аварийный клапан сброса.

   

Автоматизация бутадиена 1,3 из н-бутана

Технологическая схема производства бутадиена-1,3 из n-бутана состоит из нескольких участков.
Участок дегидрирования n-бутана в н-бутен (рис. 5.7). Жидкий n-бутан со склада подают в сепаратор 1 и испаритель 2. Полученные в испарителе насыщенные пары n-бутана перегреваются в трубчатой печи 3 и направляются в аппарат, совмещающий в одном корпусе реактор 4 и регенератор 5. В реакторе 4 под действием высоких температур (<700 °С) и в присутствии катализатора происходит процесс дегидрирования n-бутана в н-бутен. Параллельно идут и другие химические реакции, в результате которых получаются метан, водород, углерод, диоксид углерода и т. п. Максимальный выход м-бутена на сырье составляет 70%. Часть н-бутана (до 65%) вообще не вступает в реакцию. Образующийся при контактировании газ выводится из верхней части реактора 4, охлаждается в холодильниках и котлах-утилизаторах (на схеме не показаны) и направляется на участок выделения бутан-бутеновой фракции.
В процессе дегидрирования поры катализатора, представляющего собой мелкие гранулы, забиваются углеродом (побочным продуктом реакции), и активность катализатора падает. Отработанный катализатор током воздуха поднимается из реактора 4 по пневмотранспортной системе в регенератор 5, где при высоких температурах углерод выжигается из пор катализатора. Активность катализатора при этом восстанавливается. Под действием собственного веса гранулы катализатора опускаются в нижнюю часть реге¬нератора и далее в реактор. Газы регенерации - продукты сжигания топлива и углерода - выбрасываются из верхней части регенератора в атмосферу.
Участок выделения бутан-бутеновой фракции. Из буфера 6 контактный газ забирается компрессором и подается последовательно в конденсаторы 7 и 8. Конденсация в аппарате 7 осуществляется за счет холодной воды, а конденсация и охлаждение в аппарате 8 - в результате испарения жидкого аммиака, поступающего из сепаратора 9. Конденсат, образующийся в конденсаторах 7 и 8, собирается в емкости 10. Несконденсировавшийся газ после сепаратора 11 направляется в абсорбционную колонну 12.
Несорбированная часть газа (метан, водород) выбрасывается в топливную сеть. Насыщенный углеводородами абсорбент из нижней части колонны 12 направляется в десорбционную колонну 16. Отогнанный абсорбент из куба колонны 16 через емкость 14 и холодильник 15 возвращается в абсорбционную колонну. Углеводороды из сборника 19 поступают в ректификационные колонны (на схеме не показаны), где осуществляется выделение бутан-бутеновой фракции.
Участок разделения. Насыщенные пары фракции С4 после сепаратора 22 и испарителя 23 поступают в колонну экстрактивной дистилляции 25. Растворйтель (ацетонитрил) подается в верхнюю часть колонны 25. В среднюю часть колонны 21 для укрепления смеси н-бутенов и растворителя вводят рециркулирующий м-бутен. Кроме того, для подавления гидролиза водного раствора ацетонитрила в куб колонны 21 подается аммиак.
Конечными продуктами процесса экстрактивной дистилляции являются бутан из сборника 27 и раствор н-бутенов в водном ацетонитриле из куба колонны 21. Этот раствор поступает в десорбционную колонну 28 для отгонки н-бутенов. Кубовый остаток из колонны 28 возвращается в колонну 25, а конденсат н-бутенов из сборника 30 направляется в нижнюю часть экстракционной колонны 32 для отмывки фузельной водой оставшихся примесей ацетонитрила. Чистые н-бутены из сборника 33 поступают на склад.
Участок дегидрирования н-бутенов. Процесс дегидрирования н-бутенов происходит в реакторе 36 в присутствии водяного пара на неподвижном катализаторе. По истечении определенного времени активность катализатора падает, и реактор переключается с контактирования на регенерацию, т. е. процесс дегидрирования н-бутенов периодичен.
Контактирование ведется при закрытых задвижках IV, V, VI и открытых задвижках I, II, III, VII. Насыщенные пары н-бутенов из испарителя 34 поступают в печь 35. Выходящие из печи перегретые пары м-бутенов смешиваются с водяным паром. На смешение подается как насыщенный водяной пар, так и перегретый в печи 35. Образующаяся смесь проходит сверху вниз через реактор 36, заполненный катализатором. Контактный газ подвергается закалке впрыскиванием воды, а затем через котел-утилизатор 37 поступает на участок выделения бутен-бутадиеновой фракции.
Регенерирование ведется при закрытых задвижках I, II, III, VII и периодически открывающихся задвижках IV, V, VI. Первоначально реактор при открытой задвижке IV продувается паром, затем открывается задвижка V, закрывается задвижка IV, и в реактор подается воздух для выжигания кокса с гранул катализатора. По окончании этого процесса система вновь продувается паром. Газы регенерации выбрасываются в атмосферу при открытой задвижке VI. Затем цикл повторяется.
Участок выделения бутен-бутадиеновой фракции. Схема этого участка аналогична схеме участка выделения бутан-бутеновой фракции. Она включает абсорбционную, десорбционную и три ректификационные колонны (на рисунке этот участок не показан).
Участок разделения бутен-бутадиеновой фракции. Бутилен-бутадиеновая фракция подается в среднюю часть колонны хемосорбции 38. Ниже в колонну поступают бутен-бутадиеновая фракция, возвращаемая с полимеризации, и рециркулирующий бутадиен. Поглотительный медноаммиачный раствор, предварительно охлажденный в холодильнике 42, подается в верхнюю часть колонны. Из колонны 38 отводят очищенные от бутадиена н-бутены. Они собираются в сборнике 39, откуда насосом откачиваются на склад.
