Автоматизация ТП

Задание

Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения по направлению 260900 (656100) «Технология и конструирование изделий легкой промышленности» по специальностям: 260901.65 «Технология швейных изделий», 260902.65 «Конструирование швейных изделий», 260905.65 «Технология изделий из кожи», 260906.65 «Конструирование изделий из кожи» по дисциплине «Автоматизация технологических процессов».
Методические указания содержат краткие теоретические сведения, требования к выполнению и оформлению контрольных работ; общие указания к решению задач; общие указания к выполнению контрольной работы; задачи к контрольным работам; вопросы к контрольной работе; вопросы к экзамену; перечень рекомендуемой литературы.

В контрольных заданиях содержится 112 вариантов теоретических вопросов, по 7 вопросов в каждом (таблица с номерами теоретических вопросов приведена в конце методических указаний). Шесть из них теоретические, один (*) – практическое задание (разработка функциональной схемы автоматизации технологических процессов).
Вариант выбирается в зависимости от шифра, присвоенного каждому студенту. Номера теоретических вопросов сведены в таблицу, и определяются по двум последним цифрам зачетной книжки. На пересечении предпоследней и последней цифр зачетной книжки находятся номера теоретических вопросов контрольной работы.

Кроме ответа на теоретические вопросы, студент должен решить 5 задач.

Номера задач определяются по последним двум цифрам номера зачетной книжки.

Пример: зачетная книжка заканчивается на «15». Выполняются все задачи с номером заканчивающимся на «5» и имеющими предпоследнюю нечетную цифру (5, 15, 35, 55, 75). Если номер зачетной книжки заканчивается цифрой «25» (предпоследняя цифра четная), то выполняются задачи под номерами 5,25,45,65,85. Для определения N, в условии задач, используются две последние цифры зачетной книжки. Последние две цифры зачетной книжки 15. Подставив эту цифру вместо N, получим, например, что давление в трубопроводе 230+N?0,1Па. Подставляете Ваш шифр (в данном случае N=15) 230+15*0,1Па=231,5 Па.

 

Схемы автоматизации примеры

Методы контроля и регулирования параметров объектов химической технологии изучают НА специальных курсах, поэтому здесь приводятся лишь функциональные схемы контроля и регулирования, выполненные по ОСТ 36-27-77.
На промышленных .предприятиях используют машины централизованного контроля, цифровой регистрации, сигнализации и регулирования (МЦКР). Применение этих машин позволяет уменьшить размеры операторских пунктов, щитов и пультов управления.

1. Измерение расхода газа (пара, жидкости).
Комплект средств: сужающее устройство (ДК6-50) - поз. 1а, передающий преобразователь расхода (13ДД11)-поз. 16, вторичный прибор (ПВ4.2Э) - поз. 1е

Измерение расхода газа (пара, жидкости).

2. Измерение количества жидкости счетчиком (ШЩУ-25-6)

Измерение количества жидкости счетчиком

3. Измерение расхода и количества жидкости. Комплект средств: сужающее устройство (ДК6-50)-поз.1а, вторичный прибор - дифманометр (ДСС-712Н)-поз. 16

Измерение расхода и количества жидкости

4. Измерение расхода и количества жидкости. Комплект средств: сужающее устройство (ДК6-50) - поз. 1а, передающий преобразователь (13ДД11) - поз. 16, вторичный прибор (ПВ4.2Э) - поз. 1в, интегратор пневматический (ПИК-1а) - поз. 1г

Измерение расхода и количества жидкости.

5. Измерение давления в аппарате пружин¬ным манометром (ОБМ1-160)

Измерение давления в аппарате пружин¬ным манометром

6 Измерение давления газа в трубопроводе. Комплект средств: передающий преобразователь (13ДИ13) - поз. 1а, вторичный прибор (ПВ4.2П) - поз. 16

 Измерение давления газа в трубопроводе

7. Измерение уровня жидкости.
Комплект средств: передающий преобразователь (13УБ08) - поз. 1а, вторичный прибор (ПВ4.2Э) - поз. 16

Измерение уровня жидкости

8. Измерение уровня жидкости емкостным уровнемером (ЭИУ-2): датчик - поз. 1а, электронный блок - поз. 16, вторичный прибор - поз. 1в

9. Измерение температуры
Комплект средств: термоэлектрический преобразователь (ТХК-0515)-поз. 1а, электронный потенциометр (КСП-3) - поз. 16

10. Измерение температуры
Комплект средств: термоэлектрический преобразователь (ТХА-0515)- поз. 1а, токовый преобразователь (ПТ-ТП-68) - поз. 16, электропневматический преобразователь (ЭПП) - поз. 1в, вторичный прибор (ПВ4.2Э) - поз. 1г

11. Измерение температуры манометрическим термометром (ТГС-711)

12. Измерение температуры многоточечным прибором.
Комплект средств: термопреобразователи сопротивления (ТСП-6097) - поз. 1а-1в, электронный мост (КСП-4) - поз. 1г.

13. Измерение температуры.
Комплект средств: термопреобразователи сопротивления (ТСМ-6097) - поз. 1а - 1в, переключатель (ПМТ-4) - поз. 1г, милливольтметр (М-64) - поз. 1д

14. Измерение состава газовой смеси хроматографом (ХП-499): датчик (дозатор, разделительная колонка, детектор) - поз. 1а, блок управления - поз. 16, вторичный прибор - поз. 1в, командный прибор - поз. 1г. Примечание. Панель подготовки газа на схеме не показана, так как является вспомогательным устройством

15. Измерение и сигнализация концентрации взрывоопасного газа (пара) в воздухе производственного помещения прибором СТХ-ЗУ или СВК-ЗУ4: датчик - поз. 1а, вторичный прибор (с блоком питания) - поз. 16, приборы световой сигнализации (СС'2 и ТС1)-поз. НL1 и HL2, приборы звуковой сигнализации (звонок МЗ или ревун ВУ) - поз. НА1 и НА2

16. Регулирование расхода.
Комплект средств: сужающее устройство (ДК6-50) - поз . 1а, передающий преобразователь расхода (13ДД11)-поз. 16; вторичный прибор со станцией управления (ПВ10.1Э)-поз. 1в; регулирующий блок (ПР3.31) - поз. 1г; мембранное исполнительное устройство (25чЗОиж) - поз. 1д

17. Регулирование температуры вещества. Комплект средств: термоэлектрический преобразователь (ТХА-10515) - поз. 1а. электронный потенциометр с пневматическим регулирующим устройством (КСП-3, мод. 1800)- поз. 16, пневматическая панель (ПП12.2)-поз. 1в, мембранное исполнительное устройство (К)-поз. 1г
Примечание. Такое же графическое изображение имеет схема регулирования температуры, в которой используются термопреобразователь сопротивления (ТСМ-6097) - поз. 1а, электронный мост с пневматическим регулирующим устройством (КСМ-3, мод. 1800)-поз. 16, пневматическая панель (ПП12.2) - поз. 1в, мембранное исполнительное устройство (К) - поз. 1г.

18. Регулирование температуры вещества. Комплект средств термоэлектрический преобразователь (ТХА-0515)- поз 1а токовый преобразователь (ПТ-ТП-68) - поз. 16, электропневматический преобразователь (ЭПП) - поз. 1в, вторичны: прибор со станцией управления (ПВЮ.1Э)-поз. 1г регулирующий блок (ПР3.31)-поз. мембранное исполнительное устройство (МКС)-поз. 1е.
Примечание. Такое же графическое изображение имеет схема регулирования температуры, в которой используются термопреобразователь сопротивления (ТСП-6097) - поз. 1а, токовый преобразователь (ПТ-ТС-68) - поз. 16, электропневматический преобразователь (ЭПП) - поз. 1в, вторичный прибор со станцией управления (ПВ10.1Э)-поз. 1г, регулирующий блок (ПР3.31)-поз. 1д, мембранное исполнительное устройство (КР)-поз. 1г

19. Программное регулирование Уровня. Комплект средств: передающий преобразователь уровня (13УБ08) - поз. 1а, вторичный прибор со станцией управления (ПВ10.1Э)- поз. 16, программный задатчик (П31.2ЭА) -поз. 1в, регулирующий блок (ПР3.31) - поз. 1г, мембранное исполнительное устрой¬ство (КИ) - поз. 1д

20. Каскадно-связанное (многоконтурное) регулирование уровня (регулирование расхода с коррекцией по уровню).
Комплект средств: сужающее устройство (ДК6-50) - поз. 1а. передающий преобразователь расхода (13ДД11)-поз. 16. передающий преобразователь уровня (13УБ08) - поз. 2а, два вторичных прибора со станцией управления (ПВ10.1Э) - поз. 1в и 26, два регулирующих блока (ПР3.31) -поз. 1г и 2 в, переключатель - поз. 1д, мембранное исполнительное устройство (К) - поз. 1е
Примечание. Переключатель обеспечивает переход на одноконтурное регулирование уровня. 'Для получения схемы регулирования расхода без коррекции по уровню, а также для ручного регулирования используется станция управления в приборе 1в (переключатель 1д должен находиться в положении многоконтурного регулирования).

21. Каскадно-связанное регулирование температуры (регулирование расхода пара с коррекцией по температуре в реакторе). Комплект средств: передающий преобразователь температуры на базе манометриче¬ского термометра (13ТД73) - поз. 1а, два вторичных прибора со станцией управления (ПВ10.1Э)поз. 16 и 2в, два регулирующих блока (ПР3.31) -поз. 1в и 2г, сужающее устройство (ДК6-50) - поз. 2а, передающий преобразователь расхода (13ДД11)-поз. 26, приборы ограничения сигнала (ПП11.1) - поз. 2д и 2е, мембранное исполнительное устройство (МКС)-поз. 2ж.
Примечание. Приборы (поз. 2д и 2е) ограничивают значение пневматического сигнала, поступающего от регулятора температуры к регулятору расхода, по нижнему и верхнему уровням в целях исключения аварийной ситуации.
Для обеспечения возможности перехода на одноконтурное регулирование температуры в схеме должен быть предусмотрен переключатель (см. п. 20)

22. Регулирование соотношения расходов двух потоков. Комплект средств: два сужающих устройства (ДК6-50) поз. 1а и 2а, два передающих преобразователя расхода (13ДД11)-поз. 16 и 26, два блока для извлечения квадратного корня (ПФ1.17) - поз. 1в и 2в, вторичный прибор на два параметра со станцией управления (ПВ10.2Э)- поз. 2г, регулирующий блок (ПР3.33) поз. 26, мембранное исполнительное устройство (МКС) - поз. 2е.
Примечание. Блоки для извлечения квадратного корня (поз. 1в и 2в) дают возможность обеспечить точно заданное соотношение расходов по всей шкале регулятора.

23. Регулирование соотношения расходов двух потоков. Комплект средств: два сужающих устройства (ДК6-50) - поз. 1а и 2а, два передающих преобразователя расхода (13ДД11)-поз 16 и 26, два блока для извлечения квадратного корня (ПФ1.17) - поз. 1в и 2в, вторичный прибор на один параметр со станцией управления (ПВ10.1Э), регулирующий блок (ПР3.31)-поз. 2е, прибор для умножения пневматического сигнала на постоян¬ный коэффициент (ПФ 1.9)-поз. 2г, вторичный прибор (ПВ4.2Э) - поз. 1г, мембранное исполни¬тельное устройство (КР) - поз. 2ж.

24. Регулирование состава газовой смеси хроматографом (ХП-499): датчик - поз. 1а, блок управления - поз. 16, вторичный прибор с пиевмопреобразователем - поз. 1в, устройство ППХ-1 или УВХ-8 - поз. 1г, командный прибор (КЭП-12у)-поз. 1 вторичный прибор со станцией управления (ПВ10.1Э)-поз. 1е, регулирующий блок (ПР3.31) - поз. 1ж, мембранное исполнительное устройство (К)-поз. 1и.

25. Программное управление циклическим (периодическим) процессом. Комплект средств: командный электропневматический прибор (КЭП-12у)-поз. 1а, кнопочный выключатель (КУ121-1)-поз. 16, мембранное исполнительное устройство (с двухходовым запор¬ным клапаном 22нж10п) - поз. 1в, магнитный пускатель (ПМЕ-011)-поз. 1г, электромагнитное исполнительное устройство (с двухходовым запорным клапаном (ЗСК)-поз. 16, мембранное исполнительное устройство (стрехходовым запорным клапаном 27ч5нж) - поз. 1е, звонок электрический (МЗ) - поз. 1ж, сигнальная лампа (СЛ) - поз. 1и

26. Управление электродвигателем, являющимся приводом центробежного насоса. Комплект средств: кнопочный выключатель (КУ123-12) - поз.81, магнитный пускатель (ПМЕ-122)- поз. КМ1.

27. Управление электродвигателем с двух постов.
Комплект средств: два кнопочных выключателя (КУ123-12) - поз 4а и 46, переключатель (УП) - поз. 4в, магнитный пускатель (ПМЕ-122)-поз. 4г.

   

Автоматизация процесса производства суперфосфата

Технологическая схема производства. Производство суперфосфата по существу состоит из одного процесса - разложения природных фосфатов серной кислотой. Фосфаты в виде мелких гранул подаются транспортером 1 (рис. 5.2) в бункер 2. Из него с помощью системы транспортных установок 3-5 сырье перемещается в бункер ленточного дозатора 7. Дозатор непрерывно подает фосфаты в смеситель пульпы 8. Избыток сырья возвращается обратным шнеком 6 в приемный бункер 2.
Серная кислота концентрацией 75% Н2SО4 поступает в приемную емкость 9, откуда откачивается насосом 10 в бак 11. В баке температура кислоты поднимается острым паром до 40 С. Нагретая кислота поступает в смеситель 12, где разбавляется водой до концентрации 68% Н2SО4, а оттуда через газоотделитель 14 направляется в смеситель пульпы 8.
Для непрерывного получения пульпы применяют камерные смесители, представляющие собой две или три сообщающиеся камеры с быстро вращающимися мешалками. Время образования пульпы 5-6 мин. Из смесителя 8 пульпа непрерывно подается в реакционную камеру 15, представляющую собой вертикальный цилиндр, медленна вращающийся вокруг неподвижной выгрузной трубы 18. Крышка камеры, на которой установлен смеситель 8, неподвижна. Камера делает один оборот за 1,5-2,5 ч. Этого времени достаточно для созревания суперфосфатной массы. Созревший суперфосфат срезается ножами фрезера 16 и через выгрузную трубу попадает на транспортер 17.

Схема регулирования производства суперфосфата:

Рис. 5.2. Схема регулирования производства суперфосфата:
1, 17 - транспортеры; 2 - приемный бункер; 3, 5 - шнеки; 4 - элеватор; 6 - обратный шнек; 7 - ленточный дозатор; 8 - смеситель пульпы; 9 - приемная емкость; 10 - насос; 11, 13 - напорные емкости; 12 - смеситель; 14 - газоотделнтель; 15 - реакционная камера; 16 - фрезер; 18 - выгрузная труба.

Автоматизация процесса разложения. Показателем эффективности процесса разложения является коэффициент разложения», дающий представление о степени перехода нерастворимой формы пентокоида фосфора в растворимую форму. Значение его необходимо поддерживать максимальным, что уменьшает время дозревания суперфосфата на складе (6-25 суток). Основными факторами, определяющими коэффициент разложения, являются концентрация серной кислоты, 'поступающей в смеситель пульпы, соотношение расходов сырья и разбавлен¬ной кислоты и температурный режим в реакционной камере.
Скорость реакции растет с повышением концентрации серной кислоты. Однако при высоких концентрациях на поверхности гранул сырья образуется плотная корка сульфата кальция, которая не дает диффундировать фосфорной кислоте в частицы сырья. Оптимальное значение концентрации серной кислоты, при котором на поверхности частиц образуется пористый слой сульфата кальция, равно 68% Н2SО4. Для стабилизации концентрации серной кислоты предусмотрен специальный регулятор. В качестве регулируемой величины берется плотность кис¬лоты после газоотделителя 14, а регулирующее воздействие осуществляется изменением расхода воды, поступающей в смеситель 12.
Соотношение расходов сырья и разбавленной кислоты, подаваемых в смеситель пульпы, поддерживается постоянным с помощью узлов стабилизации расходов сырья и кислоты. Стабилизация расхода сырья осуществляется дозатором 7, который обеспечивает постоянную производительность.
Температура в реакционной камере оказывает сильное влияние на процесс разложения: с увеличением ее скорость реакции возрастает. При концентрации Н2SО4 68% процесс разложения протекает наилучшим образом, если температура постоянна и равна 110°С. Температура в камере в основном определяется количеством тепла, поступающим в камеру с сырьем и кислотой, и количеством тепла, выделяющимся при разложении сырья. При постоянном расходе сырья количество тепла, поступающего с сырьем и выделившегося при реакции, можно считать постоянным. В связи с этим единственной возможностью стабилизации температуры в реакционной камере является изменение количества тепла, поступающего в камеру с серной кислотой. Это количество зависит от расхода и температуры кислоты.
Изменением расхода кислоты стабилизировать температуру в реакционной камере 15 нецелесообразно, так как при этом изменяется соотношение расходов сырья и кислоты. Единственная возможность для регулирования температуры в реакционной камере - изменение температуры поступающей серной кислоты; регулирующее воздействие при этом осуществляется изменением расхода пара, поступающего в напорный бак. На практике оказалось более целесообразным (из соображений уменьшения запаздывания) стабилизировать температуру не в реакционной камере, а в газоотделителе 14.
Для поддержания материальных балансов отделения но воде и кислоте установлены два узла регулирования уровней в емкостях 9 и 13.

   

Автоматизация процесса производства ацетилена

Технологическая схема производства ацетилена пиролизом природного газа состоит из следующих отделений.
Отделение компрессии и пиролиза. Природный газ предварительно нагретый в подогревателе 3, подается в реактор 4 (рис. 5.6). Высокая температура в реакторе (1400 - 1500 °С), необходимая для разложения метана с образованием ацетилена, достигается в результате сжигания части этого газа. Необходимый для горения кислород сжимается в турбокомпрессоре 1 и нагревается в подогревателе 2. Для стабилизации процесса горения в реактор дополнительно непрерывно вводят небольшое количество кислорода (стабилизирующий кислород). Реакция получения ацетилена при высоких температурах обратима. Чтобы избежать обратной реакции, понижают температуру в нижней части реактора введением холодной воды (закалка).
Газы пиролиза содержат ацетилен (7 - 8%) и ряд других продуктов. Сажа из нижней части реактора 4 выводится с помощью отделителя сажи 5.
Из реактора 4 газы пиролиза поступают в скруббер, где проводится их дальнейшее охлаждение и очистка от сажи. Электрофильтр тонкой очистки 7 обеспечивает практически полную очистку газов пиролиза от сажи.
Отделение компрессии газов пиролиза. Газы пиролиза, охлажденные в холодильнике 8, подаются в шестиступенчатый компрессор 11, где сжимаются до давления 0,9 МПа. В турбину компрессора, которая служит его приводом, подается синтез-газ, отогнанный от газов пиролиза. Создание требуемого запаса синтез-газа обеспечивается в газгольдере 9. Синтез-газ нагревается в теплообменнике 10. После турбины он направляется к потребителю и «на свечу».
Отдаление концентрирования. Сжатый газ пиролиза поступает в абсорбционную колонну 13, орошаемую диметилформамидом. .В колонне растворитель поглощает весь диацетилен и небольшое количество ацетилена. Насыщенный абсорбент подается в десорбционную колонну 14, где в результате снижения давления и отдувки синтез-газом выделяется растворенный ацети¬лен. Выделившийся газ (циркуляционный) направляется во всасывающую линию компрессора.
Для отгонки оставшегося в растворителе диацетилена служит десорбционная колонна 17. Процесс в этой колонне ведется при повышенной темпе¬ратуре в вакууме и при наличии сиитеза-газа. Нужная температура в колонне достигается нагреванием насыщенного растворителя в теплообменнике 16 и нагреванием синтез-газа острым паром; вакуум создается вакуум-насосом 18. Газы пиролиза после отмывки от диацетилена направляются в абсорбционную колонну 19, где диметилформамидом поглощаются ацетилен, высшие ацетиленовые углеводороды, а также небольшое количество синтез-газа. Основная часть синтез-газа выводится из верхней части колонны 19. Насыщенный абсорбент из колонны 19 подается в верхнюю часть десорбционной колонны 20, где в результате снижения давления из раствора диметилформ-амида выделяется большая часть плохо растворимых газов (циркуляционный газ). Эти газы отводятся из верхней части колонны 20. Диметилформамид стекает в куб колонны навстречу ацетилену-сырцу, который подается в среднюю часть колонны.
Ацетилен-сырец состоит в основном из ацетилена с примесями высших ацетиленовых углеводородов. Эти примеси поглощаются диметилформамидом. Получаемый в результате поглощения ацетилен-концентрат направляется в промыватель 21, где от него водой отмываются пары диметилформамида. Отводимый диметилформамид возвращается в колонну 20.
Растворитель из куба десорбера подается в теплообменник 23, где нагревается до 104 °С, и поступает в верхнюю часть десорбционной колон¬ны 24. За счет снижения давления и повышения температуры в этой колонне происходит выделение ацетилена из диметилформамида. Ацетилен отводится из верхней части колонны.
Из десорбера 24 растворитель стекает в вакуум-десорбциониую колон¬ну 25. Вакуум в этой колонне создается компрессором 26. Отсасываемый компрессором ацетилен-сырец направляется в десорбер 20, а растворитель из куба колонны стекает в испаритель 27. В этом аппарате из диметилформамида испаряется вода. Парогазовая смесь, выводимая из испарителя, состоит из паров воды и растворителя, а также высших ацетиленовых углеводородов. Она поступает на вспомогательную колонну (на схеме не показана) для разгонки.
Автоматизация процесса пиролиза. Показателем эффективности процесса пиролиза является выход ацетилена, а целью управления - поддержание его на заданном значении. Выход ацетилена определяется составом природного газа, температурой в реакторе я временем пребывания природного газа в зоне реакции. С изменением состава природного газа в объекте появляются возмущения. Для того чтобы при наличии этих возмущений метан, содержащийся в природном газе, полностью вступил в реакцию, температуру в реакторе не стабилизируют, а изменяют в зависимости от концентрации метана в газах пиролиза. Эта температура определяется количеством сжигаемого газа, которое в свою очередь зависит от количества кислорода, подаваемого в реактор. Для грубого регулирования соотношения расходов природного газа и кислорода устанавливают регулятор соотношения расходов природного газа и основного потока кислорода. Точное регулирование осуществляется двухконтурной системой, в которой основным является регулятор концентрации метана в газе пиролиза, а вспомогательным - регулятор расхода кислорода в байпасной линии.
Для стабилизации пламени в горелках реактора поддержи¬вают постоянный расход стабилизирующего кислорода с по¬мощью регулятора расхода. С этой же целью поддерживают постоянными температуры природного газа и кислорода. Для полного прекращения разложения ацетилена температуру газов пиролиза стабилизируют изменением расхода холодной воды, вводимой в реактор я а закалку.
Время пребывания природного газа в зоне реакции зависит от скорости прохождения газа через реактор, которая определяется манометрическим режимом реактора. Для поддержания нормального манометрического режима устанавливают регуляторы давления природного газа и кислорода. При этом давле¬ние кислорода в нагнетательной линии турбокомпрессора 1 стабилизируется дросселированием его из нагнетательной во всасывающую магистраль.
Заданная степень очистки газов пиролиза от сажи в скруббере 6 достигается установкой регулятора расхода воды, пода¬ваемой в скруббер.

Схема регулирования производства ацетилена:

Рис. 5.6. Схема регулирования производства ацетилена:
1, 11 - турбокомпрессоры; 2, 3 - подогреватели; 4 - реактор; 5 - отделитель технического углерода; 6 - скруббер; 7 - электрофильтр; 8, 12 - холодильники; 9 - газгольдер; 10,16, 23 - теплообменники; 13, 19 - абсорбционные колонны; 14, П, 20, 24, 25 - десорбционные колонны; 15, 22 - насосы; 18, 26 - вакуум-компрессоры; 21 - промыватель; 27 - испаритель.

   

Автоматизация процесса производства аммиака

Технологическая схема производства. Азотоводородная смесь компримируется до 0,32 МПа поршневым компрессором 1 (рис. 5.3) и подается в масляный фильтр 2, который служит для очистки сжатого газа от смазочного масла. Там же производится очистка непрореагировавшей азотоводородной смеси после компрессора 8. Смесь после фильтра подается в межтрубное пространство конденсационного теплообменника 3. Охлаждение и конденсация части аммиака, содержащегося в смеси, осуществляется встречным потоком холодного газа из аммиачного испарителя 4. Сконденсировавшийся аммиак собирается в емкости 9, а азотоводородная смесь поступает на синтез в колонну 5. Синтез протекает в присутствии катализатора по следующей схеме:
Реакция образования аммиака обратима и идет с выделением тепла. Обычно реакцию проводят при температуре 500 °С. Выход аммиака в этом случае составляет 12-18%.
Колонна синтеза состоит из катализатор ной коробки и трубчатого теплообменника. Исходная азотоводородная смесь перед катализаторной коробкой нагревается в трубчатом теплообменнике (до температуры, необходимой для начала реакции) за счет тепла, выделившегося при синтезе смеси предыдущей порции. Часть исходной смеси может подаваться в нижнюю часть колонны помимо теплообменника, что позволяет осуществлять регулирование температуры.
Контактный газ после колонны синтеза поступает в водяной холодильник 6, где охлаждается до 30 - 35 °С. При этом аммиак, содержащийся в газе, конденсируется. В сепараторе производится отделение жидкого аммиака от непрореагировавшей азотоводородной смеси, которая направляется в линию всасывания циркуляционного компрессора 8, обеспечивающего компенсацию потерь давления в аппаратах 5 - 7 и возможность возврата смеси в аппарат 2.
Жидкий аммиак дросселируется до 2 - 2,5 МПа и отводится в емкость 9, где из него выделяются растворенные газы.

Схема регулирования производства аммиака:

Рис. 5.3. Схема регулирования производства аммиака:
1, 8 - многоступенчатые поршневые компрессоры; 2 - фильтр; 3 - конденсационная колонна; 4 - аммиачный испаритель; 5 - колонна синтеза; 6 - холодильник; 7 - сепаратор; 9 - емкость.

Автоматизация производства. Аппаратами производства аммиака необходимо управлять таким образом, чтобы выход аммиака поддерживался на постоянном, максимально возможном для данных условий значении. Выход аммиака определяется температурой и давлением в зоне реакции, свойствами катализатора, составом исходной смеси, а также продолжительностью пребывания газа в зоне катализатора.
Температура и давление в зоне реакции являются факторами, определяющими скорость прямой и обратной реакций в реакторе. Так, понижение температуры и повышение давления приводят к смещению равновесия реакции в левую сторону, т. е. выход аммиака увеличивается. Однако при пониженных температурах в значительной степени уменьшается скорость образования аммиака, что при равных расходах азотоводородной смеси приводит к уменьшению выхода. На рис. 6.4 показаны зависимость выхода аммиака от температуры и давления. Из графиков видно, что для поддержания выхода аммиака на максимально возможном значении температуру и давление нужно стабилизировать. Регулирующие воздействия при этом следует вносить соответственно изменением расхода газа, подаваемого в колонну синтеза 5 (см. рис. 5.3) по байпасной линии, и расхода газа, байпасируемого из выходной магистрали компрессора во входную.
Основным свойством катализатора является его активность, которая в процессе реакции понижается вследствие воздействия на катализатор вредных примесей. К ним относятся сероводород, диоксид и оксид углерода, сероксид углерода, пары воды и масла. Для очистки азотоводородной смеси от этих компонентов она подвергается тщательной обработке (аппараты очистки на схеме не показаны). В частности, очистка от сероводорода и оксида углерода осуществляется моноэтаноламином (автоматизацию этого процесса см. на с. 292), от оксида углерода - медноаммиачным раствором и т. д.
Время пребывания газа в контактной зоне определяется расходом азотоводородной смеси. Он поддерживается постоянным на предшествующем участке. То же относится и к составу смеси.
Для качественной сепарации жидкого аммиака от газовой фазы стабилизируется, кроме того, температура охлажденного газового аммиака после испарителя 4 и холодильника 6.
Выделение газов из жидкого аммиака в емкости 9 осуществляется при постоянном давлении; для этого устанавливают регулятор давления, который изменяет соответствующим образом расход выделенных газов.
Материальный баланс в конденсаторе 3, сепараторе 7 и емкости 9 поддерживается регуляторами уровня путем изменения отбора веществ из этих аппаратов.

   

Cтраница 5 из 15

Яндекс.Метрика Rambler's Top100 www.megastock.com Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 000000000000
Проверить аттестат