Насыщенный бутадиеном раствор из нижней части колонны 38 поступа-рт на предварительную десорбцию в теплообменник 40. Парожидкостная смесь из теплообменника 40 поступает в сепаратор 41. Бутадиен в виде паров возвращается в колонну 38. Обедненный бутадиеном раствор направляется в десорбциоиную колонну 44 для окончательного разделения. Поглотитель в виде кубового остатка собирается в сборнике 43, а затем возвращается в колонну 38. Бутадиен в виде конденсата из дефлегматора 45 собирается в сборнике 46, откуда в качестве конечного продукта производства отправляется на склад.
Автоматизация процесса дегидрирования н-бутана. Основной задачей при автоматизации дегидрирования н-бутана является поддержание максимального выхода «-бутенов (на исходное и разложенное сырье). Выход бутадиена зависит от состава и расхода исходного сырья, температуры в зоне реакции, времени контактирования, активности катализатора.
Стабилизировать состав исходного сырья на данном участке невозможно: он зависит от режима процессов нефтепереработки. Возможно поступление возмущений и по другим каналам.
Для того чтобы при наличии возмущений выход н-бутенов был максимальным, изменяют температуру контактирования и расход сырья. Это осуществляется многоконтурной системой регулирования, в которой основным регулятором является экстремальный регулятор качества (существует экстремальная зависимость между содержанием н-бутенов в контактном газе, с одной стороны, и температурой и расходом сырья - с другой), а вспомогательными - регуляторы расхода сырья в реакторе 4 и температуры в зоне реакции.
Продолжительность контактирования зависит от скорости прохождения паров «-бутана через реактор и от уровня катализатора в нем. Скорость паров определяется разностью давлений в начале и конце газового тракта. С целью поддержания этой разности на определенном значении давления газа контактирования после реактора 4 и паров «-бутана после сепаратора стабилизируют. Постоянный уровень катализатора обеспечива¬ется изменением расхода воздуха в линию катализатора.
Активность катализатора, поступающего в реактор, определяется количеством углерода, осевшего в его порах. Для полного сжигания осевшего углерода предусмотрена стабилизация температуры в зоне реакций регенератора 5 и состава газов регенерации (с помощью газоанализатора горючих компонентов). Постоянный состав газов регенерации поддерживается с помощью двухконтурной системы регулирования. Основным регулятором в ней является регулятор состава газов регенерации, вспомогательным - регулятор расхода воздуха.
Для поддержания материального баланса установлен регулятор уровня в сепараторе 1,
Автоматизация процесса дегидрирования н-бутенов. На данном участке автоматизируются процессы контактирования и регенерации, а также переключения реактора с одного вида ра¬боты на другой.
Командный прибор через определенные промежутки времени с помощью соответствующих задвижек автоматически переключает технологические линии, осуществляя смену операций в цикле контактирование - регенерация.
Основной задачей при автоматизации процесса контактирования является обеспечение максимального выхода бутадиена (17% на пропущенные н-бутены, 80% на разложенные).-
Найдена экстремальная зависимость между содержанием бутадиена в контактном газе и температурой реакции, а также подачей н-бутенов в реактор. Это дает возможность установить экстремальный регулятор выхода бутадиена, который корректирует работу регуляторов температуры контактирования и расхода «-бутенов. .Поскольку непосредственно в реактор тепло не подводится, регулируют температуру смеси перегретого водяного пара и перегретого пара н-бутенов, идущей на дегидрирование. Регулирование осуществляется разбавлением смеси насыщенным водяным паром.
Перед смешением температура перегретых паров стабилизируется двухконтурной системой, в которой основным параметром является температура перегретых ларов, а вспомогательным- температура перевальной стенки печи 35.
Для сохранения однозначной зависимости между выходом бутадиена и температурой реакции в схеме предусмотрено поддержание постоянного времени контактирования. Это осуществляется стабилизацией давления насыщенных паров н-бутенов.
Нормальная закалка контактного газа обеспечивается регулированием температуры его после реактора 36. Поддержание материального баланса в котле-утилизаторе 37 осуществляется стабилизацией уровня.
Оптимальное проведение процесса регенерации обеспечивается узлами стабилизации расхода насыщенного водяного пара, поступающего в печь 35, и температуры в печи.

Схема регулирования производства бутадиена-1,3 из н-бутана

Рис. 5.7. Схема регулирования производства бутадиена-1,3 из н-бутана:

1, 9, 11, 13, 22, 41 - сепараторы; 2, 20, 23, 34 - испарители; 3, 35 -печи; 4, 36 - реакторы; 5 - регенератор; 6 - буфер; 7,8 - конденсаторы: 10, 14 - емкости; 12 - абсорбционная колонна; 15, 42 - холодильники; 16, 28, 44 - десорбциониые колонны; 17, 26, 29, 45 - дефлегматоры; 8, 24, 31, 47 - кипятильники; 19, 27, 30, 33, 39, 43, 46 - сборники; 21, 25 - колонна экстрактивной дистилляции; 32 - экстракционная колонна: 37 - котел-утилизатор; 38 - колонна хемосорбции; 40 - теплообменник.

   

Cтраница 2 из 2

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